Fonctionnement
C/ Le principe de fonctionnement :
Schéma de l'IRM par Damadian
La RMN combine champ magnétique et ondes radio*. Notre corps contient énormément d’atomes d’hydrogènes dans ses fluides et ses tissus, notamment dans les molécules d’eau, la graisse, l’ADN… Le proton, noyau de l’atome d’hydrogène qui est utilisé pour l’IRM présente 3 propriétés qui entrent en jeu dans le fonctionnement de L’IRM :
· C’est un dipôle qui tourne sur lui-même comme la Terre : il spinne.
· Il précesse : son axe de rotation décrit un cône. Ce phénomène est notamment observable sur les toupies.
· Il peut prendre deux positions suivant son axe Nord-Sud correspondant à deux niveaux de d’énergie : position de basse et de haute fréquence.
Dans un ensemble de protons à l’équilibre, la moitié sont en position basse fréquence et l’autre moitié en position haute fréquence. Lorsqu’on place cet ensemble de protons dans un champ magnétique, les spins s’orientent dans la direction du champ magnétique (soit en haute, soit en basse fréquence, position aléatoire).
Lorsque l’on soumet le système à des ondes de radiofréquence oscillant à la fréquence de résonance du proton, deux phénomènes se produisent : un épisode de mise en phase extrêmement rapide fait précesser tous les protons de manière uniforme. Ensuite, un certain nombre de protons en basse fréquence passe en position de haute fréquence. Leur nombre dépend de l’intensité de l’onde de radiofréquence.
Lorsque l’impulsion de radiofréquence cesse, le système va revenir à l’équilibre, et ce retour va comporter deux phases, comme à l’aller : la première est très rapide : c’est le déphasage des protons qui correspond le temps au bout duquel 63 % des protons ne sont plus en phase. Cela donne alors naissance au signal de la résonnance magnétique nucléaire. La deuxième est le retour à l’équilibre des protons et va être beaucoup plus long que le déphasage (environ 10 fois plus). En milieu solide, il va être plus rapide qu’en milieu liquide, cette durée dépend donc de la partie du corps étudiée.
Comme le signal disparait très rapidement, il a fallu trouver des méthodes pour en obtenir un écho et le recueillir. Le temps d’écho est le temps au bout duquel il est recueilli. Il existe deux méthodes pour obtenir cet écho :
· l’écho de spin, qui est peu sensible aux artéfacts*, elle est de bonne qualité et donne un vrai contraste entre les tissus. Cependant, il est assez long.
· l’écho de gradient est lui 4 à 8 fois plus rapide, mais il est beaucoup plus sensible aux artéfacts, et il donne une image où le déphasage est plus rapide.
Pour obtenir une image, il est nécessaire de répéter plusieurs fois les impulsions de radiofréquence. Le temps entre deux excitations s’appelle temps de répétition. Si on laisse le système revenir à l’équilibre entre deux excitations, le signal obtenu ne dépendra que du déphasage. En revanche, si on répète l’excitation avant que les protons soient revenus à l’équilibre, le signal dépendra de la nature du tissu.
Signal produit par un proton
Sous l’action de la force magnétique, ces ions s’orientent dans la même direction. Ils sont alors excités par les ondes radio pendant une courte période. Ainsi, à l’arrêt de cette stimulation, les atomes d’hydrogènes restituent l’énergie accumulée pour la renvoyer sous forme de signal radio. Ce signal est donc capté, enregistré, et traité par un système informatique pour former une image. Il est possible de différencier les différents organes grâce à la différence de densité des tissus.
L’IRM n’existerait donc pas sans informatique. L’évolution dans ce domaine a permis à l’IRM de se développer de manière considérable durant ces trente dernières années. Les images sont plus nettes, plus précises et permettent d’explorer n’importe quelle partie du corps.
Les appareils d’IRM produisent un champ magnétique constant et intense (0.2 à 1.5 Tesla, soit environ 30 000 fois celui de la Terre), dit champ principal, en utilisant l’un des trois types d’aimants ou d’électroaimants :
· Les électroaimants « résistifs », constitués de 4 à 6 bobines parcourues par des courants électriques intenses, consomment une puissance électrique de l’ordre de 60 kW. Les bobines s’échauffent beaucoup et leur refroidissement est assuré par de l’eau.
· Les électroaimants supraconducteurs, dont les conducteurs sont constitués d’un alliage niobium-titane, consomment une puissance électrique très faible. Refroidis par de l’hélium liquide entouré d’azote liquide, ils peuvent être parcourus par des courants homogènes et intenses sans qu’il n’y ait de perte par effet Joule* (perte d’énergie sous forme de chaleur), car la résistance des bobines supraconductrices est très faible. Ce sont ceux qui sont les plus utilisés pour l’IRM.
· Les aimants permanents constitués de matériaux ferromagnétiques sont moins utilisés malgré leur faible coût, car ils sont beaucoup trop lourds (jusqu’à 100 tonnes).
Au champ magnétique principal se superpose un champ magnétique variable de très haute fréquence qui est ajusté en fonction de la section anatomique à explorer.