FR2838195A1 - Procede d'imagerie rapide par resonnance magnetique nucleaire - Google Patents

Abstract

Procédé d'imagerie rapide par résonance magnétique nucléaire. Pour améliorer une acquisition de signaux de RMN dans des séquences de type FSE, à échos de spin rapides, on prévoit de faire évoluer quadratiquement la phase d'émission de l'impulsion de refocalisation à 180°. Pour éviter alors les problèmes d'oscillation du signal de sortie, on soumet une telle séquence à une préparation. On donne un historique sur les sept premières impulsion de refocalisation de la raison de la suite quadratique de variation de la phase. On montre que cet historique conduit à un équilibre thermique immédiat.

Description

extrémités émergentes (6) des broches (4) conformées en aiguilles.

Procédé d'imagerie rapide par résonance magnétique nucléaire La présente invention a pour objet un procédé d'imagerie rapide d'une partie d'un corps soumis à un champ magnétique intense dit orientateur au cours d'une expérimentation de résonance magnétique nucléaire (RMN). Ce type d'expérimentation rencontre un succès croissant actuellement dans le domaine médical o les images produites servent d'aide au diagnostic, en particulier au diagnostic du cancer. L'application du procédé selon l'invention n'est cependant pas cantonnée à ce domaine, ce procédé peut en effet être également mis en _uvre, par exemple, dans le domaine des mesures physiques o on utilise des spectromètres. En imagerie par résonance magnétique nucléaire, pour obtenir une image d'une tranche d'un corps à examiner, on soumet le corps en question, et en particulier la partie dans laquelle se trouve la tranche, à un champ magnétique BO continu, intense, et homogène. Sous l'effet de ce champ BO les moments magnétiques des particules du corps, s'orientent au bout de quelques instants (en quelques secondes), dans la direction du champ magnétique: d'o le nom champ orientateur donné à ce champ. Si on excite alors les moments magnétiques des particules du corps avec une excitation magnétique radiofréquence oscillant à une fréquence convenable, on provoque le basculement de l'orientation des moments magnétiques excités. A la fin de l'excitation ces moments magnétiques tendent à se réaligner avec le champ orientateur en un mouvement de précession naturel dit mouvement de précession libre. Au cours de ce mouvement de précession les particules rayonnent une énergie électromagnétique de désexcitation que l'on peut mesurer. La fréquence du signal de désexcitation dit aussi de RMN est caractéristique des particules excitées (dans le domaine médical il s'agit de l'atome d'hydrogène contenu dans les molécules d'eau disséminées partout dans le corps humain) et de la force du champ orientateur. Du traitement du

signal mesuré on en déduit les caractéristiques du corps.

Le traitement du signal mesuré pour extraire une image se complique du fait que toutes les particules du corps, dans toute ia région excitée, réemettent un signal de désexcitation à l'issue de l'excitation. Il importe donc de discriminer les contributions dans le signal de RMN global de toutes les régions élémentaires (appelées voxels) du volume

excité pour reconstruire leur répartition, en définitive pour élaborer l'image.

Cette discrimination n'est possible qu'en effectuant une série de séquencesd'excitation - mesure au cours de chacune desquelles on code, différemment d'une séquence à l'autre, les signaux de RMN à mesurer. Connaissant le codage appliqué on sait par des techniques

d'imagerie pure, notamment de type 2DFT, reconstruire l'image.

La mesure du signal de RMN concerne en fait l'amplitude de ce signal. En effet, compte tenu d'une fréquence de démodulation autour de laquelle on examine le signal de RMN, on ne peut espérer comme résultat de mesure qu'une mesure de la densité, dans les structures étudiées, des particules spécifiques (I'hydrogène) dont on n'étudie alors qu'une des fréquences de résonance. Grossièrement, au bout d'une durée donnée après l'excitation le signal de RMN est d'autant plus fort que cette densité est forte. En fait, cette densité n'agit pas que sur l'amplitude originelle du signal de RMN. Dans la pratique, en médecine, on suppose même que toutes les régions des corps ont, de ce point de vue, une même contribution au signal de RMN. Par contre la densité agit assez fortement sur l'amortissement, la relaxation, de ce signal de RMN. Cet amortissement est un amortissement complexe: il est représentatif d'une interaction dite spin-réscau des particules (le proton de l'atome d'hydrogène) excitées avec la matière environnante et d'une interaction dite spin-spin des protons entre eux. Dans une modélisation connue des phénomènes physiques qui interviennent, on a pu déterminer que le temps de relexation spin-réscau, dit aussi temps T1 correspond à la constante de temps d'une repousse (d'une réorientation) exponentielle de la composante, alignse avec le champ orientateur (on dit aussi longitudinale), du moment magnétique global en un endroit concerné du corps. Le temps de relexation spin-spin, dit T2, correspond également à une constante de temps, mais ici d'une décroissance exponentielle de la composante transverse (orthogonale à la composante longitudinale) de ces moments magnétiques. Dans un exemple qui sera évoqué plus loin

dans le cadre de la description de l'invention, on fera état d'un temps T1

de l'ordre de 500 ms et surtout d'un temps T2 de!'ordre de 100 ms: les régions concernces du corps seront principalement la tête et plus

particulièrement le cerveau.

Il est possible au cours de séries d'expérimentations de types différents de faire apparaître un phénomène de relexation de préférence à I'autre. On dit alors que l'on fait des images en T1 ou en T2 selon les cas. Le paramètre essentiel des expérimentations RMN sur lequel on joue dans ces cas est alors le temps de répétition TR qui ponctue la périodicité

des séquences de la série des séquences d'imagerie mises en _uvre.

