Imagerie par résonance magnétique

Principes, techniques et contrôle de qualité

Ir. Laurent HermoyeUnité de radiodiagnostic

Nécessité

Eviter une utilisation « presse – bouton » de l’IRMOptimisation des séquencesInterface avec les spécialistes technologiquesCompréhension des technologies de pointeCompréhension des artefactsCompréhension des dangersAchat d’une nouvelle machine

Plan de l’exposé

Rappels d’électromagnétismeBases de la résonance magnétiqueSystèmeDangers et contre-indicationsArtefactsImagerie digitale et optimisationArtefactsTechniques d’imagerie rapideIntroduction aux techniques avancées

Rappels d’électromagnétisme

Principes et techniques de résonance magnétique

Moment magnétique de spin

Les protons (1H) ont un moment magnétique de spin

Spin-up / Spin-down

Si les spins sont placés dans un champ magnétique extérieur, ils peuvent prendre 2 positions d’équilibre:

Spin-up (basse énergie)Spin-down (haute énergie)

Mouvement de précession

Précession du moment magnétique à la fréquence de Larmor

f0 = γ B0

où γ = 42.57 MHz / T est le ratio gyromagnétique

Impulsions RF

Une impulsion RF à la fréquence de Larmor induit des transitionsentre les états spin-up et spin-downIl en résulte un basculement de la magnétisation d’un angle α = γ B1 tp

Mise en phase des spins

Réception d’un signal

Un champ magnétique variable dans le plan transverse crée un signal dans l’antenne

Pourquoi ? Induction électromagnétique

Relaxation T1

Interaction spin – réseauPerte d’énergie des spinsProtons voisins ont un moment magnétiqueMolécules ont un mouvement de translation, de rotation et de vibrationSi fluctuations du champ à la fréquence de Larmor

transition spin-down spin-up

Relaxation T1 (II)

Retour à l’équilibre de la magnétisation longitudinale

Source [2]

Relaxation T2 et T2* (I)

Interactions spin – spinCauses :

Inhomogénéités du champ dues aux autres spins (T2)Inhomogénéités du champ magnétique de l’appareil (Tinhom)

T2*

Perte de la cohérence de phase entre les spinsDiminution de la magnétisation transverse

hom2*

2

1 1 1inTTT

+=

Relaxation T2 et T2* (II)

Source [2]

T2 et T2*

Source [2]

Combinaison T1 – T2

En réalité, les effets T1, T2 et T2* ont lieu en même tempsT1 > T2

Source [2]

Contraste

≈ 1025Rate

≈ 570Foie

≈ 200Graisse

20 - 67950 - 1820Muscle

110 - 2000800 - 20000LCR

60 - 1101090 - 2150Matière grise

60 - 100760 - 1080Matière blanche

T2 (ms)T1 (ms)Tissu

Les temps de relaxation T1, T2 et la densité de protons ρsont variables d’un tissu à l’autre

Contraste

Si on arrive à créer une dépendance entre les temps de relaxation (T1,T2,T2*) et le signal reçu à l’antenne, on pourra différentier les tissus

Echo de spin

Séquence en écho de spin

2 paramètres :TE : temps d’échoTR : temps de répétition

court long

court

Pondération T1

long

Pondération ρ Pondération T2

TE

TR

Variation du TR à TE donné

Variation du TE à TR donné

TR = 3000

TE = 20 TE = 90

Pondération T1

TR court(< 600 ms)

TE court(< 25 ms)

Temps

M

TR court(< 600 ms)

liquides

TE court(< 25 ms)

matièrecérébrale

graisse

TR court(< 600 ms)

TE court(< 25 ms)

Pondération T1

TR entre 400 et 600 ms (idéal = 500ms)si TR < 400 ms, peu de repousse, donc peu de signal et de

contraste T1si TR > 600 ms, trop de repousse, influence de la densité de

protons mais signal plus fort

TE < 20 ms (le plus court possible)si TE augmente, influence de la relaxation T2 et signal plus faible

Pondération T2 ou ρ

Temps

M

TR long(> 2000 ms)

TE court(< 25 ms)

TE long(> 100 ms)

liquides

graissematièrecérébrale

Pondération T2 ou ρ

TR > 3000 ms (le plus long possible)Si TR < 3000, influence de la relaxation T1Alonge le temps d’acquisition

TE < 30 msNi influence T1, ni influence T2 pondération ρ

TE > 100 msInfluence de T2 pondération T2

Inversion – récupération (I)

TI = temps d’inversion

Inversion – récupération (II)

Inversion – récupération (IV)

Suppression du signal pour TI = T1 . ln(2) ≅ T1 . 70%

Inversion – récupération (III)

Source [2]

FLAIR

FLuid Attenuated Inversion RecoveryT2 avec suppression du LCRTI = 1800 – 2500 ms

STIR

Short TI Inversion RecoveryT2 avec annulation du signal de la graisseTI = 150 ms

Localisation spatiale

Comment localiser le signal ?

