SAC RMN 2015 UE 3 A Diaporama réalisé par les tuteurs de l’ATM² 1 1.1) Moment cinétique 1.2) Moment magnétique 1.3) Rapport gyromagnétique 1.4) Facteur de Landé 1.5) Spin 2.1) Introduction 2.2) Application de B0 2.3) Excitation par un champ radiofréquence (RF) 2.4) Arrêt de la RF 3.1) Signal de RMN 3.2) Les acteurs du signal 3.3) Les différents types de pondérations 3.4) Variation des temps de pousse et de décroissance des tissus 2 1.1) Moment cinétique 1.2) Moment magnétique 1.3) Rapport gyromagnétique 1.4) Facteur de Landé 1.5) Spin 1.6) Susceptibilité magnétique 3 Une particule en mouvement possède un moment cinétique : L Il peut être orbital : Lo Il peut être intrinsèque : Li 4 Une particule chargée en mouvement possède un moment magnétique: Il peut être orbital : o Il peut être intrinsèque : i 5 Il existe une relation entre moment cinétique et magnétique telle que : .L est le rapport gyromagnétique. Il caractérise la particule. 6 Cette relation est valable pour les moments intrinsèques et orbitaux : o o .Lo i i .Li Avec γ0 le rapport gyromagnétique orbital Avec γi le rapport gyromagnétique intrinsèque 7 La relation entre les rapports gyromagnétiques intrinsèque et orbital s’écrit : i g p . o avec gp le facteur de Landé spécifique de la particule 8 Il possède un rapport gyromagnétique orbital γoe : Il possède un rapport gyromagnétique intrinsèque γe : e g e . oe ge~2 9 Il possède un rapport gyromagnétique intrinsèque H : 10 Le terme de spin est utilisé à la fois pour nommer : le nombre quantique s le moment cinétique intrinsèque L i ou S le moment magnétique intrinsèque i Le nombre quantique s permet de quantifier le module de Li (moment cinétique intrinsèque, aussi noté S) : Li . s(s 1) Avec ħ = h/(2) 11 … et par extension le module de i : i i .Li i i . Li i i . . s(s 1) 12 Le nombre quantique s vaut ½ pour les fermions, c’est-à-dire protons, neutrons et électrons. Pour un noyau qui comporte plusieurs protons et neutrons on va déterminer un spin résultant. Si ce spin résultant est nul on ne peut pas appliquer l’expérience RMN à ce noyau. 13 6 protons : Pas de protons libre 6 neutrons : Pas de neutrons libre Le spin résultant est donc nul 14 6 protons : Pas de protons libre 7 neutrons : 1 neutron libre Le spin résultant est donc de 1/2 15 Le matériau placé dans (champ magnétisant) crée une intensité d’aimantation Et Ainsi χm (susceptibilité magnétique du milieu, sans unité) caractérise le matériau : µ=µ0(1+χm) et χm vide =0 Et Diamagnétisme électronique : distorsion des doublets électroniques Paramagnétisme électronique : orientation des singulets électroniques (ex:produit de contraste) Ferromagnétisme : tous les spins d’une partie du milieu ont la même direction, ce qui crée un champ magnétique 16 cinétique L Moment magnétique Rapport gyromagnétique γ : Moment .L dépend des caractéristiques intrinsèques du noyau (masse et charge) Facteur de Landé g : propre à chaque particule spin : On ne peut appliquer l’expérience de RMN que si le spin résultant est non nul Le 17 2.1) Introduction 2.2) Application de B0 2.3) Excitation par un champ radio-fréquence (RF) 2.4) Arrêt de la RF ou relaxation 18 il n’y a pas de champ magnétique intense, les spins ont une orientation aléatoire à cause de l’agitation thermique. Quand 19 voxel (= volume élémentaire d’étude constitué de spins) est donc dans un état appelé oursin : Le Dans cet état la résultante magnétique de l’ensemble est nulle ( = 0). 20 En RMN, les spins sont placés dans un champ magnétique intense B0 ce moment chaque spin s’oriente selon l’axe du champ (sans jamais s’y aligner !) : A soit dans le même sens (sens parallèle ou spin α) soit dans le sens inverse (sens antiparallèle ou spin β) 21 L’ensemble des spins forme alors un bicône. Les spins ont un mouvement de rotation autour de : c’est le mouvement de précession. Cette précession s’effectue dans le sens indirect (horaire). 22 Le mouvement de précession est caractérisé par une vitesse angulaire ω0 déterminée par la relation de Larmor : 0 2. 0 .B 0 Avec 0 la fréquence de Larmor (correspond à la fréquence de résonance) 23 1. Apparition d’un couple de torsion => précession Les spins interagissent avec B0 par : un produit vectoriel (responsable de la précession) un produit scalaire (responsable de l’énergie potentielle magnétique qui oriente les spins selon Bo) 24 2. Apparition d’une énergie potentielle magnétique L’application du champ B0 crée une énergie d’interaction E entre les spins et le champ B0. E .B 0 z B0 E .cos .B 0 z .B 0 25 On peut exprimer µz comme ceci : z . .m m est le nombre quantique magnétique qui peut prendre 2s+1 valeurs (car m varie entre +s et -s par pas de un). 