Imagerie par résonance magnétique

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Imagerie par résonance magnétique - Définition

La technologie de l'IRM

Le tunnel de l'aimant

Machine IRM en géométrie fermée 3 Tesla fabriquée par Philips, une antenne de tête est installée en bout de table. On remarque également une sorte de conduit semblable à celui d'une cheminée (Une cheminée (lat. caminus) est un conduit vertical aménagé dans un bâtiment,...) au-dessus de l'anneau : il s'agit du panneau de pénétration de la salle par lequel passent les différents câbles électriques, le système de refroidissement ainsi que le conduit d'évacuation de l'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...) gazeux en cas de quench.

Il ne concerne que les imageurs fermés, c'est le tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de...) dans lequel est introduit le patient (Dans le domaine de la médecine, le terme patient désigne couramment une personne recevant...). Il a des fonctions de confort (comme l'éclairage et la ventilation) et des moyens de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) entre le personnel soignant et le patient (microphone et hauts-parleurs). Son diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) varie très légèrement en fonction des constructeurs et des modèles mais est approximativement de 60 cm de diamètre.

L'aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le...)

L'aimant est au cœur du fonctionnement de l'appareil IRM. Son rôle est de produire le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) principal appelé B0 qui est constant et permanent. L'unité de mesure (En physique et en métrologie, les unités sont des étalons pour la mesure de...) de la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique est le Tesla abrégé par la lettre T. Cette valeur fait référence à l'intensité de ce champ principal.

En 2007, dans le domaine de l'imagerie médicale (L'imagerie médicale regroupe les moyens d'acquisition et de restitution d'images à partir...) de routine, les intensités de champs magnétiques utilisées sont comprises entre 0,1 et 3 Tesla, avec des intensités supérieures à 17 Tesla pour l'étude de spécimens murins et petits animaux, et jusqu’à 11,7 Tesla pour les études pré-cliniques et cliniques sur l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo...).

Remarque : 1,5 T équivaut à 30 000 fois le champ magnétique terrestre.
  • Bas Champ : < à 0,5 T
  • Moyen Champ : entre 0,5 et 1 T
  • Haut Champ : > à 1 T

Le champ magnétique statique (Le mot statique peut désigner ou qualifier ce qui est relatif à l'absence de mouvement. Il peut...) doit être uniforme dans la section du tunnel. La valeur de champ magnétique statique est mesurée et uniformisée par calibration (transducteur à effet Hall) à l'isocentre de l'aimant et doit couvrir toute la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) de l'antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de...) de réception. Les tolérances sont extrêmement critiques particulièrement à haut champ et en spectrométrie Le champ magnétique diminue à mesure que l'on s'éloigne de cet isocentre : on parle alors de champ magnétique résiduel. La répartition des lignes de champ dépend de la puissance du champ magnétique mais également de la présence d'un blindage autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de l'aimant (voir chapitre sur le blindage de champ magnétique).

Les principales qualités pour un aimant sont :

  • un champ magnétique d'intensité élevée afin d'améliorer le rapport signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) sur bruit ;
  • une bonne stabilité temporelle (le champ magnétique doit être le plus permanent possible) ;
  • une bonne homogénéité du champ (par exemple : 0,2 parties par million ppm dans une sphère de 36 cm de diamètre ce qui correspond au diamètre moyen d'une antenne émission/réception crânienne : c'est la fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan...) minimum d'homogénéité de champ que doit obtenir le constructeur pour vendre son IRM dans la plupart des pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) du monde).

Ces qualités sont recherchées parmi les trois types d'aimants disponibles sur le marché : l'aimant permanent (Un aimant permanent ou aimant dans le langage courant, est un objet fabriqué dans un...), l'aimant résistif et l'aimant supraconducteur. Aujourd'hui c'est l'aimant supraconducteur qui est le plus répandu.

L'augmentation des champs magnétiques permet une amélioration importante de la qualité des images obtenues par IRM mais certaines personnes s'interrogent sur l'influence de champ magnétique de grande intensité sur le corps humain (Le corps humain est la structure physique d'une personne.). Toutefois rien, en 2007, ne mettait en évidence un quelconque effet néfaste sur l'organisme si ce n'est quelques « vertiges » dus à l'induction de faibles courants électriques dans certaines structures nerveuses par les impulsions de radiofréquence. Dans tous les cas, même à champ faible, la présence d'objets ferromagnétiques constituent une contre-indication à l'IRM.

L'aimant permanent

Il est constitué d'une structure ferromagnétique qui produit un champ magnétique permanent sans consommation d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...). Ces aimants, autrefois très lourds (jusqu'à 90 tonnes avec les ferrites), se sont allégés avec l'arrivée des alliages à base de terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) rares (Bore-néodyme-fer). Un aimant de 0,3 T corps entier ne pèse que 10 tonnes. Un 0,4 T pèse 13 tonnes. Bien que l'on puisse faire des aimants permanents de 1T, il est économiquement difficile d'aller beaucoup plus haut que 0,4 Tesla. Leurs avantages principaux sont l'absence de courant de Foucault, une fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée...) exceptionnelle, une architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) ouverte et un champ vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en...) perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en...) au grand axe (En géométrie, le grand axe d'une ellipse est un paramètre utilisé pour...) du patient, ce qui améliore les performances des antennes. Les systèmes IRM réalisés autour d'aimants permanents ont longtemps fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) de développements limités. Ce n'est plus le cas. Depuis quelques années, ces systèmes se sont hissés à de très bons niveaux de performances. Plus de 8000 systèmes ont été installés dans le monde (Le mot monde peut désigner :) entier en majorité aux États-Unis et au Japon, de plus en plus en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...) et plus lentement en France. Ils sont devenues moins coûteux, très fiables et efficaces, et la Haute Autorité de santé (En France, la Haute Autorité de santé (HAS) est une « autorité publique...) en France en a reconnu l'intérêt dans un rapport de juin 2008 et en préconise l'utilisation en France. Ils constituent également le meilleur choix pour les pays ne possédant pas l'infrastructure technique et logistique (La logistique est l'activité qui a pour objet de gérer les flux physiques d'une...) permettant de faire fonctionner un système supraconducteur dans de bonnes conditions.

