FR2623907A1 - Procede d'acquisition rapide d'images tridimensionnelles par experimentation rmn - Google Patents

Abstract

Dans un procédé d'acquisition rapide d'image dans une expérimentation de RMN, de préférence de type SSFP, on utilise des séquences à multi-écho de gradient. D'un écho à l'autre on modifie 24 les conditions magnétiques de codage spatial. Les modifications de codage spatial portent de préférence sur un axe Z selon lequel la résolution exigée est moins grande, ou selon lequel la dimension du volume à examiner est plus faible. On montre que le procédé d'acquisition permet de gagner beaucoup de temps, et de franchir le seuil psychologique d'impatience entre le début d'une expérimentation RMN et la visualisation des premières images acquises.

Description

PROCEDE D'ACQUISITION RAPIDE D'IMAGES
TRIDIMENSIONNELLES PAR EXPERIMENTATION RMN
La présente invention a pour objet un procédé d'acquisition rapide d'images tridimensionnelles par expérimentation de résonance magnétique nucléaire, (RMN). Parmi tous les procédés d'acquisition envisagés, un procédé d'acquisition suivi d'une reconstruction d'image de type 3DFT est particulièrement visé. Les procédés d'imagerie par acquisition tridimensionnelle, dits procédés d'imagerie 3D, présentent de nombreux avantages par rapport aux procédés d'acquisition bidimensionnelle, dits 2D, avec sélection de coupe dans les corps étudiés. Notamment ils permettent de proposer des coupes fines, jointives, et dont le profil n'est pas distordu par des étapes supplémentaires de procédé imposées pour définir cette coupe.

En RM.N, les récents perfectionnements des méthodes d'excitation des moments magnétiques des protons à précession libre en régime d'équilibre, dites aussi SSFP (Steady State Free Precession) dans la littérature Anglo-Saxonne, ont considérablement réduit les durées d'acquisition 3D. Le temps de présentation des images ne dépend plus alors essentiellement que de la durée de leur reconstruction. Typiquement il est connu de représenter les images avec des résolutions sensiblement égales suivant deux axes de référence de l'image.Par contre, pour un axe orienté perpendi culairement aux images, selon l'empilement de ces images, soit on se contente d'une résolution moins bonne (en définitive on choisit des tranches relativement épaisses par exemple 1cl), soit on limite le volume dans lequel on veut réaliser ces images. Si on suppose par exemple que le corps d'un patient est allongé dans une machine de RMN selon un axe Z, et qu'on veut faire dans ce corps des images de coupes transversales avec des résolutions dans chaque image de, par exemple, 256 X 256 éléments d'images (pixel), on peut se contenter, par exemple, d'une représentation de seulement 8, 16 ou 32 images superposées selon l'axe Z. Un exemple numérique type, avec 8 images superposées, sera retenu dans la suite de la présentation de l'invention parce qu'il permet de bien fixer les idées.

Bien entendu l'enseignement de l'invention ne peut être considéré comme cantonné à cet exemple numérique.

La mise en oeuvre d'un procédé d'imagerie de type 3DFT nécessite l'application de séquences d'excitation-mesure comportant d'une part une excitation électromagnétique radiofréquence du corps à examiner et la mesure d'un signal de RMN de désexcitation qui en résulte, et d'autre part l'application d'impulsions de gradients de champ magnétique supplémentaires (superposés au champ magnétique principal de la machine). Les orientations de ces gradients sont prédéterminées par rapport aux orientations des images des coupes à obtenir. Dans la suite de la description, pour simplifier, on évoquera des images transversales. On sait que pendant la mesure du signal de RMN un gradient dit de lecture est appliqué selon un tel axe prédéterminé, dit axe de lecture. Pour simplifier l'axe de lecture est appelé axe X.Au cours de l'expérimentation d'imagerie 3D, avant la mesure du signal de RMN, dans chaque séquence, des gradients de champ appliqués sur des axes dits de codage de phase (Y) et de selection de coupe (Z) (pour ces derniers on emploié aussi le terme de codage de coupe) prennent des valeurs différentes d'une séquence à l'autre.

