dinale résiduelle. L’optimisation des angles de basculement a été réalisée grâce à des simulations. Ces calculs prennent en compte les temps de relaxation longitudinale des protons de différentes ré-gions du cerveau (lipides, matière grise et liquide céphalo-rachidien) ainsi que la superposition de différentes bandes de saturation. La solution finale consiste à minimiser l’aimantation résiduelle sur l’ensemble des régions définies par l’utilisateur et qui couvrent notamment les lipides extracrâniens (voir figure 2-15).
FIGURE 2-15: (a) Amplitude de l’aimantation résiduelle sur l’ensemble de la coupe d’intérêt (b). La région d’intérêt sur laquelle l’optimisation des angles de basculement a été réalisée (pointillés en jaune) (figures extraites de [Henning et al., 2008]).
L’avantage de l’application de modules OVS est que l’aimantation du volume d’intérêt n’est pas perturbée contrairement aux méthodes basées sur l’inversion-récupération. De plus, on peut détec-ter le signal des lipides et des macromolécules provenant du cerveau.
En pratique, un ajustement fin des angles de basculement pour chaque bande de saturation est nécessaire puisque les valeurs du temps de relaxation longitudinale couvrent un large intervalle et les protons ayant certaines valeurs de T1sont plus présents que d’autres. De plus, le positionnement des bandes de saturation peut changer d’un examen à un autre en fonction de l’orientation de la coupe et de la taille de la région d’intérêt. Les profils de saturation se dégradent dans le cas de volumes d’intérêt trop petits par rapport à l’ensemble du volume sensible, sachant que la largeur des zones de transition est proportionnelle à l’épaisseur des coupes de saturation.
2.6 Suppression du signal de l’eau
L’eau est la composante la plus abondante dans les tissus vivants. Sa concentration est 105fois plus importante que celle des métabolites. Le pic de l’eau domine les spectres RMN du proton. Des convertisseurs analogique-numérique récents permettent d’échantillonner les signaux des métabo-lites avec une bonne dynamique (une bonne discrétisation) sans avoir à supprimer celui de l’eau. Par contre, l’identification et la quantification des métabolites deviennent alors compliquées. En effet, la présence du signal de l’eau induit des distorsions de la ligne de base ainsi que l’appari-tion d’artefacts sur les spectres RMN. La suppression du signal de l’eau facilite la détecl’appari-tion et la quantification des métabolites.
2.6 Suppression du signal de l’eau
Il existe une grande variété de méthodes dédiées à la suppression de l’eau. Nous ne détaillerons dans ce rapport que les méthodes basées sur l’excitation ou la refocalisation sélectives en fréquence ainsi que celles basées sur la relaxation.
2.6.1 Méthodes basées sur l’excitation sélective en fréquence
Ces méthodes sont basées sur le basculement de l’aimantation longitudinale vers le plan transversal avec des impulsions d’excitation sélectives en fréquence ayant une largeur spectrale centrée sur la fréquence de résonance de l’eau. Des gradients de champ magnétique sont appliqués juste après chaque impulsion pour déphaser l’aimantation transversale créée.
FIGURE2-16: Chronogramme de la méthode CHESS combinée avec STEAM.
CHESS (CHEmical Shift Selective water suppression) est l’une des méthodes les plus utilisées pour la suppression du signal de l’eau. Un module CHESS est constitué d’une impulsion sélective suivie d’un gradient de champ magnétique. Il a été appliqué à l’origine par Haase pour l’imagerie sélective, soit de l’eau soit des lipides [Haase et al., 1985]. Les impulsions d’excitation sélective en fréquence, ayant une largeur spectrale centrée sur la fréquence de résonance de l’eau, font basculer l’aimantation longitudinale dans le plan transversal. Les gradients de champ magnétique déphasent l’aimantation transversale créée.
Le profil de saturation de la méthode doit avoir une largeur spectrale suffisante permettant de réduire sa sensibilité à l’inhomogénéité du champ magnétique principal mais pas trop élevée pour éviter de saturer le signal des métabolites ayant des fréquences de résonance proches de celle de l’eau. Pour obtenir un bon profil de saturation et réduire la sensibilité de la méthode à l’inhomogénéité du champ B1, plusieurs modules CHESS doivent être appliqués les uns après les autres.