L'aimant résistif

Cet aimant est constitué d'un bobinage de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre...) traversé par un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge...) produisant un champ magnétique en son centre. Ce type d'aimant est assez peu utilisé depuis l'apparition des aimants supraconducteurs.

Il est assez peu coûteux à la fabrication et ne nécessite pas de liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) cryogénique de refroidissement (contrairement aux aimants supraconducteurs). De plus, le champ magnétique peut être annulé en quelques secondes en stoppant le courant (mais il faut attendre la stabilisation du champ lors de la remise sous tension).

Malheureusement, le champ magnétique maximum atteint à peine 0,5 T et reste très sensible aux variations de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...). De plus, on constate des problèmes d'homogénéité du champ et une consommation électrique très importante pour alimenter la bobine en courant et pour alimenter les compresseurs du circuit de refroidissement afin de compenser l'effet Joule (L'effet Joule est la manifestation thermique de la résistance électrique. Il se produit lors du...) provoqué par la résistivité (La résistivité d'un matériau, généralement symbolisée par la lettre...) de la bobine.

L'aimant supraconducteur

En 2008, c'est le type d'aimant le plus répandu. L'aimant supraconducteur utilise le principe de supraconductivité : lorsque certains métaux ou alliages sont soumis à des températures proches du zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr,...) absolu, ils perdent leur résistivité si bien que le passage d'un courant électrique se fait sans perte, donc sans production de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...).

L'aimant supraconducteur utilisé en IRM est constitué d'un bobinage de Niobium-Titane (Nb-Ti) baignée constamment dans de l'hélium liquide (près de --269 °C) qui en assure l'état supraconducteur. La résistance électrique nulle ainsi atteinte permet de créer des intensités de champ magnétique très élevées. La bobine est encastrée dans une matrice en cuivre qui sert de puits de chaleur afin de la protéger en cas de perte accidentelle de la supraconductivité (La supraconductivité (ou supraconduction) est un phénomène caractérisé par...) (le quench)

Enfin, le système est entouré d'un écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent...) refroidisseur (circuit d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) ou d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) glacée) qui aide à maintenir l'hélium liquide à très basse température. Le tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) est finalement enveloppé d'un espace de vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) diminuant les échanges thermiques avec l'extérieur. L'appareil est donc peu sensible aux variations de température ambiante.

Tout cet appareillage rend les appareils à aimant supraconducteur très coûteux à l'achat et, ensuite, à l'utilisation, du fait de leur consommation importante en hélium cryogénique. La supraconductivité permet néanmoins une consommation électrique moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) ou faible : si elle n'est pas négligeable lors de la mise en courant des bobinages, elle devient ensuite quasi nulle une fois le régime permanent stable établi.

Les bobinages supraconducteurs étant parcourus par des courants beaucoup plus élevés, ils stockent sous forme magnétique une énergie beaucoup plus élevée. Elle devient même considérable pour les bobines de grandes dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) à 3T ou plus. Ces équipements sont alors dotés d'équipements sophistiqués et fiables pour la dissiper en toute sécurité en cas (de quench).

Géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) de l'aimant

Il existe deux types d'IRM (en pratique, on appelle IRM la technique comme l'appareil ou imageur):

L'IRM "fermée" est la configuration la plus répandue et la plus connue à l'heure (L'heure est une unité de mesure  :) actuelle. Il s'agit d'un tunnel de 60 cm de diamètre pour 2 mètres de long pour les plus anciens et 1,60 mètre de long pour les plus récents.

Un imageur IRM de type ouvert.

L'IRM "ouverte" est apparue après l'IRM fermée. Très peu répandue à ses débuts, elle avait pour principale application l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui...) vétérinaire pour les animaux volumineux ne pouvant physiquement pas rentrer dans une IRM classique trop étroite. La technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) des IRM ouvertes s'améliorant, on leur trouve des avantages dans la médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...) humaine notamment pour les individus qui ne pouvaient pas bénéficier de ce type d'imagerie en géométrie fermée pour des raisons pratiques ou pour éviter une anesthésie générale (L'anesthésie générale, ou AG, est un acte médical dont l'objectif principal est...). On compte parmi ces personnes :

  • les individus obèses dont le diamètre de l'abdomen (L’abdomen désigne une partie du corps humain ou du corps d'un animal.) ou l'envergure (L'envergure est la distance entre les extrémités des ailes. Le terme est valable pour...) des épaules dépasse le diamètre interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...) du tunnel ;
  • les individus claustrophobes ;
  • les enfants ne supportant pas de rester seuls plusieurs longues minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. ...) dans l'IRM sans bouger.

Une application récente des modèles dits ouverts est la radiologie interventionnelle.

Toutefois, les capacités d'intensité de champ magnétique (L'unité de l'intensité d'un champ magnétique dans le système international est...) offertes par ce type d'IRM restent habituellement bien inférieures aux conformations fermées, bien qu'en 2006, on put découvrir des machines à intensité de 1,5 T aux Journées Françaises de Radiologie (JFR).

Les bobines de gradient de champ magnétique

Il s'agit de trois bobines métalliques enfermées dans un cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée...) en fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) et placées autour du tunnel de l'aimant. On les nomme respectivement : bobine X, bobine Y et bobine Z

Le passage d'un courant électrique dans ces bobines crée des variations d'intensité du champ magnétique dans le tunnel, de façon linéaire dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) et dans l'espace. En fonction de sa géométrie, chaque bobine fait varier le champ magnétique selon un axe spécifique :

  • la bobine X selon l'axe droite-gauche ;
  • la bobine Y selon l'axe avant-arrière ;
  • la bobine Z selon l'axe haut-bas.

Elles permettent notamment de sélectionner une épaisseur et un plan de "tranche" ou coupe (transversal, frontal (Un frontal est un équipement informatique.), sagittal ou oblique) et de déterminer la localisation spatiale des signaux dans ce plan.

