Physique pour la médecine

...la théorie!

Imagerie par   résonance magnétique (IRM)

Chapitre III: Résonance   magnétique.


III.C Pondération T1,T2 et ρ

 

1) Expression des paramètres

 

Comme souligné au paragraphe précédent, la technologie IRM a à sa disposition pour construire des images trois paramètres physiques indépendants, qui peuvent proposer des jeux de contrastes très différents entre tissus et apporter ainsi chacun un certain type d’informations. Par comparaison la technique du scanner par exemple ne peut compter que sur une seule grandeur physique : Une image CT est exclusivement une cartographie des valeurs du coefficient d’absorption µ des rayons X dans le volume exploré… ce qui n’enlève rien à la très haute qualité du résultat.

S’il est vrai que T1, T2 et la densité protonique ρ ne dépendent pas l’un de l’autre, la question se pose néanmoins de savoir s’il est possible de construire une image sur base de l’un d’entre eux… indépendamment des autres, ce qui n’est pas la même chose. La réponse à cela est qu’il n’est jamais possible de se libérer complètement de l’influence de quelque paramètre que ce soit mais que, tout de même, il y a toujours moyen d’obtenir des images très fortement pondérées soit en T1, soit en T2 soit en ρ. Pour s’en convaincre, il faut avant tout repérer à quels moments chacune de ces grandeurs s’exprime le mieux.

La densité protonique s’exprime très directement dans l’intensité de l’aimantation longitudinale Mz de départ : Si à tel endroit n°1 se trouvent 20% de protons en plus qu’à tel autre endroit n°2, le Mz de base en 1 est supérieur de 20% à celui de 2. Après résonance, lors de la relaxation longitudinale, ces valeurs de base sont celles que le système tend à retrouver peu à peu, donc celles, notées Mz0 précédemment, vers lesquelles tendent asymptotiquement les exponentielles de repousse.


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Pour ce qui est du taux de croissance de ces mêmes exponentielles, par définition, c’est le temps caractéristique de relaxation longitudinale qui le définit. La variation est la plus rapide au début de la repousse et c’est là que T1 s’exprime le plus fortement, malgré l’influence inévitable de ρ. La figure ci-dessus est parlante à ce sujet : L’ordre des courbes n’est pas le même au début et à la fin, parce qu’au début les taux de croissance sont définis par les caractéristiques mathématiques alors qu’à la fin les exponentielles tendent inévitablement vers leurs valeurs limites. La figure ci-dessous montre les courbes normalisées aux valeurs-plateaux, ce qui met en évidence la région fortement pondérée en T1.


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Le temps de relaxation transversale T2 quant à lui caractérise la décroissance de Mxy quand cesse la résonance. C’est donc dans les exponentielles de décroissance associées qu’il faut rechercher son influence. Contrairement à T1 ce n’est pas au début des courbes qu’il s’exprime le plus fortement, malgré que la variation y soit la plus rapide, mais plus tard, là où elles commencent à s’amortir. L’explication tient dans ce que la relaxation longitudinale part de zéro alors que la transversale vient d’une valeur haute. Soit par exemple deux tissus qui ont la même densité de protons donc la même valeur de plateau ; à supposer que l’une des courbes atteigne 20% de sa valeur maximum pendant que l’autre n’en arrive qu’à 10% ; les signaux seront dans le rapport 2 à 1, le contraste sera fort. Supposons ensuite que partant du même niveau une exponentielle décroissante descende de 20% pendant qu’une autre descend de 10% ; les signaux seront dans le rapport 0,8/0,9 soit un contraste beaucoup plus faible de 11%. Ce contraste toutefois s’améliorera fortement dans la descente pour s’estomper avec l’amplitude des signaux. Dans la figure ci-dessous, qui illustre cela, les courbes ont été normalisées à Mz0 comme dans la précédente.


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b) Basculer pour mesurer

 

L’action du champ de résonance B1 est indispensable pour effectuer quelle que mesure que ce soit. Sans elle il n’y a pas d’aimantation transversale (§III.A.c) et l’aimantation longitudinale, qui elle est présente, n’est pas mesurable (§III.A.f). Pour exploiter T2 il faut donc générer par résonance une aimantation transverse Mxy, mais c’est vrai aussi pour T1 et pour ρ : Ces deux paramètres ne sont pas a priori exploitables, puisque comme vu ci-dessus ils se manifestent au travers de l’aimantation longitudinale, mais ils le deviennent si on bascule Mz dans le plan transverse. Nous rappelons ici que nous avons convenu de ne considérer pour l’instant que des angles de bascule de 90°.


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Rappelons aussi qu’en pratique la mesure est prise par une antenne disposée dans le plan transverse, par exemple selon l’axe x. Cette antenne recueille le signal FID (§III.B.3) que nous devons voir à présent comme une superposition des contributions des différents milieux concernés.


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Si l’antenne reçoit le signal, ce n’est pas pour autant que l’information est enregistrée. La mesure de ce point de vue est une notion opérateur-dépendante. Elle suppose qu’on décide d’ouvrir à un moment donné une fenêtre temporelle pendant laquelle le signal est échantillonné à intervalles réguliers, opération dont le résultat est stocké en mémoire et constitue la base de données brutes. La notion de mesure et d’échantillonnage est traitée plus en détails au chapitre II.


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Il reste deux questions à se poser, questions importantes sur lesquelles nous reviendrons plus loin : 1°) A quel moment dans la repousse la bascule doit-elle se faire ? 2°) Une fois la bascule opérée, à quel moment faut-il prendre la mesure ? La réponse à ces deux questions permet précisément de construire des images contrastées en l’un des trois paramètres.

Comme il a été dit au paragraphe précédent, la densité protonique s’exprime le mieux dans les valeurs Mz0 vers lesquelles tend la repousse. Avant d’effectuer la bascule, il faut donc attendre assez longtemps, le temps que les exponentielles s’approchent de ces valeurs limites. Par contre une fois la bascule effectuée, la mesure doit se faire le plus rapidement possible afin que T2 n’ait pas le temps d’imprimer sa marque.

Comme nous l’avons vu aussi, c’est au début de la repousse que T1 trouve sa meilleure expression et c’est donc assez vite qu’il faut basculer l’aimantation. Ici aussi, et pour la même raison, la mesure doit être faite très tôt.

Pour ce qui est de T2, le mieux est de laisser la repousse s’effectuer relativement longtemps, ce qui gomme l’influence de T1. Après la bascule il faut aussi prendre son temps avant de mesurer, puisque c’est dans la partie basse des exponentielles que le contraste en ce paramètre est le mieux marqué.

 

Il reste à voir comment en pratique on choisit le moment où sera envoyée l’impulsion 90°, et à quel instant se fera la mesure. Cela fait l’objet du prochain paragraphe (pour la conclusion en termes de pondération T1, T2 ou ρ en écho de spin, voir §III.D.4)

 

 

 

 

 

 

 

 

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