Imagerie par résonance magnétique

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1 Imagerie par résonance magnétique Mécanismes de la relaxation : La relaxation longitudinale est du à un phénomène énergétique : interaction spin-réseau (milieu moléculaire environnant ; transition des protons entre niveaux d'énergie) La relaxation transversale est dû à un déphasage des spins, interactions spins-spins. Interaction dipolaire : Modulée par le mouvement moléculaire : Temps de corrélation τ c o De rotation : temps nécessaire à la rotation de 1 rd o De translation : temps nécessaire au déplacement d une longueur de molécule o Plus ce temps est court, plus les mouvements sont importants Mouvement rapide par rapport à v 0 : T 1 = T 2 = long Mouvement v 0 : T 1 minimum Mouvement lent (solide) : T 1 long ; T 2 très court < 1ms Exemple : Le T2 est dû à l interaction entre les spins, dans le cas de l eau comme il y a beaucoup de mouvement les interactions sont très peu efficace donc T 2 est long Tutorat PACES Amiens 1

2 Inversement dans une grosse macromolécule, les atomes peuvent plus facilement interagir car il y a peu de mouvement, donc T2 est court. Le temps d écho : Le temps d écho (T E ) c est le temps qui sépare le moment où l on fait le 90 du moment où l on a l écho de spin Temps de répétition : Le temps de répétions est le temps au bout duquel on répète exactement la même séquence. En jouant sur ces 2 temps on peut mettre en évidence plutôt une différence de signal entre 2 tissus qui ont un temps de relaxation T1 différent ou plutôt 2 tissus qui ont un temps de relaxation T2 différent Le contraste (de l image) va dépendre du choix des paramètre T E et T R Tutorat PACES Amiens 2

3 «double parcours» Relaxation et contraste : Grâce à cette différence entre A et B on va pouvoir mettre en évidence les différents tissus. Cette différence entre A et B va pouvoir etre plus ou moins bien mise en évidence selon les paramètre T E et T R On va dire que A est de la graisse et repousse rapidement et que B c est du LCR et repousse lentement : Au moment donné par le trait noir on applique un 90 à A et B, puis si on prend un T E court le tissus A est plus intense que le tissu B et inversement avec un T E long Influence du T R Avec T R long Tutorat PACES Amiens 3

4 Pour Mz : si T R est long toutes les séquences aboutisse au même résultat c est-à-dire a une repousse complète. Avec T R court Pour Mz : Le temps est trop court pour avoir une repousse complète, quand on rapplique un 90 tous les protons ne sont plus excitable, et donc on observe une diminution progressive des repousse : les repousses sont partielles Pondération en T1 : Si j ai 2 tissus avec un T 1 différent on va pouvoir mettre en évidence une différence de signal : T R long Tutorat PACES Amiens 4

5 Mz pour les tissus A et B ont le temps de repousser totalement sans grande différence. Je ne vais pas arriver à discriminer les deux tissus. Pas d influence de T 1 sur le signal RMN. TR court Les 2 courbes repoussent partiellement, au moment du second 90 on remarque que l une des courbes a pratiquement fini de repousser mais que l autre pas du tout. On met donc en évidence une différence de signal du a T 1. Pour avoir une pondération en T 1 il faut un T R court Sur l image, le signal RMN pondéré en T 1 va être traduit par un contraste : Le signal fort est en Blanc (A) Le signal faible est en Noir (B) Sur cette IRM : Le LCR apparait en noir (cas du tissu B avec un T 1 La graisse en brillant (cas du tissu A avec un T1 court) La matière blanche en blanc La matière grise en gris Pondération en T 2 : On reprend les mêmes caractéristiques des tissu A et B. Tutorat PACES Amiens 5

6 T R long (perte d influence de T 1 ) TE LONG. On voit une décroissance exponentielle plus ou moins rapide suivant T 2. Les déphasages sont plus lents quand le T 2 est plus long perte d'influence de T1. Le signal fort est le bleu et le faible le rouge. TE long On peut mettre en évidence une différence de signal entre A et B lié à une différence de relaxation T2. Pour avoir une pondération en T 2 il faut un T E long Sur l image, le signal RMN pondéré en T 2 va être traduit par un contraste : Le signal fort est en Blanc (B) Le signal faible est en Noir (A) Sur cette IRM : LCR en blanc (cas du tissu B avec un T 2 long) Matière blanche en gris foncé Matière grise en gris clair Remarque : il faut que les tissus contiennent des protons, si on a une cavité aérique on ne verra rien car manque de proton. Tutorat PACES Amiens 6