Par exemple il est connu d'imposer un gradient de codage de coupe à une valeur donnée et pendant une durée donnée au cours de chaque séquence d'une première série de séquences, tandis que la valeur du gradient de codage de phase évolue pas à pas d'une séquence à l'autre des séquences de cette première série de séquences. Lorsque cette première série de séquences est acquise, on incrémente la valeur du gradient de codage de coupe et on réitère toute la série de séquences. Au cours des séquences de cette autre série, le gradient de codage de phase prend à nouveau la même série de valeurs que pour la première série de séquences.Classiquement, on recommence ces séries de séquences un nombre de fois égal à celui des images comptées dans le sens de l'empilement sur l'axe Z A l'issue de chaque série de séquences on calcule par transformation de Fourier bidimensionnelle des contributions aux images définitives. Lorsque toutes les contributions aux images on été calculées, on calcule les éléments d'images de toutes les images par transformation de Fourier à partir de ces contributions aux images. Typiquement chaque image de contribution est définie sur un espace de 256 X 256 points.Les calculs des images définitives nécessitent alors, dans l'éxemple, l'exécution de 256 x 256 = 65536 transformations de Fourier dont le nombre de points de calcul dans chaque transformation est faible : il correspond au faible nombre (8,16 ou 32) des séries de séquences, qui correspond lui-même au faible nombre des images qu'on cherche à représenter dans l'empilement. Ces calculs de reconstruction sont longs.

Dans une précédente demande de brevet français n0 87 09814 déposée le 17 juillet 1987, on a montré comment résoudre ce problème de la durée du calcul de reconstruction des images, de telle façon que le problème est à nouveau inversé : la durée d'acquisition redevient prépondérante devant la durée de reconstruction. Il existe alors un seuil psychologique d'impatience entre le début d'une expérimentation RMN et la visualisation des premières images acquises. Dans cette demande, en résumé, on procédait à l'acquisition des images en réalisant un nombre restreint de séquences, identiques du point vue du codage de phase (Y), mais dans lesquelles d'une séquence à la suivante le gradient de codage de coupe était modifié.Autrement dit les séries de séquences portaient sur la variation du gradient de codage de coupe (Z) et non sur la variation du gradient de codage dephase (Y). Bien que le nombre total des séquences acquises, égal au produit du nombre des codages de phase par le nombre des codages de coupe, soit constant, on a pu montrer que le temps de calcul de reconstruction était plus faible du fait de la structure intime des processeurs vectoriels utilisés pour effectuer cette reconstruction. Ce temps est plus faible dans le cas où on maintient le codage de phase tandis qu'on fait varier d'une séquence à l'autre le codage de coupe que dans le cas où on maintient le codage de coupe en faisant varier d'une séquence à l'autre le codage de phase. Typiquement la durée d'acquisition dans un exemple est de l'ordre de 200 secondes pour produire 8 images, empilées les unes sur les autres dans le corps.Elle sont reconstruites et délivrées dès l'issue de la période d'acquisition. Elles sont ensuite produites à un rythme d'environ 2,5 images par seconde.

La présente invention a pour objet de réduire la durée de cette acquisition, de réduire cette durée de 200 secondes dans cet exemple, en maintenant constante la valeur d'un codage de phase, tandis que les signaux radiofréquences de RMN sont acquis pour différentes valeurs du gradient de codage de coupe. On profite ainsi de l'accélération des calculs de reconstruction qui en résultent.

Cependant dans chaque séquence, plutôt que de procéder à une excitation suivie d'un codage correspondant de l'espace, et à une mesure du signal de RMN correspondant, on effectue en pratique qu'une seule excitation qui est suivie d'un codage de phase et d'un certain nombre de codages de l'espace (de codages de coupe) euxmême chacun suivi d'une mesure correspondante du signal de RMN.

La durée d'acquisition est donc réduite d'un facteur égal au nombre de coupes (huit dans l'exemple choisi).

