Un guide rapide de l'IRM et son fonctionnement

L’Imagerie par Résonance Magnétique, souvent appelée IRM, est un terme que vous avez probablement déjà rencontré, mais les mécanismes internes de cette technologie médicale avancée peuvent sembler être une énigme. Avec environ 30 millions d'examens IRM réalisés chaque année aux États-Unis, l'IRM est la troisième technique d'imagerie la plus utilisée après les radiographies et la tomographie assistée par ordinateur (CT scan), et la deuxième technique de neuro-imagerie la plus utilisée après l'électroencéphalographie (EEG). Ne vous laissez pas intimider par ces termes lourds de jargon : à la fin de cet article de blog, vous allez mieux comprendre le fonctionnement de l'IRM. Alors, soyez patient et considérez-moi comme votre guide amical dans la découverte de ce sujet captivant mais complexe.

Qu'est-ce qu'un scanner IRM et comment est-ce que cela fonctionne ?

Au cœur d'un scanner IRM se trouve une table spécialisée sur laquelle le patient s'installe confortablement. Cette table est conçue pour être glissée dans le scanner, qui est composé de plusieurs éléments essentiels : un aimant, trois bobines de gradient et des bobines de radiofréquence.

L'aimant est la plus grande partie du scanner, et sa puissance est mesurée en unités de tesla. L'aimant est le moteur de l'IRM, ce qui lui permet de produire des images de haute qualité de l'intérieur du cerveau ou de la partie du corps scannée (pour les besoins de cet article de blog, supposons que nous scannons le cerveau humain).

En plus de l'aimant, il existe des bobines de gradient. Ces bobines de gradient produisent trois champs magnétiques distincts, plus petits que le champ magnétique principal. Chacune de ces bobines de gradient crée un champ variable le long de l'axe x-y-z , dans une région d'intérêt spécifique. Enfin, les bobines de radiofréquence sont nécessaires pour transmettre des ondes de radiofréquence dans le corps du patient, ce qui nous permet de mesurer les propriétés magnétiques d'un tissu d'intérêt spécifique (ici le cerveau). Ces bobines jouent un rôle crucial dans le processus de numérisation, en veillant à ce que les bons signaux soient envoyés et reçus.

Au cours du processus de numérisation, tous les signaux sont recueillis par des bobines de réception (semblables à une antenne) directement reliées à un système informatique. L'ordinateur est chargé de recevoir, enregistrer et analyser les données reçues du scanner et de les transformer en images significatives pouvant être interprétées par les cliniciens et les chercheurs. 

Les détails physiques

Maintenant que nous connaissons les différentes parties de l'IRM et leur rôle, entrons dans les détails de son fonctionnement. Pour ce faire, nous devons d'abord comprendre certains principes de base de la physique, tels que le concept de champ magnétique. En termes simples, un champ magnétique est la région entourant un aimant ou un courant électrique, où des forces magnétiques (ou magnétisme) sont créées. Il s'agit du même phénomène que la force qui guide les aiguilles des boussoles grâce au champ magnétique terrestre. Les scanners IRM peuvent avoir différentes intensités de champ magnétique, en fonction de leur utilisation. Le scanner IRM humain le plus puissant au monde a une intensité de champ de 11,7 Tesla et est situé au CEA (Paris, France), alors que la plupart des scanners cliniques standards ont une intensité de 1,5 Tesla, ce qui est déjà 30 000 fois supérieur à l'intensité du champ magnétique terrestre !

Tout ce qui nous entoure, y compris nous-mêmes, est composé d'atomes, et dans chaque atome réside un noyau qui se comporte comme un minuscule aimant. Les noyaux qui possèdent un nombre impair de protons ou de neutrons peuvent être détectés plus facilement et sont à la base du fonctionnement de l'IRM. L'hydrogène est un exemple de noyau facilement détectable, et il est présent partout dans notre corps, puisque nous sommes principalement constitués d'eau. Ces noyaux possèdent des moments magnétiques qui apparaissent lorsqu'ils se déplacent dans une direction particulière, un peu comme une toupie, un phénomène connu sous le nom de spin nucléaire. Ce spin précède à une fréquence propre à chaque noyau, appelée fréquence de Larmor, qui correspond à la fréquence à laquelle le noyau absorbe de l'énergie.

Maintenant, imaginez un scanner IRM en action. Tout commence par l'application d'un champ magnétique, créé par l'aimant de l'IRM. Lorsqu'un tissu (par exemple, le cerveau) est placé dans ce champ magnétique puissant, les spins nucléaires, auparavant aléatoires, s'alignent parallèlement ou anti-parallèlement au champ magnétique créé par l'aimant de l'IRM, connu sous le nom de B₀. Cet alignement se traduit par une magnétisation, appelée M₀, qui correspond à la direction du champ magnétique statique.

