1- Pratique : Codage par la fréquence

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Bosc David, Le Mehaute Thibaud
31/01/11
Physique, IRM, Pr St James
Poly pas encore disponible sur le réseau plus scintigraphie
Imagerie par résonance magnétique :
principes et applications :
Rappels et réponses aux questions :
-Echo de spin :
Lors d’une impulsion à 180°, le système qui s’était « ouvert » bascule dans la
direction opposée. Les aimantations continuent à tourner dans le même sens. Ainsi, les
aimantations qui tournaient le plus vite et avaient donc parcouru le plus de chemin par rapport au
point de départ se retrouve à cette distance du point d’arrivée, alors que les aimantations les plus
lentes, qui avaient parcouru moins de chemin se retrouvent après avoir basculé beaucoup plus
proche du point d’arrivée
Les aimantations arrivent alors en même temps au point d’équilibre, elles sont donc en
phase. On peut faire une analogie avec des coureurs sur une piste. Au top départ, les coureurs
s’élancent. Au bout du temps t, les coureurs les plus rapides sont loins devant, les plus lents
trainent derrière. Si à ce moment on leur demande de tourner à 180° , les coureurs les plus lents se
retrouvent plus proche de la ligne de départ que les coureurs rapides. Au final, tous les coureurs
arrivent en même temps, ils sont en quelques sorte « en phase ».
Rephasage grâce à une impulsion de 180°, le synchronisme reviens à TE.
-Sur une piste on a deux aimantations dont une plus rapide que l’autre, à TE/2 elles font demi-tour,
à TE il y a refocalisation (signal maximum) des aimantations.
-déroulement d'une séquence d'écho de spin: seul TR a une influence, on observe une décroissance
de l'aimantation mais en réalité on a une décroissance rapide car il y a un déphasage, on n'a donc
pas accès à T2. Il faut alors ré-augmenter l'aimantation par une impulsion =180° à TE/2.
Pour simplifier TR agit sur T1 et TE permet de retrouver T2.
-Pour différencier les images d'IRM:
 En pondération T1 : les tissus ayant un temps de relaxation T1 long apparaissent
brillant, le LCR possède un T1 court donc apparaît sombre.
 En pondération T2 : inversement le LCR apparaît clair.
III- L’IRM : Principes de la localisation spatiale : (
suite )

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B- Imagerie:
Procédé de localisation spatial? Comment change t'on les fréquences le long du patient?
-Idée 1: introduire un champs magnétique superposé à B0
Gradient G (de champ magnétique) = B/x
variation linéaire de quelques dizaines de mT/m (faible ordre de grandeur par
rapport à B0)
On introduit une relation linéaire entre la position et le champs magnétique
-Idée 2: lorsque le champ magnétique varie selon la direction x, la fréquence de résonance
(F=B0/2) des protons varie suivant leur localisation : par exemple d’un point X1 à un point X 2.
-Idée 3: Nous avons trois directions spatiales (x, y, z), il n'est pas difficile d'inventer trois gradients
et envisager une IRM tridimensionnelle
Gz = Bzz
Gx = Bz/x
Gy = Bz/y
On peut créer ces champs magnétiques pour regarder l’objet, on obtient des champs magnétiques
variables dans le temps et l’espace. Les trois gradients sont produits par trois jeux de bobines
parcourues par des courants relativement importants donc les bobinages sont souvent refroidis à
l’eau.
Cela reste un système statique le démarquant du scanner X qui possède des pièces mobiles.
1- Pratique : Codage par la fréquence :
D’un côté on met une belle escalope de veau dans l’aimant ! Puis on met B0 et une impulsion
radio-fréquence en route, de l’autre on a le même dispositif mais avec en plus un champ de
gradient magnétique variable le long de l’escalope : B0 + Gy
Après impulsion et mise en route du gradient le signal décroît rapidement en fonction du temps
tendis que sans le gradient il décroît lentement.
Suite à la transformation de Fourier on obtient deux profils ( projections ) de l’objet suivant la
perpendiculaire au gradient :
 sans gradient : la courbe monte très haut, à la forme d’un gros pic. L’aire sous la
courbe (intégrale) est grande.
 avec le gradient : la courbe a une forme de parabole, c’est la projection de l’escalope
sur l’axe y, de part et d’autre pas de protons donc pas de signal donc pas d’escalope.
2- Signal en absence ou en présence d’un gradient :
On prend des éléments de volume (bouts d’escalope) suivant l’axe Y :

