III.E Inversion-récupération

1) Principe de base

Avant d’envoyer la séquence d’écho de spin il peut être intéressant dans certains cas de générer préalablement une impulsion 180° capable, comme vu plus haut, de faire pivoter les magnétisations d’un demi-tour autour de l’axe principal de l’antenne, axe qui appartient au plan (x,y). Au moment choisi, l’aimantation longitudinale est non nulle et voit donc son orientation basculer de +z en –z. Depuis la nouvelle valeur -M_z elle se met à croître à nouveau selon la loi qui lui est propre, loi exponentielle caractérisée par T₁ et tendant vers M_z0.

Il s’agit ensuite de mesurer le signal à un moment choisi dans la repousse, ce qui suppose qu’on envoie alors une séquence de spin écho classique. Le temps entre la première impulsion de 180° et la bascule à 90° de l’aimantation est appelé temps d’inversion T_I. Avec T_R et T_E il s’agit là d’un nouveau paramètre opérateur-dépendant, d’un outil disponible pour trouver des contrastes nouveaux et intéressants.

La séquence d’inversion récupération de base se présente donc de la manière suivante, si on utilise une spin-écho classique :

[

Après la première impulsion 180°, l’aimantation longitudinale répond à l’équation 

…où M_z(0) est la valeur de M_z qui a subi l’inversion alors que M_z0 est la valeur maximum à l’équilibre. Pour une bascule au temps T_I et un temps d’écho T_E, l’amplitude du signal est donnée par :

Etant donné que M_z(0) dépend lui-même de M_z0 au travers du temps de repousse T_R, on a aussi :

]

En pratique on a souvent M_z(0)=M_z0, ce qui veut dire qu’avant d’envoyer la séquence on attend que l’aimantation longitudinale ait retrouvé sa valeur maximum. Cela suppose un T_R long mais l’avantage est qu’on évite alors de mélanger les contrastes dus à un T_R court d’une part et celui provenant de l’inversion-récupération d’autre part. Dans ce cas, après la première impulsion 180°, M_z évolue selon la loi :

Et pour ce qui est du signal S :

2) Utilité de l’inversion récupération

a. Amélioration du contraste

Dans la figure ci-dessous, le schéma de gauche montre la récupération après inversion de deux tissus différents supposés de même densité protonique. Le temps d’inversion et la séquence de spin écho ne sont pas indiqués, le but étant de raisonner sur les possibilités offertes par la procédure. Une antenne réceptrice qui ne ferait que mesurer l’amplitude de signaux ne verrait de M_z que la valeur absolue, ce que visualise la partie située en haut à droite de la figure. En bas à droite apparaissent les mêmes courbes dans une récupération classique en spin écho simple.

La comparaison des deux schémas de droite est instructive quant aux possibilités nouvelles apportées par la séquence IR :

+) Dans le tout début de la repousse le contraste entre les deux tissus est inversé selon qu’on choisisse une séquence ou l’autre.

• +) Un peu plus loin les courbes en IR se croisent, ce qui n’est pas le cas en spin-écho classique. Ceci intervient quand les deux M_z ont la même valeur absolue mais sont en réalité de signes contraires. Il y a là la possibilité de gommer le contraste entre deux tissus pour faire mieux ressortir un troisième qui ne serait pas visualisé ici.
• +) Plus loin dans la récupération on voit que le contraste entre les deux tissus est généralement bien meilleur en IR qu’en SE, puisque là où en SE il est de l’ordre de 10 ou 20%, il se mesure en IR par un facteur deux ou trois. Il faut tout de même insister sur le fait qu’il s’agit ici d’un exemple choisi pour les besoins de la cause, que la chose est en réalité à discuter au cas par cas et que cette discussion doit englober l’ensemble des tissus concernés.

b.Amélioration de la résolution.

Par ailleurs, lors de la récupération en séquence IR il est parfaitement envisageable de faire la différence entre les valeurs de M_z positives d’une part et négatives d’autre part. La figure ci-dessous montre que lors de la bascule à 90° les premières se distinguent des secondes par des aimantations transversales décalées d’un demi-tour, ou en d’autres mots déphasées de 180°.

Pour faire la distinction entre les deux il s’agit donc de détecter non seulement l’amplitude des signaux mais également leur phase. Le système récepteur doit dans ce cas être constitué d’au moins deux antennes disposées sous des angles différents. Ce genre de détecteur est bien au point et comporte souvent un ensemble de bobines capable de restituer avec précision l’information demandée. C’est le cas par exemple des antennes de type « cage à écureuil » utilisées pour l’imagerie du cerveau.

L’avantage est que la gamme de valeurs d’aimantation projetée sur l’échelle des gris est doublée par rapport au spin écho classique, ce qui améliore non plus le contraste mais la résolution puisque deux régions proches en aimantation peuvent être mieux séparées sur l’image.

A noter que cela suppose un T_I court : Il faut surprendre les aimantations au début de la repousse de façon telle que les plus rapides soient déjà passées en valeurs positives alors que les plus lentes sont encore en valeurs négatives.

c.Suppression d’un tissu

L’application IR la plus utilisée est sans doute la suppression d’un tissu dans l’image, ou plutôt la possibilité de lui attribuer la couleur noire pour mieux faire ressortir les autres. Cela vient d’une évidence, à savoir que pour passer des valeurs négatives aux valeurs positives chaque courbe doit forcément croiser le zéro. Choisir de basculer les aimantations à ce moment très précis revient à annuler le signal correspondant. Cela peut se faire pour un seul tissu, dont le T₁ impose la valeur à donner à T_I selon la relation T_I=0,69T₁.

[

En effet, partant de la dernière équation du §1, on a S=0 pour (1-2e^-TI/T1)=0, donc pour e^-TI/T1=1/2, ou encore T_I/T₁=ln2=0,693.

]

+) Une séquence FLAIR (fluid attenuation inversion recovery) vise à supprimer de l’image l’eau ou les tissus très aqueux comme le LCR en imagerie du cerveau. Le T_I est long car l’eau a un T₁ parmi les plus élevés (2650ms).

+) Une séquence STIR (short time of inversion recovery) est utilisée pour la suppression de la graisse. Le T_I est court (d’où le ST = « short time ») parce qu’à l’opposé de l’eau la graisse a l’un de T₁ les plus courts qui soient (260ms, soit dix fois plus rapide que l’eau).

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