En sélectionnant une de ces bobines, on peut faire varier ces paramètres :

  • la pente ou intensité : elle est de l'ordre de quelques dizaines de milliTeslas par mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du...) (mT/m) et varie selon les imageurs ; son rôle est de contrôler l'épaisseur de chaque coupe ;
  • le rapport de montée en puissance : elle correspond à la pente maximale atteinte par mètre et par milliseconde ; son rôle est la gestion de la rapidité d'acquisition ;
Remarque : les commutations rapides de champ magnétique par les bobines de gradients produisent des courants de Foucault, eux-mêmes à l'origine de petits champs magnétiques.

Les correcteurs de champ magnétique

Les correcteurs de champ magnétique ou shim sont des dispositifs qui servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) à compenser les défauts d'homogénéité du champ magnétique principal B0 qui peuvent résulter de facteurs liés à l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) ou tout simplement de la présence du patient dans le tunnel.

Les correcteurs de champ sont disposés le long de l'aimant. Il en existe deux types pouvant être présents tous les deux dans une même machine.

Le shim passif

Ce sont des plaques ferromagnétiques. Elles permettent un réglage grossier du champ magnétique, dans le cas d'un environnement perturbateur stable.

Le shim actif

Ce sont des bobines résistives ou supraconductrices, dans lesquelles passe un courant électrique. Les shims actifs permettent un réglage fin et dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...), lors de la présence de structures mobiles proches de l'imageur ou du patient dans le tunnel. Ils effectuent une compensation automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la...) à chaque fois que le champ magnétique devient hétérogène.

Remarque : L'homogénéité du champ magnétique est vérifiée à chaque maintenance du système. Les bobines de shim sont alors calibrées finement (on parle de shimming) par un technicien ou ingénieur spécialisé.

Les antennes

Fichier ( Un fichier est un endroit où sont rangées des fiches. Cela peut-être un meuble, une pièce, un...):IRM Siemens avec antennes.jpg
Un appareil IRM fabriqué par Siemens avec deux types d'antennes.

Ce sont des bobinages de cuivre, de formes variables, qui entourent le patient ou la partie du corps à explorer.

Elles sont capables de produire et/ou capter le signal de radiofréquence (R.F.). Elles sont accordées pour correspondre à la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) de résonance (La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques...) de précession (La formule mathématique qui décrit la précession d'une quantité s'écrit) des protons qui se trouvent dans le champ magnétique :

Fp=(\frac{\gamma}{2\pi}).Bo

Ce qui donne dans le cas du noyau de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) (proton):

  • pour un champ de 0,5 T : onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) R.F. de 21,3 MHz ;
  • pour un champ de 1 T : onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) R.F. de 42,6 MHz ;
  • pour un champ de 1,5 T : onde R.F. de 63,9 MHz.

Les antennes sont très variables et peuvent être catégorisées de trois manières différentes :

  • Selon leur géométrie : volumique et surfacique.
  • Selon leur mode de fonctionnement : émettrice-réceptrice ou réceptrice seule (on parle aussi de réceptrice pure).
  • Selon l'association ou non de différents éléments d'antennes : linéaire, en quadrature de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) ou en réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) phasé.

Les antennes volumiques

Une antenne volumique est une antenne au centre de laquelle est positionné le segment à examiner. Elle est :

Soit émettrice-réceptrice : c'est un cylindre de bobinage métallique qui émet un signal R.F. approprié (sous la forme d'impulsions régulières) vers des protons de la région à explorer. Ceux-ci entrent alors en résonance. Puis l'antenne réceptionne la réponse de ces protons, au moment de la restitution de l'énergie.

Soit réceptrice simple : elle est constituée de plusieurs antennes réceptrices plates montées en réseau phasé autour d'une structure cylindrique. C'est, dans ce cas, une autre antenne (l'antenne dite Corps ou Body intégrée à l'appareil lui-même) qui s'occupe de l'émission du signal R.F. .

Remarque : L'émission et la réception du signal se font de façon homogène dans tout le volume entouré par l'antenne.

Exemples d'antennes volumiques :

Antenne tête
  • L'antenne corps : il s'agit d'une antenne émettrice-réceptrice, elle est située autour du tunnel de l'aimant (non visible sur une installation en utilisation mais il est possible de la visualiser au cours des maintenances). Son diamètre est à peu près de 65 cm. Elle permet l'étude de régions anatomiques étendues (allant jusqu’à 50 cm de long).
  • L'antenne tête : il s'agit d'une antenne émettrice-réceptrice ou réceptrice simple. Il s'agit d'une antenne modulaire de diamètre de 25 à 30 cm qui est adaptée à l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) de l'encéphale mais peut également être utilisée pour l'exploration comparative des extrémités chez l'adulte (main, poignet (Le poignet est une région du membre supérieur située entre la main et l'avant-bras,...), pied et cheville) ou de l'abdomen des jeunes enfants.
  • L'antenne genou : il s'agit d'une antenne émettrice-réceptrice ou réceptrice simple. Il s'agit d'une antenne modulaire de 22 cm de diamètre (peut varier). Elle est adaptée à l'exploration du genou, mais aussi du pied et de la cheville.

On peut aussi citer : l'antenne poignet, l'antenne épaule, l'antenne jambes...

Les antennes surfaciques

Antenne surfacique type

Une antenne surfacique est une antenne plane (La plane est un outil pour le travail du bois. Elle est composée d'une lame semblable à celle...) positionnée au contact de la région à explorer. Elle est réceptrice simple et ne peut donc que recevoir le signal restitué par les protons, c'est l'antenne corps qui émet l'impulsion R.F. initiale.

En tant qu'antenne linéaire (utilisée seule), elle ne permet l'examen que de petits champs d'exploration. C'est pour cette raison qu'elle est souvent couplée à d'autres antennes surfaciques (en quadrature de phase ou en réseau phasé).

Elle procure un très bon rapport signal sur bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son....) dans la région d'intérêt à condition de son bon positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre...) (le plus proche possible de la zone d'exploration).

