Cours 2 - Principes d’IRMs Flashcards
Éléments principaux d’un IRM
A) Aimant
B) Antenne radio-fréquence
C) Bobines de gradient
A) Aimant
- Bobine qui génère du champ magnétique très important
- Bobine trompée dans l’hélium liquide proche du zéro absolu ce qui la rend supra-conductrice
- Champ B0
Supra-conductrice
Le courant électrique qui la traverse ne subit pas de perte d’énergie, et peut continuer de circuler pendant très longtemps
Vrai ou faux. L’aimant de l’IRM continue de fonctionner en permanence même quand on n’utilise pas la machine
Vrai!
B) Antenne radio-fréquence
permet de
(1) exciter la matière grâce à des émetteurs
(2) mesurer la réponse de ces tissus biologiques à l’excitation grâce à des récepteurs. Les impulsions radio-fréquence générées par l’antenne créent un faible champ magnétique perpendiculaire au champ magnétique principal généré par l’aimant. Les antennes de réception peuvent aussi être placées dans un équipement spécifique pour la tête.
C) Bobines de gradient
- Permettent de faire varier l’intensité du champ magnétique dans l’espace.
- Durant l’acquisition des images, les gradients sont activés puis arrêtés plusieurs fois.
- Les gradients peuvent être produits dans toutes les directions.
*Sélection de coupes et formation d’images
Vrai ou faux. L’IRM est très sensible aux mouvements de la tête !
Vrai. Il est possible d’utiliser des coussins ou autres dispositifs pour réduire le mouvement.
Bobine + courant = Champ magnétique!
- En créant un anneau avec du fil électrique et en passant un courant électrique, nous produisons un champ magnétique.
Vidéo de la bobine (même principe que l’IRM)
- Nous pouvons voir les lignes de champ magnétique se dessiner lorsque le champ magnétique est activé.
- Les lignes de champ sont droites lorsqu’elles passent par le centre de l’anneau, mais elles se propagent en cercles en s’éloignant du centre de l’anneau.
- Pour obtenir un champ magnétique constant à l’intérieur de l’anneau, nous pouvons épaissir l’anneau de sorte à former un cylindre.
Vrai ou faux. L’IRM est invasif
Faux. L’IRM est non-invasif.
-> Il n’existe pas d’effet adverse connu sur la santé de l’exposition à un champ magnétique fort.
-> En revanche, il faut s’assurer qu’il n’y ait pas de contre-indications, telles que la présence de certains métaux dans le corps ou des équipements médicaux tels qu’un pace maker.
-> Le champ magnétique peut également attirer les objets métalliques et provoquer des accidents. Pour cette raison le personnel qui opère dans une salle d’IRM doit recevoir une formation adéquate aux mesures de sécurité.
Spin magnétique nucléaire
Un proton est comme un petit aimant, dont le champ magnétique oscille autour d’une position donnée (mouvement de précession), et caractérisé par un moment angulaire, ou spin.
Mouvement de précession
Les protons qui constituent en partie les atomes se comportent comme des petits aimants qui tournent autour de leur propre axe, de manière analogue à une toupie -> Cette rotation du moment magnétique est appelé le mouvement de précession.
Vrai ou faux. chaque noyau a une fréquence de Larmor caractéristique
Vrai. Le mouvement de précession dépend entre autre de la composition du noyau et du champ magnétique ambiant. Ainsi, chaque type de noyau possède une fréquence de Larmor caractéristique.
Fréquence de Larmor d’un atome d’hydrogène
- Un atome d’hydrogène possède une fréquence de Larmor de 42.58 MHz/Tesla.
- Cette fréquence n’est donc pas fixe, mais dépend de la force du champ magnétique!
- Placé dans un champ magnétique externe de 1T, un atome d’hydrogène tourne 42580000 fois par seconde.
Vrai ou faux. Plus le champ magnétique dans lequel se trouve un proton est fort, plus la vitesse à laquelle tourne le moment magnétique de ce proton va diminuer.
Faux. Plus le champ magnétique dans lequel se trouve un proton est fort, plus la vitesse à laquelle tourne le moment magnétique de ce proton va augmenter.
Champ B0
- L’aimant de l’IRM contribue à aligner le moment magnétique des protons selon le même axe que le champ magnétique principal, appelé B0.
- Ce champ B0 va des pieds vers la tête.
