Chapitre 5 Contraste en T1, T2 et densité protonique
Le contraste en IRM correspond à la traduction des signaux RMN (aimantation) en niveaux de gris (noir : signal faible, blanc : signal élevé).
, 
et densité de protons interviennent toujours à des degrés divers dans les images obtenues. L’opérateur peut (voir plus loin), par le choix des paramètres de la séquence, favoriser l’un de ces facteurs dans la génération du signal, c’est-à-dire «pondérer» la séquence.
(s’affranchir de l’* du 
* par «rephasage des déphasages» constants induits par 
). Ce cycle élémentaire ne permet d’obtenir qu’une ligne de la matrice image; pour obtenir les lignes suivantes (un cycle complet «image» correspond à 128 ou 256 lignes), il va falloir répéter, pour chaque ligne, le cycle d’impulsions ou train d’onde RF de 90° et 180°. La chronologie des événements au cours d’une séquence d’écho de spin est la suivante :
dans le plan transversal. Les spins sont en phase et l’aimantation transversale est maximale : 
(= 
);
décroît «en 
». Le signal (ainsi que le codage spatial, nous y reviendrons en détail ultérieurement) est réalisé pour la «première ligne de la matrice image»;
repousse «en 
» jusqu’à ce que :Dans cette séquence (d’écho de spin) :
repousse en 
(jusqu’à un certain niveau fonction de la longueur du TR par rapport au 
), puis est de nouveau basculée dans le plan transversal par l’impulsion de 90° qui amorce le cycle suivant.Au cours de chaque cycle élémentaire (fig. 5-1) :
décroît en 
;
repousse en 
;
décroît (disparaît) beaucoup plus rapidement que ne repousse 
.
décroît en 
;
repousse en 
;
décroît (disparaît) beaucoup plus rapidement que ne repousse 
.L’aimantation transversale 
et l’aimantation longitudinale 
ne sont liées l’une à l’autre que par les impulsions de 90° (fig. 5-2) : le niveau (longueur ou module 
) auquel repousse 
est égal au niveau (longueur ou module 
) duquel va décroître 
. 
= 
.
Fig. 5-2 Relation entre l’aimantation longitudinale et transversale.
) et donc du «signal disponible» (SD) ou «niveau maximal initial» à partir duquel le signal va décroître au début de chaque cycle (
).
repousse dans un cycle et l’aimantation transversale 
décroît dans le cycle suivant. 
et 
sont liés l’un à l’autre par les impulsions de 90° : le niveau (longueur ou module MLr) auquel repousse 
est égal au niveau (longueur ou module 
) duquel va décroître 
: 
= 
.
d’équilibre, n’ayant pas subi d’impulsion de 90° préalable, qui est basculé dans le plan transversal, d’où obtention d’un «grand» vecteur transversal maximal 
ou «grand» niveau à partir duquel le signal va décroître. En revanche, lors de la deuxième impulsion de 90° (et des suivantes !), le vecteur longitudinal qui est basculé dans le plan transversal est plus petit (inférieur ou au plus égal au vecteur 
d’équilibre : car la repousse en 
atteint un certain niveau fonction de la longueur du TR), d’où obtention d’un vecteur transversal initial de décroissance 
(ou «aimantation disponible» en transversal) plus petit que 
(et égal en module à 
); il en est de même pour le «niveau maximal initial» à partir duquel le signal va décroître au début de chaque cycle («signal disponible» SD) qui est donc également fonction du TR.
);
et (différences) en 
de la séquence, comme nous allons le voir.Le TR (en conséquence de la répétition «pour chaque ligne» du cycle élémentaire 90°–180°) détermine le niveau de repousse de l’aimantation longitudinale à la fin de chaque cycle et donc du «signal disponible» ou «niveau maximal initial» à partir duquel le signal va décroître au début de chaque cycle (fig. 5-2a). Nous avons représenté (fig. 5-2b) la repousse de l’aimantation longitudinale 
dans un cycle et la décroissance de l’aimantation transversale 
dans le cycle suivant. 
et 
sont liés l’un à l’autre par les impulsions de 90° : le niveau (longueur ou module 
) auquel repousse 
est égal au niveau (longueur ou module 
) duquel va décroître 
: 
= 
= SD.
Influence du temps de répétition
(de chacun des tissus) repousse en fonction de leurs 
(respectifs). Le temps de répétition correspond donc également au «temps de repousse» ou de récupération de l’aimantation longitudinale :
repousse jusqu’à un certain niveau en fonction de la longueur du TR, puis est de nouveau basculée dans le plan transversal par l’impulsion de 90° qui amorce le cycle suivant;
des tissus concernés : 2 s), l’aimantation longitudinale repousse à son niveau d’équilibre 
à la fin de chaque cycle (rappel : 98 % de repousse si TR = 4 
);
des tissus concernés : 0,5 s), la courbe de repousse de l’aimantation longitudinale est interrompue et l’aimantation longitudinale ne récupère pas son niveau initial à la fin de chaque cycle (rappel : repousse ≤ 63 % si TR ≤ 
);
; c’est la raison pour laquelle nous l’avions également appelé «temps de repousse»;
, c’est-à-dire la «pondération en 
» d’une séquence.
