Fiche de révision : Séquences de base en IRM

📋 Plan du Cours

1. Proton et aimantation
2. Organisation et lecture des séquences
3. Relaxations et formation de l’écho
4. FID et limites du signal libre
5. Écho de spin et paramètres temporels
6. Écho de spin et chronogramme
7. Pondérations en Spin Echo
8. Écho de gradient et rephasage
9. Angle de bascule et signal
10. T2* et aimantation résiduelle
11. Variantes des séquences de base

📖 1. Proton et aimantation

🔑 Notions clés & Définitions

• Aimantation : L’aimantation M₀ correspond à la somme des moments magnétiques μ des protons.

• Moment magnétique : Le moment magnétique μ d’un proton est associé à son spin et se représente comme un petit aimant.

📝 Points essentiels

• Sans champ B₀, les orientations aléatoires des moments magnétiques se compensent et M₀ = 0 ; dans B₀, l’aimantation d’équilibre M₀ est longitudinale.

💡 Astuce mémo

Sans B₀, les orientations se compensent ; dans B₀, M₀ devient longitudinale.

📖 2. Organisation et lecture des séquences

🔑 Notions clés & Définitions

• Séquence IRM : Une séquence IRM est une succession organisée d’impulsions de radiofréquence, de gradients de champ magnétique et de périodes de recueil du signal, produisant un signal mesurable et reproductible.

★ À maîtriser

• 🔄 Une séquence suit trois étapes :
  1. Exciter les spins pour créer une aimantation transversale
  2. Rephaser les spins pour former un écho
  3. Recueillir le signal à un instant choisi

Compléments

• Pour lire une séquence, il faut identifier l’impulsion qui excite les spins, le mécanisme de rephasage, le moment d’apparition de l’écho et le nombre d’échos recueillis par TR.

• Un chronogramme représente les événements de la séquence dans le temps, qui se lit de gauche à droite, et indique la ligne RF, les gradients, le signal recueilli et les repères temporels TE, TR et parfois TI.

📖 3. Relaxations et formation de l’écho

★ À maîtriser

• Après l’arrêt de l’onde RF, Mxy diminue par déphasage des spins lors de la relaxation transversale T2, tandis que Mz revient vers l’équilibre lors de la relaxation longitudinale T1.

📌 L’écho de spin est obtenu par rephasage au moyen d’une impulsion RF de 180°, tandis que l’écho de gradient est obtenu par un gradient de polarité opposée à celui qui a créé le déphasage.

Compléments

• Après l’excitation RF, l’antenne doit passer de l’émission à la réception, le signal décroît rapidement et les imperfections de B₀ accélèrent le déphasage ; l’écho fournit alors un signal reconstitué à un instant précis.

💡 Astuce mémo

L’écho de spin rephase par RF à 180° ; l’écho de gradient rephase par gradient opposé.

📖 4. FID et limites du signal libre

🔑 Notions clés & Définitions

• FID : La FID, ou Free Induction Decay, est le signal produit par Mxy après la RF et qui décroît selon T2*.
• Écho : Un écho est un maximum de signal obtenu après rephasage des spins.

📝 Points essentiels

• Trois limites rendent la FID difficile à exploiter :
  • Le bruit important juste après l’excitation
  • Le temps de commutation de l’antenne entre émission et réception
  • L’échantillonnage incomplet d’un signal qui décroît très vite

📖 5. Écho de spin et paramètres temporels

🔑 Notions clés & Définitions

• TE : TE, ou temps d’écho, est la durée entre l’impulsion RF d’excitation et le centre de l’écho.
• TR : TR, ou temps de répétition, est la durée entre deux impulsions RF d’excitation successives.

★ À maîtriser

📌 T2 décrit la perte de cohérence transverse liée aux interactions entre spins, tandis que T2* correspond à une décroissance plus rapide qui inclut aussi les inhomogénéités de champ B₀.

Compléments

• L’impulsion de 180° corrige le déphasage réversible dû aux inhomogénéités de B₀ et permet de mesurer un écho lié à T2.

💡 Astuce mémo

90° crée Mxy → 180° inverse les écarts de phase → écho à TE.

📖 6. Écho de spin et chronogramme

🔑 Notions clés & Définitions

• Écho de spin : L’écho de spin repose sur une excitation à 90°, un rephasage RF à 180° et la formation d’un écho.

★ À maîtriser

• 🔄 Le cycle d’un Spin Echo suit ces étapes :
  1. L’impulsion de 90° crée Mxy à t = 0 ms
  2. Les spins se déphasent
  3. L’impulsion de 180° inverse les écarts de phase à TE/2
  4. L’écho apparaît à TE
  5. Le cycle recommence après TR

Compléments

• Dans un chronogramme symétrique de Spin Echo, l’impulsion de 180° se situe à TE/2.