On sait qu'on peut avoir recours à l'image en T2, avec ses caractéristiques de différenciation. En particulier on sait que dans le cerveau humain la matière grise, la matière blanche, et encore plus les tumeurs, possèdent des réponses en T2 bien différenciées. Dans la pratique le signal de RMN mesuré n'est jamais qu'un signal correspondant à la composante orthoponale au champ orientateur du mouvement de précession des moments magnétiques basculés. Or on sait, si le temps de répétition est de l'ordre de T1 moyen, que l'amplitude de ce signal est directement représentative des contributions en T1 dès différentes parties

du corps.

Pour faire une image en T2, il est nécessaire d'attendre une repousse totale de l'aimantation (de sa composante longitudinale): il faut attendre entre chaque séquence une durée qui avoisine environ trois ou quatre fois la durée de T1. Au bout de cette durée, à la concentration près des particules (ce qu'on néglige), on peut dire que le premier signal de RMN mesuré n'est dépendant que du temps de relaxation T2. C'est seulement si le taux de répétition est trop rapide que l'influence de la décroissance en T2 du signal de RMN s'efface devant l'importance de la différenciation des repousses en T1. A ce stade de l'explication on voit immédiatement poindre une des difficultés des images en T2: elles sont longues. En pratique, elles étaient de l'ordre de trois ou quatre fois plus longues que les images en T1. Par exemple pour une image en T2 d'une coupe de la tête, un patient devait être soumis à l'expérimentation, sans bouger, pendant une durée de 17 mn. Pour éviter que le patient ne bouge, on est contraint de lui maintenir la tête dans un carcan ce qui rend

l'expérimentation RMN, au demeurant inoffensive, très pénible.

11 est connu de remédier aux inconvénients cités en proposant une image en T2 rapide, dans un exemple elle peut durer de l'ordre de trois à quatre minutes, tout en évitant les effets perturbants du contraste en T1 dans cette image. Le but à atteindre est que les durées d'acquisition ne soient pas trop longues, et pour le patient, et pour la rentabilité de la machine. Dernièrement, ii a été proposé des procédés d'acquisition rapides d'images, dits de type fast spin echo, FSE, écho de spin rapide. En pratique, on distingue les séquences dites FSE pures, avec typiquement 16 échos et 16 acquisitions, répétées toutes les 4 secondes. Ce qui conduit à 64 secondes d'acquisition pour une coupe. D'autres procédés, dits single shot FSE, SSFSE, écho de spin rapide à une seule excitation initiale, sont décrits ci-après. Dans ces procédés SSFSE, les séquences utilisées comportent une excitation des moments magnétiques des protons, dite de basculement, provoquant un basculement important de I'aimantation, typiquement de 90 (alors que dans des procédés de type SSFP le basculement d'origine étaitde faible angle), suivie d'un nombre important d'impuisions d'excitation d'échos de spin (à 180 ), dites impuisions de refocalisation, très rapprochées les unes des autres, typiquement séparées les unes des autres d'une durce de l'ordre de quelques millisecondes. En outre, entre chacune de ces impuisions de refocalisation, et avant la lecture, sont appliqués des gradients de codage de phase, variant par pas successifs d'un écho à l'autre. Les impuisions de gradients ainsi appliquées sont par ailleurs compensées dans une impuision de gradient suivante, avant l'impuision de refocalisation suivante. En ce qui concerne les impuisions de gradient de sélection de coupe, le fait de les centrer temporellement sur la date centrale de

l'impuision de refocalisation en provoque la compensation automatique.

On peut montrer qu'il en est de même pour les impulsions du gradient de lecture. Typiquement on peut ainsi acquérir, au cours d'une seule séquence de décroissance du signal en T2 (pendant par exemple de l'ordre de 400 ms), 128 échos, chacun représentatif de ce qui se passe dans une ligne de l'image. En appliquant ainsi pendant la lecture des gradients de lecture, on peut au bout d'une seule séquence acquérir une image entière, en un

temps très court, de l'ordre du T2 ou d'un multiple de quelques T2.

Typiquement, chaque impuision de refocalisation peut durer 5 ms (pour être bien sélective), ou 2,4 ms en étant moins sélective. La durée de mesure du signal de RMN, au moment de chaque écho, en prélevant 256

échantillons toutes les 8 microsecondes, dure de l'ordre de 2 ms.

Une présentation de cette technique est indiquée dans la demande de brevet EP-A-1 037 067. Le contenu de cette dernière est entièrement incorporé ici, par référence. La présente invention est un perfectionnement

du procédé décrit dans cette demande de brevet.

Sur les figures 1 a à 19, on va montrer les conséquences géométriques, théoriques, et pratiques des excitations de refocalisation des méthodes FSE de refocalisation rapide. On montrera également comment, dans la demande de brevet citée ci-dessus, on résolvait les problèmes de qualité de signal. On expliquera ensuite le problème résolu par la présente invention. En définitive, la méthode préconisée dans la demande de brevet citée, et dans la présente invention, comporte un codage supplémentaire à appliquer dans les impuisions de refocalisation pour améliorer la qualité du signal de RMN détecté. Plutôt que de coder l'amplitude de ces signaux de refocalisation, ce qui conduit à des problèmes complexes de définition de forme, on a codé la phase de ces impuisions de refocalisation. La phase est déterminée par rapport à une date synchronisée d'évolution du phénomène de RMN. De cette façon, on produit une amélioration de trois dB de niveau du signal détecté. On montrera que cette amélioration permet soit d'acquérir les images encore plus rapidement, soit, surtout, de tenir compte maintenant dans les images de phénomènes de bougé du patient, de phénomènes de diffusion moléculaire, de phénomènes de décalages chimiques. Ces phénomènes conduisent en définitive à pouvoir mesurer la température du corps du patient, par une mesure du signal de RMN lui-même, ce qu'on ne savait

pas faire auparavant avec des séquence FSE.

