Guerin Justine, Cochet Camille 24/01/11 Physique, IRM, Pr St
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Guerin Justine, Cochet Camille 24/01/11 Physique, IRM, Pr St Jalmes voir cours RMN de l'année dernière Imagerie par Résonnance Magnétique: principes et applications: Introduction: *de la RMN... 1946: Les premières observations ne donnent rien car le signal est trop faible. Notion de spectroscopie. De 1950 à 1970: Essor de la RMN analytique avec l'étude de tissus dans des tubes à essais. 1971: On trouve des temps de relaxation différents en fonction du tissu (sain ou tumoral) correspondant à un temps de retour à l'équilibre différent. *...à l'IRM : L'application au corps entier est d'abord considérée comme impossible, puis: 1973: Premières images (Lauterbur) via une méthode s'apparentant au scanner. 1975: Imagerie par transformée (Fournier), c'est celle qui est encore utilisée aujourd'hui. 1984: L'IRM devient une modalité de routine clinique. I- Rappels sur la RMN: A- Propriétés du noyau: Les noyaux constitués d'un nombre impair de protons et/ou de neutrons ont la capacité de produire un spin nucléaire. Ex: H, ¹³C, ³¹P, Fluor 19... ont un spin de ½ et peuvent fournir un signal RMN. La rotation des charges du noyau entrainent la formation d'un courant magnétique et donc d'un dipôle magnétique (très petit). µ=γ.h.I avec: μ: moment dipolaire γ: rapport gyromagnétique h: constante de Planck I: ½ B- Influence d'un champ Bo: Si on prend une population de protons, tous les petits dipôles s'opposent les uns aux autres et donnent un champ magnétique nul. Si on applique un champ magnétique Bo, il se produit un alignement des dipôles à deux orientations opposées: l'un avec Bo (orienté vers le haut), l'autre contre Bo (orienté vers le bas). De plus, l'alignement est accompagné d'un mouvement de précession à ωl (pulsation ou fréquence de Larmor) autour de Bo. Pour créer un champ magnétique lors du passage d'un courant dans un fil conducteur (ex: cuivre) il faut soit augmenter le courant, soit utiliser un rouleau de fil conducteur faisant beaucoup de tours. Cependant le champ n'est pas uniforme et diminue très vite. Pour l'imagerie sur un patient, il est nécessaire d'avoir un champ uniforme et ample de 1,5 à 3 Tesla à l'aide d'un fil supra conducteur (associé à du He liquide). C-Energie de transition: Si on divise notre système de spin en deux populations, on peut rechercher l'énergie nécessaire aux transitions d'un état à l'autre: c'est l'énergie potentielle E du dipôle. E = μ.Bo soit E = +/- γ.h.(Bo/2) ΔE = γ.h.Bo ΔE : énergie de transition La différence d'énergie entre deux niveaux est très faible. D-Fréquence de Larmor: Sachant que ΔE = γ.h.Bo donc ΔE = h.ν , d'où: Equation de Larmor : ωl = 2πν = γBo avec ωl en rad/sec exemple du proton à 1T: F = ω/2π = 42,5 MHz A un champ magnétique donné et à une pulsation donnée, on a une fréquence caractéristique très basse. Plus la fréquence est basse, moins il y a d'énergie et moins c'est dangereux. Cette fréquence permet de manipuler l'aimantation le long de Bo afin de donner un signal potentiel net. E- Le référentiel: La pulsation de l'aimantation ωl se fait à γoBo. Pour se débarrasser de l'aimantation, on met en place un référentiel tournant à ωl: - l'aimantation devient fixe – ω=0 – il n'y a plus de champ magnétique (Bo = ωl/γ or ω = 0 donc Bo = 0) Si on crée un champ magnétique B1, fixe dans le référentiel tournant et tournant dans le référentiel fixe, l'aimantation va faire une précession autour de B1. Ce champ est un champ magnétique radiofréquence. (puissance radiofréquence : 1 à 15 kW) Bilan: dans un référentiel tournant on peut déplacer l'aimantation d'un angle α fait l'aimantation longitudinale peut, par exemple devenir transversale. En général α=90° et τ est en ms. = γ.B1.