OOOOL'Imagerie par Résonance Magnétique nucléaire (IRM) est une technique d'imagerie médicale apparue récemment au début des années 1980, permettant d'avoir une vue 2D ou 3D d'une partie du corps, notamment du cerveau. Elle est basée sur le principe de la Résonance Magnétique Nucléaire17 (RMN): en appliquant une combinaison d'ondes électromagnétiques à haute fréquence sur une parie du corps et en mesurant le signal réémis par certains atomes, il est possible de déterminer la composition chimique et donc la nature des tissus biologiques en chaque point de volume imagé.
OOOOGrâce aux différentes séquences, on peut observer les tissus mous avec des contrastes plus élevés qu'avec la tomodensitométrie18. En revanche l'IRM ne permet pas l'étude des tissus durs (os...) ni donc des fractures où seul l'oedème péri-lésionnel19 pourra être observé.
OOOOGrâce aux différentes séquences, on peut observer les tissus mous avec des contrastes plus élevés qu'avec la tomodensitométrie18. En revanche l'IRM ne permet pas l'étude des tissus durs (os...) ni donc des fractures où seul l'oedème péri-lésionnel19 pourra être observé.
Explication du principe de base de l'IRM:
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La structure de l'IRM:
OOOOL'IRM a une structure très complexe. Pour les IRM fermés, on retrouve le tunnel de l'aimant. C'est le tunnel dans lequel on introduit le patient. Il à des fonctions de confort (comme l'éclairage, la ventilation...) et des moyens de communication entre le personnel médical et le patient (microphone et enceintes). Son diamètre varie légèrement selon les constructeurs et les modèles mais mesure en moyenne 60cm.
OOOOL'aimant est au coeur du fonctionnement de l'appareil IRM. Son rôle est de produire le champ magnétique principal appelé B0 qui est constant et permanent. L'unité de mesure de la puissance du champ magnétique de l'IRM est le Tesla (T). En 2007, dans le domaine de l'imagerie médicale, les intensités de champs magnétique utilisées sont comprises entre 0,1 et 3 Tesla.
OO-Bas champ: < à 0,5 T
OO-Champ moyen: entre 0,5 et 1 T
OO-Haut champ: > à 1 T
OOOOLes principales qualités pour un aimant sont:
OO-Un champ magnétique élevé afin d'améliorer le rapport signal sur bruit.
OO-Une bonne stabilité temporelle (le champ magnétique doit être le plus permanent possible).
OO-Une bonne homogénéité du champ magnétique.
OOOOCes qualités sont recherchées parmi les trois types d'aimants disponibles sur le marché: l'aimant permanent, l'aimant résistif et l'aimant supraconducteur. De nos jour c'est l'aimant supraconducteur qui est le plus répandu.
OOOOL'aimant est au coeur du fonctionnement de l'appareil IRM. Son rôle est de produire le champ magnétique principal appelé B0 qui est constant et permanent. L'unité de mesure de la puissance du champ magnétique de l'IRM est le Tesla (T). En 2007, dans le domaine de l'imagerie médicale, les intensités de champs magnétique utilisées sont comprises entre 0,1 et 3 Tesla.
OO-Bas champ: < à 0,5 T
OO-Champ moyen: entre 0,5 et 1 T
OO-Haut champ: > à 1 T
OOOOLes principales qualités pour un aimant sont:
OO-Un champ magnétique élevé afin d'améliorer le rapport signal sur bruit.
OO-Une bonne stabilité temporelle (le champ magnétique doit être le plus permanent possible).
OO-Une bonne homogénéité du champ magnétique.
OOOOCes qualités sont recherchées parmi les trois types d'aimants disponibles sur le marché: l'aimant permanent, l'aimant résistif et l'aimant supraconducteur. De nos jour c'est l'aimant supraconducteur qui est le plus répandu.
