Il existe deux types d’artéfact de déplacement chimique :

  • le premier ne s’observe que dans la direction du codage de fréquence et pour des champs > 1 tesla
  • le deuxième ne concerne que les séquences en écho de gradient et pour des TE particuliers dépendants de l'intensité du champ magnétique

 

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Origine

Le déplacement chimique correspond à la modification de la fréquence de résonance des protons au sein de molécules lorsque leur environnement électronique est différent.
Il existe notamment une différence de 3.5 ppm entre les protons de l’eau et de la graisse. Cette différence correspond à un écart de fréquence de résonance de 225 Hz à 1.5 Tesla.

 

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1er type

L’artéfact de déplacement chimique du premier type est dû à un décalage de positionnement des voxels contenant de la graisse. Dans la direction du codage de fréquence, la position est codée par une variation de fréquence de résonance induite par le gradient de lecture. A cause du déplacement chimique, des protons de la graisse situés au même niveau que des protons de l’eau ne vont pas résonner à la même fréquence. Les protons de la graisse vont donc être translatés lors de la reconstruction de l’image et seront à l’origine d’un artéfact à l’interface eau/graisse, sous la forme d’une bande noire ou blanche.
Pour un champ d’intensité donné, le décalage en fréquence entre protons de la graisse et de l’eau est constant (225 Hz à 1.5 T).

 

Ce décalage en fréquence constant peut être responsable d’artéfacts de déplacement chimique plus ou moins visibles, ceci en fonction de la bande passante de réception. Plus la bande passante de réception est étroite, plus la bande passante par pixel est étroite, et plus le décalage en pixel sera grand.

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2ieme type

L’artéfact de déplacement chimique du deuxième type survient lors des séquences en écho de gradient. Lors d’une séquence en écho de spin, l’impulsion de 180° rephase les spins au moment de l’écho (de spin). L’absence d’impulsion de 180° en séquence en écho de gradient est à l’origine d’une différence entre les phases des spins de la graisse et de l’eau au moment de l’écho (de gradient) .
Cette différence de phase dépend de la différence de fréquence de précession et du temps d’écho. Avec un champ de 1.5 T, la différence de fréquence est de 225 Hz, ce qui correspond à une période de 4.4 msec. A 1.5 T, pour des TE multiples de 4.4 msec, les spins des protons de l’eau et de la graisse sont en phase : leurs signaux s'additionnent.
Pour des TE dans l’intervalle, ils auront des phases différentes. En particulier, au milieu de l'intervalle (2.2 msec), les spins des protons de l'eau et de la graisse seront en opposition de phase : leurs signaux se soustraient. Les spins des protons de l’eau et de la graisse seront en opposition de phase pour des TE à 2.2 msec, 6.6 msec etc.… Pour de tels TE, les signaux des protons de l’eau et la graisse vont se soustraire au sein d’un même voxel. Si les 2 contingents sont de signal équivalent, la résultante est une absence de signal.
A l’interface entre des structures tissulaires à prédominance hydrique (muscles, organes pleins intra-abdominaux) et graisse, les voxels vont contenir à la fois de la graisse et de l’eau, d’où un liseré de vide de signal qui va surligner les contours de ces organes . Ceci correspond à l’artéfact de déplacement chimique de deuxième type.
Cet artéfact lié à une différence de phase d’origine chimique est indépendant des gradients et s’observe aussi bien dans la direction du gradient de codage de phase que de fréquence.

 

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Solutions

Il est possible de diminuer l’artéfact de déplacement chimique du premier type en utilisant des techniques d’annulation du signal de la graisse (saturation, inversion récupération). Le signal réduit des protons de la graisse rend l’artéfact de déplacement chimique peu visible.

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En inversant les directions des codages de phase et de fréquence, l’artéfact de déplacement chimique du premier type change d’orientation, ce qui peut être utile s’il masquait la région d’intérêt. Ce changement de direction de codage spatial a évidemment des conséquences sur les autres artéfacts (repliement, images fantômes, artéfacts de flux).

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On peut diminuer la taille de l’artéfact de déplacement chimique du premier type en augmentant la bande passante de réception (ce qui équivaut à augmenter l’intensité du gradient de lecture), avec pour contre partie une baisse du rapport signal / bruit.

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Applications

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L’artéfact de déplacement chimique de deuxième type est employé pour la caractérisation tissulaire, notamment pour les lésions contenant à la fois des tissus hydriques et graisseux. Une baisse du signal entre la séquence en phase et celle en opposition de phase signe la présence d’un mélange d’eau et de graisse au sein des voxels, témoignant par exemple d'une stéatose au niveau hépatique ou d’un adénome au niveau surrénalien.

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