Une séquence selon l'invention comporte donc une excitation et une succession de codages de l'espace (de codage de coupe) suivis de mesures des signaux de RMN avant l'excitation de la séquence suivante.

On montre qu'en agissant ainsi, en effectuant plusieurs mesures par séquence, on réduit d'autant la durée intrinsèque des séquences, surtout en mode d'excitation de type SSFP, puisqu'on n'est plus obligé de reconditionner le signal de RN5N en fin de séquence aussi souvent avant de passer à une séquence suivante.

L'invention concerne donc un procédé d'acquisition rapide d'images tridimensionnelles par expérimentation RMN comportant - des séquences d'excitation - mesure d'un signal radiofréquence dans un corps à examiner soumis à cette expérimentation, - ces séquences étant réitérées en app#liquant différents codages d'espace entre chaque excitation et chaque mesure du signal radiofréquence, - et la mise en oeuvre d'une méthode d'imagerie pour reconstruire les images à partir de ces mesures du signal radiofréquence, caractérisé en ce que - chaque séquence comporte une série de codages intermédiaires de l'espace, appliqués après l'excitation radiofréquence de cette séquence, et donnant lieu chacun à la mesure d'un signal radiofréquence consécutif à ce codage intermédiaire, - les codages intermédiaires étant appliqués de la même façon dans toutes les séquences
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles ci ne sont données qu'à titre indicatif mais nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent - figure 1: une machine de RMN utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; - figures 2a et 2b : des diagrammes temporels de signaux radiofréquences et de gradients de champ magnétique de codage utilisés dans le procédé selon l'invention.

La figure 1 montre une machine de RMN pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Cette machine comprend essentiellement un aimant symbolisé par une bobine 1 pour produire un champ homogène intense Bo dans une zone d'examen. Cette zone d'examen se situe à l'endroit où est placé le corps 2 d'un patient à examiner, au-dessus d'un plateau 3. Soumis à ce champ magnétique, le corps 2 est de plus soumis à une excitation électromagnétique radiofréquence induite par une antenne, par exemple une antenne à barres rayonnantes telles que les barres 4 à 7. L'antenne est alimentée par un circuit oscillant 8 à partir d'un générateur 9 d'excitation radiofréquence. Une antenne 10 sert à prélever le signal de désexcitation des moments magnétiques des protons du corps à l'issue de l'excitation.Dans certains cas l'antenne 10 de réception peut être confondue avec l'antenne d'excitation. Le signal radiofréquence détecté est acheminé par un circuit 11 de réception et de traitement en vue de la représentation des images des coupes, Il à 18, sur un écran de visualisation 12.

De manière à mettre en oeuvre un procédé d'imagerie 3DFT, la machine comporte en outre des bobines de gradient symbolisées par les bobines 130 alimentées par un générateur 140 d'impulsions de gradient. L'ensemble de ces moyens fonctionnent sous le contôle d'un séquenceur 150. La figure 1 montre encore des axes XYZ. On remarque que les images seront développées par exemple selon les axes XY et empilées les unes sur les autres selon l'axe Z. Les fonctionalités de ces axes peuvent par ailleurs être interverties, où même combinées, de manière à produire des images d'orientation quelconque.

Les figures 2a et 2b montrent l'allure du signal radiofréquence et l'allure des impulsions de gradients de champ selon chacun des axes XYZ au cours d'une séquence d'excitation-mesure utilisée dans.

l'invention. Dans le cas décrit içi les excitations radiofréquences sont de type SSFP. Elles sont représentées sur la figure 2a. Celle ci montre une représentation type des impulsions d'excitation et des signaux correspondants de RMN en réponse à ces excitations. Dans une méthode de type SSFP, l'équilibre dynamique de l'aimantation longitudinale MZ et de l'aimantation transverse MXY des protons est obtenu pour des excitations 13 d'énergie E faisant basculer les moments magnétiques des protons dans le corps d'un angle prédéterminé. Cet angle est prédéterminé par le temps de relaxation spin-réseau (T1) des protons du corps d'une part, et par le temps de répétition TR qui sépare les différentes excitations les unes des autres d'autre part.