OOOOL'aimant permanent: est constitué d'une structure ferromagnétique20 qui produit un champ magnétique permanent sans consommation d'énergie. Ces aimants étaient autrefois très lourds (jusqu'à 90 tonnes) mais se sont allégés avec l'arrivée des alliages à base de terre rares. Cependant un aimant de 0,3 Telsa pèse 10 tonnes et bien que l'on puisse faire des aimants permanents de 1 Telsa il est économiquement difficile de fabriquer des aimants permanents de plus de 0,4 Telsa. Leurs avantages principaux sont l'absence de courant de Foucault, une fiabilité exceptionnelle, une architecture ouverte et un champs vertical perpendiculaire au patient, ce qui améliore les performances des antennes.
OOOOL'aimant résistif: est constitué d'un bobinage de cuivre traversé par un courant électrique produisant un champ magnétique en son centre. Ce type d'aimant est assez peu utilisé depuis l'apparition des aimants supraconducteurs. Il est assez peu cher à la fabrication et ne nécessite pas de liquide cryogénique de refroidissement (contrairement aux aimants supra conducteurs). De plus, le champ peut être arrêté en quelques secondes en stoppant le courant (mais il faut attendre la stabilisation du champ lors de la remise sous tension). Malheureusement, le champ magnétique maximum atteint à peine les 0,5 Telsa et reste très sensible aux variations de températures. De plus, il y a des problèmes d'homogénéité du champ et pour alimenter l'aimant il faut une très grande consommation électrique.
OOOOL'aimant supraconducteur: est en 2008 l'aimant le plus répandu. Il utilise le principe de supraconductivité: lorsque certains métaux ou alliages sont soumis à des températures proches du zéro absolu, ils perdent leur résistivité si bien que le passage d'un courant électrique se fait sans pertes. L'aimant supraconducteur utilisé en IRMest constitué d'un bobinage de Niobium-Titane (Nb-Ti) baigné constamment dans de l'hélium liquide (près des -269° C) qui en assure la supraconductivité. La résistance magnétique nulle ainsi atteinte permet de créer des intensités de champ magnétique très élevées. Enfin le système est entouré d'un écran refroidisseur (circuit d'air ou d'eau glacée) qui aide à maintenir l'hélium liquide à très basse température. Le tout étant finalement enveloppé d'un espace de vide diminuant les échanges thermiques avec l'extérieur. L'appareil est donc peu sensible aux variations de température ambiante.
OOOOTout cet appareillage rend les aimants supraconducteurs très coûteux à l'achat et à l'utilisation du fait de leur consommation importante en électricité et en hélium cryogénique.
Dr. Howard Hart, pionner dans la technologie médicale explique comment fonctionne l'IRM:
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La structure de l'aimant:
OOOOIl existe deux types d'IRM:
OO-L'IRM fermé est l'IRM le plus connu et le plus répendu à l'heure actuelle. C'est un tunnel de 60cm de diamètre et de 2m de long pour les modèle les plus ancien. Les modèles actuel ont une longueur de 1.60m.
OO-L'IRM ouvert est apparu bien après l'IRM fermé. Très peu répendu à ses débuts, sa principale fonction était l'imagerie vétérinaire pour les animaux ne pouvant rentrer dans un IRM classique. La technologie des IRM ouverts s'améliorant de jour en jour, on leur trouve actuellement des avantages dans la médecine humaine, notamment pour les personnes ne pouvant pas bénéficier de ce type d'imagerie en géométrie fermée:
OOOOOO-Les individus obèses, dont le tour de taille dépasserait le diamètre d'un IRM fermé.
OOOOOO-Les individus claustrophobes.
OOOOOO-Et les enfants qui ne supportent pas de rester seuls plusieurs minutes dans l'IRM sans bouger.
OOOOCependant l'intensité du champ magnétique offert par cet IRM reste extrèmement inférieur au champ magnétique d'un IRM fermé. En 2006, on pouvait quand même appercevoir des intensités de 1.5 Telsa aux Journées Française De Radiologie21. (JFR).
OO-L'IRM fermé est l'IRM le plus connu et le plus répendu à l'heure actuelle. C'est un tunnel de 60cm de diamètre et de 2m de long pour les modèle les plus ancien. Les modèles actuel ont une longueur de 1.60m.
