Imagerie par résonance magnétique
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- Flore Duval
- il y a 7 ans
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1 Imagerie par résonance magnétique Pierre Maurel Cours IM 32 / 88
2 Magnétisme nucléaire Spin : "Un petit aimant tournant sur lui-même" Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 33 / 88
3 On s intéresse aux protons d hydrogène pour l imagerie présent en grande quantité dans le corps (eau) Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 34 / 88
4 On s intéresse aux protons d hydrogène pour l imagerie présent en grande quantité dans le corps (eau) Aimant très intense pour aligner les moments magnétiques Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 34 / 88
5 Ordre de grandeur à température ambiante et à 1,5T (Tesla) environ 9,6 spins sont en excès dans la position parallèle par million de protons Pierre Maurel Cours IM 35 / 88
6 Ordre de grandeur à température ambiante et à 1,5T (Tesla) environ 9,6 spins sont en excès dans la position parallèle par million de protons protons par ml de tissu Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 35 / 88
7 Ordre de grandeur à température ambiante et à 1,5T (Tesla) environ 9,6 spins sont en excès dans la position parallèle par million de protons protons par ml de tissu le nombre de spins contribuant au signal RMN à 1,5T est = par ml de tissu Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 35 / 88
8 Perturbation de l aimantation Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 36 / 88
9 Perturbation de l aimantation Pour écarter M de l équilibre, il faut appliquer une OEM à la fréquence de Larmor : ν 0 = γ 2π B 0 où γ est le rapport gyromagnétique du noyau (constante physique caractéristique de chaque noyau possédant un spin non nul). fréquence de Larmor = fréquence de précession "fréquence de résonance du système" Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 36 / 88
10 Pierre Maurel Cours IM 37 / 88
11 Pierre Maurel Cours IM 38 / 88
12 Retour à l équilibre le long de B 0 : Équations de Bloch dm x (t) dt dm y (t) dt dm z (t) dt = γ(m(t) B(t)) x M x(t) T 2 = γ(m(t) B(t)) y M y(t) T 2 = γ(m(t) B(t)) z M z(t) M 0 T 1 Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 39 / 88
13 Retour à l équilibre le long de B 0 : Équations de Bloch dm x (t) dt dm y (t) dt dm z (t) dt = γ(m(t) B(t)) x M x(t) T 2 = γ(m(t) B(t)) y M y(t) T 2 = γ(m(t) B(t)) z M z(t) M 0 T 1 Relaxation = retour à l équilibre de l aimantation Relaxation transversale en T2 Relaxation longitudinale en T1 Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 39 / 88
14 Mesure du signal RMN M xy tend vers 0 tandis que M z croît. Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 40 / 88
15 Mesure du signal RMN M xy tend vers 0 tandis que M z croît. la décroissance de M xy se fait de manière exponentielle et engendre un courant induit dans une bobine (ou antenne de réception) située sur l axe Oy. Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 40 / 88
16 Mesure du signal RMN M xy tend vers 0 tandis que M z croît. la décroissance de M xy se fait de manière exponentielle et engendre un courant induit dans une bobine (ou antenne de réception) située sur l axe Oy. C est ce signal qui est mesuré! T 2 qui caractérise la décroissance dépend du tissu on obtient une image avec des intensités différentes selon les tissus observés Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 40 / 88
17 Problème : d où vient le signal enregistré par la bobine? Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 41 / 88
18 Problème : d où vient le signal enregistré par la bobine? Par défaut : de partout! Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 41 / 88
19 Problème : d où vient le signal enregistré par la bobine? Par défaut : de partout! Sélection de coupe on ajoute un "gradient" au champ magnétique principal B 0 qui dépend donc maintenant de z B 0 (z) =B 0 + G z.z Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 41 / 88
20 Problème : d où vient le signal enregistré par la bobine? Par défaut : de partout! Sélection de coupe on ajoute un "gradient" au champ magnétique principal B 0 qui dépend donc maintenant de z B 0 (z) =B 0 + G z.z la fréquence de Larmor (fréquence résonance) est donc modifié : ν ( z)= γ 2π B 0(z) Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 41 / 88
21 Problème : d où vient le signal enregistré par la bobine? Par défaut : de partout! Sélection de coupe on ajoute un "gradient" au champ magnétique principal B 0 qui dépend donc maintenant de z B 0 (z) =B 0 + G z.z la fréquence de Larmor (fréquence résonance) est donc modifié : ν ( z)= γ 2π B 0(z) en présence d un gradient G z la fréquence de résonance dépend de z Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 41 / 88
22 Problème : d où vient le signal enregistré par la bobine? Par défaut : de partout! Sélection de coupe on ajoute un "gradient" au champ magnétique principal B 0 qui dépend donc maintenant de z B 0 (z) =B 0 + G z.z la fréquence de Larmor (fréquence résonance) est donc modifié : ν ( z)= γ 2π B 0(z) en présence d un gradient G z la fréquence de résonance dépend de z Le choix de la fréquence d excitation RF permet de sélectionner une coupe Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 41 / 88
23 grâce au gradient de coupe (B 0 n est plus constant), on ne "bascule" que les spins dans une coupe choisie Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 42 / 88
