L'IRM (Imagerie par résonnance Magnétique)
L'IRM est une abréviation d'Imagerie par Résonance Magnétique. C'est l'appareil d'imagerie médical le plus récent (1973) et sans aucun doute la méthode de diagnostic la plus puissante et la plus sensible actuellement. Elle permet d'obtenir des images de n'importe quel organe, dans n'importe quelle coupe.
A) Principe : Utilisation des atomes d'hydrogène :
Ce principe se base sur l'absorption du magnétisme à une fréquence bien précise par un atome.
Toutes les substances de la nature, au niveau atomique, ont des propriétés magnétiques plus ou moins importantes. Elles sont identiques à des aimants et caractérisées par un magnétisme plus ou moins intense. La direction du magnétisme est habituellement représentée par un pôle nord et un pôle sud comme dans le cas de l'aiguille aimantée d'une boussole.
Les propriétés magnétiques sont représentées par un vecteur, appelé « moment magnétique » dont la longueur et la direction correspondent respectivement à son intensité et à son orientation.
En IRM, le magnétisme que l'on mesure est d'origine nucléaire. Les noyaux des atomes sont en effet formés de deux types de particules appelés protons et neutrons et qui possèdent un moment magnétique. Les noyaux atomiques possédant un nombre pair de protons et de neutrons n'ont pas de propriétés magnétiques. Par contre, ceux à nombre impair de protons ou de neutrons peuvent présenter un magnétisme détectable.
La valeur du moment magnétique que l'on mesure est proportionnelle à une grandeur caractéristique de la particule en rotation sur elle-même et que l'on appelle « spin ».
Le noyau d'hydrogène constitué uniquement d'un proton est à la base de la plupart des applications médicales de L'IRM. L'hydrogène est en effet un composant essentiel de l'eau, des liquides organiques et des graisses. Il est donc très abondant dans le corps humain.
L'hydrogène représente 63% des atomes du corps humain.
Dans notre corps, les protons sont orientés au hasard, leur champ magnétique s'annule, le corps n'est donc pas aimanté ; de plus ils ne tournent pas tous ensemble : ils sont déphasés.
Pour obtenir une image un peu d'ordre s'impose donc.
B) Alignement des protons :
Dans une première phase, il faut aligner tous les protons dans la même direction.
Sans la présence d'un champ magnétique de plus de 0,46 Tesla, l'organisation des protons et leur spin est aléatoire, ce qui peut être représenté par l'image du haut, mais lorsque les protons sont en présence d'un champ magnétique de plus de 0,46 tesla, leur organisation s'apparente plus à l'image du bas :
(le tesla est défini comme l'induction magnétique qui, répartie normalement et uniformément sur une surface de 1 mètre carré, produit à travers cette surface un flux d'induction électromagnétique total de 1 weber : on a 1 T = 1 kg A−1 s−2. Sur la Terre, le champ magnétique est de : 58 µT à la latitude de 50° ; 31 µT à l'équateur (latitude de 0°).
C) Phénomène de résonance :
Désormais, les protons regardent dans la même direction mais ils ne tournent pas de manière synchrone et restent déphasés. Il faudra donc trouver le moyen d'obtenir ce résultat.
C'est le but de la 2ème phase :
Pour stimuler les protons, nous allons leur apporter de l'énergie. Cette énergie leur est fournie au le moyen d'une onde radio de fréquence identique à la fréquence de rotation des protons. C'est ce que l'on appelle le phénomène de résonance.
Ces génératrices qui sont des bobines vont créer des ondes électromagnétiques nécessaires à la résonnance Magnétique Nucléaire (des noyaux).
L'onde électromagnétique doit avoir une valeur précise que l'on appelle fréquence de résonnance ou fréquence de Larmor (en MHz). Cette fréquence dépend du noyau de l'atome que l'on veut exciter et de la puissance du champ magnétique nécessaire à l'équilibre des protons de l'atome à exciter.
En fait, nous connaissons déjà cela :
Les ondes radio utilisées sont les mêmes que celles de la bande FM de notre transistor (ceci explique d'ailleurs qu'il faille protéger l'IRM des ondes radio extérieures en l'enfermant dans une enveloppe spéciale, dite « cage de Faraday ».
Nous connaissons aussi le phénomène de résonance.
C'est lui qui explique que la note aigüe émise par une cantatrice puisse briser un verre de cristal : il suffit pour cela que la fréquence de la note soit identique à la fréquence naturelle de vibration du verre. Même chose pour une troupe qui, en marchant au pas cadencé, rompt le pont sur lequel elle passe.
Cette fourniture d'énergie aux protons a deux conséquences :
1) Les protons vont se mettre à tourner tous à l'unisson, de façon synchrone : les voici donc alignés et en phase !
2) La direction des protons bascule un peu par rapport à l'axe de l'aimant.
D) Restitution de l'énergie sous forme d'ondes
Dès l'arrêt de l'onde radio, les protons se laissent aller à leur désordre originel !!!
=> Ils reviennent dans l'axe de l'aimant,
=> et se déphasent à nouveau.
Mais en revenant à leur état originel, les protons restituent l'énergie qu'on leur avait fournie, toujours sous forme d'une onde, qu'il est possible de capter à l'aide d'une antenne adaptée.