Les associations d'antennes

Comme nous l'avons vu précédemment, les antennes peuvent être utilisées seules ou en association afin d'avoir un rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie)...) optimum et permettre le diagnostic :

  • L'antenne linéaire : C'est une antenne surfacique utilisée seule et placée parallèlement au champ magnétique B0. Il y a donc réception du signal émis par le patient, uniquement lorsque ce signal passe devant l'antenne.
  • L'antenne en quadrature de phase : C'est un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de deux antennes surfaciques disposées autour d'une même région mais dans des plans différents. Chaque antenne reçoit un signal de la même région mais à des moments différents. Les deux signaux se regroupent alors sur un même canal de traitement pour former l'image finale. Ce principe augmente le rapport signal sur bruit et par conséquent la qualité de l'image. On peut aussi utiliser ce gain de signal pour diminuer le temps d'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un...) pour une qualité d'image, cette fois-ci, inchangée. Il est évident que les coûts d'achat de ce type d'antenne est bien plus élevé que pour une antenne linéaire.
  • Les antennes en réseau phasé: C'est un ensemble de plusieurs antennes de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de petit diamètre, disposées côte à côte. Chaque antenne possède son propre canal de réception du signal et produit l'image de la région anatomique en regard de laquelle elle se trouve. Les différentes images sont ensuite combinées par des algorithmes informatiques pour former l'image terminale. Ce principe apporte un très haut signal sur bruit et permet un large champs d'exploration (jusqu’à 48 cm), mais est bien plus onéreux que les deux autres types d'antennes précédemment décrites.
Remarque: il existe des antennes dites "H.D.E" (Haute Densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) d'Éléments) ce sont des antennes qui contiennent plus de deux bobines appelées "éléments d'antenne" qui peuvent être comme des petites antennes élémentaires. Cependant les antennes H.D.E. sont très onéreuses (pour l'exemple une antenne de genou 8 éléments coûte près de 25 000 €)

Les blindages

En IRM, on parle de blindages pour certains dispositifs destinés au confinement des champs magnétiques produits par la machine et à l'isolement de celui-ci des champs magnétiques extérieurs qui viendraient perturber l'acquisition.

Il existe deux blindages dans une installation IRM :

Le blindage des ondes de radiofréquence

Il est assuré par la cage de Faraday (Une cage de Faraday est une enceinte utilisée pour protéger des nuisances...) constituée d'un maillage de cuivre qui recouvre presque* toutes les parois de la salle de l'aimant et étanche aux ondes R.F. Cependant cette "cage" n'est visible qu'au niveau de la vitre de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) (aspect sombre du verre)et le cadre de la porte (de petites lamelles de cuivre), les plaques de cuivres étant cachées dans les murs, le plafond (Par extension, un plafond représente le maximum de quelque chose :) et le sol :

  • Elle empêche les ondes R.F. produites par le système de sortir de la salle de l'aimant.
  • Elle empêche les ondes R.F. extérieures (produites par tout appareil électronique et objets métalliques en mouvement) d'entrer dans la salle d'examen.
(*) Dans toutes les salles IRM il existe ce que l'on appelle un panneau de pénétration, c'est un lieu de passages du circuit de refroidissement et des câbles transportant les informations entre la salle de l'aimant et le local technique, celui-ci fait un trou dans la cage de Faraday. Cependant ce passage est spécialement conçu pour ne laisser passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) aucune onde R.F.

En outre, il existe un autre type de cage de Faraday. Miniaturisée, elle n'est utilisée que rarement pour certaines acquisitions notamment l'exploration des membres inférieurs, et ce, afin d'éviter l'artéfact de repliement (Aliasing) du membre controlatéral. Ce dernier est entouré par une petite cage de Faraday et ne peut donc répondre aux impulsions de radio-fréquences. De nouvelles parades technologiques et des solutions d'anti-repliements rendent son utilisation très sporadique.

Le blindage de champ magnétique

Il a pour rôle de rapprocher les lignes de champ au plus près de l'aimant et notamment de faire rentrer la ligne de 0,5 mT dans la salle d'examen.

Remarque: on parle de la « ligne des 0,5 mT » ou « des 5 Gauss ». C'est la limite au-delà de laquelle il y a dysfonctionnement ou dérèglement d'un pacemaker

Il existe deux types de blindages de champ magnétique selon les appareils :

  • un blindage passif : c'est un ensemble de poutrelles d'acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction...) ou de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...) doux, entourant l'aimant. Ce dispositif est très lourd ;
  • un blindage actif : c'est un bobinage métallique inversé placé aux deux extrémités du bobinage de champ principal B0. Au passage du courant électrique dans les spires inversées, il se produit un contre-champ magnétique dont les lignes de champ viennent s'opposer à celles de B0.

Le périmètre (Le périmètre d'une figure plane est la longueur du bord de cette figure. Le calcul du...) du champ magnétique est appelé champ magnétique résiduel. La taille du champ magnétique résiduel dépend de la puissance du champ magnétique et du fait que le système est blindé ou non. Pour un IRM de 1,5 T non blindé, un champ supérieur à 0,5 mT s'étend jusqu’à près de 12 mètres de l'isocentre et de 9,5 mètres de part et d'autre de l'aimant (Il est à noter que la cage de Faraday n'a aucune action de blindage contre le champ magnétique) ; avec blindage ce champ est réduit à 4 mètres de l'isocentre et 2,5 mètres de part et d'autre de l'aimant.

Remarque : En raison du contre-champ du blindage actif, le champ magnétique est plus intense à l'entrée du tunnel et sous les capots qu'au centre de l'appareil (les intensités peuvent être presque doublées). Cette propriété peut être cause de vertiges et de sensations de fourmillement à l'entrée du tunnel lors de l'émission des ondes de radiofréquence, dues à de petits courants de Foucault induits dans certaines structures nerveuses. Il est important de respecter les consignes de sécurité et ne pas former de "boucle" avec les membres ce qui augmenterait l'intensité de ces courants et pourrait provoquer des brûlures ou/et de plus grands étourdissements.

Le Quench

Le Quench se définit par un passage brutal de l'hélium liquide à l'état gazeux volatile qui s'échappe alors de la cuve.

La raison accidentelle principale de ce phénomène est un défaut dans le système d'isolation thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) due à la présence de micro-pores dans les joints, voire un non contrôle du niveau d'hélium et du bouclier thermique (Un bouclier thermique, dans le domaine de l'astronautique, est un dispositif destiné à protéger...) d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...) liquide c'est la cause accidentelle la plus fréquente du "quench".

