Chapitre 11 Artéfacts en imagerie par résonance magnétique

L’imagerie par résonance magnétique, par sa nature même, liée au mode d’acquisition et de reconstruction de l’image, n’échappe pas à la règle générale que chaque nouvelle méthode d’imagerie apporte inéluctablement son lot de fausses images. Ces artéfacts peuvent déformer l’image anatomique réelle ou simuler un processus pathologique. La compréhension de leur origine permet d’éviter des erreurs d’interprétation, d’améliorer la qualité de l’image et, par conséquent, d’optimiser le rendement clinique de la technique.

Nous présentons dans ce chapitre les artéfacts les plus fréquemment rencontrés en pratique quotidienne, et nous discutons de leur mécanisme et des moyens pour les minimiser ou les éviter. Enfin, nous montrons que, dans quelques cas, les particularités liées à certains artéfacts peuvent paradoxalement être d’un intérêt diagnostique. Nous nous devons cependant d’avertir le lecteur que le mécanisme (même grossièrement simplifié) de certains artéfacts est difficile à comprendre (nécessitant une bonne assimilation des chapitres précédents). Fort heureusement, la plupart des artéfacts sont plus faciles à reconnaître qu’à comprendre et nous donnons, en fin de chapitre, un condensé des notions importantes à retenir. Les artéfacts dus à des déficiences du système ne seront pas envisagés.

Les principaux artéfacts comprennent :

• les artéfacts liés au patient : artéfacts métalliques et artéfacts de mouvements (mouvements physiologiques ou du patient lui-même);

• les artéfacts liés à la conception du système d’imagerie par résonance magnétique (dont les noms sont déjà quelque peu «barbares») : artéfacts de troncature, de repliement (aliasing), de déplacement chimique, de susceptibilité magnétique, phénomène d’excitation croisée, phénomène de l’angle magique, artéfacts liés aux techniques d’imagerie ultrarapides aux antennes en réseau phasé et aux techniques d’acquisition parallèle.

Artéfacts métalliques

La présence de matériel ferromagnétique s’accompagne de distorsions locales du champ magnétique entraînant une zone de vide de signal avec en périphérie un renforcement du signal et une déformation de l’image dont l’aspect est en général caractéristique. C’est la raison pour laquelle tout matériel ferromagnétique externe (bijoux, montre, dentier, soutien-gorge, ceinture, pantalon avec boutons ou fermeture Éclair en métal, etc.) doit être retiré au patient avant l’examen. De même, il faut s’enquérir de la présence de corps étrangers métalliques, en particulier intra-oculaires, qui constituent alors une contre-indication à l’examen (risque de migration). Les implants métalliques [clips chirurgicaux, valve de dérivation (fig. 11-1), prothèse dentaire fixe (fig. 11-2), dent à pivot, prothèse métallique, etc.], s’ils sont ferromagnétiques et proches de la région d’intérêt, peuvent rendre l’examen inexploitable. Lorsqu’ils sont volumineux, la qualité de l’image se dégrade encore davantage, l’accord de l’antenne étant perturbé par la présence du métal. Les fards à paupière (à base de pigments ferromagnétiques) sont responsables de déformations de la région oculaire (fig. 11-3). De même, les forages chirurgicaux laissent en place de petits débris métalliques microscopiques (invisibles en radiologie conventionnelle), responsables d’artéfacts. Citons encore les matériaux non ferromagnétiques qui créent de discrets liserés en hypersignal (plus ou moins marqués en fonction de la forme de l’objet en question). Les bijoux appartiennent plutôt à cette seconde catégorie.

Fig. 11-1 Artéfact métallique lié à la présence d’une valve de dérivation ventriculaire.

Aspect «typique» d’un artéfact métallique : zone de vide de signal avec renforcement en périphérie sur cette séquence d’écho de spin rapide (TR = 400 ms, TE = 14 ms) (a). L’artéfact est encore plus gênant sur la séquence SE pondérée avec suppression de graisse (b).

Fig. 11-2 Déformation du massif facial par un appareil dentaire («aspect en tête de singe» !)

