Imagerie de la force de radiation par IRM

Pour imager les déplacements, la séquence MR-ARFI présentée en 1.2 est utilisée. Cette séquence mixte US-IRM doit satisfaire deux exigences contradictoires:

• encoder vite pour bien résoudre les différents lobes (lobe principal et lobes secondaires) de focalisation qui tendent à se mélanger progressivement du fait de la propagation du déplacement sous la forme d’une onde de cisaillement;

• encoder suffisamment longtemps pour avoir des déplacements proprement quantifiables, condition sine quo non au bon fonctionnement de la technique proposée. Ici, après des essais infructueux à différentes durée d’émission US et d’encodage IRM, un bon compromis a été trouvé avec des gradients sinusoïdaux à 600Hz et des tirs US de 400µs. Ce choix maximise la sensibilité au déplacement tout en minimisant la durée d’émission US. Les déplacements sont imagés dans une tranche transverse au faisceau US dont la position en profondeur est mesurée sur

Chapitre 4

une image sagittale T2 pour qu’elle contienne le point cible pour lequel la correction d’aberration doit être obtenue. Les MSG sont placés sur l’axe de sélection de tranche puisque le déplacement majoritaire se fait dans le sens de la profondeur (voir figure 1.3). La matrice d’acquisition est de 32*256 voxels avec une résolution dans le plan de 300µm par 200µm et une épaisseur de tranche de 3mm. Le nombre d’encodage de phase est réduit au minimum pour gagner du temps sur l’acquisition. En théorie, une seule ligne est strictement nécessaire si elle contient la cible mais la séquence spin- écho sur l’IRM Bruker est bloquée à un minimum de 32 lignes. Lever cette limite n’était pas facile à mettre en œuvre. Pour éviter les artéfacts de recouvrement dans la direction de codage de phase, des tranches de saturation sont utilisées de part et d’autre des 32 lignes acquises. La figure 4.6 montre deux exemples de cartes de phase IRM obtenues lors des tirs ultrasonores des émissions codées d’Hadamard numéros 36 et 99 en présence d’un aberrateur programmé. Ces résultats expérimentaux sont très proches des simulations obtenues pour les mêmes émissions et présentées figure 4.8. Les légères différences entre expérience et simulation sont dues à un aberrateur légèrement décalé vers la droite et une profondeur moyenne d’imagerie différente (30mm en simulation, 25mm en expérience). Une légère différence dans les vitesses de cisaillement (autour de 1.5m/s) peut aussi expliquer l’existence de différences entre simulation et expérience.

Figure 4.6. Exemple de cartes de phase IRM obtenues en présence d’un aberrateur devant la barrette pour deux des émissions de la procédure de correction d’aberration.

Deux tirs ultrasonores de 400µs sont émis exactement au milieu de chacune des deux périodes de MSG. Ainsi le déplacement croit pendant le 3ème quart des MSG et décroit ensuite pour être négligeable lorsqu’il n’y a pas d’encodage du mouvement (et que les déplacements sont alors des parasites qui nuisent au bon fonctionnement de la séquence spin écho). Une telle configuration évite qu’il y ait du mouvement pendant les premiers lobes des MSG ce qui aurait pour effet de détruire au moins partiellement l’encodage de déplacement. Elle constitue donc la meilleure configuration en termes de sensibilité aux déplacements, et de rapport signal sur bruit IRM. Le rapport cyclique reste inférieur à 0.2% ce qui assure la sécurité du transducteur ainsi que l’absence de déposition de chaleur dans le gel. Après plusieurs heures d’acquisition, celui-ci ne présentait pas de trace de liquéfaction malgré la température de fusion faible de tels gels. La température ambiante à l’intérieur du tunnel

Descriptif expérimental

que le gel ne change pas de propriétés viscoélastiques au cours du temps. Dans le cas contraire, un gel chauffé est plus mou et donc connait des déplacements progressivement de plus en plus grands. Les intensités mesurées ne peuvent plus être comparées les unes aux autres au sein d’une acquisition complète de la matrice d’Hadamard.

L’hypothèse principale sur laquelle repose la technique de maximisation de l’énergie proposée dans ce chapitre est la linéarité du lien entre le signal mesuré au point cible et l’intensité acoustique (ou de façon équivalente la puissance électrique d’alimentation des transducteurs). Cela est vérifié par l’enregistrement de la carte de déplacement IRM pour différentes amplitudes d’émission ultrasonore. Cette vérification est faite préalablement à toute expérience de correction d’aberration. Le signal de phase IRM croit quadratiquement avec la tension d’alimentation U, comme démontré sur la figure 4.7 lors d’une expérience avec un aberrateur physique devant la barrette. L’intégration sur le temps de l’équation (1.4) donne une phase IRM linéairement liée à l’intensité acoustique : ∆Φ~U²~I. Toutes les acquisitions suivantes sont réalisées à la puissance maximum, c'est-à-dire dans le domaine linéaire de la courbe 4.7.

Figure 4.7. Courbe de calibration obtenue avec un aberrateur physique en PDMS devant la barrette échographique. La phase IRM est tracée en fonction de la puissance électrique normalisée avec les points expérimentaux en bleu et le meilleur fit linéaire en noir.

La séquence d’imagerie décrite précédemment est répétée 4*64 fois pour les 4 émissions (sa, sb, sc et sd) et les 64 vecteurs d’Hadamard. La tension électrique en émission est fixée à la valeur maximale acceptable et ne change pas en cours d’acquisition (80Vpp). Elle se situe dans la zone linéaire de la courbe 4.7. Pour les 256 émissions, l’acquisition dure 2h30 au total. Les images de phase IRM sont ensuite déroulées et une image de référence acquise sans ultrasons est soustraite à toutes les autres pour obtenir les images quantitatives pondérées en puissance acoustique. L’équation (4.10) est ensuite utilisée pour retrouver les délais et amplitudes optimales à appliquer à chaque voie pour une focalisation optimale. Il faut noter que l’information 2D ne sert pas. Seuls un point et éventuellement son voisinage direct sont nécessaires. Bien que responsable d’une perte de temps à l’acquisition, les avantages potentiels d’une imagerie 2D seront discutés en 4.6.

Dans une première expérience, une loi d’aberration connue avec des décalages de phase importants (amplitude supérieure à 4 radians) a été programmée sur les signaux émis. La correction de phase calculée est comparée aux valeurs programmées. Dans un second temps, un aberrateur physique est placé entre la barrette et le fantôme. Dans ce cas, la phase corrigée est comparée à la fonction de Green mesurée expérimentalement par une expérience de pulse écho (émission en onde plane et enregistrement des échos), après qu’une tige réflectrice ait été introduite aussi près que possible du point cible.

Chapitre 4