Il y a un réchauffement de l'hélium liquide qui passe alors à l'état gazeux, avec un risque de voir l'évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente...) s'accélérer avec la diminution du pourcentage (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une...) d'hélium liquide présent en cuve.

Remarque : Ce dysfonctionnement peut avoir des origines très diverses : panne dans le circuit d'eau glacée due à un dépôt important de calcaire, défaillance dans les compresseurs provoquant l'arrêt de la tête froide, ou une augmentation de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) dans l'aimant...

Le quench peut être aussi provoqué volontairement par le personnel de santé : en effet la propriété supraconductrice des IRM modernes fait que le champ magnétique principal reste même s'il n'y a plus d'apport de courant dans la bobine. Tous changement de la valeur du champ statique doit être opéré avec une procédure très stricte et toute variation rapide du champ statique engendre des courants de Foucault importants ceux-ci réchauffent les cuves de l'aimant et augmentent considérablement la consommation d'hélium, ceci peut conduire à un phénomène d'emballement qui sublime la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) d'hélium existant et conduit au "quench" et surtout au réchauffement du filament supraconducteur qui peut être détruit et brûlé.

Ainsi pour stopper le champ magnétique, il faut attendre plusieurs heures (voir journées) pour que la très faible résistance de la bobine diminue l'intensité du champ magnétique. En cas de danger immédiat pour toute personne se trouvant dans la salle d'examen, par exemple : un individu (Le Wiktionnaire est un projet de dictionnaire libre et gratuit similaire à Wikipédia (tous deux...) coincé entre l'aimant et un gros objet ferromagnétique (brancard, bombonne d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...), cireuse...) il y a un risque de fracture (En traumatologie, le terme de fracture désigne par définition une solution de...) voire d'asphyxie (L'asphyxie est un terme médical signifiant l'arrêt plus ou moins long de la circulation...) pour celui-ci et la puissante force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) d'attraction empêche de dégager la personne sans porter atteinte à son intégrité physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...). Alors on déclenche le quench :

L'hélium liquide passe à l'état gazeux, la bobine principale se réchauffe avec perte de la supraconductivité et reprise de la résistivité de la bobine. À terme, il y a remise en place de l'effet Joule (production d'énergie calorifique : dégagement de chaleur) et l'intensité du champ magnétique chute progressivement.

L'hélium gazeux produit doit normalement s'échapper vers l'extérieur des locaux grâce à un conduit situé au-dessus de l'aimant. Si cette évacuation ne se fait pas correctement, l'hélium gazeux s'échappe dans la salle d'examen. Il y a alors un risque important d'asphyxie et de brûlure (La brûlure est une destruction partielle ou totale pouvant concerner la peau, les parties...) par le froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) pour le patient présent dans le tunnel. Ainsi qu'un risque de confinement de la salle : impossibilité d'ouvrir la porte de la salle selon son sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) d'ouverture.

Remarque : L'hélium gazeux n'est pas un gaz toxique pour l'organisme. Son inconvénient, dans ce cas, est sa détente du passage liquide à l'état gazeux pour finalement remplacer le dioxygène (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2,...) de l'air. En effet pour 1 litre (Le litre (du grec λίτρα lítra, ancienne mesure de capacité...) d'hélium liquide on obtient plusieurs centaines de litres d'hélium gazeux ; un véritable problème lorsqu'on sait que la cuve d'un IRM contient (lorsqu'elle est pleine) de 1 650 à 1 800 litres d'hélium liquide.

Lorsque qu'un quench se produit, il arrive que la totalité de l'hélium présent en cuve s'échappe. Dans ce cas l'appareil IRM ne peut plus être utilisé dans l'immédiat : Il faut refroidir la cuve avant de la remplir à nouveau, puis relancer le champ magnétique jusqu’à atteindre sa complète stabilité. Il faut ensuite recalibrer le shim actif et procéder à des tests sur fantômes. Ces opérations sont très coûteuses en temps et en argent : dans un ordre d'idée, on peut estimer son coût à plus de 40 000 euros sans compter les pertes potentielles dues à l'impossibilité de pratiquer des examens pendant le temps de remise en service qui dure, environ, deux semaines.

Rappels de RMN

La résonance magnétique nucléaire (La résonance magnétique nucléaire (RMN), aussi dénommée par son...) exploite le fait que les noyaux de certains atomes possèdent un moment magnétique (En physique, le moment magnétique est une grandeur vectorielle qui permet de mesurer...) de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...). C'est en particulier le cas de l'atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) d'hydrogène 1 que l'on retrouve en grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) dans les molécules qui composent les tissus biologiques comme l'eau (H2O) et les molécules organiques. Pour comprendre les principes de la RMN et de l'IRM, on peut s'imaginer ces spins comme des toupies tournant sur elles-mêmes autour de leur axe. En RMN (tout comme en IRM), on place les atomes que l'on veut étudier dans un champ magnétique constant et on leur applique une onde électromagnétique (L'onde électromagnétique est un modèle utilisé pour représenter les...) oscillante à une fréquence bien particulière dite fréquence de résonance ou fréquence de Larmor. En effet, pour que le champ oscillant puisse avoir un effet notable sur les atomes, il faut qu'il entre en résonance avec ceux-ci, c'est-à-dire que sa fréquence soit ajustée au « mouvement de rotation » de ces spins. Le choix de la fréquence de Larmor permet donc de cibler quels atomes on va imager en fonction de l'intensité du champ magnétique (qui est de quelques Teslas pour les appareils d'IRM actuels). En IRM, on utilise principalement les atomes d'hydrogène dont la fréquence de résonance est autour de 42 MHz/Tesla, ce qui correspond à la gamme des ondes radio. En effet, l'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) d'hydrogène qui est constitué d'un seul proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire...), est très abondants dans les tissus biologiques et en outre, son moment magnétique nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) est relativement fort, ce qui fait que la résonance magnétique de l'hydrogène donne lieu à un phénomène de résonance très net et facile à détecter.