7 Pondération en densité de protons (p) T R long (perte d influence de T 1 ) T E court (perte d influence de T 2 ) Je ne donne pas le temps aux tissus de donner une différence de signal, on aura donc la densité de proton. L intensité du signal global que l on obtient au moment où l on fait le temps d écho (qui prend en compte la repousse éventuelle ou la non-repousse, la décroissance en T2 et la densité en proton) Séquence d écho de spin : Tutorat PACES Amiens 7

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9 IRM : Le matériel Gradient de champ magnétique : Champ magnétique variable linéairement : Par exemple dans la direction (0,x) : Tutorat PACES Amiens 9

10 On a 5 protons avec un champ magnétique variable linéairement et donc avec une vitesse de précession variable linéairement Les applications : 1. Sélection de coupe Par exemple dans la direction (0,x) : On va envoyer le champ B 1 avec une fréquence correspondant au trait noir : sur cette droite sera grosse plus j exciterai des protons (épaisseur de coupe) Tutorat PACES Amiens 10

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12 Le gradient est utilisé pour la section de coupe et pour la localisation au sein d'une coupe. Impulsion de 90 : Localisation au sein d une coupe : Tous les protons précessent à la même fréquence. J applique un autre gradient, un gradient de phase. Les spins du bas voient un champs magnétique moins intense que ceux du haut. Quand j arrête mon gradient de phase, ceux du haut seront allés plus vite, ils seront en avance. Maintenant j applique un gradient de lecture (GR), dans la direction perpendiculaire au gradient précédent. Les spin de droite verront un champs magnétique plus intense que ceux de gauches. Tutorat PACES Amiens 12

13 On a un gradient de sélection d une coupe. Tous les protons tournent à la même fréquence (au début) puis on impose un gradient de phase : on aura donc une avance des uns par rapport aux autres. Ensuite, on importe un gradient de lecture pendant le signal : le champ est plus intense pour les spins à droite : certains seront donc plus rapides que d autres (à droite) selon leur position sur l'axe Oy. Chaque spin est codé par son avance par rapport aux autres ou par sa vitesse On arrive à coder tous les plans avec ses 2 gradients perpendiculaires : un avant la lecture et un pendant. Tutorat PACES Amiens 13

14 Séquence d écho de spin : chronogramme Le signal lu pendant la lecture est une combinaison de toutes les fréquences des spins Imagerie T1 : amplitude du signal SB > amplitude signal SG > amplitude signal LCS On obtient un signal composite de tous les signaux : il faut le décomposer. L écho provient de l ensemble des protons de la coupe : recueilli, de module et échantillonné par le convertisseur analogique numérique Tutorat PACES Amiens 14

15 Transformation de Fourrier = transformation très rapide N= nombre de ligne, de pas. Tutorat PACES Amiens 15

16 IRM : le matériel : Précautions liées aux champs magnétiques : Pace-makers Prothèses métalliques, stent Effet «missile» Cage de Farraday pour être isolé des ondes électromagnétiques Les antennes : Spire métallique Réceptrice, émettrice Antennes de surface : spires simples, peu profondes Antennes en selle de cheval: membres et articulations Antennes en «cage à oiseau» : grand volume et champ stable Effets des substances paramagnétiques : Paramagnétique = 1 ou plusieurs électrons NON APPARIES Les produits de contraste diminuent les temps de relaxation. (T1 paramagnétique) Tutorat PACES Amiens 16

17 Imagerie par résonnance magnétique : Image : Matrice de valeurs numériques Taille de la matrice = nombre de pixels (souvent une puissance de 2) Taille du champ de vue (FOV) Résolution : Δx = FOV/Npix Epaisseur de coupe Résolution spatiale : Dépend de la taille du VOXEL Effet de l épaisseur de coupe : l épaisseur plus faible donne une meilleure vue (+ de détails). L'épaisseur de 10mm est plus belle, plus lisse que celle de 5mm, mais on voit moins les détails. On définit un signal par rapport au bruit ambiant pareil pour l'image. Le rapport signal/bruit est proportionnel à la racine carrée de NEX. (NEX = nombre d'exitations) Tutorat PACES Amiens 17

