Physique pour la médecine

...la théorie!

Imagerie par   résonance magnétique (IRM)

Chapitre IV: Codage spatial   (x,y,z).

IV.C Echo de gradient.

 

1) Echo de gradient en T2*

Les gradients sont nécessaires à la construction de l'image. Toutefois leur usage présente un effet secondaire négatif en ce sens que tant qu'ils sont présents le signal tend à se détériorer. Cela vient de ce que les protons qui se trouvent à l'intérieur d'un même pixel ne tournent pas tout à fait à la même fréquence puisque par définition, et aussi réduite que soit la taille de ce pixel, le champ varie légèrement d'une extrémité à l'autre. Autrement dit ces protons, destinés à générer un signal local unique, se déphasent peu à peu, ce qui entraîne une diminution progressive de la somme vectorielle de leurs moments.

 

 IRM IVC 1

 

En ce qui concerne le FID on sait déjà (ChIII.D.1) que la décroissance ne se fait pas selon le temps idéal T2 mais au rythme plus rapide caractérisé par T2*. La mesure de ce signal FID supposerait que soit utilisé le gradient de fréquence par exemple, cela afin de localiser les protons sur un axe x. Le fait est que, dès que ce gradient se voit activé, le signal se met à décroître plus vite encore qu'en T2*, pour les raisons évoquées ci-dessus. Or il existe une solution à ce problème qui consiste à envoyer juste avant le gradient de mesure, que nous supposerons positif, le gradient exactement opposé, qui sera donc de même intensité mais négatif. L'idée est que les protons qui tournent le plus vite et donc prennent de l'avance pendant le lobe positif se seront vus préalablement imposés un retard pendant le lobe négatif. En quelque sorte on leur impose un handicap préalable, handicap qui sera progressivement comblé jusqu'à ce qu'ils se retrouvent tous exactement en phase. Le moment où le rephasage est complet est appelé écho de gradient.

 

IRM IVC 2 

 

Dans le cas du gradient de fréquence il est préférable de ne donner au lobe de préparation que la moitié de la longueur du lobe positif, de manière telle que l'écho se produise au milieu de la mesure. Juste avant les protons ne sont pas encore en phase, juste après les déphasages réapparaissent, mais en plaçant l'écho au centre on en a minimalisé les inconvénients.

 

IRM IVC 3

 

La figure ci-dessous évoque un signal FID qui décroît en T2*, se détériore pendant le lobe négatif du gradient, mais remonte momentanément vers la courbe T2* au centre du lobe de lecture. En réalité les longueurs des gradients peuvent être beaucoup plus courtes que suggérés ici, et par ailleurs un signal à mesurer ne se présente certainement pas comme une oscillation pure mais comme la composée d'un grand nombre d'oscillations proches en fréquence mais d'amplitudes très différentes.

 

IRM IVC 4 

 

 

2) Echo de gradient en spin-écho.

L'écho de gradient en spin-écho se prépare de la même manière que ci-dessus: Un gradient "négatif" est imposé au système préalablement au gradient de lecture, pendant un temps moitié moindre. Le rephasage s'opère au centre de la mesure, si bien que dans la remontée du signal il convient de voir un double écho, l'écho de spin augmenté de l'écho de gradient.

Le lobe préparatoire n'a pas à être accolé au lobe de lecture. Quand les protons se sont vus imposés des différences de phase ils en gardent la mémoire quand bien même il n'y aurait plus aucun gradient en cours, ce qui était d'ailleurs le principe même du gradient de codage en phase G(φ). En spin-écho ce lobe de préparation peut même être envoyé avant l'impulsion 180°, mais dans ce cas il doit être de même signe que le lobe principal puisque cette impulsion par nature inverse l'ordre des phases.

 

IRM IVC 5

 

3) Correction du gradient de coupe Gss.