Cette onde s'appelle le signal.
La morphologie du signal émis par les protons dépend essentiellement du temps (appelé temps de relaxation) que ceux-ci mettent à revenir dans l'axe de l'aimant (temps n° 1 ou T1) et du temps qu'ils mettent à se déphaser à nouveau (temps n°2 ou T2).
Ces deux temps T1 et T2 sont propres à chaque type de tissu et en rapport avec sa nature histologique et cellulaire (liquide ou solide, à structure organisée ou non.)
Les images IRM habituelles sont réalisées en réglant la machine de façon à refléter un de ces deux temps : on dit que l'image est pondérée en T1 ou en T2.
Le médecin radiologue, en analysant ces images T1 et T2, peut connaître la nature normale ou pathologique des tissus étudiés.
Cela va se faire à l'aide de bobines de réception, elles vont capter les signaux de relaxation et de réorientation du moment magnétique des atomes excités. Elles prennent également en charge la conversion des signaux en données pour les transmettre à l'unité de traitements.
E) Les bobines de gradient :
Il y a aussi d'autres bobines qui créent des champs magnétiques dans l'appareil d'IRM.
On les appelle : bobines de gradient. Ces bobines introduisent une inhomogénéité dans le champ magnétique, de façon à ce que l'on puisse savoir différencier deux points avec précision en fonction des valeurs des champs magnétiques en ces points.
En pratique, on trouve la plupart du temps, trois paires de bobines qui jouent ce rôle dans les appareils IRM. Chaque bobine sert à caractériser une direction de l'espace, ce qui permet d'accéder à des informations en 3 dimensions.
Le plan de coupe est déterminé par le gradient de sélection de coupe.
L'examen en IRM permet de faire des coupes dans les 3 plans: horizontal, vertical et transversal. Les radiologues leurs donnent les noms de: Coupes coronale, axiale et sagittale.
F) traitement des données :
On regroupe sous le terme général d'unité de traitement toute la partie informatique de l'appareil d'IRM. Le premier rôle est bien sûr de piloter les positions mécaniques ainsi que les courants dans les différents bobinages.
La seconde tâche de cette unité est le traitement des données brutes reçues du dispositif de réception. Il faut d'abord reconstruire une image de chaque coupe en distinguant, pour chaque point, les coordonnées dans la coupe (x, y) et les valeurs des temps de relaxations longitudinale (t1) et transversale (t2) et qui vont permettre de reconnaître le type de tissu rencontré, et donc le codage couleur à utiliser pour la coupe. Ce procédé de codage s'appelle la reconstruction tomographique. Cela demande une puissance de calcul très importante.
Il est donc possible, à partir de là, d'établir une image matricielle, une véritable cartographie des protons :
G) La salle d'IRM :
On peut donc décomposer un appareil d'IRM en cinq composants:
- L'aimant
- Les génératrices d'ondes radio
- Les récepteurs d'ondes
- Les bobines de gradient
- L'unité de traitement.
E) Intérêt de l'IRM :
L'IRM,
par sa précision, a permis de grands progrès en imagerie médicale, des avancées
technologiques et scientifiques majeures, en particulier concernant les états
pathologiques et physiologiques de l'homme.
Son intérêt réside dans sa capacité à réaliser des coupes dans tous les plans
de l'espace, et à permettre une ébauche de caractérisation tissulaire (eau,
graisse, sang, os.) Mais il ne s'agit
que d'une représentation.
A la différence du scanner à rayons X, qui utilise des ondes ionisantes, l'IRM utilise la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) qui est totalement inoffensive pour l'organisme. Une IRM peut être réalisé chez une femme enceinte.
F) contre-indications :
Il existe des contre-indications à la pratique d'une IRM, c'est pourquoi de nombreuses questions sont posées avant ce genre d'examen : Les contre-indications formelles et écrites sur toutes les portes de toutes les salles d'IRM sont :
* Le port d'un pace-maker (pile cardiaque)
* Le port de certaines valves cardiaques (comportant une partie métallique).
* Les implants magnétiques cochléaires.
* Les neurostimulateurs.
* Le matériel d'injection automatisée implanté (pompe à insuline par exemple).
* Les corps étrangers intra oculaires (en cas de doute, une radiographie ou une scanographie X du crâne de face est proposée et parfois même imposée avant de passer l'examen).
D'autres sont relatives à l'appréciation du radiologue :
* Sondes métalliques endo-cavitaires.
* Clips vasculaires.
* Appareils dentaires inamovibles.
* Prothèses auditives.
Les prothèses articulaires et le matériel d'ostéosynthèse (vis et plaques pour fracture ou ostéotomie) ne sont pas une contre-indication pour cet examen mais ils perturbent considérablement les champs magnétiques rendant les images ininterprétables. La claustrophobie peut rendre l'examen impossible, mais dans la plupart des cas, l'équipe de techniciens, rassurante, doit permettre le bon déroulement de celui-ci.
L'IRM sera donc l'appareil tout à fait adéquat pour guider nos MC1 :
Elle permettra, d'une part, de visualiser les vaisseaux. Et pour guider les particules à l'échelle micrométrique, il sera ajouté des bobines de gradient personnalisées, en tenant compte de la vitesse du sang dans les vaisseaux.
