Brevet FR2544862A1 — publié le 19841026

La présente invention concerne un procédé d'obtention d'images par la technique de la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) pour obtenir une image d'une coupe d'un échantillon en un temps relativement court. Le concept de l'obtention d'images par la technique de la EMN est à présent parfaitement bien connu en particulier dans le domaine médical et le domaine biologique Dans les procédés conventionnels d'obtention d'images par projection-reconstitution, on engendre un grand nombre d'impulsions de radio- fréquence à 900, chacune d'une durée typique de l'ordre de la dizaine de microse- condes, afin de produire une suite de signaux de précession libre (FID) Au cours d'un FID, il est ainsi engendré un gradient magnétique, dont les compo- santes se trouvent dans les deux axes du plan de l'image Le gradient magnéti- que possède un angle différent pour chaque FID, couvrant en général un total de 180 ou 3600, de sorte qu'il engendre plusieurs projections, à partir des- quelles il est alors possible de reconstituer un plan d'image La difficulté essentielle liée à ce procédé est qu'il faut, pour éviter la saturation et les pertes de signal qui en résultent, laisser entre chaque impulsion à 900 un es- pace de temps, dont la valeur typique est de l'ordre de cinq fois Tl (temps de relaxation spin-réseau) Tl ayant une durée de 100 à 500 millisecondes dans un échantillon biologique typique, il est nécessaire d'avoir un intervalle proche de 2,5 secondes entre chaque impulsion à 90 , et donc entre l'obtention de chaque projection L'obtention d'un plan d'image typique peut exiger 180 pro- jections, imposant ainsi une durée de sept minutes pour obtenir les informa- tions correspondant à l'obtention de l'image d'une coupe d'échantillon Un procédé possible qui permettrait de pallier le problème évoqué, a été suggéré par MANSFIELD et al dans le Journal of Magnetic Resonance, 29, 355-737 ( 1978). Le procédé suggéré nécessite une commutation de gradients magnétiques très élevés Une telle commutation est techniquement difficile à réaliser, et peut en outre être indésirable, puisqu'il a été suggéré qu'elle pouvait avoir des conséquences physiologiques négatives De plus, un dispositif particulier con- çu pour mettre en oeuvre le procédé décrit par MANSFIELD et al, présente l'in- convénient que le degré de résolution maximum qu'il permet d'obtenir en appli- quant ce procédé, est limité par les caractéristiques physiques du dispositif lui-même, à savoir l'intensité des gradients de champ maximum qui peuvent ain- si être commutés selon les besoins. La présente invention propose un procédé d'obtention d'une image se- lon la technique de la EMN d'une coupe d'échantillon dans le plan a-b Dans un tomographe typique à usage médical, le plan a-b est défini comme représentant le plan x-y, le champ magnétique statique définissant l'axe z Le présent pro- cédé n'est toutefois pas limité à l'obtention d'une image d'une coupe d'échan- tillon dans le plan x-y Dans la description du procédé mis en oeuvre dans la présente application, il sera supposé que les autres étapes usuelles d'obten- tion de l'image d'une coupe d'un échantillon selon la technique de la RMN sont prises en compte, par exemple en établissant la coupe de l'échantillon par des moyens connus tels qu'un gradient z oscillant, ou en appliquant une impulsion de radiofréquence adaptée (c'est-à-dire ne contenant que la plage de fréquen- ces appropriée à la coupe recherchée) en présence d'un gradient dans l'axe z. Le procédé de l'invention comprend ainsi une étape consistant à faire basculer le vecteur d'aimantation d'un angle différent de 1800 Ce basculement est suivi d'une inversion répétée à 1800 du vecteur d'aimantation, de manière à produire un train d'échos de spin Simultanément avec cette dernière étape, on applique les séries d'impulsions Ga et Gb, dans lesquelles la valeur de Ga et de Gb reste constante pendant chaque écho de spin, tandis que leur valeur absolue varie d'un écho à l'autre Cette variation est de préférence incré- mentale et régulière d'un écho de spin à l'autre, et elle est en outre de pré- férence inversement proportionnelle, de façon avantageuse selon une relation sinusoïdale inverse. De façon usuelle, Ga et Gb varient selon une relation cosinus-sinus, c'est à dire que l'un des deux se présente sous