BTIME – 16.01.17 – Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire

BTIME - Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire : connaissances de base
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16/01/2017
BOURLON Léo L2
CR : GOTTRAU Marion
BTIME
M. PANUEL
18 pages
Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire : connaissances de base
Plan
A. Introduction
I. Arsenal d’imagerie diagnostique
II. En pratique
B. Le proton
C. Le champ magnétique
D. Phénomène de résonance
E. Relaxation des protons
F. L'écho
G. Formation de l'image
H. Séquence de base
I. Séquences en écho de spin
II. Séquences en écho de gradient
III. Séquences avec suppression du signal de la graisse
IV. Séquences avec suppression du signal de l'eau
I. Gadolinium
J. Autres séquences
I. Séquences de flux
II. Séquences de diffusion
III. Spectro-IRM 1H
K. Artefacts
L. Contre-indications de l'examen IRM
M. Précautions et contraintes de réalisation
N. Indications
Tout ce qui est sur les diapos doit être su.
A. Introduction
I. Arsenal d'imagerie diagnostique
On parle ici uniquement de l'imagerie diagnostique.
 Ultrasons → Échographie
 Rayons X → Radio standard et Scanner (On a actuellement tendance à remplacer l'imagerie par rayons
X par l'IRM mais ils sont encore beaucoup utilisés.)
 IRM → Pas de radiation ionisante.
 Imagerie par émission (scintigraphie : il y a des radiations ionisantes) → Médecine nucléaire
Il existe de très nombreuses applications cliniques de l’IRM.
(Tous les étudiants en médecine doivent connaître les bases de l’imagerie.)

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Pour faire simple, on peut retenir :
 Rayons X = imagerie calcium
 IRM = imagerie proton
En pratique pour faire une IRM on a besoin de protons, d'un aimant puissant, d’ondes de radiofréquence
émise par des antennes et d'un calculateur hyper performant.
Exemples d’émetteurs d’ondes radiofréquences : téléphone, four à micro-ondes (émet pendant un certain temps
des ondes de radiofréquence qui entraînent une élévation de la température)…
Le contraste est à la base de l’imagerie.
II. En pratique
Il faut toujours commencer par une valider l’indication de l’examen que l’on s’apprête réaliser sur le patient
(cela revient à se poser la question : « est-ce-que l’examen prescrit sera utile pour ce que je cherche à observer
chez le patient ? »).
Le patient est ensuite préparé en respectant certaines précautions spécifiques à chaque examen et c’est
seulement à partir de là que l’on réalise l'examen.
On doit par la suite choisir les séquences selon lesquelles on réalisera ce dernier en fonction de ce que l'on
cherche à étudier (c’est-à-dire selon l’indication de l'examen).
Enfin, on traite les images obtenues (lecture et interprétation afin d'aboutir à un diagnostic clinique).
B. Le proton
C'est le noyau de l'atome d'hydrogène, une particule chargée très abondante dans le corps
humain (dans la graisse ou les liquides par exemple).
Il possède trois propriétés nécessaires pour l'IRM :
 Il tourne sur lui-même (puisque c'est une particule chargée) : il a donc un moment
magnétique angulaire de spin (= façon qu’a un proton de tourner sur lui-même).
 Il précesse (un peu comme une toupie, ou comme la Terre autour du Soleil) : décrit
un mouvement de rotation angulaire avec une certaine vitesse.
 Il présente deux niveaux d'énergie :
 A l'équilibre, le niveau de basse énergie est supérieur au niveau de haute énergie même si la
variation (delta) entre ces deux niveaux est relativement faible (c’est-à-dire qu’à l’équilibre il y a
plus de protons au niveau de basse énergie qu’au niveau de haute énergie mais que tout de même
cette différence reste minime).
 Aimantation parallèle ou antiparallèle
 Si on applique une excitation (=transfert d’énergie), un certain nombre de protons de basse
énergie passent au niveau de haute énergie : ce sont ces protons qui sont utilisés en IRM car au
relâchement de l’excitation, il va y avoir un retour d’énergie (pour revenir au niveau le plus bas)
que l’on pourra enregistrer.

