SAC RMN - La Fed

Report
SAC RMN 2014-2015
UE 3 – RMN
Diaporama réalisé par les tuteurs de l’ATM²
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L’IRM (Imagerie par RMN) est une technique
d’imagerie médicale utilisant le principe de la
Résonance Magnétique Nucléaire (RMN).
2
2
1.1) Moment cinétique
1.2) Moment magnétique
1.3) Rapport gyromagnétique
1.4) Facteur de Landé
1.5) Spin
2.1) Introduction
2.2) Application de B0
2.3) Excitation par un champ radiofréquence (RF)
2.4) Arrêt de la RF
3.1) Signal de RMN
3.2) Les acteurs du signal
3.3) Les différents types de pondérations
3.4) Variation des temps de pousse et de décroissance des tissus
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1.1) Moment cinétique
1.2) Moment magnétique
1.3) Rapport gyromagnétique
1.4) Facteur de Landé
1.5) Spin
1.6) Susceptibilité magnétique
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 Une
particule en mouvement possède un moment
cinétique : L
 Il
peut être orbital : L o
 Il
peut être intrinsèque : L i
5
 Une
particule chargée en mouvement
possède un moment magnétique: 
 Il
peut être orbital : o
 Il
peut être intrinsèque : i
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 Il
existe une relation entre moment cinétique et
magnétique telle que :
  .L
 est le rapport gyromagnétique. Il caractérise la
particule.
7
 Cette
relation est valable pour les moments
intrinsèques et orbitaux :
o  o .Lo
i   i .Li
avec 0 le rapport
gyromagnétique orbital
avec i le rapport
gyromagnétique intrinsèque
8
 La
relation entre le rapport gyromagnétique
intrinsèque et orbital s’écrit :
 i  gp . o
avec gp le facteur de Landé spécifique de la
particule
9
 Il
possède un rapport gyromagnétique orbital
oe :
 Il
possède un rapport gyromagnétique
intrinsèque e :
 e  g e . oe
ge~2
10
 Il
possède un rapport gyromagnétique
intrinsèque H :
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 Le
terme de spin est utilisé à la fois pour
nommer :



le nombre quantique s
le moment cinétique intrinsèque L i
le moment magnétique intrinsèque i
 Le
nombre quantique s permet de quantifier le
module de …
Li
L i  . s(s  1)
Avec ħ = h/(2)
12
…
et par extension le module de i :
i   i .Li
i   i . Li
 i   i . . s(s  1)
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 Le
nombre quantique s vaut ½ pour les
fermions, c’est-à-dire protons, neutrons et
électrons.
 Pour
un noyau qui comporte plusieurs protons
et neutrons on va déterminer un spin
résultant.
 Si
ce spin résultant est nul on ne peut pas
appliquer l’expérience RMN à ce noyau.
14
6
protons :
Pas de protons
libre
6
neutrons :
Pas de neutrons
libre
Le spin résultant est donc nul
15
6
protons :
Pas de protons
libre
7
neutrons :
1 neutron libre
Le spin résultant est donc de 1/2
16
 Le
matériau placé dans crée une intensité
d’aimantation
 Et
 Ainsi χm caractérise le matériau :





µ=µ0(1+χm) et χm vide =0
Et
Diamagnétisme électronique : distorsion des
doublets électroniques
Paramagnétisme électronique : orientation des
singulets électroniques (ex:produit de contraste)
Ferromagnétisme : tous les spins d’une partie du
milieu ont la même direction, ce qui crée un
champ magnétique
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cinétique L
Moment magnétique 
Rapport gyromagnétique ɣ
 Moment
 Facteur
  .L
de Landé g :
dépend des caractéristiques intrinsèques du noyau
(masse et charge)
spin : On ne peut appliquer l’expérience de
RMN que si le spin résultant est non nul
 Le
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2.1) Introduction
2.2) Application de B0
2.3) Excitation par un champ radio-fréquence (RF)
2.4) Arrêt de la RF ou relaxation
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il n’y a pas de champ magnétique
intense, les spins ont une orientation aléatoire
à cause de l’agitation thermique.
 Quand
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 Le
voxel (= volume élémentaire d’étude
constitué de spins) est donc dans un état
appelé oursin :
Dans cet état la résultante magnétique de
l’ensemble est nulle (i = 0).
21
 En
RMN, les spins sont placés dans un
champ magnétique intense B0
ce moment chaque spin s’oriente dans
l’axe du champ :
A


soit dans le même sens (sens parallèle ou spin α)
soit dans le sens inverse (sens antiparallèle ou spin β)
22
L’ensemble des spins forme alors un
bicône.
Les spins ont un mouvement de rotation
autour de
: c’est le mouvement de
précession.
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 Le
mouvement de précession est caractérisé
par une vitesse angulaire w0 déterminée par
la relation de Larmor :
0  2. 0  .B 0
Avec ν0 la fréquence de Larmor (correspond à la
fréquence de résonance)
24
1. Apparition d’un couple de torsion => précession
Les spins interagissent avec B0 par :
un produit vectoriel (responsable de la précession)
un produit scalaire (responsable de l’énergie
potentielle magnétique qui oriente les spins selon Bo)
25
2. Apparition d’une énergie potentielle magnétique
 L’application
du champ B0 crée une
énergie d’interaction E entre les spins et le
champ B0.
E  .B0
z
B0

