Imagerie par Résonance Magnétique

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1 Imagerie par Résonance Magnétique Technique Propriétés magnétiques du noyau d hydrogène dans un champ magnétique Image : Acquisition et reconstruction d un plan de coupe Acquisition de plusieurs plans de coupe : volume Variation du contraste : T1, T2, densité de proton Séquence pondérées en T1, T2..

2 Historique 1946 : Bloch et Purcell (Prix Nobel 1952) 1971 : Damadian tissu sain vs tissu cancéreux 1973 : Lauterbur 1979 : 1 Images chez l homme : Lauterbur et Mansfield (Prix nobel 2003)

3 Intérêt de l IRM qualité des images (contraste, résolution) images tomographiques d'incidence quelconque atraumatique images riches ρ : densité de protons Temps de relaxation T1 et T2 MORPHOLOGIQUES BIOLOGIQUES imagerie anatomique et imagerie fonctionnelle

4 Champ Magnétique et Moment Magnétique Interactions à distance : champ de gravitation de la terre champ électrique champ magnétique Champ magnétique : entre deux objets aimantés # attraction/répulsion = alignement sur une direction donnée

5 Champ Magnétique et Moment Magnétique L aiguille d une boussole // direction du champ magnétique terrestre Entité mathématique : vecteur Moment magnétique Champ magnétique Moment magnétique tesla (T) = gauss (G) Intensité de courant x surface, A.m2 Champ magnétique terrestre = 0.5 G

6 Magnétisme électronique et Magnétisme nucléaire Magnétisme - atome électrons : magnétisme électronique noyaux : magnétisme nucléaire Imagerie par résonance magnétique (IRM) = Aimantation provenant des noyaux d hydrogène

7 LA RESONANCE MAGNETIQUE NUCLEAIRE champ magnétique principal B O constant : 0,01 à 3 Tesla 1 MAGNETISATION Equilibre 2 RESONANCE Perturbation 3 RELAXATION Equilibre Onde radio de brève durée (impulsion) N Eau Retour à l équilibre Temps de relaxation Transfert d énergie Proton S

8 1- Propriétés magnétiques de la matière noyau= proton + neutron pair, magnétiques impair, magnétiques Hydrogène = proton aimantation nucléaire moment cinétique J moment magnétique µ µ = γ J γ= rapport gyromagnétique caractéristique d un noyau atomique considéré B 0 ω = γ B 0 µ ω = vitesse angulaire

9 B 0 =0 B 0 M B 0 Mouvement de précession

10 2- Principe de la résonance B 0 M L M = ML + MT M T A l équilibre aimantation longitudinale résultante M L aimantation transversale résultante = 0 Hors de l équilibre, M L et M T E rayonnement électromagnétique radio-fréquence = fréquence du proton Transfert d énergie phénomène de résonance

11 2- Principe de la résonance Fréquence de résonance :fréquence de Larmor Fréquence f = (γ/2π)b0 Fréquence de Larmor du proton 0.5 T, f = MHz 1T, f = 42.5 MHz 1.5T, f = 63.8 MHz ondes radio-fréquence Transfert d énergie de l onde RF aux protons

12 3- Imagerie par résonance magnétique nucléaire Phénomène de résonance protons / Ch. Magn.? imagerie par RMN 1 2 Arrêt RF B 0 RF, f résonance Impulsions (ms) Emission du signal de résonance magnétique

13 3- Imagerie par résonance magnétique nucléaire B 0 M M Retour à l équilibre = phénomène de relaxation disparition de M T récupération de M L Aimantation n est pas constante durant la relaxation diminution de M T plus rapide que la récupération de M L T1 : temps de relaxation longitudinal T2 : temps de relaxation transversal

14 Temps de relaxation longitudinal T1 Repousse de l aimantation longitudinale 100 % M eq 63 % T 1 2T 1 3T 1 t

15 Temps de relaxation transversal T2 Décroissance de l aimantation transversale M T M eq 37 % T 2 2T 2 t

16 Equilibre M 0 = f(h + ) résonance Excité B 0 Courant sinusoidal, f 0 = ω 0 /2Π bobine axe B 0 B 0 M 0 µ, parallèle E M T B 1 µ, antiparallèle angle de basculement E transmise (durée, amplitude) Précession

17 Retour à l équilibre = phénomène de relaxation Restitution d énergie B 0 M T 100% disparition de M T T 2, temps de relaxation transversale M 0 M L 37% T 2 2T 2 t M T B 1 M L 100% récupération de M L Impulsion de 90 63% T 1, temps de relaxation longitudinale T 1 2T 1 3T 1 t

18 S Signal de résonance magnétique M = f(t) Plan perpendiculaire à B 0, bobine de détection M xy = M 0 (e -t/t2 * sin w o.t) M 0, amplitude initiale ω 0, la fréquence T2*, cte d amortissement Vitesse de décroissance = f(t2) t