Les figures 1a à 1g sont présentées dans le repère tournant à f0, f0 étant la fréquence de précession libre, dite de Larmor, des aimantations des protons soumis à un champ magnétique orientateur B0. Ce repère tournant comporte un axe z orienté comme le champ B0 et des axes x et y formant un plan xy dans lequel, d'une excitation de refocalisation à une autre, sont censées se retrouver les orientations (ou plutôt les composantes mesurées) des moments magnétiques excités. Au départ, figure 1a, I'aimantation de chaque proton vaut MO et est orienté dans la direction z. Lors d'une première excitation à 90 , de basculement autour de l'axe y, figure 1b, I'aimantation MO se retrouve colinéaire à l'axe x. Le repère xyz tournant est ici arbitrairement montré comme tournant dans le

sens normal.

Sur la figure 1c, on montre les déphasages des composantes. Ces déphasages sont dus aux inhomogénéités du champ BO. Ces déphasages sont par ailleurs renforcés par la présence pendant la précession libre de gradients de champs superposés. Ainsi d'une manière schématique, on a représenté des composantes x1 et x2, dans le plan xy. Les composantes x1 correspondent à des protons précessant à une fréquence respectivement moins grande. Il s'agit de protons moins rapides. Les composantes x2 correspondent aux protons plus rapides. La composante en phase des orientations de ces protons continue à rester alignée avec

l'axe x.

Sur la figure 1 d, on a montré les effets d'une impuision de refocalisation autour de l'axe x. Ces impuisions autour de l'axe x, perpendiculaires à l'excitation de départ qui était autour de l'axe y,

correspondent à des excitations dites de type CPMG, Carr- Purcell -

Meiboom - Gill. Typiquement, avant l'application de l'excitation à 180 , les composantes x1- et x2-, conformes à leur allure présente dans la figure 1c, sont retournées d'un angle p=180 en des composantes x1+ et x2+ dont la caractéristique principale est qu'elles sont maintenant situées dans une position symétrique de leur position de départ par rapport à l'aimantation en phase orientée selon l'axe x. D'une manière connue, au bout d'un temps, après l'impuision à 180 , égal à celui qui a séparé l'application de l'impuision à 90 de l'application de l'impuision à 180 , le signal de RMN présente toutes ses composantes en phase selon l'axe x, il

est de nouveau mesurable.

Toutefois l'impuision de refocalisation à 180 n'est pas appliquée avec une efficacité parfaite à tous les protons examinés. Il apparat que certains protons sont soumis à une refocalisation, autour de l'axe x avec un angle inférieur. Les protons concernés sont ceux situés en face avant et en face arrière de la coupe. En effet, les refocalisations à 180 ne peuvent pas être parfaites dans la coupe et nulles à l'extérieur de la coupe, sinon il faudrait que la durée de l'impuision à 180 soit de durée très grande (en théorie infinie). Dans les zones de transition, la refocalisation est donc imparfaite. La figure 1e montre une refocalisation de l'ordre de 135 . Plutôt que de se retrouver alors dans le plan xy, comme sur la figure 1d, la composante x2- a été transformée en une composante x2+ possédant une composante significative selon l'axe z. Cette composante significative réduit la composante mesurable x'2+, montrée dans le plan xy. Néanmoins, cette composante x2+ se déphase après l'application de l'impuision à 135 à laquelle elle a été soumise selon

le dessin de la figure 1 e.

Ce déphasage conduit d'une part à une resynchronisation ultérieure au cours de laquelle le signal de RMN est de nouveau mesurable (avec une contribution toutefois altérée, mais d'une manière négligeable pour la composante x2), et continue à se déphaser pour, lors d'une excitation de refocalisation à 180 suivante, se retrouver, dans le cadre de la figure 1f,

en x2-.

En définitive, on peut constater sur cette figure 1f que, juste avant cette impuision de refocalisation ultérieure, la composante x2- se trouve dans la position symétrique de la position de la composante x2+ de la figure 1e (avec une même composante selon z). Si elle est alors soumise à une même refocalisation, avec une même amplitude de 135 inférieure à , que lors de l'impuision de refocalisation précédente, la composante x2- se transforme en une composante x2+ qui se retrouve maintenant

dans le plan xy.

Autrement dit, d'une fois sur l'autre, même si les impuisions à 180 sont imparfaites, il semble que, si l'impuision à 180 est appliquée sur un axe (x) perpendiculaire à l'axe (y) autour duquel a été appliquée l'impuision d'excitation initiale, un rephasage de toutes les aimantations des protons se produit. Ceci est corroboré par la figure 2a o, en ordonnée, est montré le module du signal de RMN mesurable et o, en abscisse, est indiqué le numéro de l'excitation de refocalisation dans la séquence (ici il y en a 32) pour laquelle le signal de RMN est mesuré après normalisation. On constate que sur les différentes courbes, correspondant à des variations de 30 (180 , 150 , 120 , 90 ,...) de I'impuision de refocalisation, les amplitudes des signaux de RMN restent

constantes, quoique de valeur réduite si le retournement est imparfait.