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 Sans le gradient : les aimantations de chaque élément de volume ont la même
direction, le signal étant leur somme vectorielle est élevé.
 En revanche avec le gradient magnétique les différentes aimantations n’ont pas la
même direction, elles tournent dans tous les sens, la somme vectorielle donc le
signal est plus faible et sa fréquence diminue rapidement.
3- Codage par la fréquence : champ de vue
Tobs = temps d’observation du signal.
On prélève des échantillons du signal ( typiquement des puissance de 2 : 100,200... ), on obtient N
points du signal séparés les un des autres par t.
Le champs de vue est égal au produit du nombre de prélèvements avec la résolution numérique.
FOV (m) = N x résolution
Quand on disperse les fréquences par un gradient on a :
F x FOV x t = 1
m
F x résolution numérique de l’image x Tobs = 1
m
z] x [m] x [s] = 1
[m]
F/m = gradient
Exemple : Quel gradient de lecture Gy appliquer pour obtenir un champ de vue de 20cm
avec t = 0.047 ms ?
4- Codage par la phase :
Répétition de l’expérience N fois. La présentation est sous forme d’une matrice et non plus d’une
colonne, donc le recueil d’information est fait suivant deux directions  2D on utilise une
transformation de Fourier 2D et on utilise Ny et Nz points.
Pour une matrice en 3D il faut Nx, Ny et Nz points donc il faut plus de temps car plus
d’informations à récolter.
IV- Parc IRM et coût :
 Environ 550 appareils en France et 30 000 dans le monde
 Coût d’un appareil à l’achat : 1 à 2 million d’euros

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Antenne externe : 10 à 40 mille euros
Antenne à usage unique : 150 euros
Produit de contraste : 100 euros
Examen ( technique + médical ) : 300 euros
Une des applications récentes : l’imagerie fonctionnelle, on joue sur des temps de relaxation
différents ( Hb et oxyHb )
Stimulation ( comme regarder un damier vert et blanc )  activation neuronale augmente dans les
parties cérébrales stimulées  débit sanguin augmente  oxyHb augmente par rapport à Hb +
paramagnétique  T2* augmente  signal augmente de 1 à 10%
Conclusion :
RMN des tissus biologiques : contraste très important, méthode  inoffensive. Le champ
d’application continu de s’agrandir : flux sanguin, diffusion, eau/graisse, température...
IRM : localisation spatiale de l’information très efficace et souple ( gradients de champ
magnétique ), c’est une méthode originale par rapport aux autres techniques d’imagerie.
Donc deux aspects : localisation spatiale d’une part et contraste d’autre part.

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Imagerie scintigraphique par caméra TEP
I ) intérêt des émetteurs de positons
Il s’agit : - soit de nucléides existants dans la plupart des molécules biologiques (11C, 13N, 15O),
- soit d’halogènes (18F, 76Br) pouvant facilement être incorporés aux molécules sans
altérer leurs propriétés biologiques
Exemples d’émetteurs de positons :
Le plus utilisé est le fluor 18
Rappels physiques :
Les émetteurs de positons sont caractérisés par un excès de charge positive dans leurs
noyaux.
Ils se désintègrent vers un état stable par une transformation d’un proton en un neutron
qui
conduit à l’émission d’un neutrino et d’un positon.
P=> n + e+ + n
Celui-ci est de masse égale à celle d’un électron, mais de charge opposée
Une fois émis, le positon parcourt quelques mm dans les tissus durant lesquels il perd
toute
(ou presque) son énergie cinétique.
Quand le positon est pratiquement au repos, il interagit avec un électron du milieu : les deux
particules disparaissent en donnant naissance à l’émission de 2 photons gamma de 511
keV,
émis à 180° l’un de l’autre.
Radionucléide EbMax Période Parcours
(keV) (min) (mm)
Carbone 11 960 20,4 3.9
Radioélément
Energie Max (keV)
Périodes
Oxygène 15
1 723
2 min
Azote 13
1 190
10 min
Carbone 11
981
20 min
Fluor 18
635
110 min