Les irm

 

I. Qu'est-ce que l'IRM


    a. Un peu d'histoire


L’I.R.M. utilise le principe de la R.M.N. (Résonance Magnétique Nucléaire), qui est connue depuis 1926, mais ce n'est qu'en 1946 qu'on obtient des résultats concrets. Ses principes physiques sont connus mais il faut encore disposer d'un ordinateur suffisamment puissant et rapide, réaliser un aimant stable et d’une taille imposante, et imaginer une utilisation médicale de ces techniques.


Ce n'est qu'en 1971 que Raymond Damadian a l'idée d'utiliser le principe de la R.M.N. (Résonance Magnétique Nucléaire) à des fins médicales, par exemple, pour réaliser une image de tissus biologiques. Puis cette méthode fut améliorée en 1975 par Paul Lauterbur et Peter Mansfield.


Le nom d'I.R.M. (Imagerie par Résonance Magnétique) n'a été donné que plus tard à la R.M.N. car le terme "nucléaire" inquiétait le public. Il est en particulier important de faire remarquer que l'adjectif nucléaire employé ici n'a aucun rapport avec les phénomènes de radioactivité, mais fait juste référence au noyau atomique.


Après plusieurs années d'évolution, l'I.R.M. est donc devenue une technique puissante du domaine de l'imagerie médicale, laquelle est sans cesse en développement. En reconnaissance de « leurs découvertes concernant l'imagerie par résonance magnétique », Peter Mansfield et Paul Lauterbur furent récompensés par le Prix Nobel de médecine en 2003.

 
 

Docteur Raymond Damadian, né le 16 mars 1936

    Docteur Paul Lauterbur, né le 6 mai 1929

Docteur Peter Mansfield, né le 9 octobre 1933 

b. Mise en présence d’un champ magnétique et de son spectre



Dans une région de l’espace où règne un champ magnétique, une aiguille aimantée subit une action mécanique qui lui donne une direction et un sens privilégié.

Ainsi, une petite aiguille aimantée libre de se mouvoir dans toutes les directions permet de détecter un champ magnétique.


Pour cette première expérience, nous allons essayer de voir s’il existe un champ magnétique pour un quelconque aimant. Nous avons donc un aimant circulaire et trois boussoles, faisant office d’aiguilles aimantées.


Les trois boussoles sont disposées en triangle autour de l’aimant circulaire, puis sont rapprochées de celui-ci. Les photos ont été prise au début et à la fin de l’expérience.

Boussoles éloignées de l’aimant

Boussoles collées à l’aimant

Illustration de l’expérience

(vidéo de démonstration lors de l’examen)

Avec cette expérience, nous pouvons voir que les trois boussoles ont toutes un sens commun démontré par les trois flèches bleues. L’orientation des boussoles, à partir des points M, N, O, est donc privilégiée, et c’est celle du centre géométrique de l’aimant.

Nous pouvons donc affirmer qu’il existe un champ magnétique, de symbole vecteur B pour l’aimant circulaire.


Nous allons maintenant faire trois autres expériences, qui ont toutes le même but, apprécier de manière plus visuelle le champ magnétique. Nous disposons donc de l’aimant circulaire, d’un aimant en U, ainsi que d’un aimant droit, de la limaille de fer fine, et d’une plaque de plexiglas.


Pour la première des trois expériences, nous reprenons l’aimant circulaire, qui est posé sur un support, la plaque de plexiglas est placée au-dessus de l’aimant, et la limaille de fer fine est saupoudrée sur la plaque de plexiglas.

Limaille de fer déposé sur la plaque de plexiglas

Agrandissement sur la zone de l’aimant circulaire

Illustration de l’expérience

(vidéo de démonstration lors de l’examen)


Avec cette expérience, nous pouvons voir que des droites se forment, représentant les rayons du cercle, autour du centre géométrique de l’aimant circulaire, symbolisé par la petite croix bleue.

Les grains de limailles, en se juxtaposant, matérialisent les lignes de champ magnétique ; et toutes ces lignes forment le spectre magnétique de l’aimant circulaire.

Nous en déduisons donc que la petite croix bleue joue donc le rôle d’un point de symétrie, et que le spectre magnétique de l’aimant circulaire est autrement appelé champ radial, grâce aux lignes de champ magnétique formant les rayons du cercle.



Pour la deuxième des trois expériences, nous reprenons le même principe que pour la première : nous saupoudrons de la limaille de fer fine sur une plaque de plexiglas, elle-même posée sur l’aimant en U.