Fig. 11-3 Déformation des globes oculaires liée à la présence de fard à paupières contenant des pigments ferromagnétiques.

Les artéfacts métalliques sont plus prononcés sur les appareils à haut champ. Il n’y a pas de véritable remède pour les éviter si ce n’est l’utilisation préférentielle de séquences en écho de spin plutôt qu’en écho de gradient, ces dernières étant plus sensibles aux hétérogénéités de champ. En effet, les séquences d’écho de gradient ne comportent pas d’impulsion de 180° permettant, justement, de s’affranchir des inhomogénéités du champ magnétique (voirChapitre 4). Dans le même ordre d’idées, les séquences d’écho de spin rapide, comprenant de nombreuses impulsions RF de 180°, sont encore plus efficaces pour corriger ces artéfacts que les séquences d’écho de spin (fig. 11-4).

Fig. 11-4 Correction des artéfacts métalliques.

Artéfact métallique (provenant de matériel d’ostéosynthèse) bien visible en projection des vertèbres C5 à C7 sur cette coupe pourtant réalisée en écho de spin pondérée (a). L’artéfact est diminué sur la coupe réalisée en écho de spin rapide pondéré , en raison des nombreuses impulsions RF comprises dans la séquence (b).

L’utilisation de matériel chirurgical non ferromagnétique (titane, platine, aluminium, etc.) reste la solution la plus satisfaisante pour diminuer les artéfacts.

Artéfacts de mouvements

Les artéfacts de mouvements font partie des artéfacts les plus fréquemment rencontrés. Les mouvements du patient sont source de dégradation de l’image, réservant cette technique d’acquisition relativement longue aux patients pouvant rester strictement immobiles durant toutes les séquences d’imagerie. Pour les jeunes patients, en IRM pédiatrique (surtout entre 1 et 7 ans), une bonne sédation est un prérequis obligatoire. Les mouvements physiologiques (respiration et péristaltisme intestinal) sont surtout gênants pour l’imagerie abdominale. Au niveau thoracique, l’introduction de la synchronisation à l’ECG a été à l’origine de l’essor rapide et constant de l’IRM cardiaque.

Les artéfacts de mouvements sont plus prononcés à hauts champs et dans les séquences longues (c’est-à-dire à TR long).

Pendant le déroulement d’une séquence d’IRM, l’acquisition des données n’est pas instantanée. L’échantillonnage en phase (d’une durée correspondant à environ un TR) est beaucoup plus long que celui en fréquence (quelques millisecondes, d’où un déplacement des spins de moins d’un pixel). Ainsi, les mouvements perturbent essentiellement l’échantillonnage en phase et les artéfacts se produisent surtout le long de cet axe.

Mécanismes des artéfacts de mouvements et solutions

Les mouvements peuvent affecter l’image de deux façons :

1. l’image devient floue (par dispersion du signal) et ce dans les deux directions de codage de phase et de fréquence. C’est un peu comme lorsqu’on prend une photo avec une vitesse d’obturation lente : le résultat est une image floue dans le sens de déplacement de l’objet;

2. des images fantômes (alternance de bandes de signal intense et faible rappelant la structure en mouvement) apparaissent exclusivement dans la direction du codage de phase, de part et d’autre de la structure en mouvement; elles couvrent l’ensemble de l’image (également hors des limites anatomiques). Ces «fantômes» seront d’autant plus nets que la structure en mouvement a un signal élevé (vaisseau sur une coupe d’entrée avec rehaussement paradoxal, graisse sous-cutanée abdominale, etc.) (fig. 11-5).

Fig. 11-5 Dans notre exemple, la structure en mouvement est représentée par une étoile.

Les mouvements peuvent affecter l’image de cet objet de deux façons :

– l’image devient floue (par dispersion du signal) et ce dans les deux directions de codage de phase et de fréquence;

– des images fantômes (alternance de bandes de signal intense et faible rappelant la structure en mouvement) apparaissent exclusivement dans la direction du codage de phase, de part et d’autre de la structure en mouvement; elles couvrent l’ensemble de l’image (également hors des limites anatomiques).

