RMN, IRM, SRM 30/08/2017. DAMEZ Camille (L2 Médecine) pepitoooooo

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1 RMN, IRM, SRM 30/08/2017 DAMEZ Camille (L2 Médecine) pepitoooooo

2 I. La RMN en médecine II. Bases de l IRM III. SRM

3 I. La RMN en médecine La RMN utilise la composante magnétique d un rayonnement électromagnétique (dans la gamme des radiofréquences) pour perturber et ainsi mesurer l interaction entre les moments magnétiques de certains noyaux (spins) et un champ magnétique statique intense. Deux applications : - IRM - SRM

4 Phénomènes de RMN 1) Polarisation par un champ magnétique intense 2) Excitation par un champ électromagnétique dans la gamme des radiofréquences 3) Relaxation (retour à l équilibre)

5 Propriétés magnétiques des noyaux des atomes Les états énergétiques d un noyau dans son état fondamental peuvent être calculés en résolvant l équation de Schrödinger. Cette modélisation est appelée modèle en couche. Un nucléon se trouve associé à 4 nombres quantiques : - n : nombre quantique principal, entier non nul qui caractérise la couche occupée par le nucléon

6 Propriétés magnétiques des noyaux des atomes - l : nombre quantique orbital, entier variant de 0 à n-1 qui permet de quantifier la norme du moment cinétique orbital du nucléon : - m : nombre quantique magnétique orbital (variant de -I à +I par pas de 1) qui permet de quantifier la projection de L sur une direction privilégiée.

7 Propriétés magnétiques des noyaux des atomes - s : nombre quantique de spin avec s= ± ½ qui permet de quantifier la norme du moment angulaire du spin du nucléon : On quantifie le moment angulaire total d un nucléon par un nombre quantique j demi-entier (j= 1/2, 3/2, 5/2...)

8 Propriétés magnétiques des noyaux des atomes On peut placer 2j+1 nucléons de chaque type sur chaque sous-couche caractérisée par une valeur j. Couche 1 : (n= 1; l= 0; s= ± 1/2) j = 1/2 2 nucléons de chaque type Couche 2 : (n= 2; l= 0 ou l =1; s= ± 1/2) j = 1/2 ou j = 3/2 6 nucléons de chaque type Couche 3 : (n= 3; l= 0 ou l= 1 ou l= 2; s= ±1/2) j = 1/2 ou 3/2 ou 5/2 12 nucléons de chaque type Astuce : on peut placer n(n+1) nucléons de chaque type sur chaque couche

9 Propriétés magnétiques des noyaux des atomes Dans un noyau, sur chacune des couches, les nucléons se combinent en opposition selon un principe d exclusion par paires de particules sans mélange d espèce (p avec p, n avec n). Le spin nucléaire I résultant est nul si tous les nucléons sont appariés, demi-entier ou entier si au moins l un des deux types de nucléons n est pas apparié. Le spin nucléaire résultant I, et donc le moment magnétique nucléaire résultant, sont différents de 0 s il existe au moins un nucléon non apparié sur une des couches.

10 Propriétés magnétiques des noyaux des atomes Règles de sélection A = nombre de masse = nb de nucléons Z = numéro atomique = nb de protons Si A pair et Z pair : I= 0 > Pas de RMN Si A impair et Z pair ou impair : I demi-entier > RMN Si A pair et Z impair : I entier > RMN

11 Propriétés magnétiques des noyaux des atomes Dans le cas où I différent de 0, le noyau peut être considéré comme une particule d une certaine masse et d une certaine charge électrique tournant autour de son axe. Si l on considère la masse en rotation, elle est caractérisée par son moment cinétique. Si l on considère la charge en rotation, elle est caractérisée par un moment magnétique.

12 Propriétés magnétiques des noyaux des atomes (rapport gyromagnétique en MHz/Tesla) est caractéristique du noyau, il est proportionnel à la charge de la particule et inversement proportionnel à la masse de la particule (SAUF POUR LE NEUTRON).

13 Propriétés magnétiques des noyaux des atomes Qu est-ce qu un spin? C est un paramètre physique intrinsèque de toute particule isolée comme la charge électrique ou la masse. Un spin est un paramètre quantique rendant compte du mouvement de la rotation d une particule sur elle-même. Un noyau possédant un spin résultant I différent de 0 se comporte comme un petit aimant caractérisé par son moment magnétique.

