SPECIAL (SPin ECho full Intensity Acquisition Localized spectroscopy) . 51

C’est une séquence hybride utilisée dans le cas de l’acquisition avec une antenne de surface. Elle est basée sur une combinaison du principe des méthodes ISIS [Ordidge et al., 1986] à une dimension spatiale et de l’écho de spins sélectif. Le volume d’intérêt est sélectionné en appliquant de façon alternée une impulsion adiabatique pour une inversion sélective en combinaison avec deux im-pulsions sélectives conventionnelles. Ces deux imim-pulsions permettent de sélectionner une colonne

2.4 Erreurs induites par le déplacement chimique

FIGURE 2-9: Chronogramme de la séquence SPECIAL (OVS : Outer Volume Saturation, WS : Water Suppression, VAPOR : VAriable pulse Powers and Optimized Relaxation delays) (figure extraite de [Mlynárik et al., 2006]).

orthogonale au plan de l’antenne de surface (voir la figure 2-9). L’impulsion adiabatique d’inver-sion est appliquée une excitation sur deux. Les spoilers placés entre les impuld’inver-sions d’inverd’inver-sion et d’excitation déphasent les signaux résiduels (non inversés) en provenance du volume externe. Des impulsions de suppression du signal de l’eau peuvent être insérées dans ce délai. Les signaux acquis sont accumulés (respectivement soustraits) pour les acquisitions impaires (respectivement paires). L’application d’une seule impulsion de refocalisation réduit le temps d’écho minimum. Cette sé-quence permet d’obtenir des spectres à des TE comparables à ceux obtenus avec STEAM avec une sensibilité doublée [Mlynárik et al., 2006]. Par contre, elle est plus sensible aux fluctuations physiologiques et aux mouvements entre répétitions.

2.4 Erreurs induites par le déplacement chimique

D’après l’équation 1.36, en présence d’un gradient constant de champ magnétique G_xdans la direc-tion x, la fréquence de précession effective d’un spin dans une molécule est définie par la reladirec-tion suivante :

ν_e(x) = ^γ

2π[(1 − σ )B0+ xG_x] = νcs+ ^γ

2π^{Gxx (2.1)}

où σ et ν_cs sont la constante d’écrantage des noyaux par les électrons du nuage électronique de la molécule et la fréquence de précession sous l’effet de cet écrantage, respectivement.

D’après l’équation 2.1, les fréquences de précession effectives de deux spins (ν_e1 et ν_e2) ayant des fréquences de précession sous l’effet du déplacement chimique différentes (ν_cs1 et ν_cs2) sont calculées avec les équations suivantes :

ν_e1(x) = νcs1+ ^γ

2π^{Gxx (2.2)}

ν_e2(x) = νcs2+ ^γ

2.4 Erreurs induites par le déplacement chimique

Si le système de spins est excité à une fréquence ν₀, les spins qui précessent à la même fréquence vont absorber l’énergie RF (ν₀= ν_e1(x) = ν_e2(x)). D’après les équations 2.2 et 2.3, deux spins ayant des déplacements chimiques différents peuvent être en état de résonance pour autant qu’ils soient situés à positions différentes :

ν₀= ν_e1(x) = ν_e2(x) = ν_cs1+ ^γ

2π^Gxx1= ν_cs2+ ^γ

2π^{Gxx2 (2.4)}

De cette relation, nous déduisons que :

δ ν_cs= − ^γ

2π^{Gxδ xcs (2.5)}

où δ νcs = νcs2− νcs1 et δ xcs= x₂− x₁. δ νcs et δ xcs sont l’écart entre les déplacements chimiques des deux spins et la distance entre ces deux spins, respectivement.

L’amplitude du gradient de sélection est déterminée par la largeur spectrale de l’impulsion RF de sélection, notée ∆ν_RF, et l’épaisseur ∆x du volume sélectionné dans cette direction selon la relation suivante :

G_x= ^2π γ

∆ν_RF

∆x (2.6)

D’après les équations 2.5 et 2.6, les profils de sélection correspondant à des spins ayant des dépla-cements chimiques différents dont l’écart est de δ ν_cs sont décalés l’un par rapport à l’autre d’une distance δ x_csdéfinie par la relation suivante :

δ x_cs= −^{δ νcs}

∆ν_RF^∆x (2.7)

Cet effet peut être généralisé à trois dimensions spatiales. Les volumes sélectionnés correspondant aux différents métabolites sont déplacés les uns par rapport aux autres. Les erreurs de localisation induites par le déplacement chimique sont proportionnelles à la taille du volume d’intérêt. Gé-néralement, elles sont importantes en imagerie spectroscopique. Par exemple, la largeur spectrale correspond à une impulsion RF de refocalisation de type Hermite ayant un produit durée largeur spectrale de 3,42 et une durée de 3,5 ms est de 978 Hz. La sélection d’un volume d’intérêt avec cette impulsion RF induit une erreur de localisation entre signaux de l’eau et des lipides (δ ν = 485 Hz à 3T) d’environ 50 % de la taille du volume sélectionné.