L’origine de ces artéfacts fantômes fait appel à deux mécanismes de base :

1. mouvements de structures lors de l’acquisition des différentes «lignes» de la matrice (entre l’acquisition des données et l’impulsion de 90° de la ligne suivante) responsables d’incohérences lors de l’échantillonnage des données pour la reconstruction de l’image. Si ces incohérences se produisent de façon périodique, des images fantômes apparaissent. L’espacement des fantômes augmente avec le TR (fig. 11-6);

2. mouvements de structures pendant l’acquisition de la ligne (entre l’impulsion de 90° et l’acquisition des données au temps TE). L’axe de codage de phase est, en effet, particulièrement sensible aux mouvements de structures au sein de l’image. Lors de l’échantillonnage du signal, la phase des spins, au sein d’un voxel, ne devrait dépendre que de leur localisation spatiale (codage de phase) car les décalages de phase induits par les gradients de sélection de coupe et de lecture (fréquence) sont corrigés (par inversion des gradients : gradients bipolaires ou écho de gradients).

Fig. 11-6 Reprenons l’exemple de notre étoile en mouvement.

Des images fantômes dues à cette structure en mouvement se projettent parfois sur une zone d’intérêt (dans le sens du codage de phase) (a); en augmentant le TR, on va espacer les images fantômes et ainsi les «chasser» de la zone d’intérêt (b); le résultat est similaire par l’augmentation du nombre d’excitations qui, de plus, diminue l’intensité des images fantômes (voir texte).

Cette correction est satisfaisante pour les spins stationnaires (correction par Gd+ des décalages de phases induits par Gd–), mais incomplète pour les spins en mouvement : les spins se déplaçant durant l’application des gradients, la «compensation» par gradient bipolaire ne peut avoir lieu; il persiste alors des décalages de phase se traduisant par des images fantômes dans la direction du codage de phase (voir gradient de compensation de flux, de mouvement – Chapitre 10).

Les artéfacts liés au premier mécanisme (s’il s’agit d’un mouvement physiologique périodique) peuvent être éliminés de plusieurs manières :

• par synchronisation du mouvement à l’acquisition des données (le mouvement et donc les données apparaissent «apériodiques»); cette méthode, appelée «gating», est largement utilisée en imagerie cardiaque et offre des images de qualité anatomique exceptionnelle; en corollaire de la synchronisation à l’ECG, le TR ne peut être choisi librement mais doit être un multiple de l’intervalle R-R de l’ECG (voirChapitre 14). Une synchronisation respiratoire est également possible mais, du fait de la fréquence beaucoup plus lente du cycle respiratoire, la durée d’acquisition est majorée. Une autre technique couramment utilisée est la synchronisation sur le mouvement du diaphragme; cette méthode connue sous l’appellation de «technique de l’écho navigateur» (Navigator – General Electric; MotionTrak – Philips; PACE – Siemens; etc.) consiste à placer une zone de détection du signal au niveau du diaphragme sur les images de repérage (fig. 11-7). Les modifications d’intensité de signal le long de cette «boîte» permettent de déterminer la position de la coupole diaphragmatique droite et, par conséquent, de synchroniser les acquisitions par rapport à cette position (voirChapitre 14);

• par la réduction du temps d’imagerie (par rapport à la fréquence du mouvement physiologique); les séquences d’écho de gradient ou d’écho de spin rapide permettent ainsi de réaliser des images abdominales en apnée (10 à 30 secondes environ), et les séquences d’imagerie instantanées (Snapshot flash, Écho-planar, Haste – voirChapitres 9 et 14), de «geler» le cycle cardiaque; toutefois, le rapport signal sur bruit est sérieusement diminué. De plus, l’utilisation des techniques d’acquisitions parallèles permet encore de réduire les temps d’acquisition et, en particulier, les temps d’apnée;

• par l’utilisation de séquences d’imagerie spécifiquement destinées à la réduction des mouvements : il s’agit des techniques d’acquisition reposant sur un codage radiaire du plan de Fourier, associé à un sur-échantillonnage du plan de Fourier ainsi qu’un algorithme de correction des mouvements (PROPELLER – General Electric; BLADE – Siemens; RADIAL – Philips; etc.) (fig. 11-8).

Fig. 11-7 Illustration de la mise en place de l’«écho navigateur».

La zone de détection du signal est constituée par une sorte de «boîte», placée au niveau du diaphragme, sur les trois plans de référence. Nous voyons ici son positionnement sur la coupe coronale (a).

Les modifications d’intensité de signal le long de cette boîte, correspondant aux mouvements de la coupole diaphragmatique droite, sont représentées sur une courbe 1D (b). Les zones rectangulaires, se répétant lors d’une position identique du diaphragme, correspondent aux périodes d’acquisition (b).

Fig. 11-8 Utilisation du codage radiaire pour réduire les artéfacts de mouvements.

Ces techniques reposent sur un codage radiaire du plan de Fourier, associé à un suréchantillonnage du plan de Fourier ainsi qu’un algorithme de correction des mouvements ce qui conduit à un «moyennage» des signaux de basse fréquence (a). Les artéfacts de mouvements, bien visibles sur l’image b sont parfaitement corrigées sur l’image c. Ces techniques sont appelées PROPELLER – General Electric, RADIAL – Philips, ou BLADE – Siemens comme dans notre exemple) ou équivalent.

Images : P.-E. Zorn.

Les artéfacts résultant du deuxième mécanisme sont plus difficiles à corriger car le degré de mouvement – et donc les décalages de phase induits – ne sont pas les mêmes d’une ligne à l’autre de l’image (sauf si une synchronisation est utilisée). Cependant, un certain nombre de solutions se présentent à l’opérateur :

• la contention : pour limiter, en particulier, les effets de la respiration abdominale, la mise en place d’une large sangle abdominale est un moyen simple et d’une efficacité certaine;

• les gradients de compensation de mouvement : il s’agit d’une modification des gradients de sélection de coupe et de lecture qui permet de compenser les décalages de phase induits notamment par les flux (voirChapitre 10); ces séquences ont pour corollaire un allongement de leur TE minimal par rapport aux séquences classiques (ce qui risque à nouveau d’augmenter les artéfacts de mouvements !);

• l’augmentation du nombre d’excitations (Nex) : elle ne supprime pas les images fantômes mais permet de diminuer leur intensité (en

comme pour le bruit de fond de l’image, par effet de «moyennage»)¹ et de les espacer en les «chassant» du champ de vue; mais, la durée d’acquisition étant proportionnelle au nombre d’excitations (Tac = TR × Np × Nex), cette solution était, jusqu’à récemment, limitée aux séquences courtes (pondérées en

, séquences en écho de gradient ou, surtout, avec matrice asymétrique); néanmoins, grâce à l’avènement des techniques d’acquisitions parallèles, qui permettent de réduire les temps d’acquisition (voirChapitre 9), cette solution devient tout à fait crédible; enfin, l’espacement des «fantômes» étant aussi proportionnel au TR, une augmentation de ce dernier permet également de les projeter en dehors de la zone d’intérêt avec pour conséquence une augmentation du temps d’acquisition mais aussi une modification du contraste de l’image (voirfig. 11-6);

• les bandes de présaturation : elles permettent de supprimer le signal d’une structure gênante; une bande de présaturation de quelques centimètres de large placée au niveau de la graisse sous-cutanée abdominale, par exemple, permet de supprimer le signal des protons de cette zone (fig. 11-9) : les artéfacts découlant des mouvements de cette structure de signal intense sont alors diminués (fig. 11-10);

• l’inversion du gradient de phase et de fréquence : en effet, les images fantômes ne sont gênantes que lorsqu’elles se projettent sur une région d’intérêt; en inversant les gradients de codage de phase et de fréquence, on peut déterminer l’axe horizontal ou vertical selon lequel elles vont se propager. Cela peut être intéressant en imagerie thoracique pour «épargner» la région rétrocardiaque «aux dépens» des plages pulmonaires, ou en imagerie du rachis pour diminuer les artéfacts de mouvements respiratoires se projetant sur le canal rachidien (voirfig. 11-10).