14 1) Polarisation dans un champ magnétique extérieur intense Même s il possède un spin nucléaire résultant I différent de 0, le moment magnétique d un noyau n est pas directement mesurable. Il s oriente aléatoirement dans l espace et le temps. De fait, l aimantation globale est nulle :

15 1) Polarisation dans un champ magnétique extérieur intense Il est donc nécessaire pour pouvoir mesurer les propriétés magnétiques des noyaux de les faire interagir avec un champ magnétique extérieur intense généralement noté orienté par convention selon l axe Oz : c est la polarisation.

16 1) Polarisation dans un champ magnétique extérieur intense L intensité ou l énergie d interaction entre le moment magnétique d un spin et le champ extérieur est donné par : En présence de B0, les spins vont s orienter dans la direction du champ magnétique B0 de 2I+1 façons, correspondant à autant de valeurs possibles pour l énergie d interaction magnétique E. C est l effet Zeeman qui induit la levée de dégénérescence des niveaux d énergie.

17 Pour le proton

18 1) Polarisation dans un champ magnétique extérieur intense Sous l effet du couple de torsion, le spin se met à tourner (ou précesser) autour de l axe Oz suivant un cône d angle à la vitesse angulaire de précession La fréquence de précession de ce mouvement est donc : Fréquence de Larmor ->

19 1) Polarisation dans un champ magnétique extérieur intense Valeurs des différents états énergétiques créés Le nombre quantique magnétique orbital ms impose l orientation des m en quantifiant le module de leur projection sur l axe de quantification (parallèle à B0) selon : Rappel : ms peut prendre 2I+1 valeurs de -I à +I par pas de 1 et permet de quantifier la projection de L sur une direction privilégiée

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21 Polarisation dans un champ magnétique extérieur intense Pour un ensemble de spin, la polarisation provoque la répartition des spins sur les différents niveaux d énergie (2 niveaux pour I=½). Les spins se répartissent sur l état stable et l état instable. La répartition entre ces deux états est donnée par l équilibre de Boltzmann. Seuls les spins en surnombre sur l état STABLE donnent un signal RMN. >> La RMN n est pas une méthode sensible.

22 1) Polarisation dans un champ magnétique extérieur intense D un point de vue macroscopique, la somme vectorielle des moments magnétiques crée une aimantation résultante dans la direction et le sens de B0.

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24 QCM 2011 A. B. C. D. E. La couche du noyau n= 2 peut accueillir au maximum 12 nucléons. Le moment cinétique d un noyau possédant un spin nucléaire résultant différent de 0 est parallèle à son moment magnétique. La polarisation d une population de spins possédant des spins nucléaires résultants différents de 0 est induite par un champ électromagnétique dans la gamme des radiofréquences. Durant la polarisation, l énergie d interaction magnétique E entre, le champ magnétique statique et le moment magnétique d un noyau possédant un spin nucléaire résultant I= 3/2, peut prendre 4 valeurs possibles. La différence d énergie entre deux valeurs consécutives de l énergie d interaction magnétique E est proportionnelle à la valeur du champ magnétique statique B0.

25 QCM 2011 A. B. C. D. E. Vrai, 2(2+1) = 6 nucléons de chaque type soit 12 nucléons au maximum Le moment cinétique d un noyau possédant un spin nucléaire résultant différent de 0 est parallèle à son moment magnétique. La polarisation d une population de spins possédant des spins nucléaires résultants différents de 0 est induite par un champ électromagnétique dans la gamme des radiofréquences. Durant la polarisation, l énergie d interaction magnétique E entre, le champ magnétique statique et le moment magnétique d un noyau possédant un spin nucléaire résultant I= 3/2, peut prendre 4 valeurs possibles. La différence d énergie entre deux valeurs consécutives de l énergie d interaction magnétique E est proportionnelle à la valeur du champ magnétique statique B0.

