Imagerie par résonance magnétique (IRM) - principe de fonctionnement

En 1973, un chimiste américain Paul Lauterbur a publié un article dans le magazine Nature intitulé «Création d'une image à l'aide d'une interaction locale induite; exemples basés sur la résonance magnétique. " Plus tard, le physicien britannique Peter Mansfield offrira un modèle mathématique plus avancé pour l'imagerie de l'ensemble de l'organisme, et en 2003, les chercheurs recevront le prix Nobel pour la découverte de la méthode IRM en médecine.

Le scientifique américain Raymond Damadyan, père du premier appareil d'IRM commercial et auteur de l'ouvrage «Detecting a Tumor Using Nuclear Magnetic Resonance», publié en 1971, apportera une contribution significative à la création de l'imagerie par résonance magnétique moderne.

Mais pour être honnête, il convient de noter que bien avant les chercheurs occidentaux, en 1960, le scientifique soviétique Vladislav Ivanov avait déjà exposé les principes de l'IRM en détail, néanmoins il n'a reçu le certificat de paternité qu'en 1984 ... Laissons le débat sur la paternité, et considérons enfin le général décrire le principe de fonctionnement d'un imageur à résonance magnétique.

Il y a beaucoup d'atomes d'hydrogène dans nos organismes, et le noyau de chaque atome d'hydrogène est un proton, qui peut être représenté comme un petit aimant, qui existe en raison de la présence d'un spin non nul sur le proton. Le fait que le noyau d'un atome d'hydrogène (proton) ait un spin signifie qu'il tourne autour de son axe. Il est également connu que le noyau d'hydrogène a une charge électrique positive, et la charge tournant avec la surface externe du noyau est comme une petite bobine avec un courant. Il s'avère que chaque noyau d'un atome d'hydrogène est une source miniature d'un champ magnétique.

Si maintenant de nombreux noyaux d'atomes d'hydrogène (protons) sont placés dans un champ magnétique externe, alors ils commenceront à essayer de naviguer le long de ce champ magnétique comme les flèches des boussoles. Cependant, lors d'une telle réorientation, les noyaux commenceront à précesser (comme le fait l'axe du gyroscope en essayant de l'incliner), car le moment magnétique de chaque noyau est associé au moment mécanique du noyau, avec la présence du spin mentionné ci-dessus.

Supposons qu'un noyau d'hydrogène soit placé dans un champ magnétique externe avec une induction de 1 T. La fréquence de précession dans ce cas sera de 42,58 MHz (c'est la fréquence dite de Larmor pour un noyau donné et pour une induction de champ magnétique donnée). Et si nous avons maintenant un effet supplémentaire sur ce noyau avec une onde électromagnétique d'une fréquence de 42,58 MHz, le phénomène de résonance magnétique nucléaire se produira, c'est-à-dire que l'amplitude de la précession augmentera, puisque le vecteur de la magnétisation totale du noyau deviendra plus grand.

Et il y a un milliard de milliards de milliards de ces noyaux qui peuvent précessionner et résonner. Mais comme les moments magnétiques de tous les noyaux d'hydrogène et d'autres substances de notre corps interagissent les uns avec les autres dans la vie quotidienne ordinaire, le moment magnétique total de tout le corps est nul.

En agissant sur les protons par les ondes radio, ils obtiennent une amplification résonnante des oscillations (augmentation des amplitudes des précessions) de ces protons, et à la fin de l'action extérieure, les protons ont tendance à revenir à leur état d'équilibre initial, puis ils émettent eux-mêmes des photons d'ondes radio.

Ainsi, dans un appareil d'IRM, le corps d'une personne (ou un autre corps ou objet à l'étude) est périodiquement transformé en un ensemble de récepteurs radio ou un ensemble d'émetteurs radio. En explorant de cette façon site après zone du corps, l'appareil construit une image spatiale de la distribution des atomes d'hydrogène dans le corps.Et plus la force du champ magnétique du tomographe est élevée, plus les atomes d'hydrogène liés à d'autres atomes situés à proximité peuvent être étudiés (plus la résolution de l'imageur à résonance magnétique est élevée).

Les tomographes médicaux modernes comme sources d'un champ magnétique externe contiennent électroaimants supraconducteursrefroidi par de l'hélium liquide. Certains tomographes de type ouvert utilisent aimants permanents en néodyme.

L'induction de champ magnétique optimale dans un appareil d'IRM est maintenant de 1,5 T, elle vous permet d'obtenir des images de haute qualité de nombreuses parties du corps. Avec une induction inférieure à 1 T, il ne sera pas possible de faire une image de haute qualité (d'une résolution suffisamment élevée), par exemple, du petit bassin ou de la cