Imagerie par résonance magnétique

Transcription

1 Imagerie par résonance magnétique Principes, techniques et contrôle de qualité Ir. Laurent Hermoye Unité de radiodiagnostic

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3 Nécessité Eviter une utilisation «presse bouton» de l IRM Optimisation des séquences Interface avec les spécialistes technologiques Compréhension des technologies de pointe Compréhension des artefacts Compréhension des dangers Achat d une nouvelle machine

4 Plan de l exposé Rappels d électromagnétisme Bases de la résonance magnétique Système Dangers et contre-indications Artefacts Imagerie digitale et optimisation Artefacts Techniques d imagerie rapide Introduction aux techniques avancées

5 Rappels d électromagnétisme

6 Principes et techniques de résonance magnétique

7 Moment magnétique de spin Les protons ( 1 H) ont un moment magnétique de spin

8 Spin-up / Spin-down Si les spins sont placés dans un champ magnétique extérieur, ils peuvent prendre 2 positions d équilibre: Spin-up (basse énergie) Spin-down (haute énergie)

9 Mouvement de précession Précession du moment magnétique à la fréquence de Larmor f 0 = γ B 0 où γ = MHz / T est le ratio gyromagnétique

10 Impulsions RF Une impulsion RF à la fréquence de Larmor induit des transitions entre les états spin-up et spin-down Il en résulte un basculement de la magnétisation d un angle α = γ B 1 t p Mise en phase des spins

11 Réception d un signal Un champ magnétique variable dans le plan transverse crée un signal dans l antenne Pourquoi? Induction électromagnétique

12 Relaxation T1 Interaction spin réseau Perte d énergie des spins Protons voisins ont un moment magnétique Molécules ont un mouvement de translation, de rotation et de vibration Si fluctuations du champ à la fréquence de Larmor transition spin-down spin-up

13 Relaxation T1 (II) Retour à l équilibre de la magnétisation longitudinale Source [2]

14 Relaxation T2 et T2* (I) Interactions spin spin Causes : Inhomogénéités du champ dues aux autres spins (T 2 ) Inhomogénéités du champ magnétique de l appareil (T inhom ) T2* 1 T * 2 1 = T T in hom Perte de la cohérence de phase entre les spins Diminution de la magnétisation transverse 2 + 1

15 Relaxation T2 et T2* (II) Source [2]

16 T2 et T2* Source [2]

17 Combinaison T1 T2 En réalité, les effets T1, T2 et T2* ont lieu en même temps T1 > T2 Source [2]

18 Contraste Les temps de relaxation T1, T2 et la densité de protons ρ sont variables d un tissu à l autre Tissu Matière blanche Matière grise LCR Muscle Graisse Foie Rate T1 (ms) T2 (ms)

19 Contraste Si on arrive à créer une dépendance entre les temps de relaxation (T1,T2,T2*) et le signal reçu à l antenne, on pourra différentier les tissus

20 Echo de spin

21 Séquence en écho de spin 2 paramètres : TE court Pondération T1 long TE : temps d écho court TR : temps de répétition TR Pondération ρ Pondération T2 long

22 Variation du TR à TE donné

23 Variation du TE à TR donné TR = 3000 TE = 20 TE = 90

24 Pondération T1 M graisse matière cérébrale liquides TR court (< 600 ms) TR court (< 600 ms) TE court (< 25 ms) TE court (< 25 ms) Temps

25 Pondération T1 TR entre 400 et 600 ms (idéal = 500ms) si TR < 400 ms, peu de repousse, donc peu de signal et de contraste T1 si TR > 600 ms, trop de repousse, influence de la densité de protons mais signal plus fort TE < 20 ms (le plus court possible) si TE augmente, influence de la relaxation T2 et signal plus faible

26 Pondération T2 ou ρ M liquides graisse matière cérébrale TR long (> 2000 ms) TE court (< 25 ms) TE long (> 100 ms) Temps

27 Pondération T2 ou ρ TR > 3000 ms (le plus long possible) Si TR < 3000, influence de la relaxation T1 Alonge le temps d acquisition TE < 30 ms Ni influence T1, ni influence T2 pondération ρ TE > 100 ms Influence de T2 pondération T2