Par comparaison, la figure 1g montre ce qui se produit lorsque l'impuision de refocalisation est effectué autour de l'axe y, I'axe autour duquel ont été basculés les moments magnétiques, compte tenu de l'impuision d'excitation à 90 initiale. On n'a pas représenté de refocalisation à 180 parce que, bien entendu pour les protons qui les subissent (quel que soit l'axe), le phénomène est en théorie parfait. Il y a une resynchronisation naturelle. On observera par ailleurs que le fait de provoquer un basculement des moments magnétiques autour de l'axe y, plutôt qu'autour de l'axe x, revient en fait à décaler dans le temps, d'un quart de période (période égale à 1/fO) en retard, I'application de

l'impuision de refocalisation dans ce cas.

La figure 1g montre qu'une composante d'aimantation x2- dans le plan xy (avant l'application de l'impuision de refocalisation importante) se retrouve basculée en x2+ après l'application de la pseudo-impuision de refocalisation p de valeur inférieure à 180 . On n'a représenté ici que le cas des protons les plus rapides, pour ne pas surcharger le dessin. On constate déjà, comme dans le cas précédent, que la composante x2+ possède, après l'application de l'impuision de refocalisation une composante orientée selon l'axe z, négative ici. Il est par ailleurs nécessaire de constater que la composante selon x est maintenant négative (alors qu'elle était restée positive précédemment). De sorte que, juste avant l'application de l'impulsion de refocalisation à 180 ultérieure (elle aussi imparFaite, mais dans des mêmes conditions), la composante x2+ est devenu x2±, symétrique par rapport au plan xz de la composante x2+. Si cette composante x2± subit, elle également, un basculement de p (inférieur à 180 ) identique au p précédent la composante x2± se retrouve en composante x2++. Cette composante x2++ possède alors la particularité de disposer, elle aussi, d'une composante orientée selon l'axe z, alors que selon les excitations dites CPMG des figures précédentes, la composante selon z aurait été ramenée à zéro. Dans l'exemple sch ématiq ue rep résenté, la com posante selon z est d ifférente de la composante selon z après l'impuision de refocalisation précédente. Elle est même tellement remontée qu'il n'y a bientôt plus de signal de RMN mesurable au moment de la resynchronisation. Ceci se produit dans les - faits au bout d'un nombre faible d'échos, quatre ou cinq en pratique, de

toute façon moins de dix.

C'est ce que montre d'une manière schématique la figure 2b, présentée en correspondance de la figure 2a, et selon les mêmes hypothèses que cette dernière. La figure 2b montre ce qui se passe lorsque la condition dite CPMG (correspondant aux figures 1a à lfl n'est pas remplie. On constate que, pour les basculement différents de 180 , d'une part le signal de RMN mesurable décro^'t très fortement avec le rang de l'écho. Il n'est même plus mesurable au-delà du dixième écho. D'autre part, le signal de RMN subit une évolution alternative dont la période est

d'autant plus grande que l'écart à la valeur de 180 est faible.

Les considérations de ce type ont amené certains auteurs à considérer que les impuisions qui ne souscrivaient pas à la condition

CPMG étaient impropres à produire des signaux de RMN mesurables.

Pour le moins on pouvait affirmer que si l'aimantation n'était pas orientée selon l'axe x, I'orientation s'analysait comme une combinaison d'une composante selon l'axe x (dite réelle) et une composante selon l'axe y (dite imaginaire). Les procédés FSE selon les conditions CPMG

reviennent en fait à détruire la composante imaginaire. On perd ai.nsi 3 dB.

D'autre part, du fait du bougé du patient, de plus en plus de composantes sont ainsi progressivement éliminées. En effet, avec le bougé, la phase des aimantations se décale, et la composante hors de phase de ces aimantations décalées est amortie. On notera par ailleurs que cette composante amortie ne dispara^t pas du signal mais retentit dans l'image

sous la forme de points noirs, qui brouillent cette image.

Pour résoudre ce premier problème, il a été prévu de supprimer, par des impuisions d'écho de gradient, une des composantes du signal, de façon à ce qu'elle disparaisse de ce signal. Toutefois la suppression de cette composante, divisant le signal utile par deux, a pour conséquence que, à rapport signal sur bruit identique, la durée d'acquisition d'une image

est augmentée par quatre, ce qui n'est pas acceptable.

On notera que cette durée, limitée par l'absorption d'énergie dans le patient, doit être considérée dans le cas d'acquisition d'images multicoupes (dont la durée d'acquisition est proportionnelle au nombre de coupes), et d'images de directions de diffusion moléculaire. On cherche en effet à acquérir des images de composantes de diffusion moléculaire dans une direction, puis une autre, et ainsi de suite. On peut montrer que des images sur trois directions cardinales ne sont pas aussi intéressantes que des images acquises sur une centaine de directions. Ces dernières permettent notamment de mesurer la présence des fibres (dans lesquelles la diffusion est restreinte et est de direction préférée). Notamment à l'endroit des neurones du cerveau, la représentation d'une composante moyenne (dans une seule direction) n'est d'aucun intérêt par rapport à la connaissance des ramifications multiples issues du neurone. Il importe par les directions mesurées de déterminer les nombres et les orientations de ces ramifications. Le nombre des acquisitions devient ainsi rapidement un problème si chaque acquisition dure trop longtemps. Par exemple 100 directions et 10 coupes conduisent à un examen de 20 minutes, même si

les images sont chacune acquise sur une seconde.