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C. Le champ magnétique
Le champ magnétique doit être puissant et homogène.
La puissance de l'aimant qui va créer le champ varie de 1,5 à 3 T (voire jusqu'à 7 teslas
en recherche et bientôt en pratique clinique). Donc sa puissance est plus de 30 000 fois
supérieure au champ magnétique terrestre qui est de 50mT, ce qui laisse penser que l’IRM peut avoir des effets
biologiques sur le corps humain (en effet une telle puissance ne peut être strictement anodine).
Le caractère homogène du champ est extrêmement important pour une bonne qualité de l’image. Il implique
que le champ magnétique soit identique en tout point, il faut pour cela que l’ensemble des protons soit soumis à
la même aimantation.
Une fois placés dans le champ magnétique, les protons vont s’orienter selon B0 (=l’axe du champ magnétique)
en position de basse ou de haute énergie et vont continuer de précesser. A ce stade, on obtient un état
d’équilibre.
Note : Les protons du corps humain ne sont pas les seuls à s’orienter dans
l'axe de Bo et l’aimant utilisé est extrêmement puissant, ce qui fait qu’un lit
de réanimation placé à côté sera attiré par la machine d'IRM.
De même pour tout ce qui est métallique (marteau réflexe, ciseaux,
stéthoscope, chaine en métal...) dans la poche de la blouse d’un médecin
par exemple. Une fois à proximité de l’IRM, ces objets vont être attirés à
une vitesse considérable vers la machine et ça peut être très dangereux.
Il faut donc prendre des précautions.
D. Phénomène de résonance
Le phénomène de résonance est un transfert d'énergie entre deux systèmes oscillant à la même fréquence.
Exemple : La Castafiore (dans Tintin) fait claquer le verre de cristal car son chant émet
une énergie avec une certaine fréquence qui correspond à la fréquence des atomes de
carbone dans le cristal. De ce fait, l’énergie véhiculée par son chant va se mette en
résonnance avec le cristal lui-même, qui va donc exploser.
L'excitation des protons afin de les faire entrer en résonance se fait
par une onde de radiofréquence (RF) dont la fréquence correspond
à la fréquence de précession (fait de tourner autour d'un axe) dite
aussi fréquence de Larmor (63,8 MHz pour un B0 = 1,5T).
Ainsi, quand on envoie une RF de 63,8 MHz, les protons vont entrer en résonnance.
Ces protons excités vont subir deux phénomènes :
 Ils vont se mettre en phase et précesser uniformément autour de l’axe B0.
 Certains protons vont passer au niveau de haute énergie. Ce niveau varie en
fonction de B0 et de l'intensité de la RF.

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E. La relaxation des protons
C’est à ce moment-là que l’on va recueillir le signal IRM.
 A l'arrêt de l'impulsion de l’onde RF, le système revient à
l'équilibre (les protons qui étaient passés au niveau d’énergie
supérieur redescendent à leur niveau d’énergie initial).
Il va y avoir un déphasage des protons en fonction des interactions
entre eux (les protons de l’eau ne vont pas se déphaser avec la
même vitesse que les protons de la graisse). Ce déphasage peut
s'exprimer sous la forme d’une exponentielle décroissante
On définit le temps de relaxation T2 ou temps de relaxation transversale comme le temps nécessaire au
déphasage de 63% des protons. Si le déphasage se fait lentement, le T2 sera plus long et inversement si les
protons se déphasent rapidement le T2 sera court.
 A l’arrêt de l’impulsion RF, il va également y avoir un retour
à l’aimantation longitudinale initiale qui va se faire à une
certaine vitesse. Cette vitesse dépend des interactions entre
les protons et le milieu environnant.
On définit pour cela le temps de relaxation T1 ou temps de
relaxation longitudinale correspondant au temps nécessaire à la
récupération de 63% de l'aimantation à l'équilibre. Il est
graphiquement représenté par une exponentielle ascendante (car la
résultante va reprendre sa valeur initiale).
/ ! \ Important : Le T1 est supérieur au T2 d’un facteur 10 : T1 > T2 par un facteur 10
Par exemple :
 Dans la graisse le réseau de protons est serré, par conséquent les protons reviennent vite à l’aimantation
initiale : le temps de relaxation T1 est très court donc le signal IRM sera élevé en T1.
 A l'inverse dans l'eau, le réseau est moins serré : le temps de relaxation T1 est long et le déphasage est
plus long donc le temps de relaxation T2 est plus long = signal faible en T1 et élevé en T2.
Ces paramètres peuvent se mesurer mais c'est surtout théorique et assez peu clinique. Chaque structure possède
des paramètres de relaxation différents, ce qui fait que si le signal est bien recueilli, on aura un contraste entre
les différentes structures voisines. Ce contraste nous permet d’obtenir une image sur laquelle on peut
différencier le normal du pathologique, et c’est tant mieux parce que c’est un peu le but de tout ça.
Les valeurs du tableau ne sont pas à
connaître, c'est juste pour avoir une
idée :
– SB : substance blanche
– SG : substance grise
– LCR : Liquide Céphalo
Rachidien
– N(H) : densité de protons
Note : la différence des paramètres entre SB et SG est en partie due au fait qu’elles ne contiennent pas la même concentration de
graisse.