La discussion qui précède portait sur le gradient de fréquence destiné à coder l'image en x. A vrai dire, un problème du même genre se présente lors de la sélection de la coupe. Lorsque l'impulsion 90° bascule l'aimantation longitudinale de la tranche choisie vers le plan transverse, et cela alors que le gradient Gss est actif, les protons concernés ne sont pas soumis tout à fait au même champ d'un bout à l'autre de la coupe. Ils tournent donc à des vitesses légèrement différentes, et cela jusqu'à ce que Gss soit ramené à zéro. Si rien n'était fait, les déphasages qui s'ensuivent atténueraient le signal IRM car, encore une fois, les protons en gardent la mémoire pendant le reste de la séquence. La correction se fait ici aussi par un lobe de gradient de signe opposé à Gss. Ce lobe doit obligatoirement venir après la sélection de coupe puisqu'avant la bascule dans le plan transverse il n'aurait aucun effet. Il doit aussi être moitié moins long que Gss, si on considère que l'effet moyen de l'impulsion 90° est localisé au centre de la fenêtre de gradient. Dans ces conditions, il est de nature à remettre en phase les protons de la coupe avant que ne se poursuive la séquence.

 

IRM IVC 6 

 

Quand se présente l'impulsion 180°, encadrée elle aussi par une fenêtre de gradient Gss, l'aimantation transverse est présente, de sorte que l'effet parasite de déphasage agit dès le départ. Pourtant il n'y a pas lieu de prévoir une correction puisque, étant donné que l'impulsion 180° inverse l'ordre des phases, l'évolution des protons dans la seconde moitié de Gss compense exactement ce qui s'est passé dans la première moitié. En quelque sorte, l'impulsion 180° est "auto-rephasante".

 

 IRM IVC 7

 

4) Gradient de phase Gφ.

Contrairement à Gω et à Gss, le gradient de phase Gφ ne doit pas être corrigé étant donné que les déphasages qu'il provoque au niveau des protons sont précisément sa raison d'être. Il en résulte inévitablement une diminution du signal mais il faut ici l'accepter car il ne s'agit pas d'affecter le but premier pour éviter un effet secondaire. A noter que plus la pente de gradient est élevée, plus le décalage entre protons sera rapide, et plus le signal se verra détérioré. Or dans le plan de données brutes les premières lignes correspondent à des pentes fortes en valeur positive et les dernières lignes à des pentes fortes négatives, alors que les lignes centrales sont associées à des pentes faibles. C'est la raison pour laquelle le signal apparaît élevé au centre et s'affaiblit progressivement vers les extrêmes. On peut remarquer que la chose est vraie également sur une ligne unique où l'information centrale entoure l'écho de spin et/ou de gradient et présente de ce fait des valeurs élevées, alors que vers la gauche et vers la droite le signal décroît en intensité. Il en résulte que c'est l'ensemble du plan de données brutes qui possède cette caractéristique: Des valeurs hautes au centre, des valeurs faibles en périphérie.

 

IRM IVC 8

 

Lorsque le temps de répétition est suffisamment long l'aimantation transversale a le temps de disparaître, de sorte que l'inconvénient provenant du déphasage des protons induit par Gφ n'affecte pas la séquence suivante. Par contre en IRM rapide les séquences sont tellement courtes que de l'information peut parfois se voir transférée de l'une à l'autre. Ceci explique que dans certains cas on applique après la mesure la correction sur gradient de phase qui ne pouvait s'imaginer avant. Un gradient rephaseur exactement opposé à Gφ est envoyé en fin de séquence afin que la suivante débute sur des bases correctes de ce point de vue.

 

IRM IVC 9 

 

5) Etat de la séquence.

Prenant pour base, comme précédemment, une séquence d'écho de spin, celle-ci se complète désormais par un lobe de préparation en Gω et un lobe de correction sur le Gss de l'impulsion 90°, en rappelant que la correction sur la 180° n'est pas nécessaire et que celle sur Gφ irait contre l'objet-même de ce gradient.

 

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