26 QCM 2011 A. B. Vrai, 2(2+1) = 6 nucléons de chaque type soit 12 nucléons au maximum Vrai, relation de colinéarité : C. La polarisation d une population de spins possédant des spins nucléaires résultants différents de 0 est induite par un champ électromagnétique dans la gamme des radiofréquences. Durant la polarisation, l énergie d interaction magnétique E entre, le champ magnétique statique et le moment magnétique d un noyau possédant un spin nucléaire résultant I= 3/2, peut prendre 4 valeurs possibles. La différence d énergie entre deux valeurs consécutives de l énergie d interaction magnétique E est proportionnelle à la valeur du champ magnétique statique B0. D. E.

27 QCM 2011 A. B. Vrai, 2(2+1) = 6 nucléons de chaque type soit 12 nucléons au maximum Vrai, relation de colinéarité : C. Faux, c est l excitation qui est induite par une impulsion RF ; la polarisation est elle induite par un champ magnétique statique intense B0 Durant la polarisation, l énergie d interaction magnétique E entre, le champ magnétique statique et le moment magnétique d un noyau possédant un spin nucléaire résultant I= 3/2, peut prendre 4 valeurs possibles. La différence d énergie entre deux valeurs consécutives de l énergie d interaction magnétique E est proportionnelle à la valeur du champ magnétique statique B0. D. E.

28 QCM 2011 A. B. Vrai, 2(2+1) = 6 nucléons de chaque type soit 12 nucléons au maximum Vrai, relation de colinéarité : C. Faux, c est l excitation qui est induite par une impulsion RF ; la polarisation est elle induite par un champ magnétique statique intense B0 Vrai, 2I+1 = 2 x (3/2) + 1 = 4 niveaux d énergie La différence d énergie entre deux valeurs consécutives de l énergie d interaction magnétique E est proportionnelle à la valeur du champ magnétique statique B0. D. E.

29 QCM 2011 A. B. Vrai, 2(2+1) = 6 nucléons de chaque type soit 12 nucléons au maximum Vrai, relation de colinéarité : C. Faux, c est l excitation qui est induite par une impulsion RF ; la polarisation est elle induite par un champ magnétique statique intense B0 Vrai, 2I+1 = 2 x (3/2) + 1 = 4 niveaux d énergie Vrai, D. E.

30 2) Excitation du système L équilibre produit par la polarisation va être perturbé par l application d une onde de radiofréquence. D un point de vue quantique, l énergie apportée par l onde de radiofréquence permet à un spin non apparié présent sur le niveau stable de monter sur un autre niveau d énergie plus instable.

31 2) Excitation du système En RMN, l excitation, donc le phénomène de résonance, n a lieu que si l énergie apportée par l onde RF est exactement la même que la différence d énergie entre les 2 niveaux d énergie. La fréquence de l onde RF doit donc être impérativement égale à la fréquence de Larmor sinon il n y aura pas de phénomène RMN observable.

32 2) Excitation du système D un point de vue classique, on applique une onde RF possédant une fréquence égale à v0 dont la composante magnétique B1 est champ tournant perpendiculaire à l aimantation résultante M0 des spins polarisés et au champ magnétique principal B0. L interaction entre M0 et les deux champs magnétiques B0 et B1 est: L aimantation résultante M0 longitudinale bascule d un angle dans le référentiel tournant lié à B1 et qui tourne autour de B0 à la fréquence de Larmor.

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34 3) Relaxation (retour à l équilibre) D un point de vue quantique, les spins excités vont redescendre sur le niveau stable en émettant une énergie qui sera la source du signal RMN mesuré. A la fin de l application de l onde RF, les spins vont se réorienter selon la direction de B0.

35 3) Relaxation (retour à l équilibre) La composante longitudinale Mz croit jusqu à la valeur initiale de M0. (repousse de Mz) : c est la relaxation longitudinale ou spin-réseau. La composante transversale Mxy décroît tout en tournant autour de B0 à la fréquence v0 (disparition de Mxy) : c est la relaxation transversale ou spin-spin. L aimantation décrit une sorte d hélice pour revenir à M0.

36 Relaxation longitudinale (spin-réseau) D un point de vue classique, on observe une repousse de la composante longitudinale suivant une courbe exponentielle croissante de constante de temps T1 : temps de relaxation longitudinal. T1 correspond au temps nécessaire à 63% de la repousse de M0.