Même s'il s'agit en réalité de phénomènes quantiques, on peut se représenter, de façon imagée, que sous l'effet du champ magnétique statique, les moment magnétiques de spin vont progressivement s'aligner dans une direction initialement parallèle à celui-ci et donner lieu à une aimantation globale dans la direction du champ B0, dite direction longitudinale. Par habitude, on note cette direction de la lettre z. et on note l'aimantation longitudinale résultant (En mathématiques, le résultant est une notion qui s'applique à deux polynômes....) de l'addition (L'addition est une opération élémentaire, permettant notamment de décrire la...) de tous ces moments magnétiques, M. En fait, seule une très faible proportion (environ 0,001%) des moments magnétiques nucléaires s'aligne dans la direction z, la très grande majorité ne possède pas une orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) stable en raison de l'agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs...) thermique, néanmoins cette petite proportion de spins qui « s'alignent » est suffisante pour être détectée, c'est pourquoi on néglige le reste des moments magnétiques des 99,999% restant qui statistiquement se compensent les uns les autres.

Lorsque l'on applique l'onde magnétique radiofréquence oscillante à la fréquence de Larmor, on va entraîner les moments magnétiques qui vont alors s'écarter progressivement de l'axe z pour aller se placer perpendiculairement à leur axe de départ un peu comme un parapluie qui s'ouvrirait mais en plus les spins continuent leur rotation autour de l'axe z. C'est ce qu'on appelle un mouvement de précession.

L'onde magnétique oscillante, notée B1 va donc avoir comme rôle de faire « basculer » les moments magnétiques de spin pour les placer dans un plan perpendiculaire à la direction du champ statique B0. C'est ce qu'on appelle l'excitation : plus celle-ci dure longtemps et plus la proportion de moments magnétiques qui auront basculé sera importante et donc plus l'aimantation longitudinale (dans la direction z) diminuera.

Lorsqu'on interrompt le champ oscillant, les moments magnétiques qui se sont écartés de leur axe initial vont revenir vers la direction z sans cesser de tourner. On peut alors mesurer ce mouvement de rotation des spins sous la forme d'un signal oscillant qui a la même fréquence que l'onde excitatrice. C'est ce signal, dit de précession, qu'on mesure en RMN et en IRM au moyen d'une antenne réceptrice.

La relaxation longitudinale (T1)

Au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île...) et à mesure que les moments magnétiques retrouvent la direction du champ statique z, le signal oscillant qu'ils émettent va en diminuant, jusqu'à disparaître quand tous les moments magnétiques sont de nouveau alignés longitudinalement, c'est-à-dire dans la direction z. Le temps que mettent les moments magnétiques nucléaires à retrouver leur alignement longitudinal (i.e., sur la direction z) est baptisé temps de relaxation et est noté T1.

En notant Mz(0) la valeur à l'équilibre de l'aimantation longitudinale (lorsque tous les spins sont alignés), on peut donner la loi d'évolution de la « repousse » de l'aimantation longitudinale après à avoir appliqué une excitation qui aurait fait basculer tous les moments magnétiques au temps t = 0 : M_z(t) = M_Z(0).(1-e^{-\frac{t}{T1}})

Ce phénomène de relaxation (c'est-à-dire de retour à l'équilibre) suit donc une dynamique exponentielle (La fonction exponentielle est l'une des applications les plus importantes en analyse, ou plus...), il faudrait alors un temps infini (Le mot « infini » (-e, -s ; du latin finitus,...) pour que tous les spins se retrouvent alignés, c'est pourquoi on définit comme temps T1 le temps mis pour retrouver 63% de l'aimantation longitudinale à l'équilibre.

Ce temps de relaxation T1 dépend de l'agitation moléculaire dans le tissu que l'on observe. Il suit une courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du...) en U inversé : si l'agitation moléculaire est très faible, les atomes d'hydrogène mettront du temps à revenir à l'équilibre (c'est le cas des tissus durs comme les os). Si l'agitation des molécules d'eau est très forte, comme c'est le cas dans les liquides comme le liquide céphalo-rachidien, la repousse est aussi lente (La Lente est une rivière de la Toscane.). Par contre, si l'agitation est modérée (c'est-à-dire avec une constante de temps autour de la fréquence de Larmor) comme dans la graisse (La graisse est un corps gras se présentant à l'état solide à température...) ou dans la substance blanche (La Substance blanche est avec la substance grise une des deux catégories de tissus du système...), alors le temps T1 est relativement court. Ces différents T1 tournent autour de 1 seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) pour champ B0 de 3 Teslas.

La relaxation transversale (T2)

Par ailleurs, l'agitation moléculaire contribue aussi à un autre phénomène : alors qu'en théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) les moments magnétiques devraient tous tourner de façon cohérente autour de l'axe z, c'est-à-dire avec une différence de phase constante. L'agitation moléculaire va faire que les atomes ne vont pas être dans un environnement physico-chimique constant et donc leur fréquence de Larmor va elle aussi n'être pas parfaitement égale à la fréquence de Larmor théorique. Par conséquent, les différents moments magnétiques vont avoir tendance à se désynchroniser. Cela se traduit par une diminution du signal lié à leur rotation synchrone (La rotation synchrone est un phénomène qui se produit lorsqu'un satellite naturel orbite à...) au cours du temps, dit temps de relaxation T2.

Ce temps T2 mesure la disparition de l'aimantation transversale, c'est-à-dire de l'aimantation résultant du fait que les moments magnétiques sont synchrones dans leur rotation dans le plan transversal, perpendiculaire à B0, où ils ont été amenés par l'onde excitatrice oscillante B1. Là encore, il s'agit d'un phénomène qui suit une loi exponentielle (Une loi exponentielle correspond au modèle suivant:) (décroissante cette fois) : M_(t) = M_0.e^{-\frac{t}{T2}}

Encodage spatial grâce aux gradients

La localisation spatiale des atomes est obtenue en ajoutant un gradient directionnel sur le champ magnétique de base (B0) grâce aux bobines de gradient de champ magnétique. La relaxation des protons sera alors modifiée par la variation du champ magnétique. Des techniques de traitement du signal utilisant les algorithmes de transformées de Fourier rapides permettent alors de localiser l'origine du signal.

La résolution spatiale est liée à l'intensité du champ magnétique (de nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), en 2006, les appareils utilisent un champ de 1 à 3 teslas) et de la durée de l'acquisition (en général une dizaine de minutes). On atteint actuellement une résolution de l'ordre du millimètre.