la forme d'une onde cosinusoi- dale tandis que l'autre est sous la forme d'une onde sinusoïdale ou, en d'au- tres termes, l'une et l'autre sont des ondes sinusoïdales déphasées de 900, et l'inversion du vecteur d'aimantation est réalisée au moyen d'impulsions de ra- diofréquence. De façon avantageuse, le vecteur d'aimantation est basculé sensible- ment de 900. Afin d'obtenir une information sur T 2 (relaxation spin-spin) pour au moins une projection, le procédé comprend de façon avantageuse l'application d'au moins une série de valeurs de Ga et Gb de façon répétée pendant une pé- riode de temps inférieure à T 2. En outre, le procédé comprend une étape supplémentaire consistant à réaliser un premier basculement à 1800 du vecteur d'aimantation, puis à lais- ser un espace de temps présélectionné avant de basculer à nouveau le vecteur d'aimantation d'un angle différent de 1800, de préférence encore de 900, de manière à engendrer des données projetées contrastées en Tl. Il est utile de répéter le basculement et l'inversion du vecteur d'aimantation avec un espace de temps sensiblement supérieur à Tl entre chaque phase de basculement, en reprenant les mêmes valeurs de Ga et Gb que dans la première séquence, mais dans l'ordre inverse. Un espace de temps choisi peut avantageusement être ménagé entre les étapes de basculement et d'inversion, de manière à engendrer des données pro- jetées contrastées en T 2. La présente invention a en outre trait à un dispositif destiné à met- tre en oeuvre le procédé décrit. Différents modes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits, à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente les gradients typiques de champs incrémentés par paliers successifs, utilisés en combinaison avec le train d'échos de spin, tels qu'ils apparaissent dans un procédé selon la présente invention; et la figure 2 est une image reconstruite à partir d'informations ac- quises dans l'expérimentation de la figure 1, utilisant une procédure de ré- tro-projection à filtrage. Selon un mode de réalisation du procédé de la présente invention, une coupe d'échantillon convenable est définie selon un moyen conventionnel Le vecteur d'aimantation de la coupe d'échantillon est alors basculé de 900 au moyen d'une impulsion de radiofréquence d'une durée d'environ 10 microsecon- des A la suite de cette première phase, on obtient un train d'échos de spin en inversant de façon répétée le vecteur d'aimantation de la coupe d'échantil- lon de 1800 au moyen d'impulsions de radiofréquence à 1800 En même temps que cette dernière opération, on applique des séquences Gx et Gy, dans lesquelles les valeurs de chacune sont incrémentées et sont en relation cosinus-sinus avec les échos de spin voisins correspondants La relation de Gx et Gy avec les échos de spin est représentée sur la figure 1 Cette figure 1 représente des informations réelles acquises à partir d'un échantillon contenant quatre tubes capillaires emplis d'eau, ayant chacun un diamètre intérieur de 1,2 mm et un diamètre extérieur de 1,5 mm Comme le montre cette figure 1, les gra- dients subissent une rotation de O à 900 dans le plan x-y La taille du bloc mémoire est de 8192, la temporisation de 500 microsecondes, Le temps d'échan- tillonnage de 2 secondes, le temps de relaxation de 10 secondes, et le gra- dient de champ de 0,1 G/cm Pour pouvoir reconstruire l'image de la figure 2. deux acquisitions ont été réalisées selon le procédé décrit En plus, la tota- lité de la séquence précédente a été répétée en faisant tourner le gradient de à 1800 Chacun des signaux d'écho entier correspond à une projection d'ima- ge différente, en mettant en ordre et en déterminant la transformée de Fourier de l'ensemble du train d'échos à l'aide d'un protocole de spectroscopie par absorption d'écho de spin tel que le décrit BAX et al dans le J Magn Reson, , 373 ( 1979) et HALL et al dans le J Magn Reson, 38, 559 ( 1980) L'image de la figure 2 a été obtenue à l'aide du procédé conventionnel de rétroprojection à filtrage Une alternance en phase des impulsions à 1800 a été utilisée pour minimiser les effets des imperfections des impulsions, selon le procédé décrit par FREEMANN et al dans les Proc Colleq AMPERE At Mol Etud Radio Elec, , 205 ( 1969) La durée totale d'acquisition des informations de cette expé- rimentation a été de 36 secondes, contre une durée de 14 