💡 Astuce mémo

90° crée Mxy → 180° à TE/2 → écho à TE

📖 7. Pondérations en Spin Echo

📝 Points essentiels

• En Spin Echo, une pondération en densité protonique utilise un TR long et un TE court.

📖 8. Écho de gradient et rephasage

🔑 Notions clés & Définitions

• Écho de gradient : L’écho de gradient utilise un angle de bascule α et un rephasage des spins par les gradients.

★ À maîtriser

• Dans un écho de gradient, une impulsion RF excite les spins, un premier lobe de gradient les déphase, le gradient s’inverse et compense le déphasage qu’il a créé, puis les spins se rephasent à TE pour former l’écho.

📌 Contrairement au Spin Echo, l’écho de gradient ne comporte pas d’impulsion RF de rephasage à 180°.

Compléments

• Les séquences d’écho de gradient peuvent utiliser des TR courts et permettre des acquisitions rapides.

💡 Astuce mémo

Le 180° RF refocalise en Spin Echo ; le gradient opposé rephase en écho de gradient

📖 9. Angle de bascule et signal

🔑 Notions clés & Définitions

• Angle de bascule : L’angle de bascule α détermine la bascule de l’aimantation.

★ À maîtriser

• Un angle inférieur à 90° laisse une aimantation longitudinale disponible au TR suivant, ce qui permet une nouvelle excitation rapide.

Compléments

• L’angle α d’une séquence d’écho de gradient est souvent inférieur à 90°.

• En EG spoiled, l’angle d’Ernst maximise le signal d’un tissu pour un couple TR–T1 donné.

• Pour une bascule idéale de 20° à partir d’une aimantation longitudinale, environ 94 % de l’aimantation initiale restent sur l’axe longitudinal et environ 34 % se projettent dans le plan transverse.

📖 10. T2* et aimantation résiduelle

★ À maîtriser

• En écho de gradient, les inhomogénéités de B₀ ne sont pas corrigées et l’écho reste sensible à T2*.

📌 Lorsque TR est très court, une partie de Mxy peut persister au cycle suivant ; les séquences spoiled la détruisent avec un gradient spoiler, tandis que les séquences cohérentes la conservent et la rephasent avec un rewinder.

Compléments

• En EG spoiled, TR et l’angle α règlent ensemble la saturation et le contraste T1.

• Un TE plus long renforce la sensibilité de l’écho de gradient aux différences de T2*.

• Les trois paramètres principaux du contraste sont :

  • TR
  • TE
  • l’angle de bascule α

• Un angle de bascule plus élevé renforce généralement le contraste T1 en écho de gradient.

💡 Astuce mémo

Spoiled détruit Mxy ; cohérent la conserve et la rephase

📖 11. Variantes des séquences de base

🔑 Notions clés & Définitions

• ETL : L’ETL est le nombre d’échos du train d’échos en FSE/TSE.

★ À maîtriser

• Les séquences FSE/TSE produisent plusieurs échos pendant le même TR après une seule excitation à 90° et plusieurs impulsions RF de rephasage.

• 🔄 L’inversion-récupération suit ces étapes :

  1. Une impulsion de 180° inverse Mz
  2. Mz revient progressivement vers l’équilibre pendant le délai TI
  3. Après TI, une impulsion de 90° bascule l’aimantation disponible
  4. La lecture recueille le signal avec un écho de spin ou un train d’échos

• Dans le modèle idéal, un tissu ne produit pas de signal transverse si Mz est nul au moment de l’excitation.

Compléments

• Un ETL de 7 permet de recueillir plusieurs informations distinctes pendant un TR.

• À paramètres comparables, les FSE/TSE diminuent le temps d’acquisition par rapport au Spin Echo classique en nécessitant moins de répétitions.

📐 Formule - Lorsque la récupération entre les cycles est suffisante, le délai d’inversion-récupération vérifie $TI \approx 0{,}69 \times T1$.

• STIR (Short TI Inversion Recovery) annule le signal de la graisse à un TI court.

• FLAIR (FLuid Attenuated Inversion Recovery) annule le signal du liquide cérébrospinal grâce à un TI long.

📌 La suppression du signal par STIR dépend du T1 du tissu, tandis que la Fat Sat spectrale cible la fréquence de résonance de la graisse.

• Le TI exact dépend du tissu, du champ magnétique et du protocole.

📊 Tableaux de synthèse

Pondérations en Spin Echo

Familles de séquences et rephasage