Variation spatiale du champ magnétique (gradient)

Gradient de sélection de coupe

Source [2]

Gradient d’encodage de fréquence

Gradient d’encodage de phase

Encodage de fréquence / phase

Gradient d’encodage de phase suivant la direction YGradient d’encodage de fréquence suivant la direction X

Séquence en écho de spin

Spectre du signal

Source [2]

Remplissage de l’espace k

Source [2]

Espace k - Image

Espace k

Transforméede Fourier

Image

Source [2]

Séquence en écho de gradient (I)

Source [2]

Séquence en écho de gradient (II)

Séquence en écho de gradient (III)

Angle de bascule

Pour pouvoir prendre des TR plus courts, on bascule la magnétisation de moins de 90°

Angle de bascule

court long

< 40°

Pondération ρ Pondération T2

> 50°

Pondération T1

TE

FL

Angle de bascule

Pondération T2*

Artefacts de susceptibilité

On peut volontairement accentuer les artefacts de susceptibilité en augmentant le TEHématomes, calcifications

Spoiler

TR court en écho de gradientLa magnétisation transverse n’a pas le temps de disparaître complètementEchos partielsDes gradients « spoiler » permettent de faire disparaître la magnétisation transverse

Source [2]

Imagerie multi-coupes (I)

TR >> TEDépend du contrasteTemps perduPeut être utilisé pour imager d’autres coupesImagerie multicoupes

Acquisition entrelacée1 – 3 – 5 – 7 puis 2 – 4 – 6 – 8Permet d’éviter le cross-talk entre les coupes

Imagerie multi-coupes (II)

Source [2]

Imagerie 3D (I)

Si on veutDes coupes fines ( < 3 mm)Sans espacementAvec un meilleur SNR

DésavantagesTemps d’acquisition long ( = NSA * coupes * NPE * TR)Artefact de repli spectralArtefact de Gibbs

Deuxième direction d’encodage de phase

Imagerie 3D (II)

Source [2]

Système

Imagerie rapide

Imagerie digitale

Les artefacts en IRM

Introduction aux techniques avancées de résonance magnétique

Dangers et contre-indications de la résonance magnétique

Exemple de question (I)

Dans une IRM 3 Tesla, vous voulez faire basculer la magnétisation dans le plan transverse :

A. Vous appliquez une impulsion radiofréquence à 64 MHz (arrondi)B. Vous appliquez une impulsion radiofréquence à 94 kHz (arrondi)C. Vous appliquez une impulsion radiofréquence à 128 MHz (arrondi)D. Vous appliquez un gradient dans le plan transverseE. Vous appliquez un gradient suivant l’axe longitudinal

Exemple de question (II)

Le processus de relaxation T1 reflète :

A. Le retour à l’équilibre de la magnétisation transverseB. Le retour à l’équilibre de la magnétisation longitudinaleC. Le déphasage des spins dans le plan transverseD. L’effet du cortège électronique des molécules auxquelles appartiennent

les spins

Exemple de question (III)

Comment appelle-t-on la zone activée ?

A. Aire de WernickeB. Aire de BrocaC. Le cortex dorso-latéral préfrontalD. L’aire motrice supplémentaire

Exemple de question (IV)

L’artefact de repli spectral (aliasing) se produit quand :

A. Le nombre de pas d’encodage de fréquence est trop faibleB. Un objet métallique (implant dentaire, …) vient détériorer l’imageC. L’anatomie continue en-dehors du FOV dans la direction d’encodage de phaseD. Le signal de la graisse et de l’eau sont en opposition de phase

Exemple de question (V)

Les artefacts de susceptibilité

A. perturbent les images en écho de spinB. perturbent les images en écho de gradientC. perturbent les 2 images

Exemple de question (VI)

Ces 2 images ont le même FOV, laquelle a la matrice la plus élevée ?

A. gaucheB. droite

Livre de référence

Sources

[1] Young and Freedman, « University Physics - 10th Edition », Addison Wesley, 2000

[2] McRobbie, Moore, Graves and Prince, « MRI From Picture to Proton », Cambridge University Press, 2003