Imagerie par Résonance Magnétique (IRM), Radiologique Dentaire
Introduction
L’IRM est une technique d’imagerie médicale récente, connue depuis 1980, puissante, flexible et permettant d’obtenir des images structurelles et fonctionnelles. Elle est non invasive et sans effets secondaires connus sur le corps humain. Elle repose sur la résonance magnétique nucléaire (RMN) des protons de l’eau contenus dans l’organisme, c’est-à-dire la réponse des noyaux soumis à un champ magnétique extérieur et à une excitation électromagnétique.
Historique
- 1938 : Isidor Isaac Rabi découvre le phénomène de résonance magnétique et reçoit le prix Nobel en 1944.
- 1946 : Mise en évidence de la RMN par Bloch et Purcell (prix Nobel 1952).
- 1977 : Réalisation de la première image d’un corps humain vivant.
- 1980 : Début de la fabrication des premiers appareils IRM commerciaux.
Principe de fonctionnement de l’IRM
L’IRM repose sur le principe de résonance magnétique nucléaire, initialement utilisé en chimie et en physique. L’hydrogène représente 63 % des atomes du corps humain, et l’imagerie par résonance magnétique est l’imagerie de cet hydrogène.
- Les cellules du corps humain contiennent des molécules d’hydrogène (ions H⁺), assimilables à de très petits aimants.
- La molécule d’eau, la plus présente dans le corps humain, est composée de deux atomes d’hydrogène, dont le noyau comporte un seul nucléon : un proton H⁺.
- Ce proton possède des propriétés magnétiques similaires au principe de la toupie : il tourne sur lui-même avec une fréquence donnée w. Cette rotation, appelée précession, s’effectue autour d’un axe sur lequel est orienté le vecteur m, appelé moment magnétique, qui caractérise les propriétés magnétiques du proton.
- À l’état normal, les moments magnétiques des protons du corps s’orientent de manière désordonnée et anarchique, leur orientation étant aléatoire.
Les étapes de la résonance magnétique nucléaire
Il y a trois étapes principales dans la RMN :
- Magnétisation
- Résonance
- Relaxation
Magnétisation
Lorsque le corps humain est soumis à un champ magnétique puissant d’intensité B (IRM), les moments magnétiques de tous les protons s’orientent dans l’axe de ce champ magnétique, parallèle à cet axe. En IRM, un champ magnétique intense B₀, uniforme et constant, est appliqué sur le tissu étudié pour influencer et orienter les moments magnétiques. L’IRM utilise uniquement les protons supplémentaires dans le sens parallèle pour obtenir des images, car les protons parallèles et antiparallèles s’annulent.
Résonance
Un deuxième champ magnétique est appliqué pour orienter différemment les molécules d’eau pendant un moment. Grâce au principe de résonance, une onde électromagnétique (onde radiofréquence ou impulsion radio), qui est une impulsion d’excitation de courte durée, influence les protons en désaxant leur moment magnétique de la direction de B₀. Cela perturbe l’état d’équilibre magnétique instauré et provoque un transfert d’énergie : c’est la phase d’excitation.
Relaxation
Lorsque le deuxième champ s’arrête, les molécules d’eau reviennent à leur position initiale (90 %). Ce retour émet un signal capté par des antennes réceptrices, qui le transforment en signal électrique. La relaxation correspond au retour à l’équilibre de l’aimantation tissulaire et s’accompagne d’une émission d’énergie sous forme d’ondes RF, constituant le signal enregistré en RMN.
Elle se décompose en deux phénomènes distincts :
Relaxation longitudinale
- Appelée relaxation spin-réseau, elle décrit le retour de l’objet à son état antérieur, avant l’excitation par l’impulsion RF.
- Les noyaux d’hydrogène libèrent l’énergie acquise lors de l’excitation RF.
- Par définition, T1 est l’intervalle de temps correspondant à la récupération de 63 % de la magnétisation longitudinale initiale.
- T1 dépend des propriétés des noyaux d’hydrogène contenus dans les différents tissus et varie selon les tissus.
Relaxation transversale
- Due au déphasage des spins, lié aux interactions spins-spins qui créent des hétérogénéités de champ et donc de fréquence de précession.
- Les spins, n’ayant pas exactement la même fréquence, se déphasent rapidement.
- Cette chute de l’aimantation transversale suit une courbe exponentielle décroissante, caractérisée par le temps T2.
- T2 correspond au temps mis par l’aimantation transversale pour revenir à 37 % de sa valeur initiale.
- La relaxation transversale est beaucoup plus rapide que la relaxation longitudinale : T2 est toujours plus court ou égal à T1.
Temps T1 et T2
- T1 : Temps de récupération de 63 % de la magnétisation longitudinale.
- T2 : Temps nécessaire pour que l’aimantation transversale descende à 37 % de sa valeur initiale.
Formation de l’image IRM et les séquences
Les séquences sont l’ensemble des paramètres définissant les impulsions de champ magnétique et les caractéristiques des mesures effectuées.