24 grâce au gradient de coupe (B 0 n est plus constant), on ne "bascule" que les spins dans une coupe choisie mais on enregistre alors un signal électrique (1D) donné par la relaxation de tous les spins de cette coupe (2D) Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 42 / 88
25 grâce au gradient de coupe (B 0 n est plus constant), on ne "bascule" que les spins dans une coupe choisie mais on enregistre alors un signal électrique (1D) donné par la relaxation de tous les spins de cette coupe (2D)... Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 42 / 88
26 grâce au gradient de coupe (B 0 n est plus constant), on ne "bascule" que les spins dans une coupe choisie mais on enregistre alors un signal électrique (1D) donné par la relaxation de tous les spins de cette coupe (2D)... Codage en phase (gradient G y ) Codage en fréquence (gradient G x ) Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 42 / 88
27 grâce au gradient de coupe (B 0 n est plus constant), on ne "bascule" que les spins dans une coupe choisie mais on enregistre alors un signal électrique (1D) donné par la relaxation de tous les spins de cette coupe (2D)... Codage en phase (gradient G y ) Codage en fréquence (gradient G x ) Espace k (pour une coupe) Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 42 / 88
28 Rappel : Transformée de Fourier A B C D E Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 43 / 88
29 Rappel : Transformée de Fourier A B C D E 1 B 2 D 3 A 4 C 5 E Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 43 / 88
30 Dispositif d acquisition Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 44 / 88
31 IRM anatomique variété de séquence/contraste bonne résolution (< 1 mm) Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 45 / 88
32 IRM anatomique Contraste T1 substance blanche blanche substance grise grise LCR (ventricules) noir Comprendre l IRM : Manuel d auto-apprentissage (Bruno Kastler, Daniel Vetter, Zoltan Patay, Philippe Germain) Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 46 / 88
33 IRM anatomique Contraste T2 Contraste densité de protons ρ Comprendre l IRM : Manuel d auto-apprentissage (Bruno Kastler, Daniel Vetter, Zoltan Patay, Philippe Germain) Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 47 / 88
![[Clatz, TMI 2005] Pierre Maurel](/docs-images/61/45558165/images/34-1.png "(pierre.maurel@irisa.")
34 IRM anatomique pathologies Tumeur cérébrale Sclérose en plaques [Clatz, TMI 2005] Pierre Maurel Cours IM 48 / 88
35 IRM anatomique pathologies Lésion cérébrale : hyposignal en contraste T1 et hypersignal en contraste T2 Comprendre l IRM : Manuel d auto-apprentissage (Bruno Kastler, Daniel Vetter, Zoltan Patay, Philippe Germain) Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 49 / 88
36 IRM anatomique imagerie foetale et néonatale Dubois et al. Cerebral Cortex, 2007 Pierre Maurel Cours IM 50 / 88
37 IRM fonctionnelle signal BOLD (blood-oxygen-level dependent) zones "activées" (dont le cerveau se sert) afflux de sang oxygénés Concentration d oxyhémoglobine plus forte près des régions activées Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 51 / 88
38 IRM fonctionnelle Création de carte statistique et fusion avec l IRM anatomique (pour visualisation) Aires plus activées lors de l écoute de phrases en langue française que par des phrases en langue étrangère Pallier et al., Cerebral Cortex, 2003 Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 52 / 88
39 IRM de diffusion Diffusion des molécules d eau (et donc protons d hydrogène) Diffusion libre Diffusion restreinte isotrope Diffusion restreinte anisotrope Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 53 / 88
40 IRM de diffusion en chaque point estimation de la probabilité de diffusion en chaque direction Tenseur de diffusion Modèle gaussien de diffusion : un tenseur représenté par une matrice symétrique 3 3 Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 54 / 88
41 Problématiques classiques en IRM IRM anatomique Segmentation des différents tissus Pierre Maurel Cours IM 55 / 88
42 Problématiques classiques en IRM IRM anatomique Segmentation des différents tissus Recalage inter-modalités Pierre Maurel Cours IM 55 / 88
43 Problématiques classiques en IRM IRM fonctionnel détection des zones d activation cérébrale Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 56 / 88
44 Problématiques classiques en IRM IRM fonctionnel détection des zones d activation cérébrale IRM de diffusion tractographie des faisceaux de fibres de la matière blanche Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 56 / 88
45 Problématiques classiques en IRM d autres variantes : ASL (Arterial Spin Labelling) pour étudier la perfusion Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 57 / 88
46 IRM : récapitulatif Résolution spatiale anatomique : 1 mm fonctionnelle : 3 mm diffusion : 1 à 3 mm Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 58 / 88
47 IRM : récapitulatif Résolution spatiale anatomique : 1 mm fonctionnelle : 3 mm diffusion : 1 à 3 mm Résolution temporelle anatomique : 15 min fonctionnelle : 1s diffusion : 10 min à 1h Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 58 / 88
48 IRM : récapitulatif Résolution spatiale anatomique : 1 mm fonctionnelle : 3 mm diffusion : 1 à 3 mm Résolution temporelle anatomique : 15 min fonctionnelle : 1s diffusion : 10 min à 1h Améliorations permanente de ces résolutions nécessité d aimants de plus en plus puissants (nocivité pour l homme?) Pierre Maurel (pierre.maurel@irisa.fr) Cours IM 58 / 88
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