OO-L'IRM ouvert est apparu bien après l'IRM fermé. Très peu répendu à ses débuts, sa principale fonction était l'imagerie vétérinaire pour les animaux ne pouvant rentrer dans un IRM classique. La technologie des IRM ouverts s'améliorant de jour en jour, on leur trouve actuellement des avantages dans la médecine humaine, notamment pour les personnes ne pouvant pas bénéficier de ce type d'imagerie en géométrie fermée:
OOOOOO-Les individus obèses, dont le tour de taille dépasserait le diamètre d'un IRM fermé.
OOOOOO-Les individus claustrophobes.
OOOOOO-Et les enfants qui ne supportent pas de rester seuls plusieurs minutes dans l'IRM sans bouger.
OOOOCependant l'intensité du champ magnétique offert par cet IRM reste extrèmement inférieur au champ magnétique d'un IRM fermé. En 2006, on pouvait quand même appercevoir des intensités de 1.5 Telsa aux Journées Française De Radiologie21. (JFR).
Les bobines:
OOOODans l'IRM se sont trois bobines métalliques (appelées respectivement bobine X, Y et Z) enfermées dans un cylindes en fibre de verre et placées autour du tunnel de l'aimant. Elles permettent le contrôle de l'intensité du champ magnétique. En fonction de sa géométrie, chaque bobine fait varier le champ magnétique selon un axe spécifique:
OO-La bobine X selon l'axe droite-gauche.
OO-La bobine Y selon l'axe avant-arrière.
OO-La bobine Z selon l'axe haut-bas.
OOOOLa sélection d'une de ses bobines permet notamment de sélectionner une épaisseur et un plan de coupe (transversal, frontal, sagittal22 ou oblique).
OO-La bobine X selon l'axe droite-gauche.
OO-La bobine Y selon l'axe avant-arrière.
OO-La bobine Z selon l'axe haut-bas.
OOOOLa sélection d'une de ses bobines permet notamment de sélectionner une épaisseur et un plan de coupe (transversal, frontal, sagittal22 ou oblique).
Correction des champ magnétiques:
OOOOLes correcteurs de champ magnétique ou shim sont des dispositifs qui permettent de compenser les défauts d'homogénéité du champ magnétique principal qui peuvent résulter de facteurs liés à l'environnement ou tout simplement à la présence du patient dans le tunnel. Les shim sont disposés le long de l'aimant. Il en existe deux types:
OO-Le shim passif: Ce sont des plaques ferromagnétiques qui corrigent le champ magnétique de manière grossière dans le cas d'un environnement perturbateur stable.
OO-Le shim actif: ce sont des bobines résistives ou supraconductives dans lesquelles passe le courant électrique. Il permet un réglage fin et dynamique, lors de la présence de structures mobiles proches de l'imageur ou du patient dans le tunnel et se met en marche à chaque fois que le champ magnétique devient hétérogène.
OO-Le shim passif: Ce sont des plaques ferromagnétiques qui corrigent le champ magnétique de manière grossière dans le cas d'un environnement perturbateur stable.
OO-Le shim actif: ce sont des bobines résistives ou supraconductives dans lesquelles passe le courant électrique. Il permet un réglage fin et dynamique, lors de la présence de structures mobiles proches de l'imageur ou du patient dans le tunnel et se met en marche à chaque fois que le champ magnétique devient hétérogène.
Les antennes:
OOOOCe sont des bobinages de cuivre, de formes variables, qui entourent le patient ou la partie du corps à explorer. Elles sont capables de produire et/ou de capter un signal de radiofréquence23. Elles sont accordées pour correspondre à la fréquence de résonance de précession des protons qui se trouvent dans le champ magnétique:
Fp= Fréquence de précession
Y= Rapport gyromagnétique
Bo= Intensité du champ magnétique principal
OOOOLes antennes sont très variables et peuvent être catégorisées de trois manières différentes:
OO-Selon leur géométrie: volumique et surfacique.
OO-Selon leur mode de fonctionnement:émettrice-réceptrice ou réceptrice seule.