18 Qualité de l'image : Contraste Résolution spatiale Rapport signal/bruit Durée d'acquisition Plan de Fourrier : Si on prend que les points centraux (32*32), on a plus que les fréquences basses, on a perdu les hautes résolutions spatiales. L'image est bien contrastée. Si on a 16*16, l'image est dégueulasse, on a un signal mais plus de résolution. Si on enlève les points du centre, on a plus que les pixels qui donne la haute résolution spatiale, on a plus beaucoup de signal mais on vient bien les bords, structures Centre = faible résolution spatiale (floue) ; signal fort, bon contraste Périphérie = haute fréquence (détails), signal faible Le temps d'acquisition d'une image : TR*NΦ*NEX Φ = nbr de phases, important pour la résolution TR = indique le contraste en T1 On peut donc pas trop jouer sur le temps d'acquisition. Autres méthodes que l'écho spin : Tutorat PACES Amiens 18

19 Réduction TR + diminution de l'angle de bascule Φ écho de gradient Acquisition plusieurs lignes/excitations. Echo de spin : décroissance en T2* puis décroissance en T2 après 180. Au temps TE, atténuation en T2 et pas en T2*. L'écho de gradient est lié à T2*. Pendant un temps très court, on applique un gradient de déphasage dans la direction du gradient de lecture, puis on le fait suivre par un gradient de rephasage qui va composer l'effet du 1er gradient on va avoir un écho Diminution de l'angle de bascule RF < 90µ TE/2 = déphasage TE=écho Pas de 180, cette séquence est donc sensible ce qui influe T2*, aux inhomogénéités de B0 Beaucoup plus rapide qu'une séquence écho de spin Séquence écho de spin : - Séquence de base - Corrige les inhomogénéités de B0, lente Séquence écho de gradient : - Séquence rapide - Ne corrige pas les inhomogénéités de B0 - Impulsion de 90 - Inversion du sens du gradient de lecture Une ligne = un IRF Plusieurs échos = plusieurs lignes 8 lignes par excitations = 8x plus rapide Tutorat PACES Amiens 19

20 Imagerie rapide : Le gradient Gx se déplace // à kx (pareil pour y) Impulsion de 90, on est au centre de l'espace k Parcourir l'espace k par l'echo planar «blipped» : Une excitation. On applique un gradient de lecture et de phase. Tutorat PACES Amiens 20

21 L'eau a un T1 plus élevé Le STIR pour un temps d'inversion court et FLAIR pour un temps d'inversion long Artéfacts en IRM : Déplacement chimique Mouvements Troncature Repliement (aliasing) Susceptibilité magnétique et artéfact métallique Divers : distorsion géométrique et croisement des coupes Pannes Tutorat PACES Amiens 21

22 Déplacement chimique : Cause : - Interface tissu aqueux/graisseux - Différence de fréquence graisse/eau Solutions : - Augmenter la fréquence - Séquence particulière : saturation de la graisse et inversion/récupération Le déplacement est inversement proportionnel à la bande passante. Les protons de graisse n ont pas le même environnement que ceux d eau. Selon l environnement chimique, on aura un déplacement chimique. L eau et la graisse ne sont donc pas au même endroit : les protons de la graisse ont une fréquence différente, ils ne résonnent pas à la même fréquence. Quand les protons de la graisse sont dans le plan Oxy, ils vont repousser. (on supprime la graisse) ex : pour annuler le signal de la graisse rétro-orbitaire afin de mieux visualiser les nerfs optiques. Déplacement chimique et spectrométrie : électron : spin ½ => champ magnétique Bo modifié B 10 = Bo (1-σ) σ : cte de blindage B 10 = f (structure chimique environnante) Tutorat PACES Amiens 22

23 Ex : méthanol : Fréquence (CH3) fréquence (OH) en transformation de fourrier on voit 2 pics Solution : saturation de la graisse Artéfact métallique : Cause : présente d éléments ferromagnétiques Effet : dispersion de phase, halo en hyposignal, distorsion Solution : interrogatoire préliminaire, raccourcir TE, écho de spin, réduction du voxel Epaisseur de la coupe dépend : - Bande de fréquence w - Force du gradient Gss L'épaisseur de la coupe dépend de l'intensité du gradient de séléction de coupe et de la durée de l'impulsion. Mais RIEN A VOIR AVEC LA BANDE PASSANTE. La largeur de la bande fréquence est inversement proportionnel à la durée de l'impulsion Tutorat PACES Amiens 23