26 Il possède un proton, son spin résultant est donc de ½ m peut donc prendre 2 valeurs : ½ pour les spins parallèles et -½ pour les spins anti parallèles mz prend donc 2 valeurs et E aussi (niveau d’énergie des spins parallèles) (niveau d’énergie des spins antiparallèles) 27 Anti-parallèle E . .B 0 Parallèle 28 De plus l’angle s’exprime ainsi : dépend donc de m et possède deux valeurs : les spins ont donc 2 inclinaisons possibles 1 et 2 θ2 CRÉATION D’UN BICONE 29 3. Interprétation du bicône : Les spins ont deux composantes: Longitudinale : notée µz : projection de µ sur l’axe de Bo Transversale : projection de µ sur l’axe horizontal ou transversal 30 31 On peut partager l’univers en 2 : L’univers transversal: Les composantes transversales microscopiques s’annulent . Il n’y a donc pas de composante macroscopique transversale : MT=0 32 L’univers longitudinal Dans cet univers la proportion des spins parallèles est supérieure à celle des spins anti parallèles : il y a donc une résultante macroscopique longitudinale ML. ML est parallèle à B0 et de même sens. 33 L’apparition de cette résultante longitudinale constitue la phase de pousse. La pousse se fait au rythme de T1, pendant le temps tr, et est une phase énergétique. ML BICONE M0 M L M 0 .1 e 0,63.M0 Hors B0 OURSIN T1 tr T1 Dans B0 tr 34 Aussi appelée bascule. On envoie des photons à la fréquence de résonance (fréquence de Larmor) sur les spins placés dans B0. Ainsi Ces photons ont une fréquence égale à la fréquence de Larmor 0. Ils possèdent un champ magnétique B1 perpendiculaire à B 0 . B1 tourne à la même vitesse angulaire 0 que les spins. 35 ML va basculer pour s’aligner sur B1: il y a apparition d’une aimantation transverse. Ainsi = L’angle de bascule dépend: -du temps d’application de l’excitation -de l’intensité de B1 -du noyau en question (caractérisé par son ) 36 Pendant la bascule dans le plan transverse, l’aimantation globale (somme des vecteurs MT et ML) tourne à la fois autour de B0 et de B1 : Nutation 37 Elle survient à l’arrêt de la radio-fréquence. On a deux phénomènes : Relaxation longitudinale : On a une repousse de la composante longitudinale au rythme T1. Relaxation transverse : On a chute de l’aimantation transverse au rythme T2. C’est cette disparition de l’aimantation transverse que l’on mesure pour faire de l’imagerie ! 38 Application de B0 : les spins s’organisent en bi-cône et précessent autour de B0 avec une vitesse ω0 et une fréquence ν0. Résultante longitudinale : Excitation par un champ RF: ML va basculer pour s’aligner sur B1, apparition d’une composante transversale: = Arrêt de la RF: Relaxation longitudinale: Relaxation transversale: 39 3.1) Signal de RMN 3.2) Les acteurs du signal 3.3) Les différents types de pondérations 3.4) Variation des temps de pousse et de décroissance des tissus 40 Propriétés intrinsèques du tissu : Densité de spin M0 Temps de relaxation longitudinal T1 Temps de relaxation transversal T2 Propriétés extrinsèques du tissu (modifiables par l’opérateur) Angle de bascule Temps de repousse tr Temps d’écho te 41 M0 : Densité de spin, dépend de l’hydratation tissulaire. Définit l’asymptote de la courbe de croissance (aimantation longitudinale maximale). T1 : Temps de relaxation spin-réseau Univers longitudinal Caractérise la pousse Énergétique T2 : Temps de relaxation spin-spin Univers transversal Caractérise la décroissance Non-énergétique / entropique 42 Une pondération est une combinaison de paramètres choisis par l’opérateur (paramètres extrinsèques) : tr, te On utilise différentes pondérations pour étudier les différentes propriétés du tissu: T1, T2, Mo On peut donc distinguer 3 types de pondérations 43 Pondération tr ~ T1 te très court Pondération en T2 : tr long (>7. T1) te ~T2 Pondération en T1 : en M0 : tr long (>10. T1) te très court 44 45 M0 très faible T1 très long T2 très court En IRM, l’os cortical ne donne pas de signal : il apparait en noir. 46 47 En T1 (caractérise la pousse) : tr ~ T1 te très court En T2 (caractérise la décroissance) : tr long (>7. T1) te ~T2 En M0 (reflète l’hydratation) : tr long (>7. T1) te très court Quelle que soit la pondération, on aura une influence de M0 (‘‘hauteur de l’asymptote’’) 48 Merci pour votre attention, et à bientôt 49