OO-Selon l'association ou non de différents éléments d'antennes: linéaire, en quadrature de phase ou en réseau phasé.
Y= Rapport gyromagnétique
Bo= Intensité du champ magnétique principal
OOOOLes antennes sont très variables et peuvent être catégorisées de trois manières différentes:
OO-Selon leur géométrie: volumique et surfacique.
OO-Selon leur mode de fonctionnement:émettrice-réceptrice ou réceptrice seule.
OO-Selon l'association ou non de différents éléments d'antennes: linéaire, en quadrature de phase ou en réseau phasé.
Les blindages:
OOOOLes blindages sont des dispositifs destinés au confinement des champs magnétiques produits par la machine et à l'isolement de ceux-ci des champs magnétiques extérieurs qui viendraient perturber l'acquisition.
OOOOIl existe deux blindages dans une installation IRM:
OO-Le blindage des ondes de radiofréquence (RF): Il est assuré par la cage de Faraday24 constituée d'un maillage de cuivre qui recouvre toutes les parois de la salle de l'aimant et étanche aux ondes RF. Elle empêche les ondes RF produites par le système de sortir de la salle de l'aimant, et les ondes RF extérieures d'entrer dans la salle d'examen.
OO-Le blindage de champ magnétique: Il a pour rôle de rapprocher les lignes de champ au plus près de l'aimant et notamment de faire rentrer la ligne de 0,5 mT dans la salle d'examen. (La ligne de 0,5 mT est la limite au delà de laquelle il y a disfonctionnement ou dérèglement d'un pacemaker25). Le périmètre du champ magnétique est appelé champ magnétique résiduel. La taille de celui ci dépend de la puissance du champ magnétique et du fait que le système soit blindé ou non. Pour un IRM de 1,5 T non blindé la ligne de 0,5 mT se trouve à plus de 12m de son l'isocentre alors que si l'appareil est blindé cette ligne se trouve seulement 4m de celui ci. D'où l'importance de ce blindage. (Il est à noter que la cage de Faraday n'a aucune action de blindage contre le champ magnétique).
OOOOIl existe deux blindages dans une installation IRM:
OO-Le blindage des ondes de radiofréquence (RF): Il est assuré par la cage de Faraday24 constituée d'un maillage de cuivre qui recouvre toutes les parois de la salle de l'aimant et étanche aux ondes RF. Elle empêche les ondes RF produites par le système de sortir de la salle de l'aimant, et les ondes RF extérieures d'entrer dans la salle d'examen.
OO-Le blindage de champ magnétique: Il a pour rôle de rapprocher les lignes de champ au plus près de l'aimant et notamment de faire rentrer la ligne de 0,5 mT dans la salle d'examen. (La ligne de 0,5 mT est la limite au delà de laquelle il y a disfonctionnement ou dérèglement d'un pacemaker25). Le périmètre du champ magnétique est appelé champ magnétique résiduel. La taille de celui ci dépend de la puissance du champ magnétique et du fait que le système soit blindé ou non. Pour un IRM de 1,5 T non blindé la ligne de 0,5 mT se trouve à plus de 12m de son l'isocentre alors que si l'appareil est blindé cette ligne se trouve seulement 4m de celui ci. D'où l'importance de ce blindage. (Il est à noter que la cage de Faraday n'a aucune action de blindage contre le champ magnétique).
Le quench:
OOOOIl est définit par le passage brutal de l'hélium liquide à l'état gazeux qui s'échappe alors de la cuve. Ce changement d'état aura pour conséquence d'empêcher le refroidissement de l'IRM et d'emballer le champ magnétique. Ce phénomène peut être volontaire ou accidentel (dû, la plupart du temps, à un problème d'isolation thermique du système).
IRM en pondération T1:
Image tiré du site: http://www.ac-grenoble.fr/disciplines/sti/biotec/articles.php?lng=fr&pg=129
Image tiré du site: http://www.ac-grenoble.fr/disciplines/sti/biotec/articles.php?lng=fr&pg=129
Les Pondérations:
OOOOEn modifiant les paramètres d'acquisition de l'IRM, notamment le temps de répétition entre deux excitations et le temps d'écho, l'utilisateur peut modifier la pondération de l'image, c'est à dire faire apparaître les différences de temps T1 et de temps T2 des différents tissus d'un organisme.