Avec les condition dites CPMG (basculement à 90 et refocalisations à 180 sur des axes y et x perpendiculaires entre eux, et déclenchement de ces excitations en phase), on a constaté avec la figure 1g qu'une composante du signal de RMN disparaissait rapidement, au bout de peu d'échos, en pratique une dizaine. A fortiori cette composante du signal n'est plus mesurable lorsque dans une séquence pratique, on

met en _uvre 128 impuisions d'écho successives.

Il a été imaginé également des conditions dites Carr-Purcell, CP.

Dans celles-ci, les excitations de basculement et de refocalisation sont situés sur un même axe (par exemple y). Et les excitations de basculement et de la première refocalisation sont en phase. Dans ce cas, d'une excitation de refocalisation à l'autre, le sens de l'excitation de refocalisation est changé (elles sont en phase ou en opposition de phase avec cette première excitation de refocalisation). Le traitement de démodulation est adapté. On peut facilement montrer, notamment à l'aide de la figure 1g, qu'on se retrouve alors dans une situation comparable à celle de la figure 1f (celle montrant les effets positifs des conditions CPMG): dans tous les cas une composante imaginaire ou réelle du signai

de RMN est détruite.

Dans la demande de brevet citée ci-dessus, qui est par ailleurs incorporée ici entièrement par référence, on a prévu de palier ce problème en prévoyant que la phase de l'impuision de refocalisation à 180 (et par conséquent du récepteur au moment de la réception), se modifierait d'une manière quadratique, d'une impuision de refocalisation à l'autre. Autrement dit la phase de chaque impuision de refocalisation est du type q, = Aj2 dans laquelle est un facteur de balayage et dans laquelle i

est le numéro de l'impuision de refocalisation à 180 , ou pseudo à 180 .

En définitive, tout revient à faire en sorte que les impuisions de refocalisation, à 180 , ou à 180 imparfaites, ne sollicitent pas de manière identique toujours les mêmes moments magnétiques, au point de détruire la composante imaginaire de certains d'entre eux. Dans la demande de brevet ci-dessus, on a imaginé de prévoir un glissement progressif de la phase, selon une progression quadratique. Cette progression quadratique est équivalente à un balayage linéaire en fréquence, assimilable pour sa part à un décalage de la date de lecture sur l'axe de lecture (typiquement l'axe x ci-dessus). Autrement dit, selon l'enseignement de la demande de brevet citée ci-dessus, d'une excitation de refocalisation à une excitation

de refocalisation suivante, la phase varie d'une manière quadratique.

Au moment de la mise en _uvre de ce nouveau procédé avec déphasage quadratique, on s'est rendu compte cependant que le régime d'équilibre dynamique ne s'établissait pas immédiatement. De ce fait, une perte en niveau de signal se manifestait. En effet, il restait une oscillation résiduelle des signaux mesurés dont la conséquence était une perte de sensibilité. Pour éviter cette oscillation, on a alors eu l'idéé de stabiliser, dès les premiers échos, I'équilibre dynamique ainsi provoqué. Cette stabilisation a été obtenue en soumettant les aimantations à une préparation initiale, au cours d'un nombre limité d'échos. Les échos préparatoires peuvent par ailleurs être utilisés pour la reconstruction des images. Le nombre d'échos de préparation a été limité à sept. On peut obtenir un résultat meilleur (mais seulement d'une manière marginale) en

retenant un nombre d'échos de préparation supérieur.

Pour arriver à déterminer les caractéristiques de ces impuisions d'écho préparatoires, on a alors lancé une procédure d'expérimentations successives, en explorant avec un pas faible les effets, les uns sur les autres, de déphasages différents des impuisions de refocalisation. Selon une théorie complexe à expliquer, on a pu prévoir que le phénomène acceptait une stationnarité, dont on a cherché les vecteurs (ou fonctions) propres. Avec ces fonctions propres, on a pu déterminer un régime de préparation pour cet équilibre dynamique, de façon à ce que le niveau de signal mesuré in fine soit le plus grand possible. On a alors trouvé que, sous réserve de conditionner ainsi d'une manière spéciale les phases des

premières impulsions de refocalisation, on arrivait à un meilleur résultat.

La préparation dépend de la loi de progression quadratique choisie, et de

I'amplitude de l'excitation d'écho initiale.

L'invention a donc pour objet un procédé d'acquisition de signal dans une expérimentation de RMN dans laquelle - on soumet un corps à examiner à un champ magnétique orientateur, - on soumet des particules du corps ainsi magnétiquement orientées à une excitation électromagnétique initiale puis à une succession d'excitations de refocalisation, - ia phase qxi des excitations de refocalisation de numéro i de cette succession est modifiée de manière quadratique, elle est notamment du type xi - xi-1 = di + Si-1 avec une raison égale à Bi - bi-1, ., caracterse en ce que - au début decette évolution quad ratiqu e, u ne séq uen ce d'excitations de préparation est appliquce au co u rs de laquel le la raison

évolue selon un historique prévu d'avance.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Cellesci

ne sont présentées qu'à titre indicatif et nuliement limitatif de l'invention.

