Reconstruction de l’image IRM

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique d’imagerie radiologique qui permet d’obtenir une image de haute résolution de l’intérieur du corps humain. Il est possible grâce à l’IRM d’explorer de nombreux organes et tissus afin de déceler des pathologies ou des disfonctionnements articulaires. L’inconvénient principal de cette technique est lié au fait qu’elle nécessite un temps d’acquisition relativement lent. Pour ce faire, il s’avère plus utile de faire une acquisition parallèle de l’objet à explorer afin d’améliorer le rapport signal sur bruit et de diminuer la durée d’examen.

Eléments techniques de l’IRM

Un appareil d’IRM est constitué principalement de trois composants essentiels, sont comme suit :
• L’aimant principal
• Les bobines de gradient
• Les chaines radio fréquence .

Aimant

L’aimant principal permet de créer le champ magnétique ; les aimants les plus couramment employés sont les électro-aimants supraconducteurs. Ils permettent d’obtenir des champs magnétiques intenses et homogènes.

Bobines de Gradients

Il s’agit de trois bobines métalliques enfermées dans un cylindre en fibres de verre et placées autour du tunnel de l’aimant. On les nomme respectivement : bobine X, bobine Y et bobine Z . Le passage d’un courant électrique dans ces bobines crée des variations d’intensité du champ magnétique dans le tunnel, de façon linéaire dans le temps et dans l’espace [2]. En fonction de sa géométrie, chaque bobine fait varier le champ magnétique selon un axe spécifique :
• la bobine X selon l’axe droite-gauche ;
• la bobine Y selon l’axe avant-arrière ;
• la bobine Z selon l’axe haut-bas.

Elles permettent notamment de sélectionner une épaisseur et un plan de « tranche » ou coupe (transversal, frontal, sagittal ou oblique) et de déterminer la localisation spatiale des signaux dans ce plan.

Chaine radiofréquence

Ensemble d’émetteurs et de récepteurs de l’onde RF, la chaine radio fréquence est composé de plusieurs antennes:
• Les antennes volumiques (installées dans la coque de la machine, et qui couvrent l’intégralité du volume de façon homogène), comme les antennes corps-entier, ligne TEM…etc.
• Les antennes de surface, plus nombreuses, sont réparties sur toute la surface autour du patient, étant plus proche, elles sont très sensibles mais plus hétérogène et moins efficaces en profondeur .

La formation de l’image IRM est fondée sur la mesure du magnétisme des différentes parties du corps (tissus biologiques). Les images obtenues en IRM proviennent de la mesure de signaux de résonance magnétique nucléaire (RMN). D’un point de vue physique, l’IRM est basée sur le phénomène bien connu de RMN. Cependant, il est nécessaire de connaitre les bases physiques de la RMN.

Imagerie parallèle

La technologie d’imagerie parallèle en IRM est dans les dernières années passée du domaine de la recherche à une utilisation courante en clinique. Cette technique d’imagerie particulière permet de diminuer considérablement le temps d’acquisition en utilisant les différents canaux des antennes de réception. Ceci va permettre un échantillonnage plus large par l’intermédiaire des informations provenant des différents canaux de l’antenne de réception. Le principe de l’imagerie parallèle est identique à celui de l’IRM classique. Mais du point de vue technique, l’IRMp consiste à faire l’acquisition de l’objet à imager en utilisant Nc antennes au lieu d’une seule. Chaque antenne va contenir une version sous-échantillonnée de l’espace de Fourier correspondant à l’image qu’on aurait acquise avec une seule antenne. Ce sous-échantillonnage consiste à faire l’acquisition d’une ligne sur R lignes (R est appelé facteur de réduction) de l’espace de Fourier , ce qui permet de diminuer le temps d’acquisition par rapport à celui requis en IRM classique.

En effet, le fait de diminuer le nombre de lignes acquises permet de réduire le nombre de commutation des gradients de champ magnétique lors du codage par la phase, ce qui réduit le temps nécessaire pour parcourir tout l’objet. Le problème de cette méthode est que l’image finale reconstruite présente des artefacts et des modulations d’intensités dues aux sensibilités spécifiques à chaque canal de réception.