Cette technique peut être appliquée en combinaison avec n’importe quelle séquence spectrosco-pique (à monovoxel, imagerie spectroscospectrosco-pique, édition spectrale, ...). En général, elle est appliquée avant le module de sélection du volume d’intérêt. Le délai qui sépare le module de suppression de l’eau de celui de la sélection du volume d’intérêt doit être le plus court possible pour réduire les effets de la relaxation T1. Une meilleure suppression du signal de l’eau est obtenue en com-binant CHESS avec STEAM plutôt qu’avec PRESS. Avec STEAM, plusieurs modules CHESS
2.6 Suppression du signal de l’eau
FIGURE2-17: Méthodes de suppression du signal de l’eau (a) MEGA et (b) la sculpture de l’exci-tation combinées à une séquence d’écho de spins.
supplémentaires peuvent être insérés dans le délai TM (voir figure 2-16). Une bonne combinaison des gradients (spoilers) permet de déphaser les cohérences indésirables créées par la succession d’impulsions RF [Moonen, 1990].
2.6.2 Méthodes basées sur la refocalisation sélective en fréquence
Une autre façon de supprimer le signal de l’eau consiste à insérer des impulsions de refocalisation sélectives en fréquence dans les séquences d’écho de spins appliquées à la sélection du volume d’intérêt. L’aimantation résiduelle n’aura pas le temps d’évoluer sous l’effet de la relaxation lon-gitudinale puisque les impulsions de suppression du signal de l’eau sont insérées dans le module de localisation spatiale. Par contre, la présence d’impulsions supplémentaires dans le module de sélection du volume d’intérêt rallonge le TE minimum.
Il existe plusieurs méthodes qui se basent sur ce principe comme MEGA [Mescher et al., 1995], BASING (BAnd Selective INversion with Gradient dephasing) [StarLack et al., 1997] et la ”sculp-ture” de l’excitation (excitation sculpting) [Hwang and Shaka, 1995]. Ces méthodes se basent sur le déphasage du signal de l’eau et la refocalisation du signal des métabolites grâce à des spoilers insé-rés entre les différentes impulsions. En effet, les aires des gradients appliqués s’accumulent dans le cas des protons de l’eau dont les fréquences de résonance sont situées dans la largeur spectrale des impulsions de refocalisation sélective et s’annihilent pour le reste de la largeur spectrale c’est-à-dire celle des métabolites. Ces ”spoilers” peuvent être appliqués selon plusieurs c’est-à-directions spatiales pour améliorer le déphasage de l’aimantation de l’eau. Les méthodes MEGA et la ”sculpture” de l’excitation consistent à appliquer une seule et deux impulsions de refocalisation, respectivement (voir figure 2-17). Le TE minimum dans le cas de MEGA est plus réduit et la qualité de suppression est comparable à celle obtenue avec ”sculpture” de l’excitation. Les signaux de l’eau et des lipides sont simultanément supprimés en appliquant deux modules BASING constitués d’impulsions de type bande atténuée ”stop band” [StarLack et al., 1997].
2.6.3 Méthodes basées sur la relaxation
Certaines de ces méthodes sont basées sur les différences entre les temps de relaxation longitudinale de l’eau et des métabolites, comme DEFT (Driven Equilibrium Fourier Transform) par exemple. Cette méthode est constituée de deux impulsions d’excitation séparées par une impulsion d’inver-sion (90° - t - 180° - t - 90°). Le délai, noté t, qui sépare les impuld’inver-sions d’excitation de l’impuld’inver-sion
2.6 Suppression du signal de l’eau
d’inversion est ajusté de façon à ce que l’aimantation longitudinale de l’eau soit nulle au moment de l’application de la dernière impulsion. De cette façon, après la deuxième excitation, nous ne devrions obtenir que le signal des métabolites. Cependant, les signaux des métabolites sont satu-rés aussi puisque l’inversion n’est pas sélective. Par ailleurs, la saturation du signal de l’eau n’est que partielle puisque les temps de relaxation longitudinale de l’eau couvrent un intervalle large. De plus, les temps de relaxation longitudinale de l’eau et des métabolites ne diffèrent pas de façon importante.
