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IMAGERIE (IRM)







L'imagerie nucléaire de l'IRM repose sur un phénomène reconnu de la physique des vibrations : la résonance. Elle concerne tous les processus oscillants, qu'ils soient mécaniques, acoustiques, optiques ou électriques. Il y a résonance quand un système se met à vibrer tout seul en recevant les ondes venues d'un autre système oscillant. Pour cela, il faut que l'émetteur et le récepteur aient une même fréquence d'oscillation ou un multiple entier de cette fréquence.
Cette propriété est à la base de l'imagerie magnétique.
Le noyau de l'atome d'hydrogène est constitué d'un seul proton, de charge positive. Les lois de la mécanique quantique font que ce proton se comporte comme un aimant, avec un pôle nord et un pôle sud. On désigne cet aimant sous le nom de " spin ". A l'état naturel, ces aimants pointent tous selon des directions aléatoires. Mais si on leur applique un champ intense, ils tendent à s'aligner avec lui, soit dans le même sens, soit dans le sens contraire.
Cependant, les niveaux d'énergie correspondant à ces deux positions ne sont pas équivalents : il faut moins d'énergie pour les mettre dans le même sens que dans le sens inverse. La physique, étant en général adepte de la loi du moindre effort, il y aura toujours un peu plus de protons alignés dans le sens parallèle que dans le sens antiparallèle. Ce point est important dans la mesure où, bien que très faible, le champ résultant global ne sera plus nul. Par voie de conséquence, il sera détectable.
Par ailleurs, les spins sont aussi affectés d'un mouvement de " précession ", analogue à celui d'une toupie inclinée tournant seulement sur elle-même mais aussi autour de l'axe vertical. La précision des spins se produit avec une fréquence dite " de Larmor ", qui est fonction de l'intensité du champ magnétique et de la proximité d'autres atomes. Cette relation entre intensité du champ magnétique, interaction atomique et fréquence de résonance est aussi primordiale : en IRM, elle permettra de former une image.
Etape suivante : si en plus du premier champ fixe, on applique aux protons un champ tournant à une fréquence égale à celle de Larmor, leurs vecteurs de champ basculent et ils synchronisent leurs mouvements de précession. Ici, en raison des fréquences mises en jeu, nous sommes dans le domaine des radiofréquences, et des antennes émettrices suffisent donc. Cette perturbation des spins des protons persiste quelques instants après l'interruption du champ haute fréquence.
Durant cette phrase de retour à la normale, les protons restitueront l'énergie que leur avait apportée le champ tournant sous forme d'une émission radio, toujours sur la fréquence de Larmor. C'est en détectant cette émission, à l'aide des mêmes antennes que celles utilisées pour créer le champ haute fréquence, que l'appareil d'IRM formera son image. Mais si le champ est homogène et l'émission radio appliquée à tout le corps du patient, tous les noyaux d'hydrogène qu'il compte répondront simultanément à la sollicitation, et aucun détail ne sera décelable. Pour tourner le problème, les appareils d'IRM font appel à des champs d'intensité progressive, et l'on parle alors de gradients de champ. Des électroaimants auxiliaires viennent superposer un champ variable à celui que crée l'électroaimant principal. Ils sont au nombre de 6, soit 3 couples. Ils créent ainsi 3 directions de gradients de champs linéaires orthogonaux : l'un suivant l'axe des X, le second des Y, le troisième des Z. Or, comme nous l'avons plus haut, la fréquence de Larmor est fonction du champ magnétique auquel est soumis le proton. Ainsi, chaque point du volume à examiner possède une nouvelle fréquence de Larmor qui lui est propre. Il suffit alors de caler la fréquence de l'émission radio sur une valeur bien précise pour que seuls les protons d'une zone limitée de l'espace possèdent une fréquence de Larmor identique. On crée ainsi un " voxel ", l'équivalant en volume du pixel sur une image plane. De plus, la taille de ce point d'analyse est faible :de l'ordre du millimètre cube.
En pratique, l'appareil d'IRM ne scrute pas une fréquence unique mais analyse globalement l'ensemble des émissions. Pour trier l'information utile et réussir à construire une image, il effectue une " analyse de Fourier " du signal complexe qu'il capte. Il isole ainsi chaque fréquence et, connaissant les gradients de champ qu'il a appliqués (donc la répartition spatiale de l'intensité du champ), il est capable de localiser la source d'émission e chacune d'entre elles.
En fait, l'appareil envoie un signal de fréquence connue et repère les points qui entrent en résonance avec ce signal. Ils correspondent aux noyaux d'hydrogène, donc aux molécules d'eau. Comme la répartition et la densité de ces molécules sont fonction du tissu analysé, on obtient au final une image détaillée de la zone étudiée.
Le gradient de champ correspondant à un plan, l'appareil donne une coupe du corps du patient. Mais, en modifiant la valeur des gradients de champ et l'orientation des aimants auxiliaires, il est possible de déplacer ce plan en toute liberté : on peut aussi bien lui faire effectuer une translation qu'une rotation. De ce fait, on peut avoir une coupe d'une zone quelconque du patient et, sous un angle quelconque, sans devoir le déplacer.
Il y a toutefois une limite à cette technologie : ces traitements requièrent, pour l'ordinateur qui équipe l'appareil d'IRM, une puissance de calcul importante. Même sur les appareils actuels, le temps de calcul de chaque image reste élevé (il peut atteindre une heure). En revanche, il offre aux praticiens une liberté totale du choix du plan de coupe selon lequel sera vu le corps du patient. C'est cette possibilité, associée à l'excellente finesse des images obtenues et à l'innocuité de l'examen, qui font le succès de l'IRM.









 



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