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INTRODUCTION:
L’IRM ou Imagerie par résonance magnétique est une technique d’imagerie
médicale tout comme le scanner ou la radio
Plus récente que ces derniers, elle offre de nombreux avantage comme un
meilleur contraste et moins de risques pour le patient.
Historique :
-1946 : découverte du principe de la résonance magnétique par Purcell et
Bloch
-1972 : premières applications en médecine de l’IRM
-1982 : première IRM en France
Analyse rapide :
L’IRM est une machine très complexe, il y a
seulement 4 constructeurs sur le marché :
-Philips
-Toshiba
-General Electrics
-Siemens
.
Au cours de ce dossier, nous essaierons d’expliquer bien sur le
fonctionnement « physique » de l’IRM bien que celui-ci est très complexe
mais également de l’utilisation de celle-ci, des risques encourus et de la
maintenance.
Tunnel
Patient
Aimant
L’IRM utilise donc la réaction des protons du corps humain soumis à un
champ magnétique très puissant alimente par un énorme aimant
supraconducteur.
Un signal est capté puis analyse par une puissante électronique et
informatique. On obtient ainsi une image extrêmement détaillée.

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1. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
La technologie IRM est basée sur un principe physique qui consiste à
observer la résonance nucléaire des protons d’hydrogène (la RMN).
Le corps humain étant constitué de 70% de molécules d’eau (H2O), les
protons 1H y sont majoritairement abondants.
L’observation de la RMN fournit alors un signal dépendant de la
concentration en eau pour permettre d’obtenir une image de la
répartition de H2O dans le corps humain.
Le signal dépend aussi du temps de relaxation des spins nucléaires qui
pourra être diminué grâce à des agents de contrastes afin d’augmenter
l’intensité.
1.1 Principe physique : Résonance magnétique nucléaire
La RMN utilise la propriété physique des noyaux atomiques à pouvoir
se comporter en dipôles magnétiques et donc de se diriger de façon
particulière à l’intérieur d’un champ magnétique. On appelle leur orientation, le
moment magnétique.
Seuls les noyaux d’atomes où le nombre de
nucléons, A ne correspond pas au double du nombre de
protons,
Nz, (par exemple le fluor où A=19 n’est pas égal à
2* (Nz=9) ou encore le sodium, A=23 et Nz=11) peuvent
être observés par la RMN car il faut un nombre de protons supérieur aux
nombres de neutrons.
En effet, ceux-ci s’orientent dans la direction opposée à celle
des protons ce qui annulent leur moment magnétique. Ainsi, les
atomes de carbones (A=12=2*(Nz=6)) ou d’oxygènes
(A=16=2*(Nz=8)) ne sont pas détectables par RMN. L’atome
d’hydrogène est détectable puisqu’il ne contient aucun neutron.
Son moment magnétique est donc différant de 0. Celui-ci est
représenté par un vecteur d’aimantation microscopique µ
aligné sur son axe de rotation (lui-même lié au moment
cinétique). Dans la nature, chaque noyau d’hydrogène se
comporte alors comme un petit aimant d’orientation aléatoire
dans 3 dimensions.

