SÉQUENCES D'IMPULSIONS EN

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1 SÉQUENCES D'IMPULSIONS EN I(IMAGERIE) par R(RESONANCE) M(MAGNETIQUE) Muriel ROTH Centre d'irm fonctionnelle de Marseille

2 Introduction Une séquence d impulsions est comme une partition pour les protons. Les ingrédients sont des impulsions de radiofréquence, des impulsions de gradient et des délais. La séquence d'écho de spin : T E /

3 La lecture du plan de Fourier La séquence d'écho de gradient La séquence d'écho de spin La séquence d'epi (Echo Planar Imaging) Le contraste des images

4 La transformation de Fourier La lecture du plan de Fourier Si l'objet à imager est décrit par une fonction s(r) avec r le vecteur direction de coordonnées (X,Y,Z), le signal acquis en IRM correspond à la transformée de Fourier de l'objet : S(k r ) = s(r) e -2iπ (k r.r) dr En supposant que l'objet à imager est un objet réel, le terme θ(r) = 2π k r.r correspond à la phase du signal acquis.

5 Phase du signal La lecture du plan de Fourier La fréquence du signal recueilli en IRM est donnée par : ω 0 (r) = 2π f(r) = γ.(b 0 + G r.r) Après démodulation du signal (élimination de la fréquence de Larmor identique pour tous les protons), on a : ω d (r) = γ.g r.r

6 La lecture du plan de Fourier Phase du signal Si on applique un gradient G pendant un délai τ, le déphasage accumulé par un proton est donné par : δθ(r) = γ.g.r.τ = 2π k r.r δθ = γ. δb. τ X Y où δb = G r.r est la variation locale d'intensité de B 0.

7 La lecture du plan de Fourier Déplacement dans le plan de Fourier Impulsion RF de 90 : tous les protons sont en phase. déplacement au centre du plan de Fourier (déphasage nul). k Y RF G Z k X

8 La lecture du plan de Fourier Déplacement dans le plan de Fourier Gradient G X dans la direction X pendant un délai τ X : δθ(x) = γ.g X.X.τ X = 2π k X.X k X = γ.g X.τ X k Y k X G X τ X

9 La lecture du plan de Fourier Déplacement dans le plan de Fourier Gradient G Y dans la direction Y pendant un délai τ Y : δθ(y) = γ.g Y.Y.τ Y = k Y.Y k Y = γ.g Y.τ Y k Y G Y τ Y k X

10 La lecture du plan de Fourier Déplacement dans le plan de Fourier Impulsion 90 va au centre Gradient G X se déplace // à k X Gradient G Y se déplace // à k Y Impulsion 180 va en position symétrique par» rapport au centre

11 Pour une séquence d'imagerie standard, l'écart entre les points δk X et l'écart entre les lignes δk Y dans le plan de Fourier sont donnés par : Le codage du plan de Fourier δk X = γ.g X.δt δk Y = γ.g Y.τ où G X et G Y sont respectivement les gradients de lecture et de codage de phase, γ = γ / 2π = 42,576 MHz/T, δt correspond au temps d'échantillonnage des points et τ à la durée d'application du gradient G Y. La lecture du plan de Fourier

12 Le codage du plan de Fourier Des coupes IRM du foie sont acquises avec un champ de vue (FOV) carré de 30 cm et une matrice de 256x256. Le temps de lecture utilisé est de 2,56 msec (temps d'acquisition d'une ligne du plan de Fourier) et la durée du gradient G Y est de 2 msec. A partir du temps de lecture, calculer la valeur du temps d'échantillonnage des points t. Sachant que le champ de vue est inversement proportionnel à δk, en déduire la valeur du gradient de lecture G X et du gradient de codage de phase G Y. La lecture du plan de Fourier

13 Le codage du plan de Fourier La lecture du plan de Fourier Une ligne du plan de Fourier comprend 256 points, le temps d'échantillonnage d'un point est donc de δt = 2,56 / 256 = 0,01 msec = 10 μsec La valeur des gradients de lecture et de codage de phase sont données par : δk G X = X 1 1 = = = 7,83 mt/m γ.δt FOV X.γ.δt 0, δk G Y = Y 1 1 = = = 0,039 mt/m γ.τ FOV Y.γ.τ 0,