Les pondérations

En modifiant les paramètres d'acquisition IRM, notamment le temps de répétition entre deux excitations et le temps d'écho, temps entre le signal d'excitation et la réception de l'écho, l'utilisateur peut modifier la pondération de l'image, c’est-à-dire faire apparaître les différences de temps T1 et de temps T2 des différents tissus d'un organisme. Les tissus ayant des temps T1 et T2 différents en fonction de leur richesse en atome d'hydrogène et en fonction du milieu dans lequel ces derniers évoluent, peuvent renvoyer des signaux différents si l'on arrive à mettre en évidence ces différences de temps. Pour cela, on teste la réponse des atomes après des excitations particulières.

Des tissus différents ont des T1 différents. Après stimulation (Une stimulation est un événement physique ou chimique qui active une ou plusieurs...) de radio-fréquence avec un temps de répétition court, on ne laisse pas le temps aux atomes d'hydrogène de certains tissus de revenir en position d'équilibre alors que, pour d'autres atomes d'hydrogène d'autres tissus, le temps est suffisamment long pour qu'il y ait un retour à l'équilibre. Lorsque l'on mesure l'état d'énergie des atomes des tissus, on note des écarts d'état entre ces différents atomes. Si on laissait un temps trop long, tous les atomes auraient le temps de revenir en position d'équilibre et l'on ne noterait plus de différences entre différents tissus.

Des tissus différents ont des T2 différents. Après stimulation par un temps d'écho long, on retrouve des décroissances d'énergie d'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) plus importante entre les tissus. Les différences de T2 étant plus discriminants si le temps d'écho est long.

Pondération T1

Les paramètres de la pondération :

  • temps d'écho : TE = 10 à 20 ms (ms = millisecondes)
  • temps de répétition : TR = 400 à 600 ms

En utilisant un temps de répétition court et un temps d'écho court (neutralise les différences de temps T2), on obtient un contraste d'image pondérée en T1, pondération dite « anatomique » : en pondération T1 sur le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite...), la substance blanche apparaît plus claire que la substance grise. Le liquide céphalo-rachidien, situé entre la substance grise et l'os apparaît lui nettement plus foncé.

Ces séquences sont également utilisées après injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) de produit de contraste (En imagerie médicale, un produit (ou agent) de contraste est un médicament qui augmente...), pour caractériser une anomalie

Pondération T2

Les paramètres de la pondération :

  • temps d'écho : TE > 80 ms
  • temps de répétition : TR > 2000 ms

En utilisant un temps de répétition long (neutralise les différences de temps T1) et un temps d'écho long, on obtient un contraste d'image dite pondérée en T2, dite aussi pondération « tissulaire » : L'eau et l'œdème apparaissent en hypersignal.

Densité protonique

Les paramètres de la pondération :

  • temps d'écho : TE = 10 à 20 ms
  • temps de répétition : TR > 2000 ms

En utilisant un temps de répétition long (2000 ms à 3000 ms) et un temps d'écho court (inférieur à 30 ms), on obtient un contraste d'image de pseudo densité protonique (Tissus > liquide > graisse). Seul les éléments tissulaires à forte densité protonique, comme les ménisques, seront en hypersignal. En utilisant un temps de répétition plus long (5000ms) et un temps d'écho court (inférieur à 30 ms), on obtient un contraste d'image de vraie densité protonique(Liquide>Tissus>graisse).

Les séquences

Echo de spin

Séquence SE classique

La séquence IRM la plus classique est sans doute la séquence écho de spin. Cette dernière se décompose en:

  1. une impulsion 90 ° dite d'excitation.
  2. une période de déphasage dans le plan transverse des protons pendant TE/2.
  3. une impulsion 180 °, dite d'inversion.
  4. un rephasage pendant TE/2.
  5. la lecture du signal (lecture de l'echo de spin).

Cette sequence permet les pondérations T1, T2 et de densité protonique. Elle n'est plus utilisée car le temps d'acquisition est beaucoup trop long car il faut compter environ 50 minutes pour l'acquisition d'une coupe sur une matrice de 256².

Séquence TSE/FSE rapide

TSE pour Turbo Spin Echo et FSE pour Fast Spin Echo (le nom de la séquence dépend des constructeurs mais le principe est identique)

la technique associe la méthode écho de gradient et écho de spin pour une acquisition plus rapide mais plus sensible aux artéfacts.

Le principe de ces techniques reste basé sur un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) d'impulsion radiofréquece (généralement 40 °) appelé angle de Ernst intermédiaire entre la séquence SE et IR avec des temps de répétitions plus courts (300 msec) , cette technique appliquée à haut champ permet d'éviter certains arterfacts dus aux spins mobiles.

Inversion-Récupération

Séquence IRT1 ou FLAIRT1 ou TRUET1

On envoie une impulsion a 180 °, puis on attend un délai (Un délai est d'après le Wiktionnaire, « un temps accordé pour faire une...) T pendant lequel ML (proportionnel à l'intensité longitudinale) a augmenté. Après T, on envoie une impulsion à 90 °, qui provoque un basculement (Le basculement, dans le domaine de l'astronautique, est l'inclinaison progressive d'un véhicule...) de ML, on obtient ainsi un courant mesurable et donc un signal lié a T1.

Séquence STIR

(= Short Time of Inversion Recovery) Les séquences STIR ont pour but d'annuler le signal de la graisse.

Séquence FLAIR ou FLAIRT2

Il s'agit d'une séquence en inversion-récupération pondérée T2 sur laquelle on a « supprimé » le signal de l'eau libre (et donc du liquide céphalo-rachidien), qui apparaît alors en hyposignal, en adaptant le temps d'inversion. Cette séquence est très utilisée dans l'exploration cérébrale (notamment du cortex (En biologie, le cortex (mot latin signifiant écorce) désigne la couche superficielle ou...) et des parois ventriculaires), l'œdème, la nécrose ou encore la gliose.

Écho de gradient

Gradient de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...)