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1.1.1 Magnétisation
Afin d’orienter les noyaux d’hydrogènes,
l’imagerie par résonance magnétique requière
l’utilisation d’un aimant important.
Généralement entre 0.5 et 3Tesla (le Tesla est
l’unité permettant de mesurer l’intensité d’un champ
magnétique ; 1.5 Tesla = 30000*le champ magnétique
terrestre).
Celui-ci doit avoir une intensité élevée afin d’améliorer le rapport signal
sur bruit qui parasite l’image. Le champ magnétique B0 doit rester stable dans
le temps. De plus, il doit être d’une importante homogénéité l’intérieur du
tunnel de 60cm environ
On utilise alors des aimants SUPRACONDUCTEURS. La
supraconductivité est la propriété appartenant à certains alliages lorsqu’ils
sont soumis à une température proche du zéro absolu, à perdre leur résistivité
et donc d’éviter l’élévation de la température provoquée par le passage d’un
courant électrique. L’aimant utilisé en IRM se constitue d’une bobine de
Niobium Titane (Nb-Ti) baigné dans de l’hélium liquide soit refroidi aux environ
de -269°C pour assurer l’état supraconducteur.
La résistance électrique devenant nulle, le constructeur peut alors
augmenter considérablement l’intensité du champ magnétique en utilisant un
fil de petite section pour éviter l’augmentation du poids de la machine et
permettre l’augmentation de l’homogénéité du champ dans le tunnel grâce au
rapprochement des enroulements du bobinage ce qui n’était possible avec un
simple aimant résistif.
1.1.2 Interet du gaz :
L’hélium liquide doit être protégé de l’élévation de la chaleur qui le ferait
passer à l’état gazeux et engendrerait la perte de la supraconductivité et
l’augmentation de la pression
Le minimum de l’homogénéité requit doit être de 0.2
parties par millions à l’intérieur d’une sphère de 36cm de
diamètre pour que le constructeur puisse commercialiser
ses IRM dans la plupart des pays.

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(Lorsque la pression dépasse un certain seuil, une soupape de sécurité libère
l’hélium dans l’atmosphère causant une perte financière non négligeable). Afin
d’éviter ce type d’accident nommé « QUENCH »,
La bobine est encastrée dans une matrice en cuivre servant de puit de
chaleur. Un écran refroidisseur par circuit d’air ou par eau glacée entoure la
matrice pour aider l’hélium liquide à rester à très basse température.
Le système est ensuite enveloppé dans un espace vide permettant de réduire
au maximum les surfaces de contact avec la chaleur extérieure. L’IRM ainsi
isolée devient peu sensible aux variations de température ambiante.
1.1.3 Mouvement des protons :
Les protons se mettent alors à tourner autour de l’axe du champ B0 à une
fréquence f0=B0/2 nommé fréquence de Larmor (, rapport gyromagnétique,
soit 4257Hz/T). On appelle cette étape la précession.
B0
Note : À l’intérieur d’un champ magnétique de 1T et pour une population de 1
millions de protons, il y a seulement 2 protons de plus dans le sens parallèle qu’il
y a de protons dans le sens antiparallèle. Le champ magnétique des autres
protons s’annule. La résultante de l’aimantation ML est infiniment petite.
ML
SENS
PARALLELE
SENS
ANTIPARALLELE
N
N
PROTON
Soumis à un champ B0, la direction des
protons n’est plus aléatoire. Une majorité
des protons s’oriente dans le sens du
champ (sens parallèle) et les autres dans
le sens inverses (sens antiparallèle). (Il y
en a 4 dans le sens du moment
longitudinal ML et 2 dans le sens inverse
sur ce schéma tiré de irm-facile.net).

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1.1.4 La résonance
Afin d’augmenter ML, on envoie perpendiculairement à l’axe de rotation
des protons, un signal sinusoïdal hertzien de fréquence égale à la fréquence
de Larmor pour mettre en phase la rotation des protons.
Pendent l’envoie de la radio fréquence, il y a toujours autant de protons
dans le sens parallèle mais tous les protons tournent en phase. Il en résulte
un vecteur magnétique instantané perpendiculaire à B0 soit MT. La résultante
MR devient alors la somme des 2 vecteurs. Son amplitude magnétique
augmente et le champ tourne avec les protons sur l’axe de B0 formant un
cône.
ML
MT
A la fin de l’impulsion de fréquence, MT et MR sont confondue car MT>>
ML. MR est alors en rotation perpendiculairement à B0.
N
N
N
N
B0
ML
Lors de l’absence
de fréquence radio,
les protons tournent
autour de B0 de
façon aléatoire
annulant ainsi tout
vecteur magnétique
non parallèles.
N
N
N
N
N
N
B0
MR
Aimantation due au nombre de protons
parallèles (soit ML)
Aimantation résultante de la mise en
phase des rotations (en 3D, MT tourne
autour de B0)
Aimantation résultante de MT et ML (soit
MR)
MR
B0