Dans une séquence, en général, on peut provoquer la renaissance du signal de précession libre en vue de sa mesure de deux manières. On peut la provoquer par une impulsion supplémentaire d'excitation dite d'écho de spin, ou par une lecture du signal de RMN pendant l'application d'une impulsion basculée du gradient de lecture selon une technique dite d'écho de-gradient. Dans le cas où on utilise une méthode de type SSFP l'utilisation d'une impulsion de type écho de spin est prohibée. En effet elle tue le phénomène d'équilibre dynamique.

La figure 2b montre une séquence type de durée TR où, entre l'excitation 13 et l'excitation 30 on a procédé aux codages magnétiques intermédiaires selon l'invention. Dans chaque séquence de durée TR une excitation 13 est appliquée en présence d'une impulsion 14 d'un gradient de sélection de coupe. En principe, comme on fait une acquisition de type 3D, la présence d'une telle impulsion de sélection ne s'impose pas. Cependant, pour limiter le volume d'examen dans le corps dans lequel on désire réaliser les images des différentes coupes, on peut utiliser une telle impulsion de sélection.

Classiquement l'impulsion 14 de sélection peut être suivie d'une impulsion 15 de rephasage des signaux de RMN pour neutraliser le déphasage imposé par la durée de l'impulsion 14. Immédiatement après la sélection du volume d'examen, une impulsion 16 d'un gradient codeur de phase Y est appliquée. La valeur de ce gradient varie d'une séquence à l'autre. Pour cette raison le gradient codeur de phase 16 est montré symboliquement avec une flêche de variation en travers. Une impulsion 17 d'un gradient codeur de lecture est appliquée au moment où on désire prélever le signal de RMN.

Ce qui caractérise l'invention est que chaque séquence de durée TR comporte une série, içi limitée à quatre codages 17 à 20 intermédiaires de l'espace appliqués après l'excitation radiofréquence 13 et donnant lieu chacun à la mesure d'un signal radiofréquence consécutif à ce codage intermédiaire. Par exemple on mesure les signaux de RMN S17 à S20 après l'application de chacun des codages correspondants. Après ces lectures, et de manière à ce qu'une impulsion d'excitation 30 suivante soit appliquée aux particules dans les mêmes conditions, avec un même conditionnement du signal de RMN en équilibre dynamique, les impulsions de codage de phase 16 et de codage de lecture 17 à 20 sont compensées par des impulsions, sur les mêmes axes, de gradient respectivement 21 et 22.

Le procédé permettant la renaissance de signal de RMN est içi un procédé dit à écho de gradient. Pour chaque renaissance on applique sur l'axe de lecture, l'axe X, successivement dans le temps, deux impulsions. Les intégrales temporelles de ces impulsions sont égales et de sens opposées. Sur la figure 2b les intégrales qui se compensent sont notées par des symboles ++, xi, .., --, et oo. Par exemple pendant l'application du codage 17 on a provoqué un écho de gradient en appliquant, préalablement à la lecture, une impulsion 23 de codage sur l'axe de lecture. L'intégrale de cette impulsion 23 se trouve neutralisée au temps ta par l'impulsion 17 de codage de lecture.On sait que le signal de RMN S17 peut être échantilloné pendant une durée s'étendant sensiblement également avant et après ce temps ta Après le temps ta on peut considérer que le reste de l'impulsion de gradient 17 (xx) joue le même rôle que l'impulsion 23.

Ce reste est compensé par l'intégrale de l'impulsion 18 à l'instant tb
La conséquence en est la renaissance du signal RMN Sols~ Ainsi de suite les différentes lectures S17 à S20 du signal de RMN peuvent être effectuées. On remarque l'intérêt qu'il X a à utiliser des impulsions de lectures 17-20 inversées l'une par rapport à l'autre.

Chaque fin d'impulsions sert en même temps de prébasculement pour l'impulsion suivante.