minutes qui aurait été nécessaire pour obtenir des résultats comparables en utilisant un procédé conventionnel décrit plus haut. Afin de minimiser la distorsion de l'image rétroprojetée obtenue, les informations nécessaires aux projections doivent être collectées avant toute perte significative d'aimantation due à T 2 Il est donc avantageux d'utiliser des valeurs de gradient magnétique plus importantes, en particulier lorsque T 2 est relativement bref Un autre moyen possible de minimiser les distorsions dues à T 2 serait d'étalonner de façon appropriée les intensités des échos ob- tenus, à condition que les valeurs T 2 des spins soient similaires pour le spé- cimen étudié. Un autre moyen possible de minimiser les distorsions dues à T 2 est de répéter toute la séquence d'étapes avec un espace de temps sensiblement supé- rieur à Tl (c'est-à-dire en général environ 5 fois Tl) entre chaque impulsion à 900 initiale Au cours de chacune de ces séquences répétées, on utiliserait les mêmes valeurs de Gx et Gy que dans la première séquence, mais dans l'ordre inverse c'est-à-dire en faisant tourner le gradient à 0 dans le sens con- traire de celui des aiguilles d'une montre). Dans le procédé ci-dessus, il est également possible d'obtenir une information T 2 sur un nombre quelconque de projections, en appliquant les va- leurs correspondantes de Gx et Gy un certain nombre de fois pendant une pério- de inférieure à T 2 L'information T 2 relative à chaque projection peut alors être calculée à partir de la décroissance des intensités De plus, une infor- mation projetée contrastée en Tl peut être obtenue selon ce procédé en bascu- lant initialement le vecteur d'aimantation de 1800 au moyen d'une impulsion de radiofréquence par exemple, puis en laissant un espace de temps choisi infé- rieur à environ 5 T 1 avant d'appliquer l'impulsion à 900 Pour produire une in- formation projetée contrastée en T 2, un espace de temps choisi de façon usuel- le sensiblement inférieur à 5 T 2 environ, est ménagé entre l'impulsion de ra- diofréquence à 900 initiale et le train suivant d'impulsions de radiofréquence à 1800 Plus l'espace de temps précédent est important, tous autres paramètres restant inchangés, plus le décalage selon T 2 est élevé, ce qui laisse à penser que la sensibilité augmente proportionnellement à cet espace de temps Dans tous les procédés décrits, la qualité de l'image peut être améliorée en enre- gistrant un plus grand nombre de projections. Il convient également de remarquer que le procédé décrit ci-dessus peut être limité si on l'étend à des échantillons de tissus biologiques de plus grande taille, par suite de variations de la phase de radiofréquence et de pertes de puissances, telles que les décrit BOTTOMLEY et al dans le Phys. Med Biol, 23, 630 ( 1978), bien que LEVITT et al aient proposé dans le J. Magn Reson, 43, 65 ( 1981) d'utiliser des impulsions composites pour compen- ser les pertes de puissance en radiofréquence dans l'échantillon Il doit donc être entendu dans la présente application que chaque fois qu'il est fait état du terme "impulsions de radiofréquence", ce terme couvre également toute im- pulsion composite appropriée. Il convient encore de remarquer que le présent procédé peut être appliqué sur la plupart des systèmes existants d'acquisition d'images selon la technique de la EMN, en changeant simplement les programmes d'acquisition des données et les séquences d'impulsion de radiofréquence et de gradients magné- tiques Le second moyen et le moyen de création d'un gradient magnétique dé- crits en référence au dispositif de la présente invention, se réfèrent aux dispositifs de commande de la séquence impulsion de radiofréquence et gradient magnétique, convenablement programmés Il est bien entendu que ces moyens sont utilisés en combinaison avec les bobinages générateurs de champ usuels (champ statique et gradient magnétique), ainsi qu'avec les transducteurs et les ré- cepteurs de radiofréquence usuels De plus, comme il vient d'être décrit, le procédé peut aisément être modifié pour s'adapter aux particularités de l'é- chantillon étudié Le procédé de la présente invention peut ainsi être modifié de telle manière que l'utilisateur ne soit pas limité par les informations qu'il peut acquérir sur la base des paramètres du matériel utilisé. D'autres variantes du procédé décrit sont bien entendu