37 Relaxation longitudinale (spin-réseau) D un point de vue quantique, la relaxation spin-réseau correspond au retour du spin de l état excité à l état stable. Ce retour à l équilibre n est pas inné : il nécessite certaines conditions environnementales comme des mouvements moléculaires de fréquences voisines à la fréquence de Larmor. La relaxation longitudinale d un même type de noyaux dépend donc de la densité spectrale des mouvements moléculaires du milieu qui l entoure. L efficacité de la relaxation longitudinale (donc la durée du T1) dépend de l environnement moléculaire >> c est la base du contraste T1 en IRM

38 Relaxation longitudinale (spin-réseau) Exemples

39 Relaxation transversale (spin-spin) Elle est reliée à la perte de cohérence en phase des spins dans le plan transverse. C est une interaction sans échange d énergie. Elle résulte de petites hétérogénéités locales du champ magnétique induites par le fait que la présence même d un spin va modifier le champ magnétique global subi par le spin voisin. Les protons voisins ne voyant pas exactement le même champ magnétique, ils n ont pas exactement la même fréquence de Larmor et se déphasent les uns par rapport aux autres = DÉPHASAGE Plus la structure est compacte, plus le déphasage est rapide.

40 Relaxation transversale (spin-spin) L aimantation transversale Mxy décroît à mesure que les spins se déphasent avec une constante de temps T2*, phénomène totalement INDÉPENDANT de la relaxation longitudinale.

41 Relaxation transversale (spin-spin) Mais cette décroissance est liée à pls phénomènes : - interaction spin-spin pure de constante de temps T2 - interaction spin-spin apparente de constante de temps T2* qui inclut également le déphasage lié aux imperfections technologiques du champ magnétique principal B0.

42 Relaxation transversale (spin-spin) B0 Parfaitement homogène Décroissance de Mxy Cst de temps Valeur de Mxy + lente T2 Non homogène + rapide T2*

43 Relaxation Exemples

44 Résumé RMN 1) Polarisation Une population de spins nucléaires non nuls introduite dans un champ magnétique externe produit l apparition d une aimantation résultante nucléaire M0 de même sens et de même direction que le champ magnétique appliqué. 2) Excitation Une impulsion de radiofréquence possédant une fréquence égale à v0 et sa composante magnétique B1 perpendiculaire au champ magnétique principal B0 permet de faire basculer l aimantation longitudinale d un angle par rapport à l axe Oz et ainsi créer une aimantation possédant : - une composante longitudinale - une composante transversale 3) Relaxation A la fin de l application de l onde RF, les spins vont redescendre sur le niveau stable. La repousse de Mz suit une courbe exponentielle croissante de constante de temps T1 : c est la relaxation spin-réseau. Mxy décroît selon une courbe exponentielle décroissante de constante de temps T2* : c est la relaxation spin-spin. Pour obtenir le signal RMN, on récupère l énergie émise par les spins lors de leur relaxation.

45 Mesure du signal - APRÈS que l onde RF ait été arrêtée - PENDANT la relaxation - TOUJOURS DANS LE PLAN TRANSVERSE (Oxy) en plaçant une (ou pls) bobine(s) électrique(s) de réception accordée(s), cad sensible(s) aux fréquences de résonance (v) des noyaux étudiés. L aimantation transversale créé dans la bobine un courant électrique sinusoïdal de fréquence v0 qui s atténue avec une constante de temps T2*. Ce signal est appelé signal de précession libre ou FID ( Free Induction Decay).

46 A - Mesure du T2* Elle ne nécessite qu une séquence avec une impulsion RF centrée sur v0 qui va faire basculer les spins d un angle. Le signal recueilli est une exponentielle décroissante de fréquence v0 et de constante de temps T2*. Après la transformée de Fourier, la largeur à mi hauteur du pic =

47 B - Mesure du T2 : séquence écho de spin 1) Après impulsion de 90 appliquée par exemple suivant l axe Ox, M0 est basculée dans le plan transversal selon Oy : tous les spins sont en phase 2) Arrêt de l onde RF : les spins se déphasent et l aimantation diminue selon une exponentielle décroissante avec une constante de temps T2*

48 B - Mesure du T2 : séquence écho de spin 3) On applique une impulsion de radiofréquence de 180 (selon Oy) à TE/2 : inversion des positions des spins par rapport à l axe Oy 4) Les spins tournant toujours dans le même sens, ils se rephasent au temps TE provoquant l apparition d un écho de spin.