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F. L'écho
En IRM, on travaille avec des signaux qui sont à la base très faibles. Pour pouvoir obtenir un signal capable
d’être suffisamment bien perçu, on va utiliser une stratégie permettant d’amplifier ce dernier : c’est le principe
de l’écho (on répète un signal faible pour mieux le percevoir).
Le signal T2 (signal de déphasage) recueilli par l'antenne est appelé FID (Free Induction Decay). Il est difficile
à enregistrer du fait de contraintes physiques dues à sa position par rapport à l’axe du champ magnétique.
Par ailleurs, en pratique il ne s’agit pas d’un signal T2 mais plutôt d’un
signal T2* encore plus faible que le premier, car il résulte de la relaxation
des protons situés dans un champ magnétique comportant des
hétérogénéités locales difficilement évitables (créées par le métal de
prothèses de hanche, le fer dans le sang...etc).
Ces inhomogénéités du champ magnétique initial font que l’excitation est
de moins bonne qualité et donc que le temps de relaxation est plus court
(les protons se déphasent plus rapidement), ce qui affaiblit le signal T2.
On retiendra que T2* = T2 + les inhomogénéités de champ.
Du coup, pour améliorer le signal on réalise un ou plusieurs écho(s) (cela dépend des séquences utilisées) du
premier signal qui va tout d’abord remettre les spins en phase pour de nouveau enregistrer un signal suite à un
deuxième déphasage. On répètera ce phénomène à des intervalles de temps particuliers.
Le choix du temps d'écho (TE) influence l'image parce car chaque tissu a un T2 différent, ce qui permet
d’obtenir un contraste (qui est à la base de l’imagerie par résonnance magnétique).
Ainsi un TE long favorise un contraste entre deux tissus voisins l’un de l’autre (il permet de mieux les
différencier en fonction de leur T2).
Par conséquent : si on a deux tissus qui ont des T2 différents mais que le TE utilisé est court, on ne verra pas
ces différences.
Il existe deux grandes familles de séquences utilisées pour faire l’écho d’un signal en IRM (c’est-à-dire deux
réglages appliqués pour recueillir un signal IRM) :
 Écho de spin
 Écho de gradient
G. Formation de l'image
La dimension du volume que l'on veut explorer est appelée champ de vue ou FOV.
Exemple : Si l’on veut explorer un bassin ou un abdomen en totalité, on n’aura pas le même champ de vue.
Ce volume à observer est arbitrairement divisé en unités de volume élémentaire que l’on appelle : voxels.
Encore une fois : le voxel est un volume !
Ils correspondent à la notion d’épaisseur de coupe et de champ de vue : une coupe d’épaisseur fine implique
un nombre important de voxels.
Le nombre de voxels par volume définit la matrice : plus il y a de voxels, plus la matrice est élevée.
En somme : Plus le voxel est petit, plus l'image est fine mais moins il y a de signal (car si on étudie un petit
volume, il y a peu de protons, donc peu de signal).
Et inversement : Plus le voxel est large et plus il y aura de signal (car il y a plus de protons) mais moins il y
aura de définition.