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IRM

Principes de l’IRM.

L’IRM est une technique d’imagerie basée sur les propriétés de résonance du proton H+ présent dans l’eau (H2O) du corps humain.

Le proton possède um moment magnétique, le spin, réparti aléatoirement. En soumettant un ensemble de protons à un champ magnétique constant B0, leurs spins s’alignent et forment un moment magnétique total M0 aligné parallèlement à B0.

spins

Si on applique un pulse de radiofréquence à la fréquence de résonance des protons sous B0, perpendiculaire à B0, le moment protonique M0 va être excité et va basculer dans le plan x,y (en fonction de l’intensité du pulse appliqué on pourra basculer M0 de 90 ou 180° comme dans l’exemple ci-dessous).

bascule

Après arrêt du pulse, le moment magnétique M0 des spins protoniques basculé va revenir à sa position initiale en émettant une énergie qu’il sera possible d’enregistrer, la relaxation. C’est cette énergie enregistrée sous forme d’une onde électromagnétique dans le plan x,y de B1qui va former le signal en IRM.

relaxation

 

Ce signal va être dépendant de plusieurs paramètres :

  • Le nombre de protons présents dans l’unité mesurée
  • le T1
  • le T2
  • éventuellement le flux en cas d’échantillon en mouvement.

Le nombre de protons dépend du tissu examiné grande densité en protons ou faible densité donnant plus ou moins de signal.

Le T1 et le T2 sont deux paramètres dus au phénomène de relaxation lui-même. T1 est appelé temps de relaxation spin-réseau du moment M0 le long de l’axe z.  Il s’agit du temps mis par le moment T0 pour obtenir sa repousse le long de l’axe z. T2 est le temps de relaxation spin-spin du moment M0 dans le plan x,y. Il s’agit du temps mis par la composante x,y de M0 pour disparaître.

T1T2

Les valeurs du T1 (spin-réseau) et du T2 (spin-spin) dépendent de l’environnement protonique. Cet environnement est responsable de la relaxation T1 et T2 par le biais de mécanismes dus à la structure et à l’environnement moléculaire

  • interaction dipole-dipole
  • chemical shift anisotropy
  • diffusion moléculaire
  • chemical exchange
  • scalar-J coupling
  • Electric-quadrupole couplng…

Ces différentes propriétés chimiques font que les protons ne possèdent pas le même T1 ou T2 dans la matière et ainsi permettent de différencier les structures du corps humain et en particulier le cartilage.

T1T2valeurs

On voit sur ce tableau que les différences de T2 sont majeures entre l’eau, le cartilage et l’os permettant ainsi d’obtenir un contraste optimal plus qu’en T1.

L’acquisition du signal en IRM s’effectue dans le plan transverse (x,y). L’acquisition la plus simple est la FID (free induction decay) consistant à produire un pulse RF puis à récolter derrière le signal. Cette technique ne permet pas un recueil optimal du signal du au rephasage des protons. La séquence echo de spin est la séquence classique qui associe deux pulses : un premier de 90° puis un second de 180° permettant de récolter un écho avec un signal plus fort. Les TE, temps d’echo et TR, temps de répétition, sont des paramètres modifiables qui permettent d’ajuster le type de séquence à une pondération donnée.

sequences

Le TR et le TE sont deux paramètres modulables qui permettent de « pondérer » les images en T1 ou T2 en fonction. Ainsi un TR et un TE élevés pondéreront les images en T2, un TR et TE bas pondéreront les images en T1.

t1-t2

Ainsi, pour l’imagerie du cartilage, il va être recommandé des séquences en écho de spin ou écho de gradient en pondération plutôt T2.

Pourquoi faire un echo de gradient ou un echo de spin?

En echo de gradient, il n’y a qu’un seul pulse RF puisque la refocalisation s’effectue par un gradient. Cela entraîne un raccourcissement possible du TE et du TR (d’autant plus qu’on utilise un pulse avec un angle de bascule de <90°) ce qui permet de raccourcir les temps de séquence de manière notable. Ce type de séquence est utilisé pour l’imagerie 3D.

Enfin l’écho de gradient va rephaser l’ensemble des protons déphasés par le gradient c’est à dire que ce rephasage va concerner non seulement le T2 lui-même mais aussi des éléments perturbés par l’inhomogénéité du champ B0, les . En bref, l’écho de gradient ne va pas donner une image du vrai T2 mais plutôt d’un autre paramètre appelé T2*.

Le T2* est un T2 qui prend aussi en compte les inhomogénéité du champ B0.

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