acquis. Des gradients bipolaires asymétriques sont appliqués pour l’encodage simultané de la pre-mière dimension spatiale et d’une partie de la dimension spectrale. La forme de gradient appliquée est constituée de plateaux (gradients constants) et de lobes de refocalisation. Le signal n’est acquis que pendant les plateaux ce qui permet d’éviter les artefacts liés aux imperfections du système de gradients. Les deux autres dimensions spatiales sont encodées par les gradients d’encodage de phase, dans le cas d’une acquisition volumétrique. Après l’acquisition du signal, un gradient ayant une amplitude égale à celle du gradient d’encodage de phase et de signe opposé est appliqué. La durée d’un cycle de gradients bipolaires ∆T est dictée par les limitations instrumentales (vitesse de commutation des gradients). Pour augmenter la largeur spectrale, ∆ν, sachant que ∆ν = 1/∆T , plusieurs entrelacements temporels, Ninterl, peuvent être appliqués (voir figure 3-18). Le temps d’acquisition minimum Tmin = Ninterl× Ny× Nz× T R. Cette méthode est moins sensible que la méthode conventionnelle puisque les données ne sont pas acquises pendant toute la durée de l’ap-plication des gradients d’encodage spatial. La résolution spectrale est faible du fait de la courte durée de l’échantillonnage du signal. Cette technique a été validée à 4,7T sur le cerveau du rat [Al-thaus et al., 2006]. En prenant en compte le temps nécessaire pour atteindre l’état stationnaire (128 fois TR), il est possible d’acquérir en 2,23 min l’espace K (kx, t, ky, kz) correspondant à une grille d’échantillons d’une taille de 64 × 64 × 32 × 16 pour couvrir un champ de vue de 96 × 48 × 48 mm3 (TR = 62 ms, NA = 2 et Ninterl= 2). La sensibilité était de 72% de celle de la méthode convention-nelle.
3.8 Application de l’imagerie spectrocopique à TE court chez
l’homme
La spectroscopie par RMN (spectroscopie localisée ou imagerie spectroscopique), en apportant des informations complémentaires à l’IRM, connaît un rôle de plus en plus important en clinique. Elle permet d’étudier de façon non invasive le métabolisme des tissus vivants sains et de détecter les alté-rations induites par des pathologies comme le cancer, l’épilepsie, la sclérose en plaques, l’ischémie cérébrale, les maladies d’Alzheimer et de Parkinson, les troubles psychiques (schizophrénie) et le sida ([Bonavita S, 1999], [Hajek et al., 2008]).
Dans les études cliniques à TE court, la spectroscopie localisée (monovoxel) est plus souvent utili-sée que l’imagerie spectroscopique. Le signal acquis sur un seul voxel est plus simple à traiter et à quantifier que celui acquis en imagerie spectroscopique. Le temps d’acquisition en imagerie spec-troscopique est relativement long. L’imagerie specspec-troscopique à TE court nécessite des séquences d’optimisation du ”shim” et de saturation des signaux de l’eau et du volume externe adaptées. En général, ces séquences ne sont pas disponibles sur les imageurs cliniques.
La réduction du TE nécessite un module de sélection du volume d’intérêt ayant un TE minimum TE court. Le TE minimum est défini par les durées minimales des différents impulsions RF et de gradients qui constituent le module de sélection. La réduction de la durée des impulsions et des spoilers appliqués dépend des performances de l’imageur. La durée minimale d’une impulsion RF est limitée par la puissance fournie par la chaîne RF. La durée minimale des lobes de gradient est limitée par la vitesse maximale de commutation de gradients (pour la durée des rampes de gradients) ainsi que par l’amplitude maximale permises par le système de gradients.
3.9 Conclusion
Les modules de sélection volumétrique les plus utilisés en imagerie spectroscopique à TE court sont basés sur l’acquisition d’un simple écho de spins [Otazo et al., 2007], d’un écho stimulé avec la séquence STEAM ([Moonen, 1990], [Posse et al., 1994]), d’un écho de spins avec la séquence PRESS ([McLean et al., 2001], [Marshall et al., 2002]) ou avec la séquence LASER qui utilise des impulsions adiabatiques de refocalisation ([McNab and Bartha, 2006], [Scheenen et al., 2008]). L’utilisation d’impulsions asymétriques dans le cas de séquences de type PRESS [Geppert et al., 2003] ou STEAM [Liimatainen et al., 2006] a permis d’atteindre des TE aussi courts que 6 ms et 2 ms, respectivement.
L’encodage spatial du signal RMN dans la plupart des études d’imagerie spectroscopique à TE court a été réalisé soit par l’intermédiaire d’un encodage de phase [Jackson et al., 1994] soit en appliquant des techniques comme PEPSI [Posse et al., 2007] ou ”flyback projection” [Cunningham et al., 2005].
L’imagerie spectroscopique à TE court a été appliquée dans l’étude du métabolisme de sujets sains ou de patients. Sur des sujets sains, nous pouvons citer l’étude du métabolisme cérébral chez les nouveaux-nés [Kim et al., 2006] ou chez l’adulte en fonction de l’âge [Gruber et al., 2007]. De nombreuses études ont été réalisées sur des patients atteints de pathologies cérébrales comme le cancer ([Hattingen et al., 2007], [Simonetti et al., 2005]), l’épilepsie [Simister et al., 2002], la sclérose en plaques [Kapeller et al., 2001] et la schizophrénie [Kegeles et al., 2000].
3.9 Conclusion
Contrairement aux techniques de spectroscopie localisée (monovoxel), l’imagerie spectroscopique donne accès à la répartition spatiale des métabolites. Le temps d’acquisition minimum des tech-niques conventionnelles, reposant sur un encodage spatial avec des gradients d’encodage de phase, dépend de la taille de la grille d’échantillons à acquérir. Pour réaliser des études nécessitant trois dimensions spatiales et/ou deux dimensions spectrales avec ces techniques, le temps d’acquisi-tion minimum est le facteur le plus pénalisant. Les techniques d’imagerie spectroscopique rapides permettent des temps d’acquisition minimum beaucoup plus courts que les techniques convention-nelles. Cependant, le rapport signal-sur-bruit de ces techniques est généralement insuffisant au bout d’une seule répétition. La durée d’une répétition dépend fortement des performances du système de gradients comme la vitesse de commutation et l’amplitude maximales des gradients. Le temps d’acquisition total des techniques rapides dépend essentiellement du rapport signal-sur-bruit sou-haité et non des paramètres géométriques comme dans le cas des techniques conventionnelles. Ces techniques d’acquisition rapides permettent d’augmenter la résolution spatiale et d’acquérir des données supplémentaires comme une troisième dimension spatiale et/ou une deuxième dimension spectrale, en un temps compatible avec la durée des examens cliniques.
La sensibilité (rapport signal-sur-bruit par unité de temps) des techniques basées sur un échan-tillonnage réduit de l’espace K est considérablement réduite par rapport à la technique convention-nelle. Cependant, la puissance RF (SAR) relativement élevée absorbée par les tissus dans le cas de méthodes basées sur des acquisitions en multi-écho ou sur l’encodage du temps d’écho limite leur application sur l’homme. Les méthodes basées sur l’acquisition du signal de précession libre de l’aimantation à l’état stationnaire possèdent une faible résolution digitale en fréquence (expri-mée en Hz/échantillon) et n’appliquent pas de modules de saturation du volume externe. Ces deux
3.9 Conclusion
facteurs les rendent peu pratiques. Les méthodes basées sur l’encodage spatial-spectral simultané comme PEPSI et l’IS spirale présentent plusieurs avantages par rapport aux autres techniques. Elles possèdent des temps d’acquisition minimum court avec un avantage pour la technique spirale par rapport à PEPSI. La technique basée sur l’échantillonnage spiral de l’espace K est moins sensible aux artefacts de mouvements et de flux que PEPSI. Cependant, ces deux techniques dépendent for-tement des performances du système de gradients du fait sa sollicitation soutenue. De ce fait, la reconstruction des données acquises avec ces deux techniques nécessitent des méthodes adaptées. Ces méthodes de reconstruction sont plus complexes dans le cas de la technique spirale.
Notre choix s’est porté sur l’acquisition des données d’imagerie spectroscopique avec la technique spirale vu les avantages qu’elle présente et l’expérience de notre laboratoire dans ce domaine.
3.9 Conclusion
Conclusion de la partie bibliographique
La spectroscopie à TE court permet d’améliorer le rapport signal-sur-bruit et de détecter les méta-bolites ayant des temps de relaxation T2 courts et des couplages J forts. Cependant, elle nécessite des techniques adaptée pour la localisation spatiale et la saturation des signaux de l’eau et du volume externe. L’imagerie spectroscopique (IS) spirale encode simultanément deux dimensions spatiales et une dimension temporelle. Elle est caractérisée par un temps d’acquisition minimum plus court que celui des autres techniques d’IS rapides. L’échantillonnage en spirale de l’espace K la rend par ailleurs moins sensible aux mouvements et au flux. L’imagerie spectroscopique spirale volumétrique à TE court permet d’apporter plus d’informations par rapport aux techniques d’IS conventionnelles à des TE longs. A notre connaissance, l’IS à TE court et utilisant une trajectoire spirale pour l’échantillonnage de l’espace K n’a jamais été décrite. Dans ce travail, nous combine-rons cette technique avec une séquence de sélection du volume d’intérêt basée sur des impulsions de refocalisation soit conventionnelles (PRESS) soit adiabatiques (semi-LASER). Ce travail sera détaillé dans les chapitres suivants.
Deuxième partie
Introduction à la partie : implémentation et
optimisation
Dans cette partie, les détails d’implémentation et d’optimisation des différents modules requis pour l’acquisition et à la reconstruction des données obtenues avec la séquence d’IS volumétrique spirale à TE court seront détaillées. Premièrement, des comparaisons entre deux techniques de sélection du volume d’intérêt (PRESS et semi-LASER) et entre différentes combinaisons de modules de suppression des signaux de l’eau et du volume externe seront décrites. Deuxièmement, le principe de l’encodage spatial-spectral du signal RMN et le calcul des formes d’ondes de gradients associées aux trajectoires spirale et du retour au centre de l’espace K seront détaillés. Troisièmement, la technique de mesure de la trajectoire réelle appliquée sera exposée. Quatrièmement, l’algorithme permettant de re-échantillonner les données acquises le long de la trajectoire spirale sur une grille cartésienne sera décrit.
Chapitre 4
Sélection du volume d’intérêt et suppression
du signal de l’eau
4.1 Introduction
In vivo, la qualité des spectres RMN dépend de la qualité des modules de sélection du volume d’intérêt, de suppression des signaux du volume externe et de l’eau. Dans ce chapitre, nous compa-rerons deux méthodes de sélection du volume d’intérêt (PRESS et semi-LASER) ainsi que plusieurs combinaisons des modules de suppression des signaux de l’eau (WET et VAPOR) et du volume externe (bandes de saturation).