Fig. 5-3 Influence du TR : le TR conditionne le niveau de repousse en 
(«temps de repousse»).
des tissus concernés : 2 s), l’aimantation longitudinale repousse à son niveau d’équilibre 
à la fin de chaque cycle (si TR = 4 
: 98 % de repousse).
des tissus concernés : 0,5 s), la courbe de repousse de l’aimantation longitudinale est interrompue et l’aimantation longitudinale ne récupère pas son niveau initial à la fin de chaque cycle (si TR ≤ 
: repousse ≤ 63 %).En effet, prenons par exemple deux tissus ayant des 
différents (fig. 5-4). Le tissu R a un 
court («sportif» : repousse Rapidement) et le tissu L a un 
long (pas sportif : repousse Lentement) :
respectifs – différents, on ne peut plus les distinguer par leur 
;
plus court repousse plus rapidement que le tissu L à 
plus long : le signal du tissu R (mesuré dans le cycle suivant) sera plus élevé (plus blanc) que celui de L (plus noir). La différence blanc/noir apparaîtra sous forme de contraste sur l’image : les tissus se distinguent par leur 
= contraste en 
.
d’une séquence.
respectifs – différentes, on ne peut plus les distinguer par leur 
(«dépondération» en 
).
plus court repousse plus rapidement que le tissu L à 
plus long : le signal du tissu R (mesuré dans le cycle suivant) sera plus élevé (plus blanc) que celui de L (plus noir). La différence blanc/noir apparaîtra sous forme de contraste sur l’image : les tissus se distinguent par leur 
= contraste en 
(«pondération» en 
»).Au total, le TR conditionne la pondération en 
d’une séquence :
et c’est le tissu à 
le plus court («sportif») qui donnent le signal le plus élevé;
.Influence du temps d’écho
. L’impulsion de 180° (appliquée au temps t = TE/2) permet d’accéder à la décroissance en 
«vrai» et le signal (aimantation transversale) est récolté lors de l’écho au temps TE. Durant chaque intervalle TE, l’aimantation transversale 
(de chacun des tissus) décroît en fonction de leurs 
(respectifs). Le TE (= 2 TE/2) détermine le moment précis où le signal est mesuré (sur la courbe de décroissance en 
), c’est-à-dire le temps pendant lequel on laisse décroître le signal (en 
) avant de le mesurer.Reprenons l’exemple de deux tissus ayant cette fois des 
différents (fig. 5-5); le tissu R à un 
court («sportif» : décroît Rapidement) et le tissu L a un 
long (pas sportif : décroît Lentement)1 :
respectifs – différentes, ne sont pas bien séparés : on ne peut pas les distinguer par leur
;
plus long décroît plus lentement («traînard») que le tissu R à 
plus court : le signal du tissu L (mesuré lors de l’écho) sera plus élevé (plus blanc) que celui de R (plus noir). La différence blanc/noir apparaîtra sous forme de contraste sur l’image : les tissus se distinguent par leur 
= contraste en 
.
d’une séquence.
respectifs – différentes, ne sont pas bien séparés : on ne peut pas bien les distinguer par leur 
(«dépondération» en 
).
plus long décroît plus lentement (traînard) que le tissu R à 
plus court : le signal du tissu L (mesuré lors de l’écho) sera plus élevé (plus blanc) que celui de R (plus noir). La différence blanc/noir apparaîtra sous forme de contraste sur l’image : les tissus se distinguent par leur 
= contraste en 
(«pondération» en 
).Au total, le TE conditionne la pondération en 
d’une séquence :
(la pondération en 
de la séquence augmente sur les échos successifs) et c’est le tissu à 
le plus long («pas sportif = traînard») qui donne le signal le plus élevé;
.Pondération en 
, 
et densité protonique
Comme nous le savons maintenant, en allongeant ou en raccourcissant les paramètres TE et TR, on favorise (ou non) le contraste en 
, en 
ou en densité protonique d’une séquence d’écho de spin (voir Annexe 9). Nous allons pouvoir en toute logique concevoir des séquences (images) pondérées essentiellement en 
ou en 
(ou en densité protonique ρ). Mais la réalisation d’une image «pure» en 
, 
ou ρ est évidemment impossible. L’image finale est toujours le résultat d’un «compromis» où l’on favorise le «plus possible» l’influence «contraste» d’un seul de ces facteurs (en essayant de minimiser l’influence des autres facteurs).
