Méthodes basées sur un encodage spatial-spectral

3.7.4.1 Méthodes basées sur la méthode EPI

L’application de gradients variables dans le temps permet d’encoder simultanément une dimension spatiale et une dimension spectrale. Des gradients d’encodage de phase encodent la deuxième di-mension spatiale [Mansfield, 1984]. Nous ne détaillerons que deux variantes : PEPSI et ”flyback echo planar”.

PEPSI PEPSI (Proton Echo Planar Spectroscopic Imaging) est l’une des variantes les plus uti-lisées en imagerie spectroscopique rapide [Posse et al., 1995]. Le signe des gradients de lecture en forme de trapézoïdes est inversé périodiquement (N_y plateaux) permettant ainsi d’encoder une dimension spatiale selon l’axe y et une dimension spectrale (voir figure 3-14). Dans l’exemple de la figure 3-14, la direction spatiale y constitue la direction de lecture et de l’encodage spectral. Cette méthode permet d’accélérer l’acquisition d’un facteur N_ypar rapport à la méthode conventionnelle

3.7 Réduction du temps d’acquisition des données d’imagerie spectroscopique

FIGURE3-14: Chronogramme de la méthode PEPSI combine avec le module STEAM (s : impul-sions de sélection du volume d’intérêt, WS : impulimpul-sions de suppression de l’eau, SS : impulimpul-sions de saturation du volume externe) (figure extraite de [Posse et al., 1994])

avec une sensibilité comparable. Par contre, la performance des gradients est cruciale et la recons-truction des données est plus complexe. Comme en imagerie EPI, de petites asymétries entre échos pairs et impairs induisent des artefacts de repliement. Les données liées aux échos pairs et impairs sont donc reconstruites séparément avant d’être combinées ensemble. Dans le cas de trois dimen-sions spatiales, le temps d’acquisition minimum est proportionnel au nombre de pas d’encodage de phase dans les directions x et z (N_x et N_z respectivement) ainsi qu’au temps de répétition, noté TR (T_a= N_x× N_z× T R). Le temps d’acquisition dépend des performances du système de gradients. Le temps d’acquisition minimum est typiquement de 64 ms pour acquérir une grille cartésienne de données spectroscopiques d’une taille de 32 × 32 × 512 avec un TR de 2 s.

FIGURE3-15: La forme de gradient de la méthode flyback echo planar et l’ordre des échantillons dans le temps. (Illustrations extraites de [Cunningham et al., 2005])

Flyback Echo planar Afin de réduire les artefacts liés à l’acquisition d’échos pairs et impairs, des gradients bipolaires asymétriques sont appliqués. La forme de gradient est constituée de pla-teaux de gradient plats et des lobes de refocalisation. Pour réduire la durée des rampes d’inversion, celles-ci sont appliquées avec une vitesse de commutation de gradients maximale. Les données ne sont échantillonnées que durant les plateaux (voir la figure 3-15). Ainsi, on acquiert l’espace K

3.7 Réduction du temps d’acquisition des données d’imagerie spectroscopique

ligne par ligne et dans la même direction (de −k_{x max} à +k_{x max}par exemple). Les lobes de refoca-lisation permettent de revenir au début de chaque ligne de l’espace K. L’application d’un gradient d’encodage de phase permet de passer d’une ligne de l’espace K à une autre. Pour augmenter la résolution temporelle et donc la largeur spectrale, plusieurs entrelacements peuvent être appliqués [Cunningham et al., 2005]. Puisque les données ne sont pas échantillonnées pendant toute la durée de la fenêtre d’acquisition, la sensibilité de ”flyback echo planar” est inférieure à celle de la mé-thode conventionnelle. Le temps d’acquisition minimum dépend des performances du système de gradients. Typiquement, le temps d’acquisition minimum pour acquérir une grille d’échantillons (k_x, k_y, k_z, t) d’une taille de 16 × 16 × 16 × 1024 est de 8 min 32 s pour un temps de répétition de 2 s et un seul entrelacement.

3.7.4.2 Méthodes basées sur l’échantillonnage spiral de l’espace K

FIGURE 3-16: Chronogramme de la technique d’imagerie spectroscopique spirale avec PRESS comme module de sélection du volume d’intérêt.

Une des méthodes appliquées consiste à échantillonner l’espace K selon une trajectoire spirale en partant, par exemple, du centre jusqu’à ce que le rayon de la spirale atteigne kmax. Le retour au centre de l’espace K est réalisé à l’aide d’un lobe de refocalisation avant d’appliquer la spirale sui-vante [Adalsteinsson et al., 1998]. Cette trajectoire est réalisée en appliquant des gradients variables dans le temps pendant toute la durée de l’acquisition du signal. Avec l’enchaînement de spirales répétées à l’acquisition, chaque point le long de la trajectoire est échantillonné périodiquement. Cela permet de suivre l’évolution du signal dans le temps sous l’effet du déplacement chimique des différents métabolites. Ainsi, on peut encoder simultanément deux dimensions spatiales et une dimension temporelle (k_x, k_y, t). Les spectres obtenus ont une largeur spectrale égale à l’inverse de la durée d’une spirale. A cause des limitations instrumentales (amplitude et vitesse de commuta-tion des gradients limitées), il est difficile d’échantillonner après une seule excitacommuta-tion l’ensemble des données permettant de couvrir la largeur spectrale des déplacements chimiques des métabolites détectables in vivo (10 ppm environ). Plusieurs entrelacements spatiaux et spectraux peuvent être appliqués pour couvrir l’ensemble du champ de vue et de la largeur spectrale avec les résolutions spatiale et spectrale souhaitées. Il est possible d’appliquer simultanément trois gradients variables selon les trois dimensions spatiales. Pour simplifier la reconstruction des données, les gradients va-riables appliqués dans la troisième dimension spatiale sont remplacés par un gradient d’encodage

3.7 Réduction du temps d’acquisition des données d’imagerie spectroscopique

de phase (voir figure 3-16). Le temps d’acquisition minimum T_minest plus court comparé à d’autres méthodes fréquemment utilisées comme PEPSI, par exemple, puisque deux dimensions spatiales et une dimension temporelle sont encodées simultanément : T_min= N_spec× N_spat× N_z× T R. N_spec, N_spat, N_z et TR sont le nombre d’entrelacement spectraux, le nombre d’entrelacements spatiaux, le nombre de pas d’encodage de phase dans la troisième dimension et le temps de répétition, res-pectivement. Le temps d’acquisition minimum dépend des performances du système de gradients. Typiquement, il faut 2,13 min pour échantillonner l’espace K (k_x, k_y, k_z, t) afin d’obtenir une grille d’échantillons cartésiens d’une taille de 24 × 24 × 8 × 512, avec TR = 2 s, N_spat= 4 et N_spec= 2. La méthode est sensible aux imperfections du système de gradients, ce qui nécessite la calibration de la trajectoire réelle dans l’espace K. L’échantillonnage irrégulier de l’espace K nécessite par ailleurs une reconstruction de données plus complexe que d’autres méthodes rapides. Cette méthode sera détaillée dans les chapitres suivants.