Aucun titre de diapositive

1
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
L IRM, du signal à limage
2
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
INTRODUCTION
L'IMAGE PAR RMN (IRM) S'obtient à partir signal
RMN en 1H (eau, lipides) Tomographique gt
sélectionner plan de coupe, altitude
zalt D'emblée numérique , cartographie 2D
matrice de pixels (xi, yi) Représente intensité
de MT en chaque voxel (xi, yi, zalt), dc ds
coupe Nécessite une localisation spatiale dans
le plan de coupe - pour Bo 1.5 T, l (RF) 5
m gt résolution spatiale du même ordre,
incompatible avec l'imagerie biologique ! - la
localisation du signal se fait dont grâce a 1
codage spatial (Lauterbur)
3
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
METHODES D'IMAGERIE PAR RMN PRELIMINAIRES (I)
LE SIGNAL DE RMN (I) Fréquence résonance (no)
permet choix noyaux (1H, 42 MHz à 1 T) Séquence
de RMN (alternance délais/impulsions RF) permet
d'obtenir signal mesurable, disparition dans le
temps, à no, du module de MT par précession et
déphasage des spins. Le signal est formé de 2
composantes - partie vectorielle, intensité de
MT f(Mo,T1,T2,D,F,h), densité des noyaux
impliqués (Mo), modulée, selon séquence RMN, par
T1, T2, mvmts des spins browniens (diffusion D)
ou organisés (flux F) et présence pdts
paramagnétqs (effets de susceptibilité c
mo.Mo/Bo) - composante oscillatoire (résonance),
càd fréquentielle, e j wo t
4
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
METHODES D'IMAGERIE PAR RMN PRELIMINAIRES (I
suite)
LE SIGNAL DE RMN (II) La FID est formée
d'oscillations a no amorties en T2
1/T2 1/T2 g.DBo/2p
5
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
METHODES D'IMAGERIE PAR RMN PRELIMINAIRES (II)
SIGNIFICATION DE LA RESONANCE (I) wo 2 p no g
Bo Le but de l'IRM est de faire la cartographie
de la répartition spatiale des différents MTi de
la coupe, et, pour les discriminer, de faire en
sorte qu'ils résonnent à des fréquences propres
wi différentes Or, la résonance est, en RMN,
synonyme de fréquence unique vue "côté noyau"
par g 1 fréquence / espèce nucléaire, pour des
Dn de plusieurs MHz (à 1T, no(1H) 42 MHz,
no(13C) 10,5 MHz, ...)
6
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
METHODES D'IMAGERIE PAR RMN PRELIMINAIRES (II
suite)

• SIGNIFICATION DE LA RESONANCE (II)
• wo 2 p no g Bo
• en RMN (et IRM), on ne sait lire que des
  fréquences
• vue côté champ statique Bo effectivement observé
  par les noyaux
• à champ "homogène", no unique (Mi indiscernables
  si DBi 0)
• à DBi ltgt 0 par modulations intrinsèques
  (densités électroniques), correspondant à Dn de
  qqs kHz ou MHz et en considérant DBo 0
  SPECTROSCOPIE, où chaque grpmt chimq a sa
  fréquence propre
• à DBo ltgt 0 par modulations extrinsèques
  (gradients de Bo) et en négligeant les
  modulations intrinsèques IMAGERIE, où les
  différents endroits de l'espace sont codés par
  fréquences différentes

7
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
METHODES D'IMAGERIE PAR RMN PRELIMINAIRES (II
suite et fin)
SPECTRE OU IMAGE
8
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
METHODES D'IMAGERIE PAR RMN PRELIMINAIRES (III)
NECESSITE DE TRANSFORMATION DE FOURIER RMN
(spectroscopie) et IRM (imagerie) ont pr but de
distinguer entre différentes fréquences qui,
mélangées dans signal temporel, ne seront
discenées que par inversion (temps -gt fréquence),
càd par TF En effet, une TF de f(t) est donnée
par discrétisée en F(n) Si fi (t). e
-jwit Ainsi temps (t en s), par inversion, donne
fréquence (n en s-1 ou Hz) ainsi, signal
temporel I f(t), par TF, fournit-il spectre
I f(n). De même espace (en m), par
inversion, donne séquence (s en m-1) ainsi,
image dans espace direct information spatiale, I
f(x, y, z), par TF, fournit-elle image dans
espace de FOURIER, dit réciproque I f(sx, sy,
sz).
9
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
METHODES D'IMAGERIE PAR RMN PRELIMINAIRES (IV)
IMPULSIONS RADIO-FREQUENCES Le signal de RMN
contient un mélange de fréquences cest leur
discrimination par TF qui impose l'emploi de
techniques de RMN impulsionnelle des pulses
RF permettent de générer le signal. Une mpulsion
RF équivaut à un champ magnétique tournant B1,
d'intensité ltlt celle de Bo mais de durée finie t
, imposant une bande passante fréquentielle dn
1/t. L'émission se fait donc à no /- dn/2
B1 bascule ML d'un angle, dit de nutation, h
g B1 t Rappelons que c'est la fraction
transverse du ML basculé qui fournit le signal,
soit S MT ML sinh.