Séquence courte pondérée en 
Pour pondérer une séquence («principalement») en 
, il faut (fig. 5-6) :
(pondération en 
);
(«dépondération» en 
);
le plus court (le plus sportif) donnera le plus de signal (le plus blanc).
:
(pondération en 
);
(«dépondération» en 
).
: le TR (donc la durée de la séquence) et le TE; c’est aussi le tissu avec le 
le plus court (le plus sportif) qui donne le plus de signal (le plus blanc).Ainsi, tout est court en 
: le TR (donc la durée de la séquence2) et le TE; c’est aussi le tissu avec le 
le plus court qui engendre le plus de signal.
), on observe cette repousse (compétition) après un temps court (TR court : optimise les différences en 
); puis, on bascule l’aimantation dans le plan transversal par l’impulsion RF de 90° (là où on peut la mesurer) et on réalise immédiatement la mesure (TE le plus court possible); ainsi, seule la repousse longitudinale interviendra et non pas la décroissance de l’aimantation transversale (le déphasage des spins en 
est, nous l’avons vu, très rapide !).Séquence longue pondérée en 
Pour pondérer une séquence en 
, il faut (fig. 5-7) :
(pondération en 
);
(«dépondération» en
);
le plus long (le moins sportif : traînard) donne le plus de signal (le plus blanc).
:
(pondération en 
);
(«dépondération» en 
).
: le TR (donc la durée de la séquence) et le TE; c’est aussi le tissu avec le 
le plus long (le moins sportif : traînard) qui donne le plus de signal (le plus blanc).
: le TR (donc la durée de la séquence) et le TE; c’est aussi le tissu avec le 
le plus long qui engendre le plus de signal.
(«exclusivement»). En effet, pour bien dépondérer en 
, il suffit d’allonger le TR (seule contrainte : augmente la durée de la séquence). En revanche, pour bien pondérer une image en 
(«exclusivement»), il faudrait théoriquement réduire le TE «à zéro». Mais il est difficile de beaucoup réduire le TE, car il doit (toujours) être égal à deux fois le temps TE/2 (contraintes instrumentales). Le contraste est donc meilleur sur une séquence en 
(/
et ρ), mais le rapport signal sur bruit est plus faible car les mesures sont réalisées «tardivement» (TE long) sur la courbe d’atténuation du signal en 
(signal plus faible).Pondération en densité de protons ou ρ
Une pondération en densité de protons (symbolisée par la lettre ρ) est obtenue avec un TR long (2 000 ms), comme pour la pondération 
qui minimise le contraste en 
(«dépondère» en 
) et un TE court (15 à 20 ms) qui minimise le contraste en 
(«dépondère» en 
)3. En effet, dans ce cas de figure, l’aimantation longitudinale de chaque tissu repousse entièrement jusqu’à sa valeur d’équilibre initiale 
(fig. 5-8) : s’il n’y a pas de différences en densité protonique entre les tissus, il n’y a pas de différences en signal; en revanche, des différences en densité protonique (un tissu contient plus de protons que l’autre) entraînent des différences entre les vecteurs 
à l’équilibre4 et, par conséquent, des différences en signal : le contraste obtenu exprime alors les différences en densité protonique. Le contraste en densité protonique est en général faible (de l’ordre de 10 à 15 %), car les différences en teneur en eau entre les différents tissus mous biologiques ne sont pas très élevées (fig. 5-9).
(«dépondère» en 
) et un TE court (15 à 20 ms) qui minimise le contraste en 
(«dépondère» en 
).
à l’équilibre et par conséquent des différences en signal : contraste en ρ.
Fig. 5-9 Teneur en eau de différents tissus biologiques permettant d’évaluer leurs différences en densité de protons.
Pour la majorité des tissus mous biologiques, les variations sont faibles (de l’ordre de 10 à 15 %). Certains liquides ont une densité protonique très élevée : urine, LCR, etc. Les structures contenant très peu de protons ne donneront jamais de signal, quelle que soit la séquence : corticale osseuse, air, etc. Enfin, les tissus fibro-collagéneux (ligaments, tendons) ont une densité de protons moyenne mais possèdent une structure particulière (fibres) qui influence le signal à la baisse5.
) et, de plus, les mesures sont réalisées «précocement» (TE court) sur la courbe d’atténuation du signal en 
.Notion de pondération : approche schématique
Avant de passer à la suite, nous allons fixer ces notions de pondération en 
, 
et ρ à l’aide d’un exemple comportant deux bonshommes, une montagne et un soleil au-dessus de la montagne (fig. 5-10a) :
(repousse de l’aimantation longitudinale);
(décroissance de l’aimantation transversale);
et 
.
(repousse de l’aimantation longitudinale).
(décroissance de l’aimantation transversale).
est plus long que le 
!
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