D’autres méthodes sont basées sur l’application d’impulsions sélectives en fréquence avec des angles de basculement et des délais optimisés entre ces impulsions. Les angles de basculement et les délais entre impulsions sont ajustés de façon à minimiser l’aimantation résiduelle, en prenant en compte la variation des valeurs de T1et de B1. L’application successive d’impulsions sélectives réduit aussi la sensibilité de ces méthodes aux hétérogénéités du champ B0. En effet, le profil de saturation résultant est plus large que celui correspondant à une seule impulsion. Parmi ces mé-thodes, on peut citer WET (Water suppression Enhanced through T1effects) et VAPOR (VAriable pulse Powers and Optimized Relaxation delays).
(a) (b)
FIGURE2-18: Simulation de l’aimantation longitudinale résiduelle obtenue avec la séquence WET pour un nombre variable d’impulsions, noté n, en fonction (a) du temps de relaxation T1 et (b) du champ B1(figure extraites de [Ogg et al., 1994]).
La méthode WET est une optimisation de la méthode CHESS. Elle est constituée de plusieurs impulsions RF ayant des angles de basculement différents et qui sont séparées par des délais iden-tiques [Ogg et al., 1994]. Les angles de basculement sont optimisés de façon à réduire au mieux l’aimantation longitudinale résiduelle. L’optimisation est réalisée à l’aide de simulations (voir la figure 2-18).
La méthode VAPOR est une autre façon d’optimiser la méthode CHESS. Elle est constituée de sept ou huit impulsions sélectives en fréquence ayant des angles de basculement différents et qui sont séparées par des délais optimisés afin d’atteindre une meilleure suppression de l’eau. On obtient ainsi une sensibilité réduite aux inhomogénéités du champ B1et à la variabilité de T1 (voir figure 2-19). Les angles de basculement ne peuvent avoir que deux valeurs dont le rapport est de 1,78 [Tkác et al., 1999], [Tkác et al., 2001].
2.7 Conclusion
FIGURE2-19: Chronogramme de la séquence VAPOR (t1 = 150 ms, t2 = 80 ms, t3= 160 ms, t4 = 80 ms, t5= 100ms, t6=30 ms et t7=26 ms) (figure extraite de [Tkác et al., 1999]).
2.7 Conclusion
La spectroscopie à TE court apporte des informations supplémentaires par rapport au cas des TE longs, en permettant la détection des métabolites ayant des T2 courts et des couplages scalaires forts. A TE court, les résonances fortement couplées n’ont pas assez de temps pour évoluer (se déphaser) sous l’effet du couplage scalaire. Pour cette raison, les effets de l’évolution J sont moins importants à TE court qu’à TE long. La spectroscopie à TE court nécessite une suppression adaptée des signaux de l’eau et du volume externe sur toute la région sensible de l’antenne de détection.
Chapitre 3
Encodage spatial du signal RMN
L’imagerie spectroscopique, contrairement à la spectroscopie sur un monovoxel, permet d’étudier la répartition spatiale des différents métabolites dans une région d’intérêt. Dans ce chapitre, nous étudierons d’abord le principe de l’encodage spatial en imagerie. Ensuite, nous détaillerons l’ima-gerie spectroscopique conventionnelle ainsi que différentes techniques rapides.
3.1 Introduction
L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique non-invasive permettant d’étudier la distribution spatiale de la densité des protons de l’eau pondérée par divers effets de leur envi-ronnement (la relaxation, la diffusion, la perfusion, etc). L’imagerie spectroscopique, en combinant les principes de la spectroscopie localisée avec ceux de l’imagerie, permet d’étudier la distribution spatiale des métabolites ainsi que leur concentration dans une région d’intérêt. Elle combine les techniques de saturation des signaux de l’eau et du volume externe et celles de l’encodage spatial du signal RMN. Avant de détailler le principe de l’IRM, il est important d’introduire la notion de l’espace K.