- La force de l’aimant principal est mesurée en Teslas (T).
- En l’absence de champ magnétique (gauche), la direction des spins nucléaires est aléatoire. En présence d’un champ magnétique (droite), les spins s’alignent sur la direction du champ (positif ou négatif, de manière aléatoire).
Force de l’aimant en IRM (infos)
Les appareils de 1.5T sont utilisés principalement à des fins cliniques alors qu’en recherche, le standard est plutôt de 3T, ce qui est environ 60000 fois plus puissant que le champ magnétique terrestre! Les appareils à 7T représentent à ce jour la nouvelle frontière utilisée en recherche, et quelques appareils à 10T+ existent dans le monde.
*Pour l’IRM, il s’agit du champ magnétique principal, dit B0, qui varie typiquement de 1.5T à 7T.
Mais pourquoi voudrions-nous augmenter la force du champ magnétique?
- A: En augmentant la force du champ magnétique, nous pouvons gagner en résolution spatiale et temporelle (Plus le champ est fort, plus ça s’aligne, plus vous devenez magnétique, plus on a de jolis images).
- I: Par contre, augmenter la force du champ magnétique peut également introduire des artefacts!
La résonance… pas juste magnétique (analogie avec la balançoire)
- Ex. penser à la résonance comme un mouvement de balançoire.
- Si nous poussons la balançoire de manière aléatoire, elle n’oscille pas beaucoup.
- Pour avoir un mouvement de balançoire qui s’amplifie, nous devons pousser la balançoire à la même fréquence que la fréquence naturelle de l’oscillation de la balançoire.
- Nous allons alors entrer en résonance avec la balançoire, et son mouvement va s’amplifier.
- La balançoire est comme un phénomène de résonance qui entre l’objet qui se balance et la personne qui donne une impulsion à cet objet.
Antenne radio-fréquences (excitation)
- L’IRM exploite ce phénomène de résonance.
-> L’antenne radio-fréquence (RF) crée une série d’ondes radio-fréquences dans la direction perpendiculaire au champ B0, c’est-à-dire en direction du champ B1. à
-> En produisant une série d’impulsions suivant la fréquence de Larmor de l’hydrogène, les atomes d’hydrogène entrent en résonance et basculent dans la direction perpendiculaire.
Relaxation (antenne radio-fréquences)
-> En arrêtant les impulsions, les atomes d’hydrogène entrent en relaxation, c’est-à-dire que leur moment magnétique va retourner dans la direction initiale B0.
->Autrement dit, le moment magnétique en direction B1 décroît pour revenir dans la direction B0.
Pourquoi le phénomène de relaxation est important?
Car la vitesse de la relaxation va dépendre des caractéristiques des tissus qui ont été excités. La vitesse de relaxation est mesurée par les antennes de réception placées dans le casque autour de la tête du sujet (antenne de tête multi-canaux).
Vrai ou faux. Le signal que nous mesurons en IRM ne provient pas d’un unique proton.
Vrai. Le signal que nous mesurons provient de la juxtaposition des spins de l’ensemble de ces atomes.
Sélection de coupes et formation d’images
Grâce aux bobines gradient qui permettent de faire varier l’amplitude du champ magnétique dans trois directions.
* Ces variations sont beaucoup plus faibles que le champ B0, et ne représentent qu’une fraction de teslas
Trois directions
- Direction z : des pieds vers la tête
- Direction x : de la gauche vers la droite
- Direction y : de l’arrière de la tête vers le nez
Bobines de gradient
mesurer des propriétés magnétiques de tissus situés à un point spécifique dans l’espace, et donc de faire une image (3D)
Vrai ou faux. La fréquence de Larmor dépend de la force du champ magnétique dans laquelle elle se trouve
VRAI!
Première étapes (bobines de gradient)
La sélection de coupe:
-> En changeant la force du champ magnétique dans une direction donnée grâce aux bobines de gradient, nous allons modifier la fréquence de Larmor des atomes d’hydrogène à un endroit précis du gradient.
-> Les impulsions radio-fréquence ne viendront exciter les atomes d’hydrogène que dans la coupe où le champ magnétique a la force qui correspond à la fréquence d’excitation.
-> De cette manière, au lieu de recevoir du signal de l’ensemble du cerveau, nous ne recevons du signal que de la coupe sélectionnée, car seuls les atomes d’hydrogène dans cette coupe seront entrés en résonance.
