l’I.R.M-Fonctionnement

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II]Le fonctionnement de l’IRM.
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A]Introduction à la résonance magnétique
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Avant d’aborder ce phénomène compliqué posons-nous une petite question: « Savez-vous pourquoi il est interdit à une troupe de soldats de marcher au pas cadencé sur un pont suspendu ? »C’est pour que le pont n’entre pas en résonance! En effet, si le rythme de la marche des soldats était le même que celui des oscillations du pont, celles-ci pourraient devenir si amples, par résonance, qu’il y aurait risque de rupture des attaches. Et c’est arrivé à Angers en 1850. Depuis cette date , tout groupe qui aborde un pont le fait en évitant de marcher en cadence.Un phénomène de résonance apparaît à chaque fois que la fréquence des excitations du pont que subit le résonateur est égale à la fréquence de ses propres oscillations.En IRM ce phénomène intervient au plus profond du corps humain, dans les noyaux d’atome d’hydrogène , élément très abondant dans le corps sous forme d’eau ou de graisse et consiste à faire rentrer les protons, des noyaux d’hydrogène, en résonance magnétique.

B]Organisation de l’IRM

Un tunnel d’IRM, lourd et coûteux, comprend essentiellement:

Un gros électroaimant(très souvent aimant supraconducteur) : L’aimant supraconducteur utilise le principe de la supraconductivité : lorsque certains métaux ou alliages sont soumis à des températures proches du zéro absolu, ils perdent leur résistivité si bien que le passage d’un courant électrique se fait sans perte (donc sans production de chaleur).L’aimant supraconducteur utilisé en IRM est constitué d’un bobinage baigné 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.Le tout étant finalement enveloppé d’un espace de vide diminuant les échanges thermiques avec l’extérieur. L’appareil est donc peu sensible aux variations de température ambiante.

Un émetteur-excitateur: Qui par impulsion brève, fournit le supplément d’énergie nécessaire pour exciter les protons et les faire entrer en résonance magnétique.

Une antenne réceptrice: Qui capte les microsignaux émis par les protons lors de la relaxation.

bitehg

C]Comment les protons entrent-ils en résonance?

Un proton peut se voir comme une charge électrique en rotation constante, il possède un spin (vecteur représentant l’axe de rotation du proton sur lui même) qui se comporte comme un aimant.

proton

Le magnétisme des protons du corps humain est trop faible pour qu’ils puissent s’orienter dans le champ magnétiqueterrestre dont la valeur n’est que de 0.00005 tesla. Globalement le magnétisme du corps humain est nul.

proton 2

Le champ magnétique régnant dans le tunnel IRM a une intensité de l’ordre du telsa, soit plus de dix mille fois celle du champ terrestre. Ses caractéristiques (intensité, direction et sens) sont les même en tout point du tunnel

Lorsque la tête d’un patient est plongée dans ce champ magnétique très puissant, on pourrait s’attendre à ce que les protons s’orientent tous dans le même sens. Ce n’est pas le cas, les propriétés des particules élémentaires étant très différentes de celles du monde macroscopique.Dans un champ magnétique le spin du proton s’aligne selon 2 positions:

Parallèle(Sud-Nord) & Antiparallèle(Nord-Sud)

anti para

Les deux positions ne sont pas équivalentes. Elles correspondent à des niveaux d’énergie différents. Il faut un paquet d’énergie ou « quantum » moins élevé pour mettre un proton en position parallèle. Or les protons suivent la règle générale : moins on en fait, mieux on se porte. Par conséquent, il va y avoir un tout petit peu plus de protons alignés en position parallèle dans le sens du champ magnétique. Sur 2 millions et 3 protons, alignés dans un champ magnétique de 0,3 teslas, il y en aura 1 million + 3 dans le sens du champ magnétique, sens parallèle, et 1 million dans le sens antiparallèle. Donc entre les deux positions, parallèle et antiparallèle, il existe une différence d’énergie DE. C’est cette différence entre les deux niveaux d’énergie qui va rendre possible la détection d’un signal de résonance magnétique.

Une fois orientés les protons tournent très rapidement autour de la direction du champ (B) en s’inclinant tous du même angle par rapport à celle-ci.

proton 3

Les protons sont en rotations, leur fréquence de rotation(nombre de tours par seconde)autour de la direction de (B) dépend de l’intensité du champ magnétique par exemple pour un champ (B) de 1 telsa: elle est de 42 MHz. C’est à dire 42 millions de tours par seconde. Pour un champ (B) de 1,5 telsa la fréquence sera de 64 MHz. La fréquence de rotation du proton est appelé « Fréquence de Larmor ».

Si un petit supplément d’énergie est envoyé aux protons par l’émetteur-excitateur sous la forme d’une onde hertzienne de fréquence égale à la « fréquence de Larmor » ,la fréquence des excitations étant égale à leur fréquence de rotation, les protons excités entrent en résonance.

proton4

La mise en résonance provoque un changement du magnétisme global .Puisque les protons sont aussi nombreux à être orientés dans chaque sens, il n’ya plus de magnétisme dans la direction du champ magnétique. Par contre, du fait qu’ils sont tous inclinés du même côté au même instant dans leur mouvement autour de la direction de B, leur magnétisme devient important dans la direction perpendiculaire.

5.jpg

Pour quel le proton puissent envoyer une message il doit se relaxer . Pour cela on arrête l’émetteur-excitateur, les protons reprennent donc leur position initiale en émettant un signal radio capter par une antenne.

2

D]De signal radio à image IRM

Les signaux radio captés par l’antenne proviennent de la relaxation des protons. Les protons de différents tissus mettent des temps différents à se relaxer.

Graisse 84 ms
Muscle 47 ms
Substance blanche 92 ms
Substance grise 101 ms
LCR 1400 ms

Les temps de relaxation sont donc les éléments qui permettent de déterminer la nature de la structure analysée chaque type de tissu ayant un temps de relaxation qui lui est propre.

Puis ces informations sont transmises vers un ordinateur qui par des alghorythmes complexes de traitement d’image permettent l’obtention « d’une coupe du corps numérique ».La superposition de ces coupes forme une image 3D du corps humain.


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