Bases de l'imagerie par résonance magnétique nucléaire

Durée

15h Th, 3j T. t.

Nombre de crédits

Enseignant

Laurent Lamalle

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue anglaise

Organisation et évaluation

Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

 

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique d'imagerie largement utilisée en clinique. Elle permet de caractériser les tissus mous, dont le système nerveux central en particulier, par un ensemble de mécanismes de contraste extraordinairement varié.

N'utilisant pas de rayonnement ionisant, elle permet des examens non-invasifs répétés, ouvrant la voie à des applications de recherche y compris sur volontaires sains. L'IRM fonctionnelle du cerveau, sain ou pathologique, en est un exemple, qui a permis de larges avancées dans le domaine de la cognition et des neurosciences.

Ce cours aborde les bases de l'IRM, du phénomène physique fondamental exploité à son utilisation pour la formation d'images, l'origine des principaux contrastes qui permettent de distinguer les tissus ou de caractériser certaines de leurs propriétés physiologiques, jusqu'à quelques applications avancées.

 

I. Origine du signal en IRM

• magnétisme nucléaire
• phénomène de résonance magnétique
• phénomènes de relaxation

• séquences d'écho de spins, d'écho de gradient et d'inversion-récupération
• contrastes : T1, T2, T2* et densité de proton

• transformée de Fourier - rappels
• encodage en fréquence, sélection de coupe, encodage en phase
• espace k et impulsions de gradients : stratégies d'échantillonnage et trajectoires
• reconstruction de l'image
• encodage en sensibilité, imagerie parallèle

• description technique, instrumentation
• risques, contre-indications, règles de sécurité

• imagerie structurelle et contrastes avancés
• imagerie fonctionnelle et signal BOLD
• contraste de phase et imagerie de susceptibilité magnétique
• flux : angiographie et vascularisation
• imagerie de diffusion et de perfusion
• spectroscopie in vivo

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

Approche générale de l'imagerie par résonance magnétique et illustration du rôle d'un physicien ou ingénieur en IRM clinique et de recherche.

Approche théorique : compréhension des principes physiques et de leur description mathématique sous-jacents, acquisition des données, encodage spatial dans l'espace de Fourier et reconstruction des images.

Approche pratique : aperçu des différentes applications médicales, mise en évidence des intérêts, potentialités et limitations de la technique en médecine et en biologie, illustration sur les scanners IRM (Prisma à 3T et/ou Terra à 7T) du Centre de Recherches du Cyclotron et manipulation de celui-ci, règles de sécurité et aperçu de l'organisation d'une unité de recherche en IRM.

Ce cours contribue aux acquis d'apprentissage du programme d'ingénieur civil en génie biomédical (I.2, II.1, II.2, II.3, III.2, IV.1, VI.1, VI.2, VI.4, VII.3, VII.5) et de celui de master en sciences physiques.

Savoirs et compétences prérequis

Des connaissances générales dans les domaines suivants sont utiles :

• Physique générale.
• Physique quantique.
• Traitement du signal.
• Biologie, physiologie, circulation sanguine.
• Mathématiques (vecteurs, matrices, calcul différentiel et intégral, nombres complexes).

• PHYS0930-1, "Physique atomique"
• PHYS3023-1, "Physics of magnetic materials"
• PHYS0931-1, "Traitement des données"
• PHYS0996-1, "Reconstruction tomographique 3D"
• PHYS0952-3, "Imagerie par radiations ionisantes" : bien que l'IRM n'utilise pas de radiations ionisantes, certains algorithmes de reconstruction d'images sont communs, ainsi qu'en général l'affichage et la manipulation des images produites par les différentes techniques.
• PHYS0974-1, "Physique des matériaux et biophysique" : magnétisme, supraconductivité...
• INFO0939-1, "High performance scientific computing" : les techniques de reconstruction d'images les plus récentes développées en contexte recherche utilisent des algorithmes bien plus complexes que celui de FFT, et peuvent nécessiter des approches "HPC".
• BIOL0007-1, "Biologie tissulaire"
• PHYL0644-1, "Anatomie et physiologie humaines"
• GBIO0008-2, "Medical imaging"
• GBIO0013-1, "Phénomènes de transport en biologie" : diffusion, transport de l'oxygène...
• PHYS2024-1, "Transfert et corégistration d'images médicales"
• GBIO0005-1, "Introduction aux neurosciences cognitives" : techniques de neuroimagerie.
• STAT0722-1, "Introduction à la statistique médicale" : traitement d'images en neuro-imagerie fonctionnelle et structurelle.

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

Cours présenté avec le support de diapositives et de notes au tableau.

Il est évidemment attendu que les étudiants interviennent et posent des questions au fil des exposés pour éclaircir au plus vite les points abordés.

Une session de cours se déroulera à la console d'un équipement IRM du Centre de Recherche du Cyclotron, avec acquisition et visualisation d'images.

Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)

Cours donné exclusivement en présentiel

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Les supports didactiques (présentations du cours théorique, livres et articles de référence) sont en anglais.

Un livre de référence est disponible au format PDF via le réseau de l'ULiège : Matt A. Bernstein et al., Handbook of MRI Pulse Sequences, 2004 (https://www.sciencedirect.com/book/9780120928613/handbook-of-mri-pulse-sequences).

Un grand nombre de ressources et d'illustrations peuvent se trouver sur Internet, dont par exemple :

• https://mr-tip.com
• https://www.imaios.com/en/e-Courses/e-MRI
• https://radiologykey.com/artifacts-in-mri

Modalités d'évaluation et critères

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation orale

Travail à rendre - rapport


Explications complémentaires:

• Rapport écrit individuel sur un sujet de votre choix en lien étroit avec les notions abordées au cours, après approbation de ce choix par le titulaire. (À défaut de déterminer un sujet de votre choix : sujet imposé.)
• Examen oral de présentation du rapport écrit, suivi de questions en lien avec le sujet, sa présentation, et les notions abordées pendant le cours.
  
  L'examen oral pourra utiliser le français.

Stage(s)

Pas de stage prévu dans le cadre de ce cours, mais nombreuses possibilités de réalisation de stages voire de travaux de fin d'étude pour les étudiants qui désirent se faire une idée plus concrète ou approfondir leur connaissance de ce domaine de recherche.

Remarques organisationnelles et modifications principales apportées au cours

Cours donné en anglais. À la demande, certaines explications complémentaires pourront être données en français.

Contacts

Laurent LAMALLE (Dr Sc., maître de conférences)
Centre de Recherches du Cyclotron
Allée du 6 Août, 8 (B30)
4000 Liège

Tél.: +32 4 366 23 66
Fax: +32 4 366 29 46
Email: Laurent.Lamalle@ULiege.be

Association d'un ou plusieurs MOOCs

Notes en ligne