possibles. Par exemple, le vecteur d'aimantation de la coupe d'échantillon peut être in- versé en inversant Gx et Gy à partir de l'écho de spin voisin correspondant, tandis que les valeurs absolues de Gx et Gy sont incrémentées en relation co- sinus-sinus, selon la description faite plus haut, plutôt qu'en utilisant des impulsions de radiofréquence. Ainsi qu'il sera évident pour tout homme de l'art, diverses modifica- tions peuvent être apportées dans la pratique au procédé et au dispositif selon l'invention sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Procédé d'obtention d'une image selon la technique de la résonance magnétique nucléaire d'une coupe d'échantillon dans un plan a-b, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a) basculement du vecteur d'aimantation d'un angle différent de ; b) puis inversion répétée du vecteur d'aimantation à 1800, de manière à produire un train d'échos de spin; et c) simultanément à l'étape (b), application des séquences Ga et Gb, dans lesquelles les valeurs de Ga et de Gb restent constantes pendant chaque écho de spin tandis que leurs valeurs absolues varient d'un écho de spin à un écho voisin. 2 Procédé selon la valeurs absolues de Ga et Gb spin à un écho voisin. 3 Procédé selon la valeurs absolues de Ga et de en relation inverse de leurs 4 Procédé selon la vapeurs absolues de Ga et Gb échos de spin respectifs. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les varient de façon incrémentale d'un écho de revendication 2, caractérisé en ce que les Gb varient régulièrement de façon incrémentale échos de spin respectifs. revendication 3, caractérisé en ce que les varient en relation sinuscosinus de leurs revendication 3, caractérisé en ce que Ga et Gb varient en relation sinus-cosinus, et en ce que le basculement et l'in- version du vecteur d'aimantation sont réalisés au moyen d'impulsions de radiofréquence. 6 Procédé'selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 5, caractérisé en ce que le vecteur d'aimantation est basculé sensiblement de 900. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'au moins une série de valeurs de Ga et Gb est appli- quée plusieurs fois pendant une période de temps inférieure à 5 fois T 2 environ, de manière à fournir les informations en T 2 pour plusieurs pro- jections. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'au moins une série de valeurs de Ga et Gb est appliquée plusieurs fois pendant une période de temps inférieure à 5 fois T 2 environ, de manière à fournir les informations en T 2 pour plusieurs projections, et en ce que le vecteur d'aimantation est basculé sensiblement de 900. 9 Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'au moins une série de valeurs de Ca et Gb est appliquée plusieurs fois pendant une période de temps inférieure à 5 fois T 2 environ, de manière à fournir les informations en T 2 pour plusieurs projections. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'au moins une série de valeurs de Ga et Gb est appliquée plusieurs fois pendant une période de temps inférieure à 5 fois T 2 environ, de manière à fournir les informations en T 2 pour plusieurs projections, et en ce que le vecteur d'aimantation est basculé sensiblement de 900. 11 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une première étape de bascule- ment du vecteur d'aimantation à 1800, suivie d'un intervalle de temps choisi, antérieurement à l'étape (a), de manière à produire des données projetées contrastées en Tl. 12 Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une première étape de basculement du vecteur d'aimantation à 1800, suivie d'un intervalle de temps choisi, antérieurement à l'étape (a), de manière à produire des données projetées contrastées en Tl. 13 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une première étape de basculement du vecteur d'aimantation à 1800, suivie d'un intervalle de temps choisi, antérieurement à l'étape (a), de manière à produire des données projetées contrastées en Tl, et en ce que le vecteur d'aimantation est basculé sen- siblement de 900 dans l'étape (a). 