49 B - Mesure du T2 : séquence écho de spin L inversion des spins permet de compenser les hétérogénéités de B0 sans les supprimer!!! L intensité de l écho est donné par la formule suivante :

50 C - Mesure du T1 : Séquence inversion-récupération 1) impulsion de 180 qui inverse totalement l aimantation de +M0 à -M0. La relaxation se produit selon l axe Oz de -M0 à +M0 sans qu il y ait une composante transversale qui se créée. 2) impulsion de 90, espacée d un délai variable du 180

51 C - Mesure du T1 : Séquence inversion-récupération On recueille le FID après le 90. L intensité du signal en fonction croissante allant de -M0 à +M0 : de suit une loi exponentielle

52 QCM 2015 A. B. C. D. E. En RMN, les ondes électromagnétiques permettant de réaliser l excitation sont dans le domaine infrarouge En RMN, l onde électromagnétique permettant de réaliser l excitation doit posséder une fréquence égale à la fréquence de Larmor des spins que l on veut observer. L angle de bascule de l aimantation M0 lors de l application de l onde électromagnétique d excitation B1 est inversement proportionnel à la durée d application de l onde. La relaxation débute dès l arrêt de l application de l onde d excitation. Lors de la relaxation, l aimantation transversale Mxy croit jusqu à la valeur M0 suivant une loi exponentielle croissante avec une constante de temps appelée T2.

53 QCM 2015 A. B. C. D. E. Faux, domaine des radiofréquences! En RMN, l onde électromagnétique permettant de réaliser l excitation doit posséder une fréquence égale à la fréquence de Larmor des spins que l on veut observer. L angle de bascule de l aimantation M0 lors de l application de l onde électromagnétique d excitation B1 est inversement proportionnel à la durée d application de l onde. La relaxation débute dès l arrêt de l application de l onde d excitation. Lors de la relaxation, l aimantation transversale Mxy croit jusqu à la valeur M0 suivant une loi exponentielle croissante avec une constante de temps appelée T2.

54 QCM 2015 A. B. C. D. E. Faux, domaine des radiofréquences! Vrai L angle de bascule de l aimantation M0 lors de l application de l onde électromagnétique d excitation B1 est inversement proportionnel à la durée d application de l onde. La relaxation débute dès l arrêt de l application de l onde d excitation. Lors de la relaxation, l aimantation transversale Mxy croit jusqu à la valeur M0 suivant une loi exponentielle croissante avec une constante de temps appelée T2.

55 QCM 2015 A. B. C. D. E. Faux, domaine des radiofréquences! Vrai Faux, proportionnel : La relaxation débute dès l arrêt de l application de l onde d excitation. Lors de la relaxation, l aimantation transversale Mxy croit jusqu à la valeur M0 suivant une loi exponentielle croissante avec une constante de temps appelée T2.

56 QCM 2015 A. B. C. D. E. Faux, domaine des radiofréquences! Vrai Faux, proportionnel : Vrai, le retour à l équilibre se fait dès l arrêt de la perturbation Lors de la relaxation, l aimantation transversale Mxy croit jusqu à la valeur M0 suivant une loi exponentielle croissante avec une constante de temps appelée T2.

57 QCM 2015 A. B. C. D. E. Faux, domaine des radiofréquences! Vrai Faux, proportionnel : Vrai, le retour à l équilibre se fait dès l arrêt de la perturbation Faux, Mxy décroît suivant une loi exponentielle décroissante avec une constante de temps appelée T2*.

58 II. IRM L IRM consiste à réaliser la cartographie des protons de l eau selon leur densité ou leurs caractéristiques de relaxation. 1) Obtenir un signal RMN 2) Localiser ce signal grâce à des gradients de champ magnétique (GCM)

59 Gradients de champ magnétique Un gradient est une grandeur physique qui évolue de manière linéaire le long d une direction de l espace. En IRM, on utilise un GCM de pente Gi qui fait varier l intensité du champ B0 de manière linéaire le long d une direction i de l espace mais sans changer sa direction ou son sens. Le long de la direction x, les spins vont précesser à une fréquence de Larmor dépendant de leur position xi à une fréquence vi.