Les techniques de gradient de diffusion consistent à mesurer le mouvement brownien (Le mouvement brownien, ou processus de Wiener est une description mathématique du mouvement...) des molécules d'eau dans les tissus. Cela permet d'en déduire des informations sur les inhomogénéités des tissus et notamment de la substance blanche du tissu nerveux. Pour ce faire, les mesures de la diffusion sont effectuées sur un plus ou moins grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de directions (de 6 à plus d'une centaine) qui permettent de calculer des tenseurs de diffusion dans chaque voxel. À partir de là, il est possible de définir la direction moyenne des fibres qui passent dans chacun des voxels et de reconstruire la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et...) des principaux faisceaux de fibres grâce à des algorithmes de tractographie déterministes ou probabilistes. Cette direction moyenne est donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire,...) par la direction propre associée à la plus grande valur propre ("eigenvalue") du tenseur (Tenseur) de diffusion. Le plus souvent, les algorithmes déterministes interpolent les directions de chaque voxel contigü en fonction du degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines...) d'anisotropie (L'anisotropie (contraire d'isotropie) est la propriété d'être dépendant de la direction....) (mesuré par la fraction d'anisotropie) et de l'angle formé par deux directions moyennes de voxels jouxtants.

Saturation des graisses (ou fatsat)

La Fat Sat est une technique permettant de supprimer le signal de la graisse en IRM.
C'est une méthode qui utilise la légère différence de fréquence de résonance des protons des atomes d'hydrogène présents dans la graisse par rapport à ceux de la molécule d'eau. Cette différence est d'environ 220 Hz. On envoie donc une radiofréquence dirigée spécifiquement sur la fréquence de la graisse afin de la saturer avant de recueillir le signal de la coupe.

Avantages :

  • méthode utilisable en pondération tant T1 que T2 ;
  • permet de mieux mettre en évidence les prises de produit de contraste en pondération T1.

Inconvénients :

  • Très sensible aux inhomogénéités de champ, la différence de fréquence de résonance étant très ténue, si le champ magnétique a une valeur trop variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...), la Fat Sat ne fonctionnera pas bien. Ce problème se pose souvent en cas de corps étrangers métalliques trop proches ou même en cas d'homogénéité limitée de l'aimant.

Les Artéfacts

L'IRM, comme toutes les autres techniques d'imagerie médicale, n'échappe pas à la constitution de fausses images : les artéfacts.

Ces images observables n'ont, pour la plupart, pas à proprement parler de réalité anatomique. Ils peuvent être évités ou minimisés en modifiant certains paramètres d'acquisitions ou de reconstructions. Cependant certains d'entre eux ne sont pas sans utilité diagnostique.

Les artéfacts de mouvement

L'artéfact de mouvement est un des artéfacts les plus fréquemment rencontré. Comme son nom l'indique, il se constitue lorsqu'il y a translation dans l'espace du segment étudié au cours de l'acquisition. Il y a deux types de mouvements rencontrés :

  • Les mouvements périodiques : Ce sont les mouvements de la respiration (Dans le langage courant, la respiration désigne à la fois les échanges gazeux (rejet...), les battements cardiaques et les flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) sanguins.
  • Les mouvements apériodiques : Ce sont les mouvements du patient, les mouvements oculaires, la déglutition, le péristaltisme digestif et le flux du liquide cérébro-spinal (Le liquide cérébro-spinal (ou LCS) ou encore liquide céphalo-rachidien (ou LCR) est...).

Ils ont pour conséquence la dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un...) du signal : image floue de la structure en mouvement.

Mais aussi (en particulier pour les mouvements périodiques) des erreurs de localisation du signal : des image « fantômes » ou « ghosting » ; en effet lorsqu'il y a mouvement au cours de différent codage (De façon générale un codage permet de passer d'une représentation des...) de phase, plusieurs valeurs de codage et donc plusieurs localisations seront attribuées à un même proton.

Ces erreurs de localisations ne sont visibles que dans le sens de la phase car entre deux échantillonnages de codage de phase il peut se passer quelques secondes au cours desquelles un mouvement a lieu. En revanche entre deux échantillonnages de codage de fréquence seules quelques millisecondes se passent, un mouvement d'amplitude significative durant ce laps de temps très court est donc peu probable.

Cette propriété est importante car elle permet de modifier les paramètres en fonction de la zone d'intérêt diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de...) de l'examen. Par exemple : Lorsque que le rachis est étudié en coupes axiales, le codage de phase peut être paramétré en droite-gauche afin d'éviter que le ghosting du flux sanguin de l'aorte (L'aorte est la plus grande artère du corps. Elle part du ventricule gauche du cœur et...) ne vienne se projeter dessus. Les techniques de pré-saturations permettent de saturer les spins mobiles et d'éviter leurs artéfacts sur l'acquisition d'image statique (cf respiration abdominale ou passage de gros troncs vasculaires ou du LCR dans la région spinale surtout à partir de 1.5 Tesla)) dans la zone d'examen.

Les artéfacts de champ magnétique

Artéfact de susceptibilité magnétique métallique
Artéfact de susceptibilité magnétique
Artéfact d'hétérogénéité globale du champ magnétique principal
Artéfact de non linéarité d'un gradient de champ magnétique

Les artéfacts d'impulsions de radiofréquence

Artéfact d'impulsions de radiofréquence croisées
Artéfact de croisement de coupe
Artéfact d'interférences aux radiofréquences extérieures

Cet artéfact est due aux interférences des radiofréquences émisent par des appareils extérieurs ( GSM, 3G, Radio...)

Artéfact d'hétérogénéité des impulsions de radiofréquence

Les artéfacts de reconstruction d'image

Ce sont les artefacts liés au problème de numérisation (La numérisation est le procédé permettant la construction d'une représentation...) du signal (échantillonnage). Ainsi, si un pixel (Le pixel, souvent abrégé px, est une unité de surface permettant de mesurer une...) intersecte plusieurs objets, son niveau de gris sera une combinaison (Une combinaison peut être :) des niveaux de gris issus de chacun des objets traversés.

Artéfact de déplacement chimique (En résonance magnétique nucléaire (RMN), le déplacement chimique décrit la...)
Artéfact de repliement
Artéfact de troncature (phénomène de Gibbs)
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