14 Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une première étape de basculement du vecteur d'aimantation à 1800, suivie d'un intervalle de temps choisi, antérieurement à l'étape (a) de manière à produire des données projetées contrastées en Tl, et en ce que le vecteur d'aimantation est basculé sensiblement de 900 dans l'étape (a). Procédé selon l'une quelconque des revendications 2, 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de répétition des é 544862 étapes (a), (b) et (c) comportant un intervalle de temps sensiblement supérieur à Tl entre chaque étape (A) et comportant en outre les mêmes valeurs de Ga et de Gb que dans la première séquence d'étapes, mais dans l'ordre inverse. 16 Procédé selon l'une quelconque des revendications 2, 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de répétition des étapes (a), (b) et (c) avec un intervalle de temps sensiblement supérieur à Tl entre chaque étape (a) et comportant en outre les mêmes valeurs de Ga et de Gb que dans la première séquence d'étapes, mais dans l'ordre in- verse, et en ce que le vecteur d'aimantation est d'abord basculé sensible- ment de 900 dans chaque séquence. 17 Procédé selon l'une quelconque des revendications 2, 4 et 5, caractérisé en ce qu'un intervalle de temps est ménagé entre les étapes (a) et (b) de manière à produire des données projetées contrastées en T 2. 18 Dispositif permettant d'obtenir une image d'une coupe d'échan- tillon dans le plan a-b selon la technique de la résonance magnétique nu- cléaire, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un premier moyen pour basculer le vecteur d'aimantation d'un angle différent de 1800; b) un second moyen pour inverser de façon répétée le vecteur d'aimantation à 1800 de manière à produire un train d'échos de spin; et c) un moyen de gradient de champ magnétique pour appliquer des séquences Gx et Gy, dans lesquelles les valeurs de Gx et Gy restent cons- tantes pendant chaque écho de spin tandis que leurs valeurs absolues varient d'un écho de spin à un écho voisin. 19 Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que ledit moyen de gradient de champ magnétique permet d'appliquer les séquences Gx et Gy, dans lesquelles les valeurs absolues de Gx et Gy varient régulière- rement de façon incrémentale à chaque écho de spin. 20 Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que ledit moyen de gradient de champ magnétique permet d'appliquer les séquences Gx et Gy, dans lesquelles les valeurs absolues de Gx et Gy varient régulière- ment de façon incrémentale en relation inverse l'une par rapport à l'autre à chaque écho de spin. 21 Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que ledit moyen de gradient de champ magnétique permet d'appliquer les séquences Gx et Gy, dans lesquelles les valeurs absolues de Gx et Gy varient en rela- tion sinus-cosinus l'une par rapport à l'autre à chaque écho de spin. 22 Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que ledit moyen de gradient de champ magnétique permet d'appliquer les séquences Gx et Gy, dans lesquelles les valeurs absolues de Gx et Gy varient en rela- tion sinus-cosinus l'une par rapport à l'autre à chaque écho de spin, et en ce que lesdits premier et second moyens comprennent l'un et l'autre des sources de radiofréquence. 23 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 18, 19 et 22, caractérisé en ce que ledit premier moyen permet de basculer le vecteur d'aimantation sensiblement de 900. 24 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 18, 19 et 20, caractérisé en ce que ledit moyen de gradient de champ magnétique permet d'appliquer au moins une série de valeurs de Ga et Gb plusieurs fois pendant une période de temps inférieure à T 2. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 18, 19 et 20, caractérisé en ce que ledit moyen de gradient de champ magnétique permet d'appliquer au moins une série de valeurs de Ga et Gb plusieurs fois pendant une période de temps inférieure à T 2, et en ce que ledit premier moyen permet de basculer le vecteur d'aimantation sensiblement de 900. 26 Dispositif selon la revendication 19 ou 20, caractérisé en ce que ledit moyen de gradient de champ magnétique permet d'appliquer au moins une série de valeurs de Ga et Gb plusieurs fois pendant une période de temps inférieure à T 2. 27 Dispositif selon la revendication 19 ou 20, caractérisé en ce que ledit moyen de gradient de champ magnétique permet d'appliquer au moins une série de valeurs de Ga et Gb plusieurs fois pendant une période de temps inférieure à T 2, et en ce que ledit premier moyen permet de faire basculer le vecteur d'aimantation sensiblement de 900.