1.5 Conclusion
2.2.2 Reconstruction des signaux
Les signaux acquis avec la séquence 2D J-PRESS WISH ne sont pas directement exploitables et doivent être traités numériquement pour obtenir un spectre RMN 2D. Dans le cas de la SRM 2D J-résolue, cette étape, dite de «reconstruction des données», consiste principalement à appliquer une Transformée de Fourier (TF) dans les deux dimensions t2 et t1 afin d’obtenir la représentation du signal 2D dans le plan spectroscopique (F2, F1).
Toutefois, en pratique, les signaux acquis in vivo présentent de nombreux ar-tefacts. Ces derniers sont principalement induits par les imperfections du champ magnétique principal B0, les imperfections des gradients de champs magnétiques ou encore les défauts de la chaîne d’acquisition. L’impact de ces artefacts sur la qualité du spectre 2D J-résolu peut être atténué par l’application de traitements numériques des données adéquats lors de l’étape de reconstruction. Cette dernière débute par la lecture des données acquises et des paramètres de séquence tels que la fréquence d’échantillonnage Fe, la fréquence de référence Fref et le nombre de points N2 ac-quis. Elle se poursuit ensuite par l’application d’un certain nombre de traitements numériques pour la correction d’artefacts dont les principaux sont détaillés dans les paragraphes suivants.
2.2.2.1 Courants de Foucault
Lors de l’étape d’excitation, la séquence 2D J-PRESS WISH utilise des gradients de champ magnétique afin de réaliser la sélection spatiale du volume d’intérêt. Lors
des montées et descentes de gradients, des courants induits peuvent se créer dans les matériaux conducteurs à proximité des bobines de gradients (fils électriques, antennes, bobines de champ magnétique, etc.). Ces courants induits ou courants de Foucault («eddy currents » en anglais) vont donner lieux à des petits champs magnétiques variables qui vont s’ajouter aux champs magnétiques des gradients et dégrader leurs profils [Terpstra et al., 1998]. Malgré le blindage actif des bobines de gradient et l’optimisation du profil du courant électrique envoyé aux bobines de gradient afin de compenser les courants induits, ce phénomène persiste et induit une distorsion de la forme de raie sur le spectre RMN. Les pics sont caractérisés par une forme de raie asymétrique et la présence d’un «pied » négatif (Fig. 2.3a) typique de l’effet des courants de Foucault en SRM.
−1
Fig.2.3:Deux spectres RMN 1Din vitroacquis avec la séquence PRESS sur une solution contenant un mélange des neufs métabolites suivants à une concentration de 50 mmol/L : Cre, Cho, GABA, Gln, Glu, Lac, mIns, NAA et Tau (Cf. A.2.1). Les paramètres de la séquence PRESS sont les suivants : T E=14 ms, T R=5 s, NA=64, voxel de dimension 6 mm x 6 mm x 6 mm. Le spectre (a) n’a pas fait l’objet de correction de courants de Foucault et présente de fortes distorsions spectrales. Le spectre (b) a été corrigé par estimation de la phase sur un spectre de référence acquis dans les mêmes conditions sans activer le module de suppression d’eau.
L’impact des courants de Foucault peut être fortement atténué par l’emploi d’un traitement numérique adéquat [Kreis, 2004]. Lors de l’acquisition du signal FID en présence de courants induits, la phase du signal évolue au cours du temps induisant des distorsions spectrales dans le domaine fréquentiel. La correction consiste à mesu-rer l’évolution de la phase au cours du temps sur un signal de référence acquis dans les mêmes conditions que le signal d’intérêt. Ce signal de référence est généralement celui de l’eau et est acquis en désactivant le module de suppression d’eau présent à l’étape de préparation de la séquence 2D J-PRESS WISH. Le signal d’intérêt est
ensuite corrigé en appliquant un terme de phase dépendant du temps correspondant à la phase estimée sur le signal de référence. Après reconstruction, les distorsions de la forme de raie sont fortement atténuées sur le spectre RMN (Fig. 2.3b).
2.2.2.2 Dérive en fréquence
Le champ magnétique B0 généré par le système IRM est rendu homogène par l’utilisation de correcteurs de champ magnétique. Ces dispositifs, appelés bobines de «shim», permettent de compenser les défauts d’inhomogénéité du champ ma-gnétique principal. Ainsi, après la mise en place de l’échantillon ou du patient dans l’IRM, une étape d’ajustement permettant l’homogénéisation du champ est systéma-tiquement effectuée. Néanmoins, lors d’une acquisition, les conditions expérimentales et plus particulièrement la température, peuvent induire une détérioration de l’ho-mogénéité du champ B0, induisant entre autres une légère variation de la fréquence de Larmor au cours du temps. Dans le cas d’une acquisition de SRM, cette dérive en fréquence peut induire un élargissement des raies dû à l’accumulation des signaux.
