Lorsque l’on applique une impulsion de radiofréquence au champ
magnétique longitudinal, l’aimantation longitudinale du système de
protons disparaît par équilibrage des niveaux d’énergie, alors
qu’apparaît une composante transversale par rephasage des protons.
Pendant l’application de
l’impulsion de radiofréquence, la composante transversale de
l’aimantation croît jusqu’à atteindre un maximum.
Une
impulsion qui bascule le vecteur d’aimantation longitudinal
entièrement dans le plan transversal est une impulsion de 90°.
La
composante transversale ->Mxy est alors maximale.
Dès la fin
de l’impulsion, les protons reviennent à leur état d’équilibre,
avec disparition de la composante transversale ->Mxy ou
->MT (en T2) et repousse de la composante longitudinale ->Mz ou
->ML (en T1).
Le signal
mesuré est lié à la disparition de la composante transversale
par déphasage des protons.
Une antenne
réceptrice reliée à un dispositif de contrôle permet de
visualiser ce signal.
Les protons
se déphasent parce qu’ils sont soumis en plus du champ ->Bo à de
petites différences de champs magnétiques locaux, liés à leur
environnement moléculaire.
Ce déphasage
annule la composante transversale de l’aimantation.
La vitesse
de déphasage devrait conduire à la valeur du T2 caractéristique
des protons en relation avec leur environnement moléculaire.
En fait le
champ magnétique principal est produit par un aimant (courant
électrique circulant dans un solénoïde), qui par construction
présente des imperfections.
Dans un
volume de matière donné le champ magnétique principal appliqué
n’est pas à l’échelle microscopique homogène en tous points.
Ces
inhomogénéités du champ ->Bo s’ajoutent aux inhomogénéités
d’origine moléculaire (qui seules nous intéressent), augmentant
artificiellement la vitesse de déphasage des spins.
Le déphasage
des spins est donc produit par l’addition des effets de deux
phénomènes :
– le
déphasage d’origine moléculaire conduisant au «T2 vrai » ;
– et… un
déphasage constant d’origine instrumental dû à des
inhomogénéités du champ -> Bo qui altère le T2 vrai pour donner le
T2*.
Pour séparer les deux phénomènes et ainsi avoir accès au T2 vrai,
on applique une deuxième impulsion de radiofréquence transversale de 180°.
Pour comprendre le phénomène de rephasage
des spins par l’impulsion de 180° (par « aller-retour » ou écho
de spin), prenons l’exemple d’une course entre un lapin et une
tortue.
Revenons à
une représentation plus sérieuse en prenant à nouveau l’exemple
de quatre spins.
La première
impulsion de 90° met en phase les spins et fait apparaître une
composante transversale de l’aimantation.
Puis les
spins se déphasent, en raison de leur environnement moléculaire,
mais aussi, en raison des inhomogénéités du champ ->Bo.
Pour s’affranchir de ce deuxième
phénomène, on applique une deuxième impulsion, de 180° cette fois.
Son effet est d’inverser les déphasages des spins sans modifier leur
sens de rotation.
Par cette opération les spins les plus rapides se
retrouvent donc derrière les plus lents, qu’ils vont rattraper, le signal
enregistré sera comparable au premier mais d’intensité moindre.
Cette baisse d’intensité est due au déphasage des spins d’origine
moléculaire.
Elle permet d’accéder au T2 vrai et de mesurer le signal
qui réapparaît sous la forme d’un écho.
Si l’on répète l’impulsion de
180°, il est possible de mesurer le signal lors d’un deuxième écho
dont la hauteur est de nouveau représentative du déphasage dû à
l’environnement moléculaire des protons.
Séquence d’écho de spin
:
La séquence d’impulsion ainsi appliquée est appelée séquence
d’écho de spin ou spin-echo.
Pour bien
fixer la chronologie des événements, nous allons compléter
l’illustration du phénomène de l’écho de spin par un dernier
exemple.
Au temps t =
0, on applique une impulsion de 90° qui bascule le vecteur
d’aimantation macroscopique dans le plan transversal. Les spins
sont alors en phase et la valeur du vecteur d’aimantation
transversale ->Mxy est maximale.
Les spins se
déphasent alors rapidement sous l’effet des inhomogénéités
moléculaires et des inhomogénéités du champ ->Bo.
Après un temps TE/2, on applique
une impulsion de 180°.
Les spins se rephasent et l’aimantation
transversale atteint un nouveau maximum au temps TE.
Ce nouveau
maximum est inférieur au premier en raison du déphasage
moléculaire des spins (T2 vrai).
Pour la formation de l’image, ce train d’ondes 90°-180° ne permet
d’obtenir qu’une ligne de la matrice.
Pour obtenir les lignes
suivantes (au total 128 à 256 lignes), il faut répéter ce train d’onde.
Le temps séparant en deux le cycle d’impulsions de 90 et 180° est le
temps de répétition TR.
Dans une telle séquence, le temps
d’écho TE représente le temps de mesure et le temps de répétition,
l’intervalle séparant deux impulsions de 90°, c’est-à-dire le temps
nécessaire au passage d’une ligne à l’autre, mais également au temps
de repousse de l’aimantation longitudinale.
L’écho de spin est la séquence la plus utilisée en IRM.
Elle permet
d’obtenir des images d’excellente qualité dont la pondération en T1
et T2, nous le verrons, peut être déterminée par un choix judicieux
des paramètres TR (temps de répétition ou de « repousse ») et TE
(temps d’écho ou de « mesure »).
Cependant, un des désavantages
de cette séquence est qu’elle est relativement longue (durée d’au
moins 128 ou 256 lignes X TR).
D’autres séquences sont utilisées en
imagerie rapide.
Il est également difficile d’avoir des images avec
des temps d’écho TE courts puisqu’il faut au bout d’un certain
temps (TE/2) appliquer une impulsion RF de 180° et attendre au
moins deux fois ce temps (TE = 2 TE/2) pour pouvoir mesurer le
signal : si, par exemple, on applique l’impulsion de 180° après 7 à
10 ms (délais courts), le TE minimal est de 15 à 20 ms.