11/01/2016 BONIFAY Valériane L2 CR : NICOLAS Margot

BTIME – Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire : connaissances de base
11/01/2016
BONIFAY Valériane L2
CR : NICOLAS Margot
BTIME
M. PANUEL
14 pages
Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire : connaissances de base
A. Introduction
I. Arsenal d'imagerie diagnostique
On parle ici uniquement de l'imagerie diagnostique.
–Ultrasons → Échographie
–Rayons X → Radio standard et Scanner
–IRM → pas de radiation ionisante. Il existe un mouvement qui pousse à remplacer l'imagerie par
rayons X avec l'IRM mais ils sont encore beaucoup utilisés.
–Imagerie par émission → Médecine nucléaire
Il existe de très nombreuses applications cliniques.
En pratique pour faire une IRM on a besoin de protons, d'un aimant puissant, d'ondes de radio-fréquence, d'une
antenne et d'un calculateur hyperperformant.
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Plan
A. Introduction
B. Le proton
C. Le champ magnétique
D. Phénomène de résonance
E. Relaxation des protons
F. L'écho
G. Formation de l'image
H. Séquence de base
I. Séquences en écho de spin
II. Séquences en écho de gradient
III. Séquences avec suppression du signal de la graisse
IV. Séquences avec suppression du signal de l'eau
I. Gadolinium
J. Autres séquences
I. Séquences de flux
II. Séquences de diffusion
III. Spectro-IRM 1H
K. Artefacts
L. Contre-indications de l'examen IRM
M. Précautions et contraintes de réalisation
N. Indications

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II. En pratique
Il faut toujours commencer par une demande d'examen validée. Puis, le patient est préparé avec
certaines précautions et ensuite on réalise l'examen.
On doit choisir les séquences selon ce que l'on cherche à étudier (→ indication de l'examen), et enfin on
traite les images obtenues (→ on les lit et on les interprète afin d'aboutir à un diagnostic clinique).
B. Le proton
C'est le noyau de l'atome d'hydrogène, il est très abondant dans le corps humain. Il possède trois
propriétés pour l'IRM :
–Il tourne sur lui-même puisque c'est une particule chargée : il a donc un moment magnétique angulaire
de spin
–Il précesse comme une toupie, ou comme la Terre autour du Soleil
–Il présente deux niveaux d'énergie :
–A l'équilibre, le niveau de basse énergie est supérieur au niveau de haute énergie mais la variation
(delta) est relativement faible
–Aimantation parallèle – aimantation anti-parallèle
–S'il y a une excitation, un certain nombre de protons de basse énergie passent au niveau de haute
énergie → ce sont les protons utilisés en IRM.
C. Le champ magnétique
On l'obtient grâce à un aimant puissant et homogène :
–Le caractère homogène est extrêmement important pour que le champ soit identique à tous les endroits.
–La puissance de l'aimant va de 1 (1,5) à 3 T (CR : voire jusqu'à 7T en recherche) Sa puissance est de
plus de 30000 fois la champ terrestre (CR : le champ magnétique terrestre est de 50mT, avec
1T = 10 000G)
Que font les spins des protons dans ce champ ? Quel que soit leur niveau d'énergie, les protons vont se
mettre dans deux directions, positon de haute ou de basse énergie :
–Aimantation parallèle
–Aimantation anti-parallèle
–Les spins des protons s'alignent (+/-) selon B0 (champ magnétique, lire B zéro) et ils conservent leur
précession. On est dans une situation stable, en position de haute ou de basse énergie.
Attention : il n'y a pas que les protons qui se mettent dans l'axe de B0 ! Par exemple, un lit de
réanimation peut être attiré par la machine d'IRM. Il faut penser à tout ce qui est métallique : marteau réflexe,
ciseaux, stéthoscope... qui sont dans la poche. Si on oublie les objets, ils vont être attirés à une vitesse
considérable, et ça peut-être très dangereux. Ceci est un argument supplémentaire en faveur de la précaution.
D. Phénomène de résonance
La résonance est un transfert d'énergie entre deux systèmes oscillant à la même fréquence. Exemples :
–La Castafiore (dans Tintin) : échange d'énergie entre la voix de la Castafiore et le verre de cristal → bris
du verre (CR : elle chante avec une fréquence très aiguë, et si le cristal a la même fréquence, il va
éclater.)
–Des militaires sur un pont qui marchent en cadence, ce qui va entrer en résonance avec leur pas →
rupture du pont
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L'excitation des protons pour entrer en résonance se fait par une onde de radiofréquence (RF) dont la
fréquence correspond à la fréquence de précession (quand on tourne autour d'un axe) ou fréquence de
Larmor (63,8 MHz pour B0 = 1,5T).
Ces protons excités vont subir deux phénomènes :
–Mise en phase de tous les protons qui précessent uniformément
–Passage +/- important à un niveau de haute énergie. Ce niveau est fonction de B0 et de l'intensité de la
RF.
CR : ils ne se mettent pas dans l'angle du champ, mais ils gardent une certains angulation.
E. La relaxation des protons
À l'arrêt de l'impulsion de RF, le système revient à l'équilibre, les protons qu'on avait mis en phase se
déphasent :
–Déphasage des protons, fonction des interactions entre eux
–On recueille le signal IRM à ce moment-là
–Ce déphasage peut s'exprimer selon une exponentielle décroissante
• On définit le temps de relaxation T2 qui correspond au temps nécessaire au déphasage de 63% des
protons. C'est le temps de relaxation transversale.