Dans le cas de métabolites différents, ce genre d’erreur sur la localisation du volume d’intérêt in-troduit des erreurs sur l’estimation des rapports entre leurs concentrations. De plus, ces erreurs augmentent le risque de contamination du signal d’intérêt avec celui du volume externe et en parti-culier celui des lipides extracrâniens.

Dans le cas de résonances appartenant au même métabolite, les effets spatiaux et temporels des erreurs associées au déplacement chimique sur les spins couplés sont plus complexes. L’écart entre leurs fréquences de résonance fait que les spins situés au bord du volume d’intérêt ne subissent pas les mêmes effets des impulsions de refocalisation (voir figure 2-10). Par conséquent, l’un ou les deux spins couplés vont subir l’effet de l’une ou des deux impulsions de refocalisation selon leur

2.4 Erreurs induites par le déplacement chimique

position dans l’espace. Dans le cas de couplage scalaire faible, l’évolution temporelle correspon-dant au signal acquis à des TE différents en provenance de l’ensemble du volume d’intérêt ne sera pas une simple fonction sinusoïdale.

FIGURE 2-10: (a) Représentation de la forme du doublet du lactate en fonction de la position des spins couplés (ceux du méthyle et du méthine) (figure extraite de [Edden et al., 2006]).

Pour illustrer ces effets, nous étudierons la forme du doublet du lactate (1,33 ppm) à un TE égal à 1/J (TE = 136 ms environ) dans le cas où le volume d’intérêt est sélectionné avec la méthode PRESS (voir figure 2-10). L’apparition du doublet s’explique par le couplage scalaire entre les protons du méthyle (CH₃) et ceux du méthine (CH). La différence entre les fréquences de résonance de ces protons est de 360 Hz à 3T (2,8 ppm). A un TE égal à 1/J, le doublet doit être inversé par rapport aux autres métabolites si les protons couplés ont subi simultanément les effets des deux impulsions de refocalisation. Les régions sélectionnées correspondant au méthine et au méthyle sont spatialement décalées l’une par rapport à l’autre à cause du déplacement chimique. La forme du doublet du lactate dépend de la position du méthine par rapport à celle du méthyle puisque les protons couplés situés au bord du volume d’intérêt ne subissent pas les mêmes effets des impulsions de refocalisation. Les spins du méthyle et du méthine situés dans la région (a) ont subi les deux impulsions RF. Dans ce cas, le couplage évolue pendant toute la durée du TE et le doublet est inversé. Par contre, les spins du méthine situés dans la région (b) (respectivement (c)) ne subissent que l’effet de la première (respectivement la deuxième) impulsion RF et le couplage J n’évolue que durant le premier (respectivement le second) temps d’écho. La forme du doublet est plus complexe que dans le premier cas. Dans la région (d), les spins du méthine ne subissent aucune impulsion RF. Les spins du méthyle sont complètement refocalisés et le doublet est positif [Edden et al., 2006]. Par conséquent, l’évolution J du doublet du lactate pour un signal acquis sur l’ensemble du volume d’intérêt devient complexe. Plus l’erreur sur la localisation associée au déplacement chimique est importante, plus l’évolution J s’écarte de la fonction sinusoïdale (voir figure 2-11). L’erreur sur l’évolution J est plus accentuée dans le cas d’une séquence PRESS asymétrique (T E₂= 4T E₁par exemple) (voir figure 2-11.b). Les erreurs sur l’évolution J sont négligeables pour des TE courts puisque le couplage J n’aura pas suffisamment de temps d’agir pendant le temps d’évolution. L’utilisation d’impulsions RF ayant un produit durée-bande passante important réduit les erreurs associées au déplacement chimique. Par contre, la puissance RF absorbée par les tissus lors de l’application de ces impulsions est importante. La réduction de la durée des impulsions et donc l’augmentation de la bande passante est limitée par les performances de la chaîne RF de l’imageur