Alors que les spectromètres haute-résolution utilisés en chimie sont équipés de système de«verrouillage»(«frequency lock») permettant de corriger cette dérive en fréquence pendant l’acquisition en réajustant l’homogénéité du champ B0, les systèmes IRM ne disposent pas de tels dispositifs. La séquence PRESS implémentée sur la consoleParavisionoffre toutefois la fonctionnalitéRetro Frequency Lock. Cette dernière consiste à réaliser avant chaque répétition de la séquence une excitation non sélective avec un angle de bascule faible afin d’acquérir le signal FID de l’eau. Lors de la reconstruction, ce signal de référence permettra d’estimer numériquement la dérive en fréquence du système au cours de l’acquisition et les données acquises peuvent ensuite être corrigées. En pratique, cette fonctionnalité, qui n’a pas été intégrée à la séquence 2D J-PRESS WISH pour des raisons techniques, présentent peu d’intérêt pour l’acquisitionin vivo. En effet, l’excitation réalisée lors de l’acquisition du signal de référence n’est pas localisée dans l’espace.
L’étape de reconstruction des données issues d’une acquisition avec la séquence 2D J-PRESS WISH comprend une procédure de correction permettant la compensa-tion numérique de la dérive en fréquence. Cette procédure semi-automatique consiste à demander à l’utilisateur de choisir un pic d’intérêt sur le spectre RMN acquis pour le premier incrément suivant la dimension t1. Un algorithme évalue ensuite le dé-calage en fréquence de ce pic pour chacun des (N1 −1) spectres 1D acquis. Le recalage des spectres est ensuite réalisé numériquement afin d’annuler toute dérive en fréquence (Fig. 2.4).
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Fig.2.4:Deux spectres RMN 2D J-résolusin vitro(représentation temps-fréquence) acquis avec la séquence 2D J-PRESS WISH sur une solution contenant un mélange des neufs métabolites suivants à une concentration de 50 mmol/L : Cre, Cho, GABA, Gln, Glu, Lac, mIns, NAA et Tau (Cf. A.2.1). Les paramètres de la séquence 2D J-PRESS WISH sont les suivants :T E=14 à 140 ms,N1=24,T R=5 s, NA=24, voxel de dimension 6 mm x 6 mm x 6 mm. Le spectre (a) n’a pas fait l’objet de correction de la dérive en fréquence et présente un décalage fréquentiel variable suivant la dimensiont1. Le spectre (b) a été corrigé par recalage desN1 spectres et ne présente plus aucune dérive en fréquence.
Afin d’accroître la résolution spectrale suivant la dimension F2, la procédure de correction de la dérive en fréquence peut également être appliquée sur les signaux
«bruts » issus directement de l’acquisition et avant l’accumulation des données.
Ainsi, chacun des (N1·N A) spectres acquis est traité avant d’obtenir N1 spectres par accumulation ou moyennage. Cette méthode de correction des signaux n’est pas systématiquement employée car elle nécessite des signaux présentant un RSB important.
2.2.2.3 Suppression du signal résiduel de l’eau
L’étape de préparation de la séquence 2D J-PRESS WISH comprend un module de suppression du signal de l’eau. Celle-ci est primordiale dans le cadre de la SRM in vivocar elle rend possible l’acquisition des signaux issus des métabolites présents à des concentrations beaucoup plus faibles que celle de l’eau. En pratique, les tech-niques de suppression d’eau permettent d’atténuer fortement le signal de l’eau sans toutefois l’annuler complètement. Par conséquent, les spectres RMN acquis in vivo présentent quasi-systématiquement un signal résiduel de l’eau, qui se traduit par un pic d’intensité plus ou moins élevée avec un déplacement chimique de 4,7 ppm. Selon les conditions expérimentales, la résolution spectrale et le RSB des signaux acquis, la présence de ce pic peut perturber la procédure de quantification des données.
Ce signal résiduel peut être supprimé par filtrage avec HLSVD (Cf. 1.3.4.1). Ce filtrage réalise une décomposition en valeurs singulières sur tout le signal. Toutes les
composantes spectrales résultant de la modélisation et se retrouvant au voisinage de la région fréquentielle de l’eau sont soustraites du signal.
2.2.2.4 Zero-filling et apodisation
Dans le domaine de la spectroscopie RMN, les signaux acquis font systématique-ment l’objet d’une préparation des données avant l’application de la TF. Pour cela, deux traitements numériques sont principalement employés : le «zero-filling» et l’apodisation (de l’anglais«apodization»). Le«zero-filling»consiste à augmenter le nombre de points du signal acquis en ajoutant des zéros à la fin, induisant une interpolation des données dans le domaine fréquentiel. Ce procédé simple permet, dans certains cas, d’augmenter la résolution digitale. Quant à l’apodisation, il s’agit d’une technique de traitement du signal largement répandue en spectroscopie RMN.
Elle consiste à multiplier le signal acquis avec une fenêtre de pondération dans le do-maine temporel afin d’accroître le RSB apparent dans le dodo-maine fréquentiel. Dans le domaine de la SRM in vivo, la fenêtre d’apodisation la plus couramment em-ployée est de type exponentielle décroissante. En théorie, le facteur d’amortissement de cette fenêtre d’apodisation doit être égale T1∗
2, T2∗ étant le temps caractérisant l’amortissement du signal FID. En pratique, le facteur d’amortissement est proche de cette valeur mais doit être finement ajusté afin d’atteindre un compromis entre le gain apparent en RSB et la perte en résolution spectrale.
De la même manière qu’en SRM traditionnelle 1D, les signaux issus d’une acquisi-tion de SRM 2D possèdent deux dimensions suivant lesquelles une TF est appliquée.
Les traitements numériques évoqués au paragraphe précédent sont donc appliqués suivant ces deux dimensions afin d’accroître le RSB et la résolution spectrale du spectre RMN 2D J-résolu reconstruit.