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61 Gradients de champ magnétique Quelque soit la direction d application des gradients, le champ magnétique résultant est toujours dans la direction et le sens de B0. Les intensités des GCM sont faibles par rapport au champ B0 (entre 15 mt/m et mt/m en général).

62 Décalage du signal par rapport à l excitation Pour pouvoir localiser le signal, il faut obtenir un signal RMN important décalé dans le temps par rapport à l impulsion d excitation pour avoir le temps d appliquer les gradients. > Impossible avec une seule impulsion RF >> Possible avec 2 impulsions RF (90 et 180 ) Le délai entre la première impulsion (90 ) et le maximum de l écho est le TE (ou temps d écho) = 2 x délai entre les deux impulsions RF

63 Décalage du signal par rapport à l excitation En IRM, on réalise un écho de gradient EG (permet d obtenir un signal RMN décalé) : Une impulsion RF est couplée à un gradient bipolaire, cad 2 gradients appliqués avec la même force, la même durée mais dans des sens opposés. L EG se produit lorsque l effet du premier gradient (gradient de déphasage) est compensé par l effet du deuxième gradient qui lui est opposé (gradient de rephasage). L EG ne compense pas les inhomogénéités du champ B0 et s atténue de manière exponentielle avec une constante de temps T2*.

64 Localisation du signal A- Sélection de coupe - On applique un GCM suivant Oz : les spins se mettent à précesser à des fréquences différentes sur des coupes perpendiculaires au gradient appliqué - On excite le système avec une impulsion RF (champ B1 tournant) sélective de fréquence centrée sur. Seuls les spins qui ont une fréquence de Larmor comprise dans la gamme vont être excités et basculer dans le plan transverse.

65 Localisation du signal A- Sélection de coupe Plus le gradient de sélection de coupe est fort, plus la coupe est fine. Plus la bande passante de l onde RF est étroite, plus la coupe la fine. L aimantation mesurée dans le plan transversal correspond au signal total des protons de la coupe.

66 Localisation du signal B - Codage en fréquence Pour coder la deuxième direction (Ox), on recueille le signal DURANT l application du deuxième GCM appelé gradient de lecture ou gradient de codage en fréquence. Les spins de la coupe tournent à des fréquences différentes suivant les colonnes. Après transformée de Fourier, le signal de chacune des colonnes donne un pic dont l aire est proportionnelle à l aimantation totale des spins suivant cette colonne.

67 Localisation du signal C - Codage en phase On réalise la même acquisition N fois (N étant le nombre de lignes de l image à coder) en faisant varier la phase initiale à chaque fois le long de la troisième direction à coder. On applique le long de la troisième direction (Oy), AVANT le recueil du signal, un GCM de pente et/ou de durée différente à chaque expérience. Le codage en phase est réalisé avant le codage en fréquence

68 Localisation du signal A chaque valeur du gradient de phase (N valeurs), le signal temporel est stocké pour obtenir une série de données permettant d obtenir un système de N équations à N inconnues. Ces données temporelles forment l espace de Fourier. On définit les points de l espace de Fourier par l équation suivante : où i=x,y

69 Localisation du signal Pour obtenir l ensemble des données nécessaires à la reconstruction de l image, il faut échantillonner tous les points de l espace de Fourier, cad tous les kx, ky. Une fois tous les kx, ky échantillonnés, la double transformée de Fourier permet d obtenir l image reconstruite.

70 Temps d acquisition Le temps d acquisition d une séquence IRM 2D classique est TA = TR x Np où le TR est le temps nécessaire pour acquérir une ligne de l espace de Fourier et passer à la suivante et Np le nombre de lignes (cad le nombre de codage en phase)

71 Pondération de l image en ES TR TE Court Court T1 Long Densité Long T2

72 QCM 2013 A. Le premier codage spatial en IRM consiste à appliquer une onde de radiofréquence non sélective en présence d un gradient de champ magnétique perpendiculaire à la coupe à sélectionner. B. Le codage de phase est réalisé avant la mesure du signal. C. Le codage en fréquence est réalisé durant la mesure du signal. D. L épaisseur de la coupe sélectionnée augmente lorsque l on diminue l amplitude du gradient de sélection de coupe. E. Pour chaque ligne de l espace de Fourier, l intensité du gradient de codage de fréquence est la même.