Les figures montrent: - Figures 1 a à 2b: des représentations déjà commentées du phénomène physique à ma'^triser; - Figure 3: une représentation schématique d'une machine de RMN utilisable pour mettre en _uvre le procédé de l'invention; - Figure 4: un diagramme temporel montrant les différents signaux appliqués et reçues dans la machine de l'invention; - Figure 5: ia représentation des signaux de RMN résultants, en phase et hors de phase (composantes en quadrature), mesurés pour une valeur de la raison quadratique exprimée en fonction d'une fraction de 27r; - Figure 6: la représentation du calage en phase du récepteur par rapport à l'émetteur. La figure 3 montre une machine de RMN pour la mise en _uvre du procédé selon l'invention. Cette machine comporte schématiquement, des moyens 1 pour produire un champ magnétique B0 intense, continu et homogène dans une région 2 d'examen. Un corps 3, supporté par exemple par un plateau 4 est approché de la région 2. Pendant toute l'expérimentation le corps reste soumis au champ magnétique B0. Au moyen d'une antenne 5 reliée à un générateur 6 on peut provoquer l'excitation des moments magnétiques des particules du corps 3 situées dans la zone 2. Dans un exemple, I'antenne 5 est une antenne à barres susceptible de produire un champ d'excitation tournant, par excitation

déphasée de chacune des barres.

Les excitations sont temporaires. A l'issue de ces excitations l'antenne 5 peut servir à prélever le signal de désexcitation pour le conduire, via un duplexeur 7, sur des moyens 8 de réception. Les moyens 8 comportent d'une manière classique des circuits 9 d'amplification et de démodulation, et des circuits 10 de traitement. Le traitement peut comporter la mise en forme du signal en vue de sa représentation sur un dispositif 11 de visualisation. On peut faire alors appara^'tre sur l'écran du dispositif 11 de l'image d'une tranche 12 du corps 3. Une expérimentation en vue d'obtenir une image peut comporter une pluralité de séquences excitation mesure au cours de chacune desquelles on applique avec des bobines de gradient 13 des codages au signal de précession libre des moments magnétiques. Ces codages ainsi que le fonctionnement du générateur 6, du duplexeur 7 et des moyens de réception 8 et de visualisation 11 sont régis par un séquenceur 14 dont un programme organise les actions. Tous ces organes sont connus en eux-mêmes. En particulier le séquenceur 14 possède la propriété de programmabilité de

ses séquences.

On pe ut ai nsi modifier sim plement, da ns le prog ram me, les caractéristiques de chacune des opérations à effectuer dans les

séquences pour changer la nature de l'expérimentation entreprise.

La figure 4 montre un diagramme temporel des différents signaux appliqués et relevés dans la machine de l'invention. La première ligne du diagramme montre une première impuision d'excitation 15 à 90 , suivie d'un train réqulier d'impuisions 16 de refocalisation à 180 . La dernière ligne du diagramme montre les numéros i des séquences d'échos de spin impliqués par les impuisions 16. Ces numéros i sont impairs ou pairs. La deuxième ligne du diagramme montre le signal 17 d'écho de RMN résultant de la réflexion de la dispersion de phase provoquée par I'impuision de refocalisation 16. Les signaux 17 qui en résultent sont séparés par une durée T de la date centrale de l'impuision de refocalisation 16 qui leur a donné naissance. Cette durée T est également

la durée qui sépare les dates centrales des impuisions 15 et 16.

La troisième ligne montre le gradient de codage de phase appliqué sur un des axes (de préférence l'axe Y de la machine). Ce gradient de cod age de phase prése nte ici trois particularités. D'u ne part, com me u n gradient de codage de phase d'une séquence de type 2DFT, il cro^t d'une expérimentation à l'autre. Toutefois ici, deuxième particularité, pour une période impaire et une période paire qui la suit immédiatement (ou I'inverse), il garde la même valeur. Troisième particularité, I'impuision de codage de phase 18 présente dans une période impaire ou paire est compensoe, respectivement pendant la même période, par une impuision de compensation 19 égale mais de sens opposé de manière à ce que, pour un couple de périodes suivantes le signal de RMN soit remis dans

son état initial.

En ce qui concerne les impuisions du gradient de lecture, ligne en dessous, le fait de les maintenir toujours orientées de la même façon, composante de même signe par rapport à un état 20 d'absence de gradient, peut être compensé par l'application d'impuisions 20.1 et 20.2 présentes avant et.après l'impuision d'excitation 16 à 180 . L'impuision de gradient 20.2 est complétée pendant la lecture par un maintien 20.3 (symétrique de 20.2 par rapport à la date centrale de lecture). Ce maintien

20.3 est lui-même compensé dans l'excitation suivante et ainsi de suite.

En ce qui concerne le gradient de sélection de coupe, seule l'impulsion de sélection 21 présente au moment de l'impulsion d'excitation à 90 15 doit être compensée par une impuision 22 d'intégrale inverse. Les impuisions de sélection de coupe 23 correspondant aux applications des impuisions de refocalisation 16 sont autocompensées comme étant présentes avant

et après cette impuision de refocalisation.

En agissant ainsi, on distinguera dans le signal de RMN mesuré le signal 17 mesuré pendant les échos impairs du signal 24 mesuré pendant les échos pairs. En ce qui concerne les échos impairs, on pourra, selon l'enseignement de la demande de brevet citée ci-dessus, acquérir une image impaire, pour laquelle la phase de l'impuision de refocalisation 16 est décalée quadratiquement selon le rang i de l'impuision de refocalisation concernée. La même disposition prévaut pour l'image paire

réalisée avec les échos 24.

