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RÉSONANCE MAGNÉTIQUE NUCLÉAIRE
I. I.R.M OU IMAGERIE PAR RÉSONANCE MAGNÉTIQUE NUCLÉAIRE :
1. Caractéristiques :



Champ magnétique intense de 1 à 3 T produit par des électro-aimants supraconducteurs.
Antennes d'émission et de réception d'ondes de radiofréquence entre 10 et 100 MHz.
Cage de Faraday: la pièce où se fait l'examen est entièrement tapissée de cuivre pour empêcher
toute onde de radiofréquence externe de perturber l'examen.
2. Principe :




Le corps humain est essentiellement constitué de molécules d'eau, elles mêmes constituées
d'atomes d'hydrogène.
Les atomes d'hydrogène ont la particularité d'avoir un spin nucléaire non nul qui fait de leurs
noyaux de véritables petits aimants qui vont pouvoir s'orienter dans un champ magnétique
externe, ce dernier ayant pour effet de faire tourner autour de lui la "toupie"aimantée que
constitue le noyau.
On peut perturber l'orientation prise dans le champ magnétique externe, avec l'onde de
radiofréquence émise par l'antenne.
A l'arrêt de la radiofréquence, il y aura retour à l'équilibre initial, mais avec une réponse du milieu
perturbé, qui redonne l'énergie qu'il a reçue sous forme d'un signal électrique dans la bobine de
l'antenne de réception. La réponse du milieu dépend bien sûr des caractéristiques du milieu.
Donc en étudiant la réponse, on peut connaître les caractéristiques du milieu.
II. LE SPIN NUCLÉAIRE :
1. Définition du spin :
On appelle spin, le moment angulaire ou cinétique de toute particule quantique (électron,
proton…noyau). On peut l'expliquer qualitativement et en faisant abstraction d'un certain nombre
de phénomènes, comme étant analogue au moment cinétique d'un objet
tournant sur lui-même.
Exemple : la Terre: σ = J∆  ω
σ représente le moment cinétique de la Terre lors de son mouvement de rotation
J∆ représente la distribution de la masse de la Terre autour de son axe de rotation
ω représente la vitesse de rotation de la Terre.
2.
Le spin S est une grandeur quantifiée :
Il ne peut prendre que certaines valeurs particulières entières ou demi entières ou
éventuellement nulles.
Au spin S on associe un moment magnétique de spin m S ou s tel que:
 -S ≤ s ≤ S
 La variation de s ne puisse se faire que par valeurs entières :
s {-S; -S+1; -S+2…S-1; S}
Exemple déjà vu de l'électron :
1
1
≤s≤
2
2
1
Deux seules valeurs sont possibles s = 
2
S=

A Lequitte
1
2
-
Il y a donc 2S+1 valeurs de s quelque soit la valeur de S
Résonance magnétique nucléaire (IMRT)
1
3.
Application aux noyaux :
Le spin S des noyaux dépend de leur nombre de masse A et de leur nombre de charges Z :
A
pair
Z
pair
S
nul
pair
impair
entier
1
Exemples
12
6
2
1
O
14
7
H
3
impair
16
8
C
10
5
N
B
demi entier
pair ou impair
1
1
1
2
5
2
67
30
H
Zn
Tous les noyaux de spin nucléaire non nul ont un moment magnétique de spin et pourront tels de petits aimants
s'orienter dans un champ magnétique extérieur :
exemples : pour
12
6
C
16
8
pour
10
5
B
7 valeurs de s {-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3}
O S = 0 1 seule valeur de s : 0
Pas de moment magnétique de spin
III. MOMENTS MAGNÉTIQUES DES NOYAUX D'HYDROGÈNE :
1. Moments magnétiques des noyaux d'hydrogène :
μ
Les noyaux d'hydrogène sont des protons, soit des charges électriques en mouvement qui de la même
façon qu'une boucle de courant, peuvent être assimilés à un petit aimant caractérisé par un vecteur
moment magnétique μ .
μ
S
N
μ
S
N
En l'absence de champ magnétique extérieur, les moments magnétiques
orientations aléatoires qui vont s'annuler en moyenne:
μ des noyaux ont des
M résul tan t   μ  0
2. Moments magnétiques des noyaux d'hydrogène en présence d'un champ magnétique
extérieur :
En présence d'un champ magnétique extérieur B 0 , les moments magnétiques
telle sorte que
μ fasse un angle constant θ avec B0 et avec deux possibilités, au-dessus ou en dessous du plan
perpendiculaire à
A Lequitte
μ individuels s'orientent de
B0 .
Résonance magnétique nucléaire (IMRT)
2
Ces deux possibilités correspondent aux deux valeurs de s = 
En effet, pour l'hydrogène
1
1
H S=
1
pour le proton
2
1
; il y a donc 2S +1 valeurs pour s soit deux valeurs, donc deux
2
orientations possibles dans le champ magnétique.
B0
½
-½
μ↑
Si
μ B0 >0
moment magnétique de spin dit parallèle ↑
μ B0 <0
moment magnétique de spin dit antiparallèle ↓
μ↓
Les moments magnétiques parallèles et antiparallèles tournent autour de
B0
à la même vitesse angulaire ω0 et dans le même sens:
ω
ν0  0
2π
Fréquence de Larmor ou fréquence de rotation.
Exemple: si B0 = 1 T et pour des noyaux d'hydrogène ν0 = 42,6 MHz
θ ≈ 50°
Les positions ↑ et ↓ correspondent à des niveaux d'énergie différents pour les noyaux d'hydrogène
e↑ < 0 et e ↓ > 0
avec e↑ = - e ↓
L'ensemble des noyaux d'hydrogène forment un système à deux états d'énergie différents, avec davantage
de noyaux dans le niveau e↑ d'énergie plus faible.
M résultant  μ  0 Car les orientations ne sont plus aléatoires; M résultant est au-dessus du plan
perpendiculaire à
B0 , puisque qu'il y a davantage de noyaux dans l'état d'énergie e↑
IV. Résonance magnétique nucléaire:


Le système des noyaux d'hydrogène possède une fréquence propre ν0 qui est celle de Larmor et qui est
la fréquence de rotation des noyaux d'hydrogène, autour du champ extérieur appliqué.
On déclenche l'émission d'une onde de radiofréquence sous la forme d'un deuxième champ magnétique
B1 perpendiculaire au précédent et oscillant à la fréquence de Larmor. Le système des noyaux
d'hydrogène entre en résonance en absorbant un maximum de l'énergie véhiculée par l'onde.

Si cela permet au vecteur

impulsion 90°.
On arrête l'impulsion 90°, le système des noyaux d'hydrogène revient à son état d'équilibre initial: c'est la
M résultant de se mettre perpendiculaire à B0 , on aura déclenché une
relaxation. La composante longitudinale de
M résultant augmente tandis que sa composante transversale
diminue. On peut obtenir ainsi deux temps de relaxation T 1 et T2, dont les valeurs dépendront des tissus
concernés et de leur état. L’image est construite à partir des temps de relaxation.
A Lequitte
Résonance magnétique nucléaire (IMRT)
3