15 RF 90 L'excitation La séquence d'écho de gradient G Z G Y G X k Y k X

16 La séquence d'écho de gradient RF 90 Le déphasage préparatoire G Z G Y G X k Y k X

17 RF 90 La lecture du signal Signal IRM La séquence d'écho de gradient G Z G Y G X k Y k X

18 La séquence d'écho de gradient RF La lecture de la ligne suivante 90 Signal IRM 90 Signal IRM G Z G Y G X k Y k X 2 3

19 La séquence d'écho de gradient RF La lecture de la dernière ligne 90 Signal IRM G Z G Y G X k Y 3 1 k X

20 La séquence d'écho de gradient Les temps d'écho et de répétition La lecture de tout le plan de Fourier demande de répéter plusieurs fois l'acquisition d'une ligne : T E (temps d écho = délai entre le 90 et le centre de l écho), T R (temps de répétition = délai entre deux impulsions de 90 ). RF Signal T E T R

21 L écho de gradient La séquence d'écho de gradient Impulsion de 90 X : EXCITATION RF Y X

22 L écho de gradient La séquence d'écho de gradient Délai TE/2 : DEPHASAGE + G X < 0 Y X

23 L écho de gradient La séquence d'écho de gradient Délai TE/2 : REPHASAGE + G X > 0 Y X

24 L écho de gradient La séquence d'écho de gradient Le signal recueilli est un écho (l écho de gradient) temps

25 Le signal d'écho de gradient La séquence d'écho de gradient RF S 0 90 G X Signal TE T 2 * Pondération T 2 * du signal écho de gradient FID Temps

27 RF 90 L'excitation La séquence d'écho de spin G Z G Y G X k Y k X

28 La séquence d'écho de spin RF 90 Le déphasage préparatoire G Z G Y G X k Y k X

29 RF La refocalisation La séquence d'écho de spin G Z G Y G X k Y k X

30 RF 90 La lecture du signal 180 Signal IRM La séquence d'écho de spin G Z G Y G X k Y k X

31 La séquence d'écho de spin RF La lecture de la ligne suivante Signal IRM G Z G Y G X k Y 2 1 k X 3 4

32 La séquence d'écho de spin RF La lecture de dernière ligne Signal IRM G Z G Y G X k Y 1 k X 2

33 L écho de spin La séquence d'écho de spin Impulsion de 90 X : EXCITATION RF Y X

34 L écho de spin La séquence d'écho de spin Délai TE/2 : DEPHASAGE Y X

35 L écho de spin La séquence d'écho de spin Impulsion de 180 Y : REFOCALISATION RF Y X

36 L écho de spin La séquence d'écho de spin Délai TE/2 : REPHASAGE Y X

37 L écho de spin La séquence d'écho de spin Le signal recueilli est un écho (l écho de spin) temps

38 La séquence d'écho de spin Le signal d'écho de spin RF 90 TE/2 180 TE/2 Signal S 0 T 2 T 2 * Pondération T 2 du signal FID écho de spin Temps

39 La classification des séquences La séquence d'écho de spin Séquences en Echo de spin Echo de gradient Dépendent de la manière dont la refocalisation est produite Combinaison de 1 impulsion RF + 2 impulsions RF gradient de champ bipolaire Bases de la classification de toutes les séquences d IRM

41 La séquence d'epi La séquence d'epi La séquence EPI est basée sur le motif en écho de gradient. Séquence d'epi-fid Mais il est possible d'ajouter un motif d'écho de spin devant le train d'impulsions EPI. Séquence d'epi-se

42 RF 90 La séquence d'epi-fid Signal IRM La séquence d'epi G Z G Y G X k Y k X

43 RF 90 La séquence d'epi-fid La séquence d'epi G Z G Y Blip G X k Y k X

44 RF 90 La séquence d'epi-fid La séquence d'epi G Z G Y Blip G X k Y TE eff k X

45 Le signal d'epi-fid La séquence d'epi RF S 0 90 G X Signal TE eff T 2 * Forte pondération T 2 * Temps FID écho de gradient

46 RF La séquence d'epi-se Signal IRM La séquence d'epi G Z G Y G X k Y k X

47 RF 90 La séquence d'epi-se 180 La séquence d'epi G Z G Y Blip G X k Y TE eff k X

48 La séquence d'epi Le signal d'écho de spin RF G X Signal TE/2 TE/2 S 0 T 2 T 2 * Pondération T 2 et T 2 * FID écho de spin Temps

50 Le contraste des images Le contraste du signal va dépendre du choix des paramètres de la séquence d imagerie : T E (temps d écho = délai entre le 90 et le centre de l écho), T R (temps de répétition = délai entre deux impulsions de 90 ). RF Signal T E T R

51 Etat d équilibre Le contraste des images Aimantations proportionnelles à la densité des spins dans les différents tissus. B 0

