RAD6005 - janvier 2011 Institut de génie biomédicale

Résonance magnétique
principes physiques
RAD6005 - janvier 2011
Institut de génie biomédicale
Université de Montréal
T2
PD
T1
Structural
DTI
Angiography
BOLD fMRI
ASL/Perfusion
Functional
Spectroscopy
Cardiac
Imagerie par résonance magnétique
• basé sur manipulation de polarisation
magnétique nucléaire
• radiation non-ionisante
• fréquence radio
• excellente contraste des tissus mous
• bonne résolution spatiale
54°
état bas
énergie
+
état haut
énergie
-
M
B0 γ 2 �2
M0 =
PD
4k̄T
Noyaux utilisés en IRM
• noyau hydrogène
• proton ou «spin»
• imagerie et spectroscopie
• noyau phosphore P
• applications spectroscopiques
1H
31
Précession et fréquence Larmor
−
→
→
−
→
d J (t) −
= M(t) × B (t)
dt
−
→
−
→
−
→
d M(t)
= γ M(t) × B (t)
dt
couple créé par
champ magnétique
précession de la
magnétisation
Inhomogénéité magnétique
• en pratique, B n’est pas exactement constant
• limites de réglage
• susceptibilité
• déplacement chimique
0
Susceptibilité
• un objet placé dans un champ magnétique
devient lui-même magnétisé, et ce champ
induit crée une distorsion du champ principal
• H O: diamagnétique
• O : paramagnétique
• hémoglobine: état dépend sur oxygénation
2
2
Diamagnétisme
• induction dans un matériel d’une champ
opposant le champ externe
• électrons pairs
• attraction vers les minima du champ
T2*-weighted MRI Acquisition
↑
↑
long delay
↑
↑↑
↑
R *2
excite
M
BOLD
image
T2* MRI Acquisition Sequence
long delay
R *2
excite
M
BOLD
image
|Mxy |
−1 My
φ = tan
Mx
Paramagnétisme
• induction dans un matériel d’une champ dans
le direction du champ externe
• électrons non-pairs
• attiré par le champ
• important dans l’imagerie fonctionnelle
• HbO est diamagnétique
• Hb est paramagnétique
Paramagnétisme
• agents de contraste
• éléments fortement paramagnétiques
• e.g. Gadolinium (Gd)
• chélation avec DTPA pour protéger contre
toxicité
Champ magnétique homogène
Champ
magnétique
local
Champ magnétique perturbé
Champ
magnétique
local
Gd
Champ magnétique perturbé
O
O
O
O
O
H
H
O
O
O
H
O
O
O
H
H
O
Champ
magnétique
local
O
O
O
H
O
H
O
O
H
H
O
O
Gd
O
O
H
O
H
O
H
O
O
H
O
H
O
H
O
O
O
O
H
O
O
O
H
O
O
H
O
H
Gadolinium bolus passage
Déplacement chimique
• contribution au champ magnétique par la
distribution des électrons dans
l'environnement microscopique
• déterminé par les liens chimiques
• distorsion du champ expérimenté par le
noyau
Déplacement chimique
• e.g. lipide vs. H O
• 3.35 ppm → 214 Hz à 1.5T
• utilisé pour analyse chimique
• spectroscopie RMN
• peut causer des déplacements dans l’image
2
Déplacement chimique
Déplacement chimique
images avec graisse dermique
images sans graisse dermique
Magnétisation transversale
et longitudinale
Mxy = Mx (t) + j My (t)
magnétisation transversale
−1 My
φ = tan
angle de phase
Mx
|Mxy |
−1 My
φ = tan
Mx
z
y
x
Mxy (t)
V(t)
α
α=γ
�
0
τp
e
B1 (t) dt
angle de rotation
α = γB1 τp
impulsion rectangulaire
Relaxation Transversale
déphasage
(signal d’induction libre)
Mxy (t) = M0 sinα e
−j(2πν0 t−φ) −t/T2
e
1
1
1
=
+ �
∗
T2
T2
T2
T2* MRI Acquisition Sequence
long delay
R *2
excite
M
BOLD
image
Relaxation longitudinale
Mz (t) = M0 (1 − e
−t/T1
) + Mz (0 ) e
+
−t/T1
Mz (0+ ) = M0 cosα
Écho de spin