CR : On a vu que lors du phasage, les protons tournent tous en même temps. À l'arrêt de l'impulsion, ils
recommencent à tourner « comme ils veulent ».
• On définit aussi le temps de relaxation T1 qui correspond au temps nécessaire à la récupération de 63%
de l'aimantation à l'équilibre, temps de relaxation longitudinale.
–Retour au temps de relaxation longitudinale initiale, fonction des interactions des protons avec le
milieu environnant (eau, graisse...)
–Graphiquement représenté par une exponentielle ascendante
T1 > T2 par un facteur 10
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Par exemple :
–Dans la graisse, le réseau est serré par conséquent, le temps de relaxation T1 est très court (signal
élevé en T1) (CR : ici l'excitation n'a pas modifié grand chose).
–A l'inverse, dans l'eau, le réseau est moins serré, le temps de relaxation T1 est long, le déphasage est
plus long donc le temps de relaxation T2 est plus long (signal faible en T1 et élevé en T2).
Ces paramètres peuvent se mesurer mais c'est surtout théorique, beaucoup moins clinique. On a des structures
avec des paramètres de relaxation différents donc si le signal est bien recueilli, on aura des différences entre les
différentes structures → différencier le normal du pathologique
Les valeurs du tableau ne sont pas à connaître, c'est juste pour avoir une idée :
–SB : substance blanche
–SG : substance grise
–LCR : Liquide Céphalo Rachidien
–N(H) : densité de protons
Il y a moins de graisse dans la substance grise que dans la substance blanche.
F. L'écho
Pour différencier ces relaxations, c'est compliqué car les signaux sont très faibles. Le signal sera amplifié
grâce à l'écho (CR : c'est un artefact physique qui est indispensable à l'IRM) → meilleur recueil.
Le signal T2 recueilli (signal de déphasage) par l'antenne est appelé FID (Free Induction Decay).
–Il est difficile à enregistrer
–De plus, il s'agit en fait d'un signal plus faible appelé T2* car il existe des hétérogénéités locales (par
exemple du métal avec les prothèses de hanche, le fer dans le sang...) qui affaiblissent le signal.
Donc T2* = T2 + les inhomogénéités de champ.
Pour améliorer le signal, on réalise un écho du premier signal avec remise des spins en phase (ou plusieurs
échos selon les séquences). CR : C'est un phénomène répété.
Le choix du temps d'écho (TE) influence l'image. Un TE long objective mieux les différences de T2. Si
on a deux tissus qui ont des T2 différents, mais on a un TE court on ne verra pas ces différences. Il existe deux
grandes familles de séquence pour recueillir un signal :
–Écho de spin
–Écho de gradient
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G. Formation de l'image
La dimension du volume que l'on veut explorer est appelée champ de Vue ou FOV. Si on veut explorer un
bassin ou un abdomen en totalité on n'aura pas le même champ de vue.
–Ce volume est divisé en unités de volume élémentaire : voxels.
–Le nombre de voxels par volume définit la matrice. Si on prend un cube, on aura beaucoup de voxels
donc une matrice élevée.
–Plus le voxel est petit, plus l'image est fine, mais moins il y a de signal (car petit volume = peu de
protons).
Le voxel est un volume !
Le codage des voxels dans les trois directions de l'espace se fait par l'utilisation de gradients de champ. Un
gradient de champ veut donc dire que, volontairement, le champ ne sera pas homogène.
–On utilise des bobines dans lesquelles on fait passer un courant afin de modifier localement le champ B0 pour
créer un gradient. La fréquence de Larmor est ainsi modifiée de ce fait. Dans un volume que l'on connaît
(voxel), on va appliquer un champ différent à celui qu'on applique sur le voxel à coté.
–Si l'on applique un gradient de fréquence (CR : gradient = variation de fréquences) dans une direction
donnée, dans chaque voxel les protons vont précesser à une fréquence légèrement différente mais en
phase (pas de différence d'axe, ni de champ mais seulement de fréquence).
–Si l'on applique un gradient de phase dans une autre direction perpendiculaire, dans chaque voxel, les
protons précessent à une même fréquence mais sont déphasés par rapport aux voisins.
→ C'est un codage spatio-temporel par la phase et la fréquence. (CR : les gradients de champ déterminent
une position).
Pour former l'image, l'ensemble des données brutes que l'on recueille constitue l'espace K.
Le décodage par plusieurs transformées de Fourier (analyse du contenu fréquentiel d'un signal à un endroit
donné) permet de constituer une image où chaque point élémentaire (pixel puisque c'est une image et non
plus un volume) représente grossièrement le signal en un point donné.
Donc, on part de volumes : les voxels qui ont une certaine fréquence, ces fréquences sont transposées ensuite
en image (échelle de gris, les pixels). Le contraste entre deux structures voisines permet de les différencier. Les
liquides sont blancs en pondération T2.
→ On observe trois contrastes élémentaires : substance blanche (corps calleux), substance grise et LCR.
H. Séquences de base
I. Séquence en écho de spin
Ce qui est important dans la séquence c'est :
–Le temps de répétition (TR): Le temps qui s'écoule avant qu'on
recommence la mesure
–Le temps d'écho (TE): Le double du temps auquel j'envoie
l'impulsion de 180°. C'est le moment où l'on enregistre le signal.
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