28 Inversion récupération (I) TI = temps d inversion

29 Inversion récupération (II)

30 Inversion récupération (IV) Suppression du signal pour TI = T1. ln(2) T1. 70%

31 Inversion récupération (III) Source [2]

32 FLAIR FLuid Attenuated Inversion Recovery T2 avec suppression du LCR TI = ms

33 STIR Short TI Inversion Recovery T2 avec annulation du signal de la graisse TI = 150 ms

34 Localisation spatiale Comment localiser le signal? Variation spatiale du champ magnétique (gradient)

35 Gradient de sélection de coupe Source [2]

36 Gradient d encodage de fréquence

37 Gradient d encodage de phase

38 Encodage de fréquence / phase Gradient d encodage de phase suivant la direction Y Gradient d encodage de fréquence suivant la direction X

39 Séquence en écho de spin

40 Spectre du signal Source [2]

41 Remplissage de l espace k Source [2]

42 Espace k - Image Espace k Transformée de Fourier Image Source [2]

43 Séquence en écho de gradient (I) Source [2]

44 Séquence en écho de gradient (II)

45 Séquence en écho de gradient (III)

46 Angle de bascule Pour pouvoir prendre des TR plus courts, on bascule la magnétisation de moins de 90

47 Angle de bascule TE court long Pondération ρ Pondération T2 < 40 FL Pondération T1 > 50

48 Angle de bascule

49 Pondération T2*

50 Artefacts de susceptibilité On peut volontairement accentuer les artefacts de susceptibilité en augmentant le TE Hématomes, calcifications

51 Spoiler TR court en écho de gradient La magnétisation transverse n a pas le temps de disparaître complètement Echos partiels Des gradients «spoiler» permettent de faire disparaître la magnétisation transverse Source [2]

52 Imagerie multi-coupes (I) TR >> TE Dépend du contraste Temps perdu Peut être utilisé pour imager d autres coupes Imagerie multicoupes Acquisition entrelacée puis Permet d éviter le cross-talk entre les coupes

53 Imagerie multi-coupes (II) Source [2]

54 Imagerie 3D (I) Si on veut Des coupes fines ( < 3 mm) Sans espacement Avec un meilleur SNR Désavantages Temps d acquisition long ( = NSA * coupes * N PE * TR) Artefact de repli spectral Artefact de Gibbs Deuxième direction d encodage de phase

55 Imagerie 3D (II) Source [2]

56 Système

57 Imagerie rapide

58 Imagerie digitale

59 Les artefacts en IRM

60 Introduction aux techniques avancées de résonance magnétique

61 Dangers et contre-indications de la résonance magnétique

62 Exemple de question (I) Dans une IRM 3 Tesla, vous voulez faire basculer la magnétisation dans le plan transverse : A. Vous appliquez une impulsion radiofréquence à 64 MHz (arrondi) B. Vous appliquez une impulsion radiofréquence à 94 khz (arrondi) C. Vous appliquez une impulsion radiofréquence à 128 MHz (arrondi) D. Vous appliquez un gradient dans le plan transverse E. Vous appliquez un gradient suivant l axe longitudinal

63 Exemple de question (II) Le processus de relaxation T1 reflète : A. Le retour à l équilibre de la magnétisation transverse B. Le retour à l équilibre de la magnétisation longitudinale C. Le déphasage des spins dans le plan transverse D. L effet du cortège électronique des molécules auxquelles appartiennent les spins

64 Exemple de question (III) Comment appelle-t-on la zone activée? A. Aire de Wernicke B. Aire de Broca C. Le cortex dorso-latéral préfrontal D. L aire motrice supplémentaire

65 Exemple de question (IV) L artefact de repli spectral (aliasing) se produit quand : A. Le nombre de pas d encodage de fréquence est trop faible B. Un objet métallique (implant dentaire, ) vient détériorer l image C. L anatomie continue en-dehors du FOV dans la direction d encodage de phase D. Le signal de la graisse et de l eau sont en opposition de phase

66 Exemple de question (V) Les artefacts de susceptibilité A. perturbent les images en écho de spin B. perturbent les images en écho de gradient C. perturbent les 2 images

67 Exemple de question (VI) Ces 2 images ont le même FOV, laquelle a la matrice la plus élevée? A. gauche B. droite

68 Livre de référence

69 Sources [1] Young and Freedman, «University Physics - 10th Edition», Addison Wesley, 2000 [2] McRobbie, Moore, Graves and Prince, «MRI From Picture to Proton», Cambridge University Press, 2003