Le but des algorithmes de reconstruction de l’imagerie parallèle est donc de fournir une image reconstruite la plus fidèle possible à l’image d’origine et présentant le moins d’artefacts de repliement.

Antennes en réseau phasé

Une antenne de petit diamètre permet d’obtenir un meilleur signal avec un rapport signal / bruit plus élevé qu’une antenne de grand diamètre. Cependant, son volume sensible est plus petit. En combinant plusieurs petites antennes (éléments de l’antenne en réseau phasé) qui enregistrent de façon simultanée et indépendante le signal, on explore un volume plus grand [10]. Grâce à la géométrie des antennes et à l’absence de corrélation du bruit enregistré par les différents éléments en réseau phasé, le signal ainsi obtenu aura un meilleur rapport signal / bruit que celui délivré par une antenne unique de grandes dimensions. Employée de cette manière, l’acquisition avec une antenne constituée de plusieurs éléments en réseau phasé permet d’augmenter le rapport signal / bruit de l’image .

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela chatpfe.com propose le téléchargement des modèles complet de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I Reconstruction de l’image IRM
I.1 Introduction
I.2 Eléments techniques de l’IRM
I.2.1 Aimant
I.2.2 Bobines de Gradients
I.2.3 Chaine radiofréquence
I.3 Résonnance magnétique nucléaire
I.3.1 Principe de la RMN
I.3.2 Phénomène de relaxation
I.3.2.1 Relaxation longitudinale
I.3.2.2 Relaxation transversale
I.3.3 Equations de Bloch
I.3.3.1 Repère tournant
I.3.4 Détection du signal RMN
I.3.5 Séquences utilisées en IRM
I.3.5.1 Echo de spin
I.3.5.2 Echo de gradient
I.3.6 Encodage spatial du signal RMN
I.3.6.1 Sélection de coupe
I.3.6.2 Encodage de phase
I.3.6.3 Encodage de fréquence
I.3.7 Formation de l’image et l’espace k
I.4 Imagerie parallèle
I.4.1 Antennes en réseau phasé
I.4.2 Sous-échantillonnage de l’espace k
I.5 Conclusion :
Chapitre II Méthodes de reconstruction en IRMp
II .1 Introduction
II .2 Méthode de reconstruction en imagerie parallèle
II.2.1 Reconstruction SENSE
II.2.2 Reconstruction GRAPPA
II.2.3 Méthode SPIRiT
II.2.3.1 Cohérence de calibration
II.2.3.2 Cohérence de données d’acquisition
II.2.4 Méthode ESPIRiT
II.2.4.1 Matrice de calibration
II.3 Régularisation de Tikhonov
II.4 Echantillonnage compressé
II.4.1 Signal parcimonieux
II.4.2 Échantillonnage incohérent
II.4.3 Sparsité (parcimonie) des images médicales
II.4.3.1 Transformée en ondelettes
II.5 Reconstruction ℓ1-SPIRiT
II.6 Reconstruction ℓ1-ESPIRiT
II.7 Conclusion
Chapitre III Resultats et discussion
III.1 Introduction
III.2 Données et environnement du travail
III.2.1 Fantôme Shepp-Logan
III.2.2 Images réelles du cerveau
III.3 Paramètres de performances
III.3.1 Rapport signal sur bruit (PSNR)
III.3.2 Information de bord transféré (TEI)
III.3.3 Erreur relative de la norme L 2 (RLNE)
III.3.4 Erreur quadratique moyenne normalisée (NMSE)
III.4 Résultats expérimentaux
III.4.1 Reconstruction SPIRiT
III.4.1.1 Expérience sur l’image fantôme Shepp Logan (SL)
III.4.1.1.1 Echantillonnage compressé dans la reconstruction SPIRiT
III.4.1.2 Expérience sur l’image réelle Brain_8ch
III.4.2 Reconstruction ESPIRIT
III.4.2.1 Expérience sur l’image fantôme SL
III.4.2.2 Expérience sur l’image réelle Brain_8ch
III.5 Conclusion
Conclusion générale