Limaille de fer déposé sur la plaque de plexiglas

Agrandissement sur la zone de l’aimant en U

Illustration de l’expérience

(vidéo de démonstration lors de l’examen)

Avec cette expérience, nous pouvons remarquer que les lignes de champ magnétique de l'aimant en U dans l'entrefer sont approximativement parallèles, on admettra donc que dans cette section de l'espace, le champ magnétique est uniforme, c'est-à-dire que le vecteur champ magnétique B est identique (même direction, même sens et même intensité) en chacun des points de cette région.

En dehors de l'entrefer, les lignes de champ quittent l'aimant depuis le pôle Nord en divergeant, et viennent converger au pôle Sud de l'aimant.

Nous pouvons donc affirmer qu’il existe un spectre magnétique spécifique à l'aimant en U par le parallélisme des lignes magnétiques dans l’entrefer.


Pour la dernière des trois expériences, nous reprenons le même principe que pour la première et la seconde : nous saupoudrons de la limaille de fer fine sur une plaque de plexiglas, elle-même posée sur l’aimant droit.

Limaille de fer déposé sur la plaque de plexiglas

Agrandissement sur la zone de l’aimant droit

Illustration de l’expérience

(vidéo de démonstration lors de l’examen)

Avec cette expérience, nous pouvons remarquer que les lignes de champ magnétique de l'aimant droit quittent l'aimant depuis le pôle Nord en divergeant de chaque coté, et viennent converger au pôle Sud de l'aimant.

De plus, il existe une symétrie du champ magnétique par rapport à l'aimant droit.

Nous pouvons donc affirmer qu’il existe un spectre magnétique spécifique à l'aimant droit, dans les lignes de champ magnétique par rapport à l'aimant jouant le rôle d'axe de symétrie.

c. Explication simplifiée de son fonctionnement



L’I.R.M. étudie avec une grande précision de nombreux organes tels que le cerveau, la colonne vertébrale, les articulations et les tissus mous. Elle est d’une grande utilité lorsqu’une analyse très fine est nécessaire et que certaines lésions ne sont pas visibles sur les radiographies standards, l’échographie ou le scanner. Elle permet de faire des images en coupes dans différents plans et de reconstruire en trois dimensions la structure analysée.


Elle recherche :

Au niveau du cerveau, des lésions infectieuses ou inflammatoires, des anomalies des vaisseaux, ainsi que des tumeurs.

Au niveau de la colonne vertébrale, des hernies discales.

Au niveau des articulations, des lésions ligamentaires ou méniscales.



L’I.R.M. développe un champ magnétique très puissant qui permet d’utiliser les atomes et/ou molécule du corps humain. La principale molécule employée en I.R.M. est la molécule d’eau, de symbole H2O. Etant en très grande quantité dans notre organisme (environ 70 à 80% du corps humain), elle est très pratique pour faire des relevés des organes et des tissus biologiques.


Comment la molécule d'eau interagit avec le champ magnétique ?

---- Doublets non-liants


---- Doublets liants

La molécule d'eau possède un atome d'oxygène, de symbole O, et deux atomes d'hydrogène, de symbole H. L’oxygène étant plus électronégatif que l’hydrogène, celui attire l’unique électron des deux autres atomes d’hydrogènes. Les liaisons sont donc polarisées. Les hydrogènes sont à présent un « centre » de charge positive, car dépourvus d’électron. L’oxygène, au contraire, est devenu un « centre » de charge négative, mais deux fois plus chargés à cause des électrons attirés.

Les deux « centres » de charges positives s’associent pour établir le barycentre positif, et cela forme un dipôle électrostatique. Ainsi, la molécule d’eau, H2O, est dite « polaire », et peut être comparée à un aimant, ce qu’on appelle un moment dipolaire magnétique.


La molécule d’eau interagie donc avec le champ magnétique car elle possède deux pôles permettant de s’orienter selon l’utilisation.

Orientation des molécules d’eau avant l’activation du champ magnétique

Orientation des molécules d’eau après l’activation du champ magnétique

Ainsi, soumis à un champ magnétique B, les molécules d’eau s’orientent dans une direction bien spécifique, et possède ainsi la même orientation et le même sens.



A présent, on envoie une onde radio de fréquence courte à l’aide d’une antenne émettrice.

Cette émission radio va perturber l’orientation de la molécule d’eau pendant une très courte durée, de l’ordre de quelques millisecondes.



A la fin de l’émission radio, la molécule d’eau reprend sa place initiale dans le champ magnétique.

En reprenant sa place,  la molécule d’eau dégage une énergie qui va être captée par l’antenne réceptrice, puis analysée par de puissants calculateurs. C’est cette analyse qui va permettre au radiologue d’interpréter les images constituées et de diagnostiquer un bilan.


Pour conclure, le fonctionnement de l’I.R.M. est d’une très grande complexité, et nous avons essayé d’expliquer celui-ci avec justesse, malgré la simplicité de nos propos.