OO-Pondération T1: Les paramètres de pondération:
OOOOOO-temps d'écho:TE= 10 à 20 ms
OOOOOO-temps de répétition:TR= 400 à 600 ms
En utilisant un temps de répétition court et un temps d'écho court, on obtient un contraste d'image pondérée en T1, pondération dite "anatomique". En pondération T1 sur le cerveau, la substance blanche apparaît plus claire que la substance grise. Le liquide céphalo-rachidien, situé entre la substance grise et l'os apparaît nettement plus foncé. Ces séquences sont également utilisées après l'injection de produit de contraste26, pour caractériser une anomalie.
OO-Pondération T2: Les paramètres de la pondération:
OOOOOO-TE>80 ms
OOOOOO-TR>2000ms
En utilisant un temps de répétition long et un temps d'écho long, on obtient un contraste d'image dite pondérée en T2, dite aussi "tissulaire": l'eau et l'oedème apparaissent en hypersignal.
OOOOPour l'examen il existe plusieurs séquences. Elles sont classées selon leur durée, leur pondération, l'intensité du champ magnétique... Elles servent à obtenir des images différentes des différentes partie du cerveau. Lorsque l'on passe un IRM plusieurs séquences sont programmées durant un seul examen.
OO-Pondération T1: Les paramètres de pondération:
OOOOOO-temps d'écho:TE= 10 à 20 ms
OOOOOO-temps de répétition:TR= 400 à 600 ms
En utilisant un temps de répétition court et un temps d'écho court, on obtient un contraste d'image pondérée en T1, pondération dite "anatomique". En pondération T1 sur le cerveau, la substance blanche apparaît plus claire que la substance grise. Le liquide céphalo-rachidien, situé entre la substance grise et l'os apparaît nettement plus foncé. Ces séquences sont également utilisées après l'injection de produit de contraste26, pour caractériser une anomalie.
OO-Pondération T2: Les paramètres de la pondération:
OOOOOO-TE>80 ms
OOOOOO-TR>2000ms
En utilisant un temps de répétition long et un temps d'écho long, on obtient un contraste d'image dite pondérée en T2, dite aussi "tissulaire": l'eau et l'oedème apparaissent en hypersignal.
OOOOPour l'examen il existe plusieurs séquences. Elles sont classées selon leur durée, leur pondération, l'intensité du champ magnétique... Elles servent à obtenir des images différentes des différentes partie du cerveau. Lorsque l'on passe un IRM plusieurs séquences sont programmées durant un seul examen.
IRM fonctionnel (IRMf):
OOOOLa méthode la plus utilisée actuellement est basée sur l'aimantation de l'hémoglobine contenue dans les globules rouges du sang. L'hémoglobine se trouve sous deux formes:
OO-les globules rouges oxygénés par les poumons contiennent de l'oxyhémoglobine (molécule non active en RMN)
OO-les globules rouges désoxygénés par le métabolisme des tissus contiennent de la désoxyhémoglobine (active en RMN)
OOOOEn suivant la perturbation du signal de RMN émis par cette molécule, il est donc possible d'observer l'afflux de sang oxygéné. Lorsqu'une zone du cerveau augmente son activité, un afflux de sang oxygéné lui parvient grâce à un mécanisme combinant la dilatation des vaisseaux sanguins et d'autres mécanismes. En pondération T2 on peut donc observer pratiquement en direct, sous forme de film, les modulations de débit sanguin liées à l'activité cérébrale, par exemple lors d'une tâche cognitive.