10
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
METHODES D'IMAGERIE PAR RMN PRELIMINAIRES (V)
GRADIENTS DE Bo (I) Variations spatiales de Bo
organisées pour coder l'espace (imagerie) Bo
reste vertical (sur Oz), mais son intensité varie
selon x, y et z le plus souvent linéairement,
atteignant 20 a 30 mT/m actuellement Ce sont des
grandeurs vectorielles 2 gradients orthogonaux,
d'intensité différente, appliqués en même temps,
sont sommés en un gradient unique dans une
direction r quelconque En présence de Gr,
Bo dépend de l'espace (r). Pr gradient linéaire,
le champ Bi en ri vaut
11
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
METHODES D'IMAGERIE PAR RMN PRELIMINAIRES (V)
EXEMPLES DE GRADIENT LINEAIRE
12
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
METHODES D'IMAGERIE PAR RMN PRELIMINAIRES (V)
COMBINAISON VECTORIELLE DE 2 GRADIENTS
13
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
METHODES D'IMAGERIE PAR RMN PRELIMINAIRES (V
suite)
GRADIENTS DE Bo (II) En présence de Gr, les ni
dépendent aussi de l'espace (r), selon ni g
Bi / 2p g (Bo Gr ri) / 2p no k(Gr) ri Un
gradient appliqué pdt l'émission RF permet de
sélectionner un niveau de coupe orthogonalement à
sa direction dapplication Un gradient appliqué
pdt la lecture du signal permet de disperser les
fréquences et de coder l'espace en le projetant
dans sa direction AINSI, DISTINGUER LES
FREQUENCES REVIENT A DISCRIMINER L'ESPACE DANS LE
SENS DU GRADIENT
14
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
PRINCIPE DIMAGERIE PAR RMN 1ère ETAPE
OBTENTION D'UN SIGNAL RMN MESURABLE On choisit
un plan de coupe, daltitude zalt, sélectionné
par un 1er gradient appliqué pendant l'excitation
RMN (càd la bascule de ML). En IRM,
l'orientation de ce plan est quelconque (à la
différence de la TDM), ainsi que l'épaisseur
(jusqu'au volume). Plusieurs plans de coupe
peuvent être acquis "en même temps". Une
séquence d'excitation RMN fournit toujours un
écho (de spin ou de gradient) dont l'intensité et
la pondération en Mo, T1 et T2 est déterminée par
les paramètres d'acquisition de la
séquence L'échantillonnage temporel du signal
fournit le nombre de colonnes de la future
matrice image
15
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
PRINCIPES D'IMAGERIE PAR RMN 2ème ETAPE
LE SIGNAL EST TRANSFORME EN IMAGE 1 codage
spatial dans plan de coupe est rendu possible par
lemploi dun 2ème gradient de Bo, qui disperse
fréquences relevées dans plan méthode 1D
plusieurs projections sont acquises par TF1D du
signal en tournant autour de la tranche et
l'image est reconstruite en matrice polaire par
rétroprojection, puis filtrée en matrice
carrée. méthode 2D où 2 codages séquentiels
(lignes d'abord, puis colonnes) permettent
d'acquérir en matrice carrée d'emblée et
d'obtenir l'image par simple TF2D.
16
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
IMAGERIE PAR RMN
SELECTION DU PLAN DE COUPE (I) Le grdt de
sélection (Gs) est appliqué pdt l'émission RF de
bascule tout ce qui nest pas la coupe est mis
hors accord
Gz éventuellement appliqué en pdt RF focalisat
17
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
IMAGERIE PAR RMN
SELECTION DU PLAN DE COUPE (II) Gs permet
détablir une relation affine entre fréquence et
altitude nalt g Balt / 2p g (Bo Gs zalt) /
2p no k(Gs) zalt L'émission RF à la
fréquence ni sélectionne un plan d'altitude zalt
variable selon la pente Gs du gradient.