19 Transformation de Fourier du signal M = f(f) Max = fréquence du signal Aire = amplitude du signal Largeur à mi-hauteur = f(1/t2) ƒ 0 ƒ

20 4- Imagerie par résonance magnétique nucléaire Le signal RMN est l enregistrement du courant induit dans une ou plusieurs bobines à l occasion de la relaxation des moments magnétiques élémentaires déplacés de leurs états d équilibre par une ou plusieurs impulsions

21 5- Les paramètres du milieu paramètres tissulaires ρ, densité de noyaux d hydrogène T1 T2 T1, temps de relaxation longitudinal T2 temps de relaxation transversal M L M T 100% 100% 63% M xy = M 0 e -t/t2 M z = M 0 (1 - e -t/t1 ) 37% T 1 2T 1 3T 1 t T 2 2T 2 t T1 mesure la mobilité de l eau dans le tissu, Temps de relaxation spin-réseau T2, désynchronisation des aimantations élémentaires, temps de relaxation spin-spin T2 < T1

22 T1 dépend de l intensité du champ B 0 la mobilité des atomes d hydrogènes (viscosité du milieu) des molécules auxquels ils sont liés (masse et taille) Dans l eau pure : mts de rotation et translation très rapides f >> f 0 de Larmor (f 0 = ω 0 /2Π) peu E, T1 est long, hyposignal En présence de lipides : mts moléculaire plus lents T1 est plus court LCR, T1 > 1s muscle, foie, SG, SG, T1 = qq centaines de ms

23 T2 dépend de l intensité du champ B 0 la mobilité des atomes d hydrogènes (viscosité du milieu) des molécules auxquels ils sont liés (masse et taille) due à la désynchronisation des aimantations élémentaires lié aux interactions entre aimantations nucléaires de noyaux voisins modifications locales de champs magnétiques reflète la perte de cohérence de phase décroissance du signal plus rapide T2* (mesuré) < T2 (calculé) T2* d autant plus court que le champs est plus inhomogène LCR, T2 > 1s muscle, foie, SG, SB, T2 = qq dizaines de ms

24 Temps de relaxation et milieu biologique Intensité SB Intensité LCR LCR SB T1, spin-réseau Temps T2 spin-spin Temps T1 est long (1-2s), T2 rapide (qq 10 ms)

25 6- Les séquences d acquisition différentes séquences : durée de l implulsion temps de répétition angle de basculement de l aimantation Echo de spin Inversion récupération Echo de gradient

26 6- Séquences en écho de spin Rephasage des spins 2 impulsions, t = TE/2 mesure, TE Mxy 90 RF M xy TE TR TR >> T1 TE << T2 TE = T2 TR >> T1 TR =T1 TE << T2 Signal pondéré en ρ Signal pondéré en T2 Signal pondéré en T1

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28 Séquences en écho de spin TR long TR M Tm M L (T1) M L repousse valeur équilibre M T (T2) Temps TR court TR court TR court M Tm M L (T1) M L ne récupère pas sa valeur équilibre M T (T2) Temps

29 Influence du TR (R) M L (R) = M L (L) (L) TR long : Faible contraste en T1 TR long (R) (L) M L (R) >> M L (L) TR court : Fort contraste en T1 TR court

30 Influence du TE TE court M L (R) = M L (L) (R) (L) TE court : Faible contraste en T2 (R) (L) TE long (R) (L) (L) TE long : Fort contraste en T2 (R)

31 TR = 500 ms TE = 20 ms M L (R) >> M L (L) TR court - TE court Contraste T1 TR long = 2000 ms TE = 120 ms M L (R) = M L (L) TR long - TE long Contraste T2

32 7-1 Séquences pondérées en T1 1 - graisse: f # f 0, E T1 court hypersignal 2 - Eau : f >> f 0, E faible T1 long hyposignal Pathologies

33 7-2 Séquences pondérées en T2 T2 perte de cohérence de phase / locale du champ magnétique 1 - graisse: f # f 0, E T2 court hyposignal 2 - Eau : f >> f 0, E faible T2 long hypersignal

34 IRM rénale Echo de spin pondérée en T1: TR = 450 ms TE = 15 ms Ab = 90 1 tissu : T1 court hypersignal 2 Liquide : T1 long hyposignal

35 IRM rénale : séquences morphologiques et uro 1 Tissu : T2 long hyposignal Echo de spin pondérée en T2: TR = 3500 ms TE = ms 2 - Liquide : T2 court hypersignal Séquences pondérées en T2 : TR = ms TE = 200 msec

36 1 - graisse: f # f 0, E T1 court hypersignal 2 - Eau : f >> f 0, E faible T1 long hyposignal 1 - graisse: f # f 0, E T2 long hyposignal 2 - Eau : f >> f 0, E faible T2 court hypersignal

37 Hyposignal T1 : T1 long, # liquide Hyposignal en T1 Hypersignal en T2 Hypersignal T2 : T2 court, # liquide Ostéomyélite

38 Processus expansif, liquidien