Magnétisme_ Imagerie par résonance magnétique

Question 1

peut-on séparer les deux pôles d’un aimant?

Answer 1

on ne peut pas séparer les pôles d’un aimant . en brisant l’aimant on obtient deux aimants avec chacun un pôle N et S.

Question 2

quelle est l’unité de l’induction magnétique B?

Answer 2

induction magnétique B: en Testa (T)

Question 3

donner l’ordre de grandeur des champs B pour le champ magnétique terrestre, la RMN, l’IRM, les bobines supraconductrices, la MEG et la MCG.

Answer 3

champ terrestre: B ~ 50 µT
RMN :B ~ 2 à 25 T
IRM :B ~ 0.3 à 3 T
bobine supraconductrice : électroaimant max 2 T nécessite courant  I= 200 A --> B = 45 T max en champ continu
MEG : B ~ 10^-15
MCG : B~ 10^-12

Question 4

Quelle est la masse de fer présente chez un homme adulte normal?

Answer 4

chez homme adulte Fer 3 à 4 g

Question 5

Comment se répartit le fer dans le corps humain?

Answer 5

Fer
60 à 65 % sous forme de Hb
25 à 30 % sous forme de ferritine

Question 6

Quelles propriétés apporte le fer à l’Hb en présence ou en absence d’O2?

Answer 6

OxyHb ( O2 lié au fer) : tous les électrons du fer appariés –> pas de perturbation du champ magnétique: = DIAMAGNETISME
désoxyHb( sans O2) : électrons non appariés –> champ magnétique supplémentaire généré par ces électrons= PARAMAGNETISME

Question 7

Qu’est-ce qu’un dipôle magnétique?

Answer 7

un dipôle magnétique est une boucle de courant d’aire orientée A, parcourue par un courant d’intensité I, et qui possède un moment magnétique µ.

Question 8

Donner la formule du moment magnétique et son unité.

Answer 8

µ = IA et µ en A m²

Question 9

Qu’est-ce que l’aimantation locale? donner sa formule et son unité.

Answer 9

aimantation locale d’une substance magnétique = moment magnétique par unité de volume de cette substance.
M = dµ/dv en Am-1

Question 10

Quelle est la relation qui relie B et H? (donner leur noms et leur unité.)

Answer 10

B = µ0 ( H+ M )
B : induction magnétique en Tesla
H : champ magnétique en Am-1
M : aimantation locale en Am-1
µ0 : perméabilité dans le vide = cste

Question 11

Qu’est-ce que X ? que permet elle de relier?

Answer 11

M = X H –> X = M/H (X = chi)
relie aimantation locale au champ magnétique. X = susceptibilité magnétique grandeur sans dimension sans unité. détermine la faculté du matériau à s’aimanter sous l’action d’un champ.

Question 12

Pour une substance diamagnétique , décrire µ et Χ.

Answer 12

diamagnétisme

µ = 0 et Χ<0 ordre de 10^-5 et Χ indépendant de T

Question 13

Pour une substance paramagnétique , décrire µ et X.

Answer 13

paramagnétisme µ différent de 0 permanent , orientation des µ aléatoire et somme µ = 0
X>0 ordre de 10^-5 à 10^-3 , 1/X augmente si T augmente

Question 14

Pour le ferromagnétisme , décrire µ et X.

Answer 14

ferromagnétisme µ différent de 0 permanent sigma µ différent de 0 donc B différente de 0
X>0 ordre 10^3 1/X augmente si T augmente ( si T > Tc ) Tc = température de Curie

Question 15

Que peut on dire sur les ordres de grandeur des X de para , dia et ferro?

Answer 15

X ferro > X para > X dia

Question 16

Quelle est l’origine microscopique du magnétisme?

Answer 16

origine microscopique de magnétisme est double:

moment magnétique orbital des électrons + moment magnétique intrinsèque( spin) des électrons et des nucléons.

Question 17

Donner la formule du moment magnétique de spin.

Answer 17

moment magnétique de spin 
µs = gamma s. S
 où 
gamma s = rapport gyromagnétique
S = moment cinétique intrinsèque

Question 18

Donner la formule du moment magnétique orbital.

Answer 18

moment magnétique orbital de l'électron 
µ(L)  = γ(L) . L
 où 
γ(L) = rapport gyromagnétique orbital dépendant de charge
L = moment cinétique orbital

Question 19

Comment s’exprime le magneton de Bohr?

Answer 19

µB = | γ(L) | h = ( e / 2me ) * h barre = 9,27. 10^-24 A.m²

Question 20

Comment s’exprime le magneton nucléaire?

Answer 20

µN = (e / 2 mp) * h barre

Question 21

Lequel du magneton nucléaire ou du magneton de Bohr

Answer 21

mp ~ 20000 me donc µB»>µN

Question 22

Comment est déterminé le spin d’un nucléide?

Answer 22

z pair et N pair => spin =0
z pair et N impair => spin demi entier
z impair et N pair => spin demi entier
z impair et N impair => spin entier

Question 23

Sur quel atome se base l’IRM?

Answer 23

IRM se base sur le magnétisme du noyau de 1H

Question 24

Que sait on sur l’aimantation macroscopique et microscopique du proton?

Answer 24

aimantation microscopique= rotation du noyau sur lui même engendre un champ magnétique local. +moment cinétique : spin 1/2 + moment cinétique intrinsèque: µ = aimantation microscopique.
dans échantillon macroscopique de 1H, orientation des µ aléatoire –> aimantation macroscopique = Mo = sommeµ = 0

Question 25

Qu observons nous lorsqu’on place un échantillon de 1H dans un champ Bo?
(au niveau de la répartition des µ, concernant la précession, par rapport à Mz et Mxy))

Answer 25

application d’un champ Bo = cste.
*polarisation:
-µ s’alignent avec la direction de Bo MAIS répartition sur 2 niveaux d’énergie + 1/2 (BE) + -1/2(HE).
µ majoritairement en BE (+1/2)
pour un million de protons, 2 de + en BE qu’en HE.
* précession:
-rotation des µ autour de Bo à la fréquence de Larmor.
-nu Uo = gamma Bo / 2 pi
M(xy) = 0

Question 26

Qu’observons nous lors de la bascule? (pour les µ la precession, Mz et Mxy)

Answer 26

Bascule = ajout de B1 perpendiculaire à B0 tq B1 = ORF tournant a la fréquence de Larmor

*égalisation des µ
-égalisation du nombre de proton en Be et HE
Mz = 0

• synchronisation des précessions = résonnance
• rotation des µ en phase tjrs à la fréquence de Laumon.
• M(xy) = M0
• vitesse de précession inchangée

Question 27

Qu’observons nous lors de la relaxation? (pour les µ la precession, Mz et Mxy)

Answer 27

Relaxation: arrêt de ORF –> restitution de énergie reçue pendant bascule sous forme d’un signal RF.

• répartition inégale des µ
• transition HE –> BE
• relaxation longitudinale ( = spin réseau) interaction proton avec environnement
• Mz augmente: Mz = Mo (1-e^ -t/T1 )
• déphasage des précessions = désynchronisation
• relaxation transversale ( spin-spin) = interaction des protons entre eux
• M(xy) diminue : M(xy) = Mo. e^-t/T2

Question 28

Comparer T1 et T2 , en déduire laquelle des relaxations est la plus rapide.

Answer 28

T1&raquo_space;»T2 donc M(xy) diminue + vite que Mz augmente

repousse de l’aimantation longitudinale plus lente que la décroissance de l aimantation transversale.

Question 29

T1 et T2 sont elles indépendantes du milieu?

Answer 29

T1 et T2 dépendent du milieu + varient beaucoup d’un tissu biologique à l’autre

Question 30

Par quelle composante est généré le signal d’induction libre ? ( FID)

Answer 30

ce signal est généré par variation de la composante transversale M(xy) à l’origine d’une force électromotrice induite dans l’antenne

Question 31

Comment les images IRM sont elles formées?

Answer 31

Contraste des images = traduction du signal FID en niveaux de gris .
blanc = signal élevé Noir= signal faible

Question 32

De quoi dépend FID?

Answer 32

Signal FID dépend de

• densité des protons dans les tissus ( si pas d’eau –> pas d’1H donc pas de signal comme dans les os)
• dépendance directe de T2 car composante transversale = directement mesurée
• dépendance indirecte de T1 –> prise d’une image a besoin de plusieurs bascules relaxation –> temps d’attente entre chaque = déterminé par T1.