E  .cos .B0   z .B0
26
 On
peut exprimer µz comme ceci :
z  . .m
m est le nombre quantique magnétique qui peut
prendre 2s+1 valeurs (car m varie entre +s et
-s par pas de un).
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 Il
possède un proton, son spin est donc de ½
 m peut donc prendre 2 valeurs : ½ et -½
 mz prend donc 2 valeurs et E aussi
(niveau d’énergie des spins
parallèles)
(niveau d’énergie des spins
antiparallèles)
28
Anti-parallèle
E  . .B0
Parallèle
29
 De
plus l’angle  s’exprime ainsi :
 dépend donc de m et possède deux valeurs :
les spins ont donc 2 inclinaisons possibles 1 et 2
θ2
CRÉATION D’UN
BICONE
30
3. Interprétation du bicône :
Les spins ont deux composantes:
Longitudinale
Transversale
31
32
 On

peut partager l’univers en 2 :
L’univers transversal:
Les composantes transversales microscopiques s’annulent:
MT=0
33

L’univers longitudinal
Dans cet univers la proportion des spins parallèles est supérieure à
celle des spins anti parallèles : il y a donc une résultante
longitudinale ML. ML est parallèle à B0 et de même sens.
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 L’apparition
de cette résultante longitudinale
constitue la phase de pousse.
 La pousse se fait au rythme de T1, pendant
le temps tr, et est une phase énergétique.
ML
BICONE
M0

M L  M 0 .1  e


0,63.M0
Hors B0
OURSIN
T1

tr
T1



Dans B0
tr
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 Aussi
appelée bascule.
 On envoie des photons à la fréquence de
résonance sur les spins placés dans B0.
Ainsi
 Ces photons ont une fréquence égale à la
fréquence de Larmor ν0.
 Ils possèdent un champ magnétique B1
perpendiculaire à B 0 .
 B1 tourne à la même vitesse angulaire 0 que
les spins.
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ML va basculer pour s’aligner sur B1: il y
a apparition d’une aimantation transverse.
 Ainsi
=
 L’angle
de bascule h dépend:
-du temps d’application de l’excitation τ
-de l’intensité de B1
-du noyau en question (caractérisé par son )
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Pendant la bascule dans le plan transverse,
l’aimantation globale tourne à la fois autour de
B0 et de B1 :
Nutation
38
 Elle
survient à l’arrêt de la radio-fréquence.
 On a deux phénomènes :

Relaxation longitudinale :
On a une repousse de la composante
longitudinale au rythme T1.

Relaxation transverse :
On a chute de l’aimantation transverse au
rythme T2.
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Application de B0 :
les spins s’organisent en bi-cône et précessent avec une
vitesse ω0 et une fréquence ν0.
Résultante longitudinale :

Excitation par un champ RF: ML va basculer pour
s’aligner sur B1, apparition d’une composante
transversale:
=

Arrêt de la RF:
Relaxation longitudinale:

Relaxation transversale:
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3.1) Signal de RMN
3.2) Les acteurs du signal
3.3) Les différents types de pondérations
3.4) Variation des temps de pousse et de décroissance des tissus
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Propriétés intrinsèques du tissu :
 Densité de spin M0
 Temps de relaxation longitudinal T1
 Temps de relaxation T2
Propriétés extrinsèques du tissu (modifiables par l’opérateur)
 Angle de bascule h
 Temps de repousse tr
 Temps d’écho te
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 M0
 T1







tissulaire.
:
Temps de relaxation spin-réseau
Univers longitudinal
Caractérise la pousse
Énergétique
 T2

: Densité de spin, dépend de l’hydratation
:
Temps de relaxation spin-spin
Univers transversal
Caractérise la décroissance
Non-énergétique / entropique
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 Une
pondération est une combinaison de
paramètres choisis par l’opérateur: tr, te
 On utilise différentes pondérations pour
étudier les différentes propriétés du tissu: T1,
T2, Mo
 On
peut distinguer 3 types de pondérations
44
 Pondération


tr ~ T1
te très court
 Pondération



en T2 :
tr long (>7. T1)
te ~T2
 Pondération

en T1 :
en M0 :
tr long (>10. T1)
te très court
45
46



M0 très faible
T1 très long
T2 très court
En IRM, l’os cortical ne donne pas de signal : il
apparait en noir.
47
48
 En
T1 (caractérise la pousse) :
tr ~ T1
te très court
 En T2 (caractérise la décroissance) :
tr long (>7. T1)
te ~T2
 En M0 (reflète l’hydratation) :
tr long (>7. T1)
te très court

Quelque soit la pondération, on aura une
influence de M0 (‘‘hauteur de l’asymptote’’)
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