Caractérisations d’une séquence IRM
Une séquence est caractérisée par :
- Le temps d’écho (TE) : Durée entre le sommet de l’impulsion d’excitation et la moitié du temps de lecture.
- Le temps de répétition (TR) : Durée au bout de laquelle la séquence est reproduite.
- TR et TE longs : Pondération en T2.
- TR et TE courts : Pondération en T1.
Séquences utilisées en IRM
Séquences morphologiques
- T1
- T2
- FLAIR
- STIR
- T2*
- DP
Séquences fonctionnelles
- Diffusion
- Perfusion
- Spectroscopie
- Tenseur de diffusion et tractographie
- IRM de flux
- IRM d’activation
Organisation de l’IRM
L’IRM est constituée des éléments suivants :
- Un tunnel : Lourd et coûteux, il comprend essentiellement :
- Un gros électroaimant : Délivre un champ magnétique intense de 0,5 à 3 teslas, homogène, correspondant au champ B₀.
- Bobines de gradient de champ magnétique : Trois bobines métalliques enfermées dans un cylindre en fibres de verre, placées autour du tunnel de l’aimant.
- Une antenne réceptrice : Capte les micro-signaux émis par les protons lors de la relaxation.
- Le système informatique : Reçoit les signaux électriques émis par les antennes réceptrices, applique de nombreuses opérations mathématiques (notamment la transformée de Fourier) et produit des images.
- Console : Console d’acquisition et console d’interprétation.
- Salle de préparation :
- Brancards et table amagnétiques.
- Matériel paramédical et de réanimation amagnétique.
- Le patient doit enlever tout objet magnétique avant d’entrer dans la salle d’examen, car tout objet ferromagnétique peut devenir un projectile.
Les artéfacts
L’IRM, comme toutes les techniques d’imagerie médicale, est sujette à la formation de fausses images appelées artéfacts. Ces images, pour la plupart, n’ont pas de réalité anatomique et peuvent être évitées ou minimisées en modifiant certains paramètres d’acquisition ou de reconstruction.
Artéfact de mouvement
L’artéfact de mouvement est l’un des plus fréquents. Il se produit lorsqu’il y a une translation dans l’espace du segment étudié au cours de l’acquisition. Il existe deux types de mouvements :
- Mouvements périodiques : Mouvements de la respiration, battements cardiaques, flux sanguins.
- Mouvements apériodiques : Mouvements du patient, mouvements oculaires, déglutition, péristaltisme digestif, flux du liquide cérébro-spinal.
Ces mouvements entraînent une dispersion du signal, rendant l’image floue de la structure en mouvement.
Les indications
L’IRM est utilisée dans les cas suivants :
- Exploration du système nerveux : En urgence (surtout pour les AVC) et pour les affections chroniques.
- Pathologie thoracique : Exploration du médiastin, de la plèvre et des vaisseaux pulmonaires.
- Pathologie ostéo-articulaire : Technique d’imagerie de choix.
- Pathologie cardio-vasculaire : Exploration des malformations vasculaires.
- Pathologie génito-urinaire : Étude de l’appareil génital et du pelvis.
- Pathologie digestive : Étude du foie, des voies biliaires (bili-IRM) et du pelvis.
- Pédiatrie : Pathologie du système nerveux central, oncologie (diagnostic, extension et surveillance des lésions tumorales), affections musculo-squelettiques, explorations des cardiopathies congénitales.
Les contre-indications
Les contre-indications à l’IRM incluent :
- Grossesse (sauf indication formelle, par précaution, seules les indications vitales ou fonctionnelles pour la mère sont validées).
- Stimulateur cardiaque, défibrillateur cardiaque ou électrodes épicardiques.
- Neurostimulateur ou stimulateur électronique pour les os.
- Prothèse valvulaire cardiaque ou cathéter sanguin.
- Pompe à insuline ou à chimiothérapie métallique sous-cutanée, non retirable en sécurité.
- Clips vasculaires neurochirurgicaux.
- Prothèse, implant cochléaire ou oculaire.
- Corps étrangers métalliques intraoculaires (débris métallique dans l’œil).
- Appareils dentaires non compatibles avec l’IRM.
- État du patient :
- Impossibilité de rester allongé (insuffisance cardiaque ou respiratoire avec orthopnée).
- Impossibilité de rester immobile (patients agités, enfants, troubles psychiatriques).
- Claustrophobie (sensation désagréable dans les espaces clos).
- Allergie au gadolinium, à son chélateur ou à l’excipient (rarissime).
- Insuffisance rénale sévère (en cas d’injection de produit de contraste).
Allaitement
En cas d’injection de gadolinium, une faible excrétion dans le lait maternel a été constatée (uniquement sur spécimen murin). Il est recommandé de tirer et éliminer le lait pendant 24 à 48 heures suivant l’injection.
Conclusion
Depuis son apparition, l’IRM a largement et rapidement évolué et est utilisée pour l’exploration de nombreuses pathologies. Elle permet une étude morphologique et fonctionnelle des organes ainsi que la connaissance de leur organisation tissulaire. Avec des précautions, l’imagerie par résonance magnétique est totalement non invasive et sans irradiation.