Cependant si on ne modifie pas d'une mesure à l'autre la valeur du codage Z de l'espace on obtiendra à chaque mesure le même signal de RMN. Aussi, dans l'invention, entre chaque renaissance, entre chaque date ta et tb consécutives, on applique sur l'axe d'empilement des images (Z) une impulsion. Ces impulsions telles que les impulsions 24 à 26 permettent de modifier d'une mesure à l'autre la signification des signaux de RMN S17 à S20. En simplifiant le signal S17 résulte de l'application d'aucun codage de l'espace sur l'axe Z, tandis que le signal S18 résulte d'un codage de l'espace correspondant à l'impulsion 24. Le signal Sl9 résulte du codage de l'espace provoqué par impulsion 24 et par l'impulsion 25.Enfin le signal 520 résulte du codage des impulsions 24, 25 et 26. Le phénomène d'intégration des effets des différentes impulsions 24 à 26 a donc pour conséquence de modifier au fur et à mesure le codage du signal radiofréquence d'acquisition de l'image, suivant l'axe d'empilement, sans avoir à changer de séquence,Si nécessaire, la compensation de la somme des impulsions 14, 15, 24 à 26 et 27, 28 peut être obtenue en annullant l'intégrale temporelle de ces impulsions. L'impulsion 27, 28 correspond à la sélection du même volume d'examen pour la séquence suivante. Cette sélection est concommitante à l'excitation 30 de cette séquence.Dans ces conditions pour la séquence suivante un reconditionnement de la phase propre à l'entretien du signal de RMN d'une séquence SSFP peut être obtenu.Pendant cette séquence suivante, néanmoins, on peut procéder à la sélection d'un volume d'examen voisin de celui dans lequel le signal de TANIN vient d'être mesuré. On procède alors par entrelacement, par exemple en selectionnant alternativement le volume initial ou ce volume voisin, pour produire des images représentant des coupes dans l'ensemble de ces deux volumes.

On a pu montrer qu'en pratique un gain de temps dans un facteur égal au nombre de coupes (huit) est ainsi obtenu. En particulier le temps d'acquisition de 8 coupes peut être aussi court que 20 secondes. La suite du traitement d'image après cette acquisition est classique. Elle est de préfèrence effectuée selon le procédé décrit dans la demande de brevet indiquée ci-dessus.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1 - Procédé d'acquisition rapide d'images tridimensionnelles par expérimentation RMN comportant - des séquences (TR) d'excitation (13)-mesure (S17-S20) d'un signal radiofréquence dans un corps (2) à examiner soumis (Bo) à cette expérimentation, - ces séquences étant réitérées (fig. 2a) en appliquant différents (16) codages magnétiques d'espace entre chaque excitation et chaque mesure du signal radiofréquence, - et la mise en oeuvre (11) d'une méthode d'imagerie pour reconstruire les images à partir de ces mesures du signal radiofréquence, - caraètérisé en ce que - chaque séquence comporte une série de codages (24-26) intermédiaires de l'espace, appliqués après l'excitation radiofréquence de cette séquence, et donnant lieu chacun à la mesure du signal radiofréquence consécutif à ce codage intermédiaire, - les codages intermédiaires étant appliqués de la même façon dans toutes les séquences.

2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le nombre (4,8,16,32) des codages intermédiaires est trés inférieur au nombre (256) des réitérations des séquences.

3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les séquences d'excitation-mesure sont du type

SSFP.

4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les séquences d'excitation-mesure sont du type à écho de gradinet.

5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les séquences d'excitation-mesure sont du type à écho de spin.

6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les séquences d'excitation-mesure sont du type multicoupe entrelacé.

7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les codages intermédiaires des séquences sont du type à écho de gradient (++) sur un axe de lecture.

8 - Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que les sens des codages de lecture sont inversés (17,18) les uns par rapport aux autres entre chaque lecture intermédiaire.

9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l'image acquise est reconstruite selon un procédé de type 3DFT.

10 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que chaque codage intermédiaire comporte une impulsion (24) de codage de coupe.

11 - Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que les impulsions de codage de coupe sont identiques les unes aux autres.