OO-les globules rouges oxygénés par les poumons contiennent de l'oxyhémoglobine (molécule non active en RMN)
OO-les globules rouges désoxygénés par le métabolisme des tissus contiennent de la désoxyhémoglobine (active en RMN)
OOOOEn suivant la perturbation du signal de RMN émis par cette molécule, il est donc possible d'observer l'afflux de sang oxygéné. Lorsqu'une zone du cerveau augmente son activité, un afflux de sang oxygéné lui parvient grâce à un mécanisme combinant la dilatation des vaisseaux sanguins et d'autres mécanismes. En pondération T2 on peut donc observer pratiquement en direct, sous forme de film, les modulations de débit sanguin liées à l'activité cérébrale, par exemple lors d'une tâche cognitive.
Déroulement de l'examen médical IRM:
OOOOUn examen IRM anatomique dure en général entre 10 à 30 minutes. Un ensemble complet d'examen prend souvent entre une demi heure et une heure pleine. L'examen est absolument sans douleur. Le patient est allongé sur une table d'examen motorisée. Au cours de l'acquisition, il ne doit pas bouger: la table se déplace automatiquement pour le faire passer dans l'antenne. Les seules gênes à attendre sont le bruit notable et la sensation d'enfermement pouvant poser quelques problèmes chez claustrophobes. En général, le ou les manipulateurs en electroradiologie médicale restent en contact constant avec le patient qui écoute la plupart du temps de la musique.
OOOOL'examen de l'IRM se réalise sur un patient en pyjama: il doit retirer montres, bijoux, ceinture, clés, carte de crédit, pièces de monnaie... C'est à dire tous les éléments métalliques qui pourraient être attirés par l'aimant.
OOOOL'examen de l'IRM se réalise sur un patient en pyjama: il doit retirer montres, bijoux, ceinture, clés, carte de crédit, pièces de monnaie... C'est à dire tous les éléments métalliques qui pourraient être attirés par l'aimant.
Un appareil unique en France, un simulateur pour préparer les enfants à passer un IRM:
Vidéo tirée de YouTube
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Contre-indications:
OOOOLes contres- indications au passage de l'IRM sont:
OO1)La présence de métaux susceptibles de se mobiliser dans le corps:
OOOOOO-clips vasculaires cérébraux surtout chez les patients opérés d'un anévrisme cérébral.
OOOOOO-corps étranger métallique ferro-magnétique intra-incolulaire ou dont la mobilisation exposerait le patient à des blessures.
OOOOOO-Valves cardiaques non compatibles.
OO2)Les dispositifs biomédicaux:
OOOOOO-stimulateur cardiaque et défibrillateur cardiaque
OOOOOO-pompe à insuline18
OOOOOO-neuro-stimulateur
OOOOOO-dispositifs transpidermiques (patchs)
OO3)L'état du patient:
OOOOOO-impossibilité de rester allogé
OOOOOO-impossibilié de rester immobile. L'examen peut être alors effectué sous anesthésie générale.
OOOOOO-la claustrophobie
OOOOOO-insuffisance rénale sévère
OOOOOO-la grossesse
OOOOOO-l'allaitement
OOOOAvec ces précautions, l'imagerie par résonance est totalement non invasive et sans irradiation.
OO1)La présence de métaux susceptibles de se mobiliser dans le corps:
OOOOOO-clips vasculaires cérébraux surtout chez les patients opérés d'un anévrisme cérébral.
OOOOOO-corps étranger métallique ferro-magnétique intra-incolulaire ou dont la mobilisation exposerait le patient à des blessures.
OOOOOO-Valves cardiaques non compatibles.
OO2)Les dispositifs biomédicaux:
OOOOOO-stimulateur cardiaque et défibrillateur cardiaque
OOOOOO-pompe à insuline18
OOOOOO-neuro-stimulateur
OOOOOO-dispositifs transpidermiques (patchs)
OO3)L'état du patient:
OOOOOO-impossibilité de rester allogé
OOOOOO-impossibilié de rester immobile. L'examen peut être alors effectué sous anesthésie générale.
OOOOOO-la claustrophobie
OOOOOO-insuffisance rénale sévère
OOOOOO-la grossesse
OOOOOO-l'allaitement
OOOOAvec ces précautions, l'imagerie par résonance est totalement non invasive et sans irradiation.