52 Excitation Le contraste des images Basculement des aimantations dans le plan transverse. B 0 90 RF

53 Délai avant l acquisition du signal Pendant le délai T E, relaxation des spins dépendante du type de tissu. Le contraste des images B 0 Délai T E

54 Acquisition du signal Le contraste des images Lecture du signal (composantes transverses des aimantations). B 0

55 Retour à l état d équilibre Pendant le délai T R, relaxation des spins dépendante du type de tissu. Le contraste des images B 0 Délai T R

56 Excitation suivante Le contraste des images Basculement de la composante longitudinale des aimantations dans le plan transverse. B 0 90 RF

57 Délai avant l acquisition Le contraste des images Pendant le délai T E, relaxation des spins dépendante du type de tissu. B 0 Délai T E

58 Acquisition du signal Le contraste des images Lecture du signal (composantes transverses des aimantations). B 0

59 Le contraste des images Pondération T 1 Tissus de T 1 Tissus de T 1 long : signal faible court : signal fort M Z M 0 T R court (500 ms) Temps

60 Le contraste des images Pondération T 1 Tissus de T 2 court ou long : signal fort M XY M 0 T E court (<20 ms) Temps

61 M Z Pondération DP (Densité de Proton) Tissus de T 1 court ou long : signal fort Le contraste des images M 0 T R long (2500 ms) Temps

62 M XY Pondération DP (Densité de Proton) Tissus de T 2 court ou long : signal fort Le contraste des images M 0 T E court (<20 ms) Temps

63 Le contraste des images Pondération T 2 Tissus de T 1 court ou long : signal fort M Z M 0 T R long (2500 ms) Temps

64 Le contraste des images Pondération T 2 Tissus de T 2 Tissus de T 2 long : signal fort court : signal faible M XY M 0 T E long (>20 ms) Temps

65 Séquence d écho de spin Le contraste des images T E 90 ms T 2 20 ms T 1 DP 500 ms 2500 ms T R

66 L activité hémodynamique Le contraste des images REPOS ACTIVATION Oxygène Hémoglobine Capillaire

67 Le contraste des images L activité hémodynamique REPOS ACTIVATION Forte augmentation : du volume sanguin du débit sanguin de l'apport en O 2 Faible augmentation : de la consommation en O 2 BAISSE Déoxy-hémoglobine Oxy-hémoglobine

68 L activité hémodynamique Le contraste des images Déoxy-hémoglobine paramagnétique Oxy-hémoglobine diamagnétique ACTIVATION BAISSE Déoxy/Oxy-hémoglobine MEILLEURE HOMOGENEITE (T 2 * ) AUGMENTATION DU SIGNAL Effet BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent)

69 Le flux sanguin Le contraste des images Flux V ~ 1 m/sec

70 Le contraste des images Le flux sanguin Contraste entre les tissus stationnaires et le sang : 1 ère solution : diminuer le signal du sang Contraste de phase 2 ème solution: diminuer le signal des tissus stationnaires Temps de vol 3 ème solution: augmenter le signal du sang Utilisation d agents de contraste

71 L angiographie Le contraste des images Contraste de phase 3D Temps de vol 3D Temps de vol 3D Gadolinium CHU Strasbourg Hautepierre

72 L IRM de diffusion Le contraste des images Mouvements moléculaires de l eau <l> = 2.D.Δ D ~ 10-3 mm 2 /sec

73 La diffusion moléculaire Le contraste des images Mouvements aléatoires 1 direction de diffusion privilégiée 2 directions de diffusion privilégiées

74 Les gradients de diffusion Le contraste des images Cette séquence est plus sensible à la diffusion dans la direction du gradient G.

75 La pondération en diffusion Le contraste des images S ~ S 0 exp(-t E /T 2 ) exp(-bd) Relaxation T 2 Pondération en diffusion Signal après l impulsion de 90 Le facteur b (calculé en sec/mm 2 ) va dépendre : de l amplitude des gradients de diffusion de la durée des gradients de diffusion du délai entre les gradients de diffusion

76 Les images pondérées en diffusion Le contraste des images Calcul de D par interpolation Signal S 0 b

77 La qualité des images de diffusion Le contraste des images Motif préparatoire de diffusion Résolution angulaire (nombre de directions du gradient de diffusion) > 6 pour le calcul du tenseur de diffusion > 100 pour le traitement de type Q-ball Pondération en diffusion (valeur de b) > 2000 sec/mm 2 pour le traitement de type Q-ball

78 Le contraste des images Le traitement des images de diffusion Image de diffusion Tenseur de diffusion

79 Le contraste des images Le traitement des images de diffusion Suivi de fibres Q-ball