Conformément à la loi de Faraday, puisque M₀ (la magnétisation) pointe dans la même direction (axe z) que B₀ (le champ magnétique créé par l'aimant de l'IRM), nous devons faire en sorte que la magnétisation ne soit plus parallèle au champ magnétique. Pour ce faire, un courant électrique de radiofréquence est généré par la bobine, créant un champ magnétique appelé B₁, qui est perpendiculaire à B₀. Cette impulsion de radiofréquence doit correspondre, ou entrer en résonance, avec la fréquence des protons d'hydrogène (la fréquence de Larmor) afin qu'ils puissent absorber l'énergie de l'impulsion et faire pivoter leur axe à l'opposé de B₀, permettant ainsi au scanner de les mesurer. Ce phénomène est connu sous le nom de résonance, et c'est ce que signifie le R dans IRM. L'impulsion de radiofréquence aligne tous les protons dans la même direction (axe x).

Ensuite, tous les spins reviennent progressivement à leur position initiale, alignée sur le champ magnétique principal du scanner, B₀. Chaque tissu peut être caractérisé par deux temps de relaxation, appelés T₁ et T₂. Les variations de T₁ et T₂ entre les différents types de tissus du cerveau sont à l'origine du contraste dans les images IRM.

T₁, également appelé temps de relaxation longitudinale ou temps de relaxation spin-réseau, représente le temps nécessaire aux spins pour se réaligner sur B₀ après avoir été excités par l'impulsion radiofréquence. Ce faisant, ils libèrent de l'énergie dans le milieu environnant, ce qui influe sur la récupération de la magnétisation dans la direction z.

T₂, également appelé temps de relaxation transversale ou temps de relaxation spin-spin, est le temps nécessaire pour que les spins perdent leur comportement synchronisé après avoir été excités.

Dans la pratique, en raison des imperfections du champ magnétique à l'échelle microscopique, le temps de relaxation transversale observé est en fait plus court que T₂ et est appelé T₂* (T₂ étoile). T₂* est sensible aux inhomogénéités telles que la présence d'éléments paramagnétiques comme le fer, ce qui en fait un outil précieux pour l'IRM fonctionnelle, où il fournit le contraste nécessaire pour révéler les schémas d'activité cérébrale.

Le cerveau est constitué de trois tissus principaux : la matière blanche, composée des axones entourés de myéline ; la matière grise, composée des corps cellulaires des neurones, des terminaisons des axones et des dendrites ; et le liquide céphalo-rachidien, qui se trouve principalement dans les ventricules du cerveau. En IRM avec le contraste T₁, la matière blanche apparaît blanche, la matière grise apparaît grise et le liquide céphalo-rachidien apparaît sombre. En contraste T₂, c'est l'inverse qui se produit : la matière blanche apparaît sombre, la matière grise en blanc et le liquide céphalo-rachidien encore plus clair sur les images.

Ces distinctions découlent de deux paramètres supplémentaires : le temps d'écho (TE) et le temps de répétition (TR), qui peuvent être manipulés pour produire des résultats différents. Le TE représente le temps entre l'impulsion de radiofréquence et le signal mesuré, tandis que le TR est le temps nécessaire entre deux impulsions d'excitation. Les images pondérées en T₁ sont produites en utilisant des temps TE et TR courts, tandis que les images pondérées en T₂ sont produites en utilisant des temps TE et TR plus longs.

L’IRM est-elle sécuritaire ?

Bien que l'IRM soit un examen sûr, indolore et sans effets indésirables sur le corps, il convient de tenir compte de certains facteurs importants. En raison du champ magnétique puissant du scanner, l'IRM n'est pas autorisée si vous avez des dispositifs métalliques ou électroniques dans votre corps, tels qu'un stimulateur cardiaque. La claustrophobie peut également être un facteur à prendre en compte, car pour passer un scanner, il faut pouvoir rester immobile dans un espace confiné. 

Quelles sont les différentes utilisations de l'IRM ?

L'IRM est un outil remarquable qui permet d'obtenir des images de tous les organes du corps, y compris le cerveau humain. En manipulant divers paramètres de numérisation, l'IRM peut être utilisée pour révéler les détails de la structure, de la fonction et de la connectivité du cerveau à différentes résolutions. Elle peut également être utile pour le diagnostic de nombreuses affections, telles que les tumeurs, les accidents vasculaires cérébraux ou l'atrophie cérébrale liée à l'âge, et même pour la planification pré-chirurgicale. 

Si vous souhaitez en savoir plus sur les différents types et utilisations de l'IRM, qu'il s'agisse d'évaluer l'anatomie structurelle, de sonder les changements dans la connectivité cérébrale grâce à l'IRM fonctionnelle, d'observer les faisceaux de myéline grâce à l'IRM de diffusion ou d'étudier la composition chimique du cerveau grâce à la spectroscopie par résonance magnétique, restez à l’affût pour de nouveaux articles de blog qui paraîtront bientôt !