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Imagerie par résonance magnétique
Principes, techniques et contrôle de qualité
Ir. Laurent HermoyeUnité de radiodiagnostic
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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
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Plan de l’exposé
Rappels d’électromagnétismeBases de la résonance magnétiqueSystèmeDangers et contre-indicationsArtefactsImagerie digitale et optimisationArtefactsTechniques d’imagerie rapideIntroduction aux techniques avancées
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Rappels d’électromagnétisme
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Principes et techniques de résonance magnétique
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Moment magnétique de spin
Les protons (1H) ont un moment magnétique de spin
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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)
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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
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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
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Réception d’un signal
Un champ magnétique variable dans le plan transverse crée un signal dans l’antenne
Pourquoi ? Induction électromagnétique
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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
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Relaxation T1 (II)
Retour à l’équilibre de la magnétisation longitudinale
Source [2]
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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
+=
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Relaxation T2 et T2* (II)
Source [2]
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T2 et T2*
Source [2]
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Combinaison T1 – T2
En réalité, les effets T1, T2 et T2* ont lieu en même tempsT1 > T2
Source [2]
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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
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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
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Echo de spin
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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
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Variation du TR à TE donné
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Variation du TE à TR donné
TR = 3000
TE = 20 TE = 90
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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)
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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
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Pondération T2 ou ρ
Temps
M
TR long(> 2000 ms)
TE court(< 25 ms)
TE long(> 100 ms)
liquides
graissematièrecérébrale
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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
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Inversion – récupération (I)
TI = temps d’inversion
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Inversion – récupération (II)
![Page 30: Imagerie par résonance magnétique - RBNT WebSite · Réception d’un signal ... A. Le nombre de pas d’encodage de fréquence est trop faible B. Un objet métallique (implant](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022011806/5bfa105209d3f2941b8ba081/html5/thumbnails/30.jpg)
Inversion – récupération (IV)
Suppression du signal pour TI = T1 . ln(2) ≅ T1 . 70%
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Inversion – récupération (III)
Source [2]
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FLAIR
FLuid Attenuated Inversion RecoveryT2 avec suppression du LCRTI = 1800 – 2500 ms
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STIR
Short TI Inversion RecoveryT2 avec annulation du signal de la graisseTI = 150 ms
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Localisation spatiale
Comment localiser le signal ?
Variation spatiale du champ magnétique (gradient)
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Gradient de sélection de coupe
Source [2]
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Gradient d’encodage de fréquence
![Page 37: Imagerie par résonance magnétique - RBNT WebSite · Réception d’un signal ... A. Le nombre de pas d’encodage de fréquence est trop faible B. Un objet métallique (implant](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022011806/5bfa105209d3f2941b8ba081/html5/thumbnails/37.jpg)
Gradient d’encodage de phase
![Page 38: Imagerie par résonance magnétique - RBNT WebSite · Réception d’un signal ... A. Le nombre de pas d’encodage de fréquence est trop faible B. Un objet métallique (implant](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022011806/5bfa105209d3f2941b8ba081/html5/thumbnails/38.jpg)
Encodage de fréquence / phase
Gradient d’encodage de phase suivant la direction YGradient d’encodage de fréquence suivant la direction X
![Page 39: Imagerie par résonance magnétique - RBNT WebSite · Réception d’un signal ... A. Le nombre de pas d’encodage de fréquence est trop faible B. Un objet métallique (implant](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022011806/5bfa105209d3f2941b8ba081/html5/thumbnails/39.jpg)
Séquence en écho de spin
![Page 40: Imagerie par résonance magnétique - RBNT WebSite · Réception d’un signal ... A. Le nombre de pas d’encodage de fréquence est trop faible B. Un objet métallique (implant](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022011806/5bfa105209d3f2941b8ba081/html5/thumbnails/40.jpg)
Spectre du signal
Source [2]
![Page 41: Imagerie par résonance magnétique - RBNT WebSite · Réception d’un signal ... A. Le nombre de pas d’encodage de fréquence est trop faible B. Un objet métallique (implant](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022011806/5bfa105209d3f2941b8ba081/html5/thumbnails/41.jpg)
Remplissage de l’espace k
Source [2]
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Espace k - Image
Espace k
Transforméede Fourier
Image
Source [2]
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Séquence en écho de gradient (I)
Source [2]
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Séquence en écho de gradient (II)
![Page 45: Imagerie par résonance magnétique - RBNT WebSite · Réception d’un signal ... A. Le nombre de pas d’encodage de fréquence est trop faible B. Un objet métallique (implant](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022011806/5bfa105209d3f2941b8ba081/html5/thumbnails/45.jpg)
Séquence en écho de gradient (III)
![Page 46: Imagerie par résonance magnétique - RBNT WebSite · Réception d’un signal ... A. Le nombre de pas d’encodage de fréquence est trop faible B. Un objet métallique (implant](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022011806/5bfa105209d3f2941b8ba081/html5/thumbnails/46.jpg)
Angle de bascule
Pour pouvoir prendre des TR plus courts, on bascule la magnétisation de moins de 90°
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Angle de bascule
court long
< 40°
Pondération ρ Pondération T2
> 50°
Pondération T1
TE
FL
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Angle de bascule
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Pondération T2*
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Artefacts de susceptibilité
On peut volontairement accentuer les artefacts de susceptibilité en augmentant le TEHématomes, calcifications
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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]
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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
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Imagerie multi-coupes (II)
Source [2]
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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
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Imagerie 3D (II)
Source [2]
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Système
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Imagerie rapide
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Imagerie digitale
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Les artefacts en IRM
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Introduction aux techniques avancées de résonance magnétique
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Dangers et contre-indications de la résonance magnétique
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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
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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
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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
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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
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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
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Exemple de question (VI)
Ces 2 images ont le même FOV, laquelle a la matrice la plus élevée ?
A. gaucheB. droite
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Livre de référence
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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