Champ de vue (FOV)
Quand on réalise une image 3D du cerveau, nous allons découper le cerveau en une série de coupes. En connaissant la taille des coupes ainsi que le nombre de coupes, nous pouvons en déduire la taille du cube 3D qui correspond à l’image.
*Boîte autour de la tête
L’IRM: un appareil bruyant
Les changements rapides de courant dans les bobines de gradient, ainsi que dans les bobines émettrices d’ondes radio-fréquences, provoquent des expansions et des contractions rapides des bobines. Ces mouvements créent un bruit important. Il est nécessaire pour le participant d’utiliser des équipements de protection auditive.
Quels sont les paramètres principaux acquis dans l’IRM?
Les contrastes T1 et T2
Relaxation en T1
Le temps caractéristique de cette croissance, soit l’augmentation de la composante selon B0 (relaxation longitudinale; vitesse de croissance)
À quoi correspond T1?
Le temps T1correspond au temps écoulé pour obtenir 63% de la valeur d’équilibre de la contribution du moment magnétique selon l’axe z
La vitesse de cette repousse (croissance longitudinale) dépend de quels paramètres?
- Valeur d’équilibre M0 (axe z; Mz)
- Temps T1
Pondération en T1
On ne mesure qu’un seul point de la courbe, au temps TE (signal pondéré en T1)!
-> Si le paramètre T1 augmente, cela veut dire que la courbe croit plus lentement, et le signal pondéré en
T1 va diminuer.
-> Différents tissus (matière grise, matière blanche, liquide céphalo-rachidien) ont des caractéristiques T1 différentes, ce qui permet d’obtenir des images d’IRM structurelle.
Relaxation en T2
La diminution de la composante selon B1 (relaxation transverse; vitesse de décroissance), soit le déphasage des spins
À quoi correspond T2?
Le temps T2 correspond au temps écoulé pour obtenir 37% de la valeur de la contribution du moment magnétique initial selon l’axe B1 (Mxy)
La vitesse de cette décroissance dépend de quels paramètres?
- Temps T2
Pondération en T2
Ce qu’on mesure!
-> Si le paramètre T2 augmente, cela veut dire que la courbe décroit plus lentement, et le signal pondéré en T2 va augmenter.
-> Différents tissus = caractéristiques T2 différentes
Différence entre T1 et T2
Les images T1 et T2 sont presque mirroirs l’une de l’autre, mais comme le T2 est très sensible au déphasage, l’information capturée sur les tissus est complémentaire.
TE
Lorsque nous acquérons des données IRM, nous ne mesurons généralement pas toute la courbe de relaxation, mais simplement un point de mesure au temps TE. En choisissant le TE adéquatement, nous allons obtenir des valeurs de lecture très différentes pour les différents tissus. Le temps T2 sera différent pour un contraste T1 et un contraste T2.
TR
Nous appelons TR le temps qui sépare deux séries d’excitations. Cette valeur va correspondre au temps d’acquisition d’une coupe pour un IRM structurel, et le temps d’acquisition d’un volume cérébral complet en IRMf. C’est une convention bizarre, mais très utilisée par les physiciens IRM.
Angle de bascule
Si nous nous intéressons à la fin du processus de relaxation, nous n’avons pas besoin de basculer les spins complètement dans la direction B1, mais simplement à un certain nombre de degrés de B0. Ce paramètre est appelé angle de bascule (“flip angle” en anglais).
Déphasage
-> Les impulsions radio-fréquences vont non seulement faire basculer les spins, mais aussi les mettre en phase.
-> Lorsque nous arrêtons les impulsions, les spins vont progressivement se déphaser.
-> Ce déphasage est dû à des micro-interactions entre protons ainsi que des molécules des tissus qui présentent des propriétés magnétiques.
-> La courbe de relaxation va avoir la même forme, mais avec des temps caractéristiques modifiés, que nous appelons T1 et T2.
Console et séquences d’acquisition
- Connexions entre la console et les différentes parties d’un système IRM
- IRM contrôlé par la console
- Une image réelle est acquise avec une série complexe d’excitations et de mesures ce qu’on appelle une série d’acquisition.
Quels sont les paramètres de la séquence qu’on peut modifier?
- TE
- TR
- champ de vue (field of view, FOV)
- Nombre de coupes
- Épaisseur des coupes
- Taille des voxels.