73 QCM 2013 A. B. C. D. Faux, l onde RF est sélective de fréquence centrée sur Le codage de phase est réalisé avant la mesure du signal. Le codage en fréquence est réalisé durant la mesure du signal. L épaisseur de la coupe sélectionnée augmente lorsque l on diminue l amplitude du gradient de sélection de coupe. E. Pour chaque ligne de l espace de Fourier, l intensité du gradient de codage de fréquence est la même. (2014)

74 QCM 2013 A. B. C. D. Faux, l onde RF est sélective de fréquence centrée sur Vrai Le codage en fréquence est réalisé durant la mesure du signal. L épaisseur de la coupe sélectionnée augmente lorsque l on diminue l amplitude du gradient de sélection de coupe. E. Pour chaque ligne de l espace de Fourier, l intensité du gradient de codage de fréquence est la même. (2014)

75 QCM 2013 A. Faux, l onde RF est sélective de fréquence centrée sur B. Vrai C. Vrai, car le signal est recueilli durant l application du gradient de lecture D. L épaisseur de la coupe sélectionnée augmente lorsque l on diminue l amplitude du gradient de sélection de coupe. E. Pour chaque ligne de l espace de Fourier, l intensité du gradient de codage de fréquence est la même. (2014)

76 QCM 2013 A. Faux, l onde RF est sélective de fréquence centrée sur B. Vrai C. Vrai, car le signal est recueilli durant l application du gradient de lecture D. Vrai, plus le gradient de sélection de coupe est fort, plus la coupe est fine. E. Pour chaque ligne de l espace de Fourier, l intensité du gradient de codage de fréquence est la même. (2014)

77 QCM 2013 A. Faux, l onde RF est sélective de fréquence centrée sur B. Vrai C. Vrai, car le signal est recueilli durant l application du gradient de lecture D. Vrai, plus le gradient de sélection de coupe est fort, plus la coupe est fine. E. Vrai, lors du codage en fréquence, on obtient le signal des spins selon les colonnes. L intensité varie donc en fonction des colonnes et non des lignes.

78 III. La SRM C est l étude de la composition métabolique d un milieu par l observation des signaux provenant d un même type de noyaux atomiques mais appartenant à des groupements moléculaires différents qui induisent de légères variations dans la fréquence de résonance de ces noyaux. On observe l intensité du signal en fonction de la fréquence de résonance des noyaux des différents groupes chimiques.

79 III. La SRM La SRM sert à observer et acquérir lors de la même expérience les signaux de noyaux résonnant à des fréquences différentes. Cette technique consiste à exciter simultanément les spins polarisés des différents groupes chimiques par une onde RF de large bande passante, cad qui est composée de pls ondes sinusoïdales qui balaient une large gamme de fréquences comprenant l ensemble des fréquences de résonance des noyaux que l on souhaite observer.

80 III. La SRM Un spectre RMN est caractérisé par : - les fréquences de résonance ou déplacements chimiques - les aires sous les pics - la multiplicité des raies

81 1) Fréquence de résonance Les noyaux sont toujours dans un environnement formant un écran électromagnétique par rapport au champ magnétique extérieur B0. Cet effet d écran dépend surtout de l effet du champ magnétique inverse à B0 créé par le mouvement de précession des électrons atomiques. En pratique, le champ magnétique Bieff auquel le noyau i est effectivement soumis est plus faible que le champ magnétique B0.

82 Si le proton est lié à un noyau très électronégatif (ex: O) qui attire l électron atomique de H et élargit sa trajectoire, la constante d écran est faible et le proton résonne à une fréquence élevée : il est dit déblindé. Si le proton est lié à un noyau peu électronégatif (ex: C), l électron atomique de H a une trajectoire proche du noyau. Donc la constante d écran est importante et le proton résonne à une fréquence plus basse : il est dit blindé.

83 1) Fréquence de résonance Pour pouvoir comparer les fréquences de résonance de noyaux des différents groupements chimiques quelle que soit l intensité du champ magnétique principal utilisé, on exprime les fréquences de résonance de manière relative. On définit alors le déplacement chimique différentes fréquences analysées. qui permet de repérer les

84 1) Fréquence de résonance La référence couramment utilisée est la fréquence du tétra-méthyl silane qui possède un signal important. L atome de Si étant très électropositif, les protons du TMS sont très blindés et le signal de RMN est situé vers les basses fréquences.