Selon l'invention, on se restreint à une évolution quadratique de la phase de l'excitation de refocalisation 16. Ceci signifie que cette phase varie par rapport à une phase de référence (par exemple calée sur la phase de l'excitation 15 à 90 , mais pas nécessairement) selon une variation du type p = x j2 + b x i + c. Dans cette expression b et c peuvent être quelconques, éventuellement nuis. Ceci peut conduire notamment à avoir un déphasage quadratique des phases des impulsions de refocalisation paires et un autre déphasage quadratique (mais avec

une même raison) des phases des impuisions de refocalisation impaires.

En pratique, pour simplifier, alors que les impuisions de gradient de codage de phase (axe Y généralement) restent les mêmes pour deux lectures consécutives, I'indice, le numéro naturel de l'impuision de

refocalisation cro^'tra régulièrement.

La raison du choix d'une évolution quadratique de la phase est que c'est la seule solution intéressante de modification des excitations de refocalisation, parce qu'elle conduit à un balayage linéaire en fréquence, chaque petite bande de fréquence étant prise en considération d'une

manière identique. Ceci peut être démontré.

La question est alors de calculer A pour faire évoluer efficacement de manière quadratique la phase du type p = x j2, Selon l'invention, figure 5, on a testé tous les possibles, en partant de fractions de 1/4999 à 4998/4999 de 2, et ce pour des angles de basculement de 180 , 170 , 160 , jusqu'à 30 . Ce calcul n'est possible en pratique qu'après avoir montré qu'un comportement stationnaire était accessible avec des phases quadratiques. La figure 5 montre les modules de parties réelles et imaginaires stabilisées des signaux de RMN démodulés. On a désigné des valeurs de A, pointées par des points, notamment celles entources d'un rond, pour lesquelles on obtenait un signal significatif et identique, à la fois pour une démodulation avec une aimantation initiale en phase, courbe 1, et pour une aimantation initiale en quadrature de phase, courbe N. On rappelle que ces deux démodulations permettent d'accéder aux composantes en phase (partie rcelle) et hors de phase (partie imaginaire) du signal de RMN. Les point marqués sur la figure 4 montrent les cas o les signaux mesurés dans les deux cas sont identiques. Les points avec les ronds sont ceux pour lesquels, en plus, le maximum de signal est mesuré. En pratique les deux courbes I et N se déduisent l'une de l'autre par une translation de x. Les symétries montrées indiquent qu'autant la valeur de égale à environ, 10/49 x, connaissait un symétrique par rapport à /2 (soit 0,25 x 2), autant ces deux valeurs acceptent des symétriques par rapport à. Cette figure 5 permet de confirmer les

résultat annoncés dans la demande de brevet citée ci-dessus.

En ce qui concerne la figure 6, elle montre comment caler la phase du récepteur pour chaque période de réception. Le principe de ce calage est de faire en sorte que, si l'angle de basculement de l'impuision de refocalisation est de 180 , alors une aimantation initiale alignée avec une

direction choisie génère un signal constant pour tous les échos suivants.

On va montrer qu'on cherche qu'une des composantes (réelle ou imaginaire) soit toujours la même, alors que l'autre composante (imaginaire ou récile) changerait de signe d'un écho à l'autre. La phase modifiée, à l'émission des excitations de refocalisation, est celle de la porteuse (à f0). De même la phase de la porteuse à la réception est modifice. En pratique, compte tenu d'un traitement synthétique des signaux reçus échantillonnés et quantifiés, la phase de réception est

seulement caloulée.

Sur la figure 6, la phase d'une première impuision d'écho est x1 alors que celle de la suivante est 4)x2. On appelle 4>r1 la phase de la porteuse pendant la réception du premier écho et qJr2 la phase de la porteuse pendant la réception du deuxième écho. Le but est de déterminer r1 et 1>r2. On va montrer comment ce but est atteint. On choisit une direction d'aimantation rO (avant l'excitation dx1). Pour ce

choix, on peut imaginer de prendre la direction x (dans le repère tournant).

On pourra montrer que ce n'est pas une nécessité. Naturellement, par rapport à cette direction d:rO choisie, on peut déterminer une direction (donc la phase) de l'axe autour duquel on provoque le basculement à . Soit 61, I'écart de phase entre rO et x1. On peut facilement comprendre que les signaux dont la composante en phase est orientée selon rO, et qui subissent la dispersion de phase, seront alors rephasés avec la phase de QrO lorsqu'ils se retrouveront dans la direction 1'r1, symétrique de rO par rapport à x1. Ces considérations permettent de caler la phase du récepteur. Le calcul qui y conduit est le suivant: ( 4'ri + ri-1) /2 = dxi, i étant l'indice courant formule 1 avec q>xi =ri-1 + âi formule2 et ri =qxi + bi et ri-1 = c[>xi-1 + di-1 formule 3 D'o on déduit 1'xi - xi1 = âi + âi-1 formule 4 L'écart âi est tel que Ai = di - di-1, pour i plus grand que 2 formule 5

avec A1 = â1 formule 6.

La valeur Ai est la raison de la progression quadratique. Si Ai est constant,

la progression est une progression quadratique pure.

Sur la figure 6, en fait, les aimantations initiales ne sont pas toutes orientées comme <rO. C'est d'ailleurs de là que provient le problème. Pour les prendre toutes en considérations, on considère que les aimantations (initiales au début) sont décomposées dans le repère formé par d:' rO et rO. Les suivantes, après la première refocalisation, seront décomposées dans le repère formé par 4>r1 et r1 et ainsi de suite dans les repères formés par dri et Tri. La particularité de ces repères est qu'ils sont alternativement directs (sens trigonométrique pour rO et rO et Q>r2 et

Tr2), ou inverse (sens des aiguilles d'une montre pour d:'r1 et r1).

Toutes les composantes des aimantations selon rO, r1... 4>ri subissent un traitement de démodulation conforme au traitement des signaux respectant les conditions CPMG, les autres, selon TrO, Tr1...Tri, subissent un traitement de démodulation conforme au traitement des signaux respectant les conditions anti-CPMG. C'est la raison pour laquelle une double lecture est entreprise avec un double codage sur l'axe Y. et

avec rephasage de signaux de RMN 17 et 24.

Lorsque les numéros i des impuisions de refocalisation sont pairs, d'une impulsion de refocalisation paire à une impuision de refocalisation impaire suivante, la phase de l'impuision de refocalisation évolue quadratiquement (il en est de même d'impair à pair). On relève alors un premier jeu de signaux pairs d'écho à l'issue une impulsion de refocalisation paire. On relève également un deuxième jeu de signaux impairs d'écho à l'issue une impuision de refocalisation impaire. Une image d'addition et une image de soustraction sont calculées sur la base d'une combinaison additive et d'une combinaison soustractive des signaux pairs et impairs. Les deux images d'addition et de soustraction sont

traitées ensemble pour produire une image de sortie.

Selon l'invention, pour stabiliser l'équilibre dynamique dès le début, on a effectué une recherche empirique, pour un nombre donné d'échos de préparation. Au départ, on a choisi sept échos, et l'expérience a confirmé par la suite qu'un nombre plus important d'échos ne donnait pas de résultats significativement meilleurs. Pour ces échos, et en considérant le régime stationnaire avec = 10/49 (ou plus précisément 957/ 4999), on a recherché quel était la progression de qui conduisait à la stabilisation la plus rapide de l'équilibre dynamique. Le caloul entrepris a été effectué comme pour le calcui de A, à partir de fractions en n /4999 de 2. On a trouvé les valeurs suivantes de indicées par le numéro naturel 1 de la séquence d'écho à laquelle elles correspondent: Aj

1 0,191438

2 0,192650

3 0,225601

4 0,197626

0,129640

6 0 197671

7 0,282091

8 0,191438=957/4999

9 0,191438=957/4999

O,191438=957/4999

11 0 191438=957/4999

12 O,191438=957/4999

, Les valeurs de ce tableau peuvent être approximoe à 5%, voire à % dans certains cas, pour certaines expériences. Cependant, pour des excitations de refocalisatio n provoqu ant d es angles de refoca lisation très inférieurs à 180 , on aura intérêt à choisir les valeurs du tableau avec moins d'approximation. Plus l'écart à 180 est grand, plus la précision doit

être respectée.

Dans cette séquence préparatoire de sept impuisions, quatre impulsions, les impuisions de numéro 1, 2, 4 et 6 ont une valeur de raison quadratique Aj très comparable à la raison définitive de l'évolution quadratique connue. La troisième a une valeur supérieure à cette raison définitive A, la cinquième a une valeur inférieure, et la septième une valeur supérieure.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 - Procédé d'acquisition de signal dans une expérimentation de RMN dans laquelle - on soumet un corps à examiner à un champ magnétique orientateur, - on soumet des particules du corps ainsi magnétiquement orientées à une excitation électromagnétique initiale puis à une succession d'excitations de refocalisation, - la phase xi des excitations de refocalisation de numéro i de cette succession est modifiée de manière quadratique, elle est notamment du type cPxi - xi-1 = Si + Si-1 avec une raison égale à di - di-1, caractérisé en ce que - au début de cette évolution quadratique, une séquence d'excitations de préparation est appliquée, au cours de laquelle la raison

évolue selon un historique prévu d'avance.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour les premières valeurs de i, la raison possède les valeurs Aj variables suivantes

1 0,191438

2 0,192650

3 0,225601

4 0,197626

0,129640

6 0,197671

7 0,282091

8 0,191438=957/4999

9 0,191438=957/4999

0,191438=957/4999

11 0,191438=957/4999

12 0,191438-957/4999

-

avec une tolérance de plus ou moins 10% pour chaque valeur de raison.

3 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce

que dans la séquence d'excitations de préparation, - quatre impuisions, les impulsions de numéros naturels 1, 2, 4 et 6 ont une valeur de raison quadratique Aj comparable à la raison définitive de l'évolution quadratique connue - la troisième a une valeur supérieure à cette raison définitive A, la

cinquième a une valeur inférieure, et la septième une valeur supérieure.

4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce

que les impuisions initiales et de refocalisation provoquent des

basculements de, respectivement, 90 et 180 .

- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce

que - les numéros i des impuisions de refocaiisation sont du type pair ou impair, - d'une impuision de refocalisation paire ou impaire à une impuision de refocalisation impaire ou paire suivante, la phase de l'impuision de refocalisation évolue quadratiquement, - un premier jeu de signaux pairs d'écho est relevé à l'issue une impuision de refocalisation paire, - et un deuxième jeu de signaux impairs d'écho est relevé à l'issue une impuision de refocalisation impaire, - une image d'addition et une image de soustraction sont calculées sur la base d'une combinaison additive et d'une combinaison soustractive des signaux pairs et impairs, les deux images d'addition et de soustraction sont traitées