Lépaisseur de la coupe sélectionnée dépend de la
bande passante de la RF (dn 1/t) Seules les MLi
de cette bande résonnent et basculent
(sélection), fournissant les MTi (xi, yi) dans
chaque voxel i de la coupe La plan de coupe est
normal au gradient gt orientations quelconques,
obliquité et curvilinéarité possibles
18
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
IMAGERIE PAR RMN
SELECTION DU PLAN DE COUPE (IIbis)
Altitude z
Dn 1/t
Gs1
Objet à imager
Gs2
Plan de coupe 1
épaisseur de coupe 1
zalt1
épaisseur de coupe 2
zalt2
Plan de coupe 2
no
Fréquence n
Bo
Champ B
19
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
IMAGERIE PAR RMN
SELECTION DU PLAN DE COUPE (III) Dans ce cas de
figure, Gs a été appliqué //ment à Oz, donc à
Bo Chaque aimantation MTi, en chaque point (xi,
yi) du plan de coupe, participe pour son propre
compte au signal. Faire limage du plan de coupe
revient à les représenter séparément dans ce plan
z
MTi
MTj
Zalt
y
(xj, yj)
(xi, yi)
x
20
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
IMAGERIE PAR RMN
SIGNAL RMN DANS LA COUPE SELECTIONNEE
Sans autre gradient, toutes les MT verront le
même Bo et résonneront à la même fréquence no
on enregistrera un signal global pour tous les ri
de la coupe gt les différentes MT seront
indiscernables
S(t) Si (MT(ri).e jwot) S(t) e jwot.(Si
MT(ri) )
gt S(t) MT (tot). e jwot

21
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER5
IMAGERIE PAR RMN
CODAGE DE LA COUPE PAR LA FRÉQUENCE (I) Pr
séparer les différentes MT, il faut coder espace
ds plan de coupe
METHODE 1D Un gradient de lecture , (Gr),
est appliqué pendant la prise du signal
(réception RF), donc après le couple émission RF
- Gs
Gdt de lecture
Lecture du signal
Echantillonnage du signal (colonnes)
22
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
IMAGERIE PAR RMN
CODAGE PAR LA FRÉQUENCE (II)
En présence de Gr, tous les spins de même
coordonnée ri (càd dans toute la colonne
d'abscisse ri, normale à la direction de ce Gr)
voient le même Bi et, par ejwit, répondent à la
même fréquence propre ni
colonne rj
z
rj
colonne ri
zalt
y
ri
x
D
23
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER5
IMAGERIE PAR RMN
CODAGE DE LA COUPE PAR LA FRÉQUENCE (III) On
peut donc, en présence dun Gr, faire deux
constats wi t g ri Gr t ri sri , sri g
Gr t est 1 séquence ou fréquence spatiale Gr
permet ainsi laccord coordonnée planaire -
fréquence grâce à ejwit par la correspondance
tps-fréq / espace-séq (wi t ri sri). En
présence de Gr, mesurer ds le temps (signal)
revient à lire lespace En outre, le long de Gr,
toutes les MTi résonnent à ni, et les MTj à nj
pour chaque colonne, les MT sont projetées
sur la direction (D) de Gr
24
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
CODAGE DE LA COUPE PAR LA FRÉQUENCE (IV) En
présence de Gr, la lecture du signal fournit des
projection du plan de coupe sur la direction (D)
de ce Gradient Gr
S(t, ri) Sk (MTi,k .e jwit) S(t, ri) e jwit
.Proji,D
gt S(t) S i,D Proji,D .e jwit
25
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
IMAGERIE PAR RMN
CODAGE DE LA COUPE PAR LA FRÉQUENCE (IV)
S(t) S i,D Proji,D .e jwit gt Proj(plan)D
S i . S(t) e -jwit La projection globale du plan
de coupe sur la direction D du gradient de
lecture Gr est la simple TF1D du signal temporel
lu avec Gr Ainsi, lorsque le signal est lu le
long de Gr, le plan de coupe est codé, dans le
même sens, sous la forme dune projection
lépaisseur de chaque colonne correspond au pas
d'échantillonnage du signal. Une simple TF1D
sépare ansi les ni et fournit une image de la
projection du plan de coupe, perpendiculairement
à ce Gr Lacquisition des lignes suivantes
se fait en répétant les opérations pour une
nouvelle direction de Gr dans le plan de coupe
26
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
IMAGERIE PAR RMN
RECONSTRUCTION DE LIMAGE VRAIE DU PLAN DE
COUPE
Il suffit de recommencer la séquence émission RF
- Gs suivie de lecture signal - Gr en
changeant la direction D où sapplique Gr dans le
plan de coupe On acquiert ainsi, dans la tranche
sélectionnée par Gs, plusieurs signaux RMN codés
par Gr, et donc, par TF1D, plusieurs projections
de cette coupe en tournant autour de lobjet
Après un nombre suffisant de rotations (dépend
de la précision recherchée), il suffit
deffectuer, par simple rétroprojection filtée
(épandage), une reconstruction de la tranche
explorée
27
Pr. Michel ZANCA M.I.R, Biophysique
Médecine Nucléaire, CHU MONTPELLIER
IMAGERIE PAR RMN
OBTENTION DE PROJECTIONS DU PLAN DE COUPE PAR
MULTIPLES ROTATIONS AUTOUR DE LOBJET DANS CE PLAN
28
(No Transcript)
29
(No Transcript)
30
(No Transcript)
31
(No Transcript)
32
(No Transcript)
33
(No Transcript)
34
(No Transcript)
35
(No Transcript)
36
(No Transcript)