τ de ce II- Manipulation de l'aimantation: Les transitions énergétiques sont à l'origine de retours à l'équilibre: A-Retour de l'aimantation d'équilibre: Aimantation transversale: dans le référentiel labo, l'aimantation Mo tourne à la fréquence de Larmor. Le retour à l'équilibre se fait suivant deux constantes de temps (phénomènes exponentiels). – T1: temps de relaxation longitudinale ou spin réseau (retour à l'équilibre selon l'axe z) – T2: temps de relaxation transversale ou spin spin (interactions locales) (selon xy) Les relaxations sont simultanées avec T2 ≤ T1. Si T2 est plus court, la décroissance dans le plan transverse est plus rapide. Mais ce qui fournit le signal, c'est le retour à l'équilibre dans le plan transverse. Donc c'est la mesure après déséquilibre qui est intéressante. Loi de Faraday: si on prend une bobine, on recueil à ses bornes une tension qui traduit l'aimantation. L'oscilloscope permet d'obtenir des oscillations décroissantes avec des constantes de temps transversales T2. Le signal mesuré est infime: quelques 10ièmes de mV. Mz Mo Mz = Mo.(1-e˄ (-t/T1)) t On n'a pas accès à T1 donc on ne peut pas mesurer cette situation. Mxy Mo Mxy = Mo.e˄ (-t/T2) t Ici la situation est mesurable, c'est la seule phase accessible à l'observateur, T2 est le seul temps que l'on sait directement mesurer. Mise en place d'une mesure indirecte de T1. B- Temps de relaxation: Il existe une forte variabilité du temps de relaxation suivant les tissus permettant un bon contraste. En RMN/IRM il existe un contraste tissulaire excellent, mais en fonction du champ magnétique ceci n'est pas tout à fait constant. Aujourd'hui on est passé d'un champ de 1,5T à un champ de 3T sans transition possible entre les deux. En général, quand T1 augmente T2 augmente mais pas dans les mêmes proportions. C-Manipulation de l'aimantation pour extraire... -le signal -le contraste tissulaire Alternance de périodes: -d'excitations (basculement) -d'observation du signal (mesure) -de récupération (retour à l'équilibre) D- Saturation-Récupération: Lors d'une impulsion radiofréquence à α = 90° il y a basculement de l'aimantation puis recroissance du signal selon l'axe z pour retourner à Mo. Si on réalise une répétition des excitations toutes le TR secondes lors du retour à l'équilibre alors l'aimantation recroit juste avec le rebasculement. A chaque impulsion: Mz(TR) = Mo.(1-e˄ (-TR/T1)) Mxy = Mz(TR).e˄(-t/T2) Ceci permet la mesure indirecte de T1. E- Le contraste Mo, T1, T2 est fonction de TR et TE: Le signal RMN correspond à : Mo.e˄(-TE/T2).(1-e˄(-TR/T1)) TR: temps de répétition de la séquence TE: temps d'écho Le contraste dépend directement de TE et TR: Contraste TR TE Mo long court T1 court court T2 long ++ long/court par rapport au temps de relaxation. long Si TE est très bref, il n'y a pas d'influence sur T2. Les images qui traduisent la quantité de protons (± quantité d'eau)(images en Mo) présentent un faible contraste. C'est pourquoi on utilise plutôt les temps de relaxation. Les séquences RMN sont une succession : - d'impulsions radiofréquence (excitation) de période de mesure du signal (observation) de temps d'attente (préparation, restauration) Exemple en imagerie: LCR riche en eau, T1 et T2 similaires (T1=3s et T2=2s), la séquence type T1 (avec TR court) fait apparaître un LCR noir donc on diminue voire annule le signal des tissus. Par contre, la séquence type T2 fait apparaître un LCR en hypersignal (grâce au TE long) et est utilisée en diagnostic. Le contraste T1 permet de visualiser une «séquence anatomique» avec une bonne définition spatiale. Le contraste T2 permet de visualiser une «séquence pathologique». Ex: on utilise le contraste T2 pour mettre en évidence la sclérose en plaque. III- L'IRM : principes de la localisation spatiale: En IRM on localise une information à n'importe quel endroit sans utiliser les principes d'atténuation. Ici, on fait une correspondance espace-fréquence, c'est la transformation de Fournier. Ex: analogie avec le piano : à droite: sons aigus et à gauche: sons graves. Si on appuie en même temps sur deux touches opposées, notre cerveau peut distinguer les deux notes sans avoir à regarder où on a appuyé. Si on joue une note plus forte que l'autre, le cerveau peut égalemment la reconnaître. Ainsi il distingue les fréquences et les amplitudes, permet une liaison entre elles ce qui déterminera une liaison espace-fréquence. A- Fréquence et phase d'aimantation tournante : La fréquence temps (Hz) correspond au nombre de tours par seconde. La phase instantanée correspond à un angle ɸ à l'instant to. ɸ(to) = 2.π to f Phase et fréquence sont donc liées, ce sont deux visions d'un phénomène.