85 Quantification du signal Les aires sous les pics correspondent à la quantité relative des noyaux des différents groupements chimiques.

86 Multiplicité des raies La multiplicité des raies liée au couplage spin-spin (ou J) via les liaisons chimiques renseignent sur les positions relatives des noyaux observables dans la molécule par rapport à ses voisins n appartenant pas au même groupe chimique. Cet effet de couplage ne se transmet qu à de courtes distances (maximum 3 liaisons pour le proton). L interaction des protons est INDÉPENDANTE du champ magnétique B0!!!

87 Multiplicité des raies Un spin couplé à n spins de spin résultant I donne une multiplicité de raies de : 2nI+1 L intensité relative des raies est donnée par la loi binomiale. Triangle de Pascal :

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89 Application de la SRM en médecine La SRM permet en pratique la réalisation d analyses biochimiques et métaboliques.

90 QCM 2012 A. Les protons de la graisse possèdent un T1 plus long que les protons de l eau libre. B. Une séquence d écho de spin permet de compenser les hétérogénéités du champ magnétique principal B0. C. Une séquence avec un TE court et un TR court privilégie le signal des spins qui possèdent un T1 court et est dite pondérée en T1. D. La constante d écran d un noyau déblindé est plus petite que la constante d écran d un noyau blindé. E. Le signal RMN d un spin A couplé par couplage spin-spin (J) à X de spin nucléaire I résultant I= ½ sera caractérisé par un massif de 4 raies d intensités relatives 1/3/3/1.

91 QCM 2012 A. Faux, la graisse possède un T1 plus court que l eau libre car les mouvements moléculaires sont centrés sur v0 B. Une séquence d écho de spin permet de compenser les hétérogénéités du champ magnétique principal B0. C. Une séquence avec un TE court et un TR court privilégie le signal des spins qui possèdent un T1 court et est dite pondérée en T1. D. La constante d écran d un noyau déblindé est plus petite que la constante d écran d un noyau blindé. E. Le signal RMN d un spin A couplé par couplage spin-spin (J) à X2 spins voisins de spin nucléaire I résultant I= ½ sera caractérisé par un massif de 4 raies d intensités relatives 1/3/3/1.

92 QCM 2012 A. Faux, la graisse possède un T1 plus court que l eau libre car les mouvements moléculaires sont centrés sur v0 B. Vrai, mais attention pas de les supprimer! C. Une séquence avec un TE court et un TR court privilégie le signal des spins qui possèdent un T1 court et est dite pondérée en T1. D. La constante d écran d un noyau déblindé est plus petite que la constante d écran d un noyau blindé. E. Le signal RMN d un spin A couplé par couplage spin-spin (J) à X2 spins voisins de spin nucléaire I résultant I= ½ sera caractérisé par un massif de 4 raies d intensités relatives 1/3/3/1.

93 QCM 2012 A. Faux, la graisse possède un T1 plus court que l eau libre car les mouvements moléculaires sont centrés sur v0 B. Vrai, mais attention pas de les supprimer! C. Vrai D. La constante d écran d un noyau déblindé est plus petite que la constante d écran d un noyau blindé. E. Le signal RMN d un spin A couplé par couplage spin-spin (J) à X2 spins voisins de spin nucléaire I résultant I= ½ sera caractérisé par un massif de 4 raies d intensités relatives 1/3/3/1.

94 QCM 2012 A. Faux, la graisse possède un T1 plus court que l eau libre car les mouvements moléculaires sont centrés sur v0 B. Vrai, mais attention pas de les supprimer! C. Vrai D. Vrai, car la trajectoire de l électron atomique est élargie E. Le signal RMN d un spin A couplé par couplage spin-spin (J) à X2 spins voisins de spin nucléaire I résultant I= ½ sera caractérisé par un massif de 4 raies d intensités relatives 1/3/3/1.

95 QCM 2012 A. Faux, la graisse possède un T1 plus court que l eau libre car les mouvements moléculaires sont centrés sur v0 B. Vrai, mais attention pas de les supprimer! C. Vrai D. Vrai, car la trajectoire de l électron atomique est élargie E. Faux