1.2 Bases théoriques de l’imagerie par résonance magnétique
1.2.8 Formation de l’image
La création des images en résonance magnétique requiert l’ajout d’une information spatiale au signal pour attribuer une position aux différents signaux. Pour cela, on choisit d’abord le plan de coupe au sein duquel seront ensuite définies les directions horizontale et verticale (Hoa 2007).
Les champs de vue, représentant la taille du plan de coupe, varient de 1 à 50 cm. Leur dimension maximale est principalement déterminée par la dimension des antennes d’émission et de réception (Doyon 2001).
Un voxel est le volume réel dans l'espace où le signal mesuré se produit. Il est défini tant par sa position dans le champ magnétique que par ses dimensions. Les données de chaque voxel sont affichées par l'écran d'ordinateur comme une matrice de lignes et de colonnes qui correspondent toutes les deux à la position du voxel dans le champ magnétique et à l'intensité du signal qu’il produit. Dans l'affichage de l'image, les points de données dans les colonnes et les lignes s’appellent pixels d'image. Quand le signal du voxel est plus fort, plus brillant est l'intensité de chaque pixel sur l'écran. Le nombre de lignes (Lp ou Np) et de colonnes (Cf ou Nf) de pixels qui forment l'image s’appelle la matrice image (figure 1.20). En général, une matrice image est constituée de 128, 256 ou 512 lignes et de 128 à 512 colonnes (Chakeres 1992). Les dimensions du champ de vue et la taille de la matrice déterminent la résolution spatiale (dimension du pixel) (Kastler 1997).
En IRM, la localisation spatiale du signal de l’image fait appel à l’utilisation de gradients. Un gradient représente le taux de variation (pente) d’une donnée physique dans une direction de l’espace. Les gradients linéaires de champs magnétiques sont
utilisés pour le codage spatial de l’image. Ces gradients créés par des bobines appelées bobines de gradients (où passe un courant électrique), vont se superposer au champ magnétique principal Bo. Le champ magnétique principal augmente ainsi de façon
linéaire suivant la direction où le gradient est appliqué (Kastler 1997).
1.2.8.1 Le codage de phase et fréquence
Pour réaliser une image par IRM, il faut d’abord, à l’intérieur d’un volume donné, sélectionner un plan de coupe dans lequel on applique un premier gradient de champ (linéaire) appelé gradient de sélection de coupe Gss (ou Gz) (Kastler 1997). Le codage de phase et de fréquence ont pour but la localisation du signal dans les deux directions de la coupe sélectionnée. La première direction de la coupe est repérée par la méthode de « codage par la fréquence ». Elle consiste à appliquer, pendant l’acquisition du signal, un gradient de champ Gω perpendiculaire au gradient de sélection de la coupe. Les protons situés dans la coupe, sur une ligne perpendiculaire à la direction du gradient Gω, ont alors la même fréquence de résonance. La seconde dimension du plan de coupe est « codée par la phase ». Dans cette méthode, un gradient Gφ de durée et d’amplitude déterminés, est appliqué immédiatement après l’impulsion d’excitation. Il a pour effet de modifier progressivement la phase des moments magnétiques élémentaires situés dans la direction de ce gradient (Doyon 2001) (figure 1.21).
Un gradient de codage par la phase est appliqué avant chaque acquisition. Pendant l’acquisition des signaux, un gradient de codage par la fréquence est appliqué dans une direction perpendiculaire au gradient de codage par la phase. Plusieurs signaux sont acquis successivement par répétition d’une séquence élémentaire. D’un signal à l’autre, l’intensité du gradient de codage par la phase est changée. On obtient ainsi une matrice de signaux qui, après transformation de Fourier, donne l’image de la coupe (Doyon 2001).
1.2.8.2 La transformée de Fourier
Une transformée de Fourier est un outil qui convertit des fonctions de temps à fonction de fréquence. C’est une technique mathématique pour convertir des données du domaine de temps en données du domaine de fréquence et vice versa. Le processus
Figure 1.20 Champ de vue, matrice et plan de coupe (Kastler 1997).
A B
C
Figure 1.21 A) Le gradient de sélection de coupe Gss, B) Le gradient de fréquence
ressemble à un musicien qui entend un ton (le signal du domaine de temps) et il détermine quelle note (la fréquence) est jouée (Hornack 2008). Elle nous permet alors d’extraire les différentes fréquences individuelles d’un signal complexe contenant plusieurs fréquences (Kastler 1997).
Pour décomposer une image en 2 dimensions, on effectue une transformée de Fourier 2D. La première étape de la transformée de Fourier 2D consiste à appliquer une transformée de Fourier 1D dans une première direction (par exemple ligne par ligne). L‘étape suivante consiste à appliquer une nouvelle transformée de Fourier 1D sur le résultat obtenu à la première étape, selon la deuxième direction cette fois-ci (colonne par colonne) (Hoa 2007). Cette technique d’acquisition de l’image consiste donc à associer un codage par la phase à un codage par la fréquence (Doyon 2001). Le résultat de la transformée de Fourier 2D d’une image est le plan de Fourier. Le plan comprend les informations d'intensité et de phase de chaque composante fréquentielle de l’image, selon les axes x et y (Hoa 2007).
1.2.8.3 Durée d’acquisition d’une séquence IRM
La mise en place des impulsions RF et gradients serait comme suit (figure 1.22) :
1. L’impulsion de 90° et simultanément la sélection du plan de coupe par Gss (l’impulsion est alors sélective dans le plan de coupe déterminé) ;
2. L’impulsion de 180° et le codage par la phase des lignes de la matrice par GΦ ; 3. Le codage par la fréquence des colonnes de la matrice par Gω qui doit coïncider avec la réapparition du signal (lors du rephasage des spins par l’impulsion de 180°), c’est-à- dire au moment de la lecture du signal.
Tout ce cycle, qui décrit les événements au cours d’une même excitation, ne permet d’obtenir l’information que d’une première ligne de la matrice image. Cette matrice généralement comporte 256 lignes. Pour obtenir les lignes suivantes il faut répéter selon la même chronologie l’ensemble des événements de la séquence. Le temps de passage d’une ligne sur l’autre (d’un cycle à l’autre) n’est nul autre que le temps de répétition TR. Mais, pour améliorer la qualité de l’image il est possible de repasser plusieurs fois
Figure 1.22 Mise en place des impulsions RF et des trois gradients qui vont se
succéder au cours d’une même excitation (Kastler 1997).
sur chaque ligne avant d’aller à la ligne suivante en répétant l’ensemble des événements de la séquence. Le nombre de passages sur chaque ligne est appelé nombre d’accumulations ou d’excitations Nex. Alors, pour calculer le temps d’acquisition Tac nécessaire pour obtenir une image, il faut le temps de répétition TR, le nombre de lignes Np de la matrice et le nombre d’excitations Nex. Tac = TR x Np x Nex (Kastler 1997).