C.3.1. La densité de protons
Le proton, très abondant dans l'organisme, est à
la base de l'IRM. Le signal en IRM provient de la seule excitation des protons,
l'image est donc assimilable à une cartographie des noyaux
d'hydrogène de l'organisme. Cette cartographie représente alors
directement, sous forme de niveau de gris, la localisation des noyaux
d'hydrogène des différentes structures examinées. Il est
donc aisé de comprendre que le contraste de l'image dépend
étroitement de la concentration des tissus en noyaux d'hydrogène.
Il existe ainsi des tissus très riches (Liquide Céphalo-
Rachidien) et très pauvres (os) en protons qui sont susceptibles de
produire respectivement un signal intense et faible. Pour réaliser une
telle cartographie, il faut que les protons puissent émettre un signal.
Une condition nécessaire est de préparer ou de rendre ces protons
aptes à recevoir une excitation qu'ils restitueront sous forme d'un
signal. C'est le rôle du champ magnétique principal B0,
très intense, qui réalise une aimantation préalable des
protons. La valeur totale de l'aimantation M d'un tissu est alors directement
proportionnelle à sa concentration en noyaux d'hydrogène N,
c'est-à-dire à sa densité protonique ñ.
Après excitation par l'onde radio fréquence RF le signal
émis S est directement proportionnel à l'aimantation des tissus
et donc à leur densité. [2]
M(r, t) : aimantation du système étudié au
point r à t
B(r) : champ magnétique reçu au point r : (B0 +G r)
T : température de l'échantillon en Kelvin
ã: rapport gyromagnétique du proton (43 MHz/T)
M0 : aimantation totale d'un échantillon contenant N spins
1/2 k : constante de Boltzmann
h : constante de Planck
C.3.2. Le temps de relaxation longitudinale T1
L'excitation par l'impulsion RF de 90° a pour
conséquence de faire disparaître la composante longitudinale du
vecteur d'aimantation tissulaire M par égalisation des spins sur les
deux niveaux d'énergie. Cet état est instable et, dès
arrêt de l'impulsion RF, il va y avoir retour à l'état
d'équilibre stable au cours duquel les phénomènes inverses
vont avoir lieu : il y a progressivement transitions inverses du niveau
antiparallèle au niveau parallèle. L'aimantation longitudinale
repousse ainsi progressivement : c'est la relaxation longitudinale. On
l'appelle également relaxation spin - réseau car ce
phénomène s'accompagne, lors du retour des protons du niveau de
haute énergie sur le niveau de basse énergie , d'une
émission d'énergie par interaction avec le milieu
moléculaire environnant ou réseau. On l'appelle également
relaxation T1 car la repousse de l'aimantation longitudinale se fait selon une
exponentielle croissante où la constante de temps T1 est
caractéristique d'un tissu donné : elle correspond à 63%
de repousse.
Figure 1 : Courbe exponentielle de repousse de
l'aimantation longitudinale en fonction de T1 Par définition, le temps
nécessaire pour que l'aimantation globale d'un tissu atteigne environ
2/3 (63%) de sa valeur définitive M0 est appelé T1 : temps de
relaxation longitudinale [1]. Le T1 varie avec la structure
moléculaire ainsi que l'état solide ou liquide de la
matière. Le T1 est plus long dans les liquides par rapport aux solides ;
il est court dans les tissus graisseux. Les tissus pour lesquelles
l'aimantation longitudinale repousse rapidement auront très vite une
plus grande densité de protons disponibles pour réaliser une
image : signal intense.
Les tissus qui s'aimantent lentement auront peu de proton
aimantés disponible rapidement pour réaliser une image : signal
faible. Ces différences en T1 vont être mises à profit en
imagerie pour obtenir des contrastes. Le contraste de l'image ne
dépendra plus de la seule quantité totale de protons mais surtout
de la capacité de l'aimantation à repousser plus ou moins vite :
l'image sera alors pondérée T1.
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