Dans cette partie nous allons nous intéresser à comment il est possible d’obtenir une image à partir des signaux et des mesures RMN brutes captées.
L’acquisition d’images est basée sur différentes « séquences » IRM définies afin d’augmenter le contraste selon les tissus observés et la vitesse d’acquisition. Chaque séquence est une combinaison d’impulsions radiofréquence et de gradients de champs magnétiques. Nous n’entrerons pas dans le détail des séquences car il en existe une centaine.
Nous allons nous intéresser à l’écho de spin, qui est la séquence de base. Cette séquence est constituée par l’enchaînement suivant :
• impulsion de 90° RF dans le plan perpendiculaire au champ B0 pour basculer l’aimantation dans ce plan
• temps de précession TE/2
• impulsion de 180° dans le plan perpendiculaire à B0 et perpendiculaire à la direction issue de l’impulsion initiale pour retourner les spins dans le plan horizontal
• précession durant le temps TE/2
• lecture
La séquence de base SpinEcho
Après basculement, chaque spin précesse autour de B0 et subit des déphasages à cause des interactions et des inhomogéneités du champ. La moyenne conduit à une disparition de l’aimantation transverse avec un temps caractéristique T2*. Lorsqu’on retourne les spins par un pulse de 180°, ceux qui précessaient le plus vite se retrouvent en arrière et vice versa. Au bout d’un temps TE/2, tous se rattrapent tels des coureurs qui, rebroussant chemin, se rejoignent sur la ligne de départ : il y a rephasage. Au total, l’aimantation transverse décroît avec un temps T2 typique des tissus observés.
Animation montrant les enchaînements d’impulsions et la compensation des déphasages, dans la sphère de Bloch
Au bout d’un temps de répétition TR après le pulse de 90°, l’aimantation transverse a décru et les spins ont relaxé pour commencer à se réaligner selon B0 avec le temps T1, qui dépend lui aussi des tissus observés. Plus TR est grand devant T1, plus la « repousse » de l’aimantation longitudinale est importante. La variation de l’image avec TR va fournir une image « pondérée en T1« .
La séquence de spin écho T2 est une séquence dans laquelle TR est long : la repousse de l’aimantation est quasi-totale, minimisant l’effet de T1. En effectuant l’observation à un TE assez long, on visualise l’effet de T2 : les tissus à T2 long vont apparaître en hypersignal, c’est-à-dire en foncé, alors que les tissus à T2 court apparaîtront en hyposignal, c’est à dire en clair : l’image sera « pondérée en T2« .
Coupe axiale d’un cerveau humain avec 3 pondérations différentes. De gauche à droite : pondération T1, pondération T2 avec produit de contraste et pondération T2 sans produit de contraste.
Une mesure fournit de l’information selon une direction donnée de sorte que la répétition des séquences à intervalles de temps TR est indispensable à l’acquisition d’une image.
L’espace est « pixellisé » en 3D
Pour construire une image on « pixellise » le volume en le subdivisant en petits cubes appelés voxels pour « volumetric pixels ». Plus les voxel sont petits, plus la résolution de l’image est élevée mais plus le signal est faible. Pour coder le voxel dans les trois directions de l’espace on utilise des gradients de champ dont l’intensité code l’espace en fréquence, selon les trois dimensions x, y et z. En IRM, les gradients utilisés sont de petits champs magnétiques produits par des électro-aimants situés à l’intérieur de l’aimant principal.
Chaque impulsion contient de l’information sur l’ensemble du système mais en pratique, on est obligé de traiter un nombre limité de voxels, ce qui peut donner lieu à des artefacts (imperfections sur l’image finale) dits de troncature.
Le signal reçu par l’antenne est constitué de données brutes qui remplissent « l’espace réciproque » et qui doivent être décodées par des techniques mathématiques de transformation de Fourier. Le temps d’acquisition est le temps de répétition TR que multiplie le nombre de mesures sur les 3 axes.
TPE - l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) 