Etude de la dynamique du moment magnétique total

4.2.2.1. Evolution du moment magnétique pour un débit stationnaire

Dans une approche similaire à celle de Moller et al. [90 - Moller 1998], on analyse l’évolution du moment magnétique total dans les poumons pour un débit stationnaire. On considère ici l’expérience 1 effectuée lors d’une inspiration avec un débit raisonnablement stationnaire (Figure 4-10). On étudie l’évolution temporelle du moment magnétique dans les poumons.

Figure 4-10 Suivi temporel du moment magnétique total dans le champ de l’antenne pendant toute la durée de l’acquisition. La vanne a commuté au temps t=0,25 s et le gaz hyperpolarisé s’est alors écoulé dans les tuyaux. Il a mis environ une seconde pour arriver à la bouche et être détecté par l’antenne en raison du volume mort du système. Au fur et à mesure que le gaz était inspiré, il était dépolarisé. Une apnée a débuté au temps t=3,5 s. Le gaz restant dans les poumons a alors été dépolarisé. Les modèles exponentiels de l’évolution du signal ont été superposés.

Dans cette expérience, le débit de moment magnétique Q était raisonnablement constant pendant la _m0 première phase débutant à l’arrivée du gaz dans l’antenne (débit volumique de 208±32 ml s-1). Pendant la deuxième phase, en apnée, le débit était nul. On possède donc deux exemples de la mesure de débit en régime stationnaire.

Dans le premier cas de l’inspiration à débit stationnaire, d’après l’équation <4-8>, on obtient :

( )

Et pour la fin de l’acquisition en apnée :

( )

Dans ces expressions, les temps de référence ont été pris au début de la phase considérée. M _tot désigne l’aimantation au début de la phase à débit nul.

En réalisant un ajustement de la courbe sur les modèles <4-29> et <4-30> dans ces deux zones (Figure 4-10), une mesure du temps de dépolarisation a été obtenue (T_α =0,76 s). On remarque que lors de l’apnée, la courbe suit exactement la tendance observée. En revanche, lors de l’inspiration, un

Chapitre 4. Imagerie dynamique de l’inspiration de gaz hyperpolarisé 113

écart est observé à l’arrivée du gaz : le gaz n’arrive pas sous forme d’un front, mais il se disperse dans les tubes avant d’accéder à la bouche du sujet ce qui créé une diminution de l’aimantation m pour ₀ une période initiale transitoire. L’évolution du moment magnétique correspond donc bien visuellement à une évolution exponentielle dans les deux cas (Figure 4-11).

4.2.2.2. Mesure du débit par IRM dans des cas stationnaires

On évalue ici la mesure de débit à partir de l’évolution temporelle du moment magnétique exprimée par la relation <4-9> dans des cas de débits inspiratoires stationnaires. Cette opération nécessite de dériver numériquement l’évolution du signal par rapport au temps. Cette opération amplifie le bruit de données bruitées. Pour réduire ces effets, un filtrage temporel du signal a été réalisé (lissage du signal par filtrage fréquentiel, 20% des fréquences ont été conservées). Cette étape provoque une perte de résolution temporelle (~5 TR) sur la mesure du débit par la dynamique du moment magnétique. L’aimantation m en entrée a été estimée en référence à un point du débit mesuré par le débitmètre ₀ extérieur. La comparaison des débits mesurés par le débitmètre et par IRM (relation <4-9>) est présentée Figure 4-11.

Figure 4-11 Méthode de mesure du débit par le suivi dynamique du signal dans l’antenne. Lorsque le gaz est dans l’antenne, le débit est égal à la somme de la dérivée temporelle du moment magnétique et du moment magnétique divisé par T_α, normalisés par l’aimantation m0.

Les deux mesures de débit correspondent pendant les deux phases, à débit constant et à débit nul. La mesure n’est valable que lorsque le gaz a atteint les poumons après la période transitoire d’arrivée du front de gaz HP. L’estimation de l’aimantation étant faite par référence au débitmètre extérieur, c’est une mesure relative, mais la mesure absolue est théoriquement possible en connaissant au préalable la polarisation du gaz et le gain de la chaîne de réception.

On peut donc mesurer le débit inspiratoire à partir de l’évolution du moment magnétique total dans les poumons pour des débits stationnaires.

4.2.2.3. Mesure du débit dans un cas non stationnaire

La mesure de débit par IRM est théoriquement réalisable dans le cas de débit variable. On évalue cette possibilité pour un débit inspiratoire non stationnaire. Dans l’expérience 2, le sujet inspirait de façon moins régulière. La comparaison des débits est présentée Figure 4-12.

Figure 4-12 Mesure du débit à partir de la dynamique du signal dans un cas d’inspiration non stationnaire.

Dans cette expérience, le signal était beaucoup plus élevé que pour l’expérience précédente (plus de gaz HP) et le filtrage nécessaire de la dérivée était par conséquent moins prononcé (filtrage numérique du signal, 60% des fréquences ont été conservées). On remarque que, lorsque le gaz était présent dans les poumons, la mesure du débit dans les poumons par IRM correspondait de manière très étroite à la mesure externe. On peut également observer les variations brusques du débit comme celui qui se produit à 5 s. C’est la dérivée qui est prépondérante dans ce cas et l’amplitude inférieure du pic sur le débit mesuré par IRM par rapport au débit mesuré par le débitmètre est une conséquence du filtrage de la dérivée. Enfin, après ce pic, le débit mesuré par IRM ne suit plus le débit inspiratoire car cela correspond à la fermeture de la vanne de l’administrateur : le témoin respire le gaz hyperpolarisé restant dans les volumes morts du système, poussé par de l’air. Ainsi, on peut mesurer le débit total dans les poumons avec une résolution temporelle proche de TR , dépendant du filtrage effectué pour calculer la dérivée, et ce pendant toute la période d’inspiration de gaz hyperpolarisé.

Chapitre 4. Imagerie dynamique de l’inspiration de gaz hyperpolarisé 115

4.2.2.4. Conclusions

L’approche de mesure de débit par IRM dans les poumons repose sur le suivi d’un traceur entrant dans le champ de l’antenne et dont une partie du moment magnétique est perdue par dépolarisation. Le principe de la mesure repose sur la correction des pertes par dépolarisation. La précision de cette mesure dépend de la calibration de la concentration d’aimantation en entrée et de la connaissance du temps de dépolarisation. Dans la méthode présentée, il s’agit d’une mesure relative calibrée sur un point du débit mesuré par le débitmètre extérieur. L’incertitude de la mesure dépend principalement du RSB qui permet d’estimer plus ou moins bien la dérivée temporelle de l’évolution du moment magnétique.