Physique pour la médecine

...la théorie!

IRM rapide

Imagerie par résonance magnétique (IRM)

Chapitre VI:

L’IRM rapide

IV.A Réduction du temps pour une séquence classique.

1)Rappel

Dans une séquence spin-écho classique, où chaque excitation d’une coupe est suivie d’un écho unique, la durée d’une acquisition d’une image est donnée par :

Tacq = Nex Ny TR

…où TR est le temps de répétition, pendant lequel on acquiert une ligne du plan de Fourier, Ny est le nombre de lignes du plan de Fourier, chaque ligne correspondant à une valeur différente du gradient de phase, et Nex est le nombre de fois que se voit répété l’ensemble des mesures pour l’acquisition du plan de Fourier. Pour des TR longs de l’ordre du dixième de seconde ou plus, des images de 128 ou 256 lignes (Ny) acquises deux ou quatre fois (Nex), on arrive facilement à des temps de quelques dizaines de minutes pour une seule image d’une coupe unique, ce qui fait problème à de multiples points de vue, comme le confort du patient, la qualité de l’image puisque le risque d’artefact est accru, ou encore le débit de patients dans le service d’imagerie. C’est pourquoi, dès les débuts de la technique IRM, de gros efforts ont été entrepris pour réduire ce temps d’acquisition. Ils ont été largement payants puisqu’on en arrive aujourd’hui à construire des images convenables en quelques dizaines de… millisecondes ! Bien entendu le prix à payer se porte le plus souvent sur la qualité du résultat final, plus particulièrement le rapport signal-bruit et/ou la résolution, mais le fait est que bon nombre d’applications ne demandent pas nécessairement un signal intense ou une image bien résolue et trouvent donc leur avantage dans les méthodes d’IRM rapide.

Ces méthodes sont nombreuses et variées. S’il fallait les classifier, autant que faire se peut, on pourrait les voir sur quatre niveaux : 1) Garder une séquence classique mais en réduisant les paramètres de base Nex, Ny.et/ou TR ; 2) Garder une séquence classique mais en exploitant les temps morts qui s’y trouveraient ; 3) Abandonner la séquence classique pour des méthodes plus rapides de remplissage du plan de Fourier ; 4) Démultiplier les capteurs extérieurs, ou antennes réceptrices, et combiner par électronique ou par calcul les signaux fournis simultanément. Le présent chapitre parle du niveau 1, la diminution de Nex, Ny.et/ou TR.

Lire la suite...

Imagerie par résonance magnétique (IRM)

Chapitre VI: L’IRM rapide

IV.B Utiliser les temps morts.

1)Acquisition multicouche.

Travailler à TR court n’est pas toujours intéressant, ni même souhaitable. En particulier, favoriser un contraste en T2 ou en densité de protons tout en réduisant l’influence de T1 suppose qu’après chaque excitation on laisse le temps à l’aimantation longitudinale de retrouver son maximum ou tout au moins de s’en rapprocher, ce qui implique un TR long. S’il s’agit d’acquérir une coupe unique, le temps mort consacré à cette seule repousse de l’aimantation longitudinale est important (partie haute du schéma ci-dessous). En spin écho par exemple, le temps nécessaire pour récolter l’information sur le signal, suite à une séquence d’impulsions 90° puis 180° est mesuré par TE, qui est de l’ordre d’une dizaine ou de quelques dizaines de ms. Le reste du temps TR, pendant lequel il ne se passe rien d’autre que la repousse, est quant à lui de l’ordre de la seconde. Ce n’est qu’après qu’on excite à nouveau la zone pour acquérir la deuxième ligne du plan de Fourier selon le même schéma, et ainsi de suite.

IRM VIB 1 

L’acquisition multicouche consiste à exploiter le long temps d’attente qui suit la prise d’une ligne dans la couche visée pour aller mesurer une ligne analogue dans une couche voisine, puis dans une troisième couche et ainsi de suite, le nombre de couches ainsi sondées sur un seul TR pouvant aller jusqu’à dix ou même plusieurs dizaines (partie basse du schéma ci-dessus, où pour simplifier on a pris l’exemple de quatre couches). Le fait est que cela ne diminue pas le temps d’acquisition de l’image, mais l’idée est ici de profiter des temps morts pour obtenir de l’information sur une zone bien plus large qu’une couche unique. En particulier, s’il s’agit au bout du compte de reconstruire non pas une image 2D mais un volume complet, le gain de temps est manifeste.

Lire la suite...

Imagerie par résonance magnétique (IRM)

Chapitre VI: L’IRM rapide

IV.C Parcourir l’espace k.

1)Qu’est-ce que l’espace k ?

(N.B. : Nous reprenons ici sous un point de vue un peu différent ce qui a été vu au chapitre II.D)

Soit une image quelconque, que pour la facilité du raisonnement nous supposerons en noir et blanc. De même qu’un signal temporel peut être décomposé en une série de fréquences simples qui le composent, l’image peut être vue comme une superposition d’ondulations simples de différentes longueurs d’onde, certaines plutôt larges (grandes longueurs d’onde) qui reproduisent la structure de base, d’autres plus étroites (courtes longueurs d’ondes) qui restituent les détails visuels. Plus fins sont les détails, plus courtes devront être les longueurs d’onde à inclure dans la description, ce qui est lié à la notion de résolution.

Pour le signal temporel, une fréquence f est l’inverse d’une période T. L’analogue dans l’espace est lié à l’inverse de la longueur d’onde, ce qu’on appelle le nombre d’onde, de symbole k (plus exactement, k est l’analogue de ce qu’on appelle la pulsation ω=2πf=2π/T)

   Temps :      période T (s)               →        ω=2πf=2π/T               ←fréquence f (Hz ou s-1)

   Espace :      longueur d’onde λ      →        k=2π/λ                        ←nombre d’onde k (cm-1)

Pour retrouver l’ensemble des fréquences qui composent un signal temporel on utilise la technique mathématique dite de la transformée de Fourier (voir Ch.II.B.3). Il en est de même pour retrouver l’ensemble des k qui composent une image, si ce n’est qu’une image est un objet à deux dimensions et que le résultat en termes de k constitue lui aussi un plan à deux dimensions x et y. La transformation se fait non pas séparément en x et y mais globalement, en utilisant la formule de « transformée de Fourier 2D » vue au chapitre II.D. A rappeler également que l’opération est réciproque : La transformée d’une fonction a pour transformée cette même fonction. Ce point est important ici car en IRM l’information fournie par les antennes ne concerne pas directement l’image mais plutôt le plan des k, qu’il faudra acquérir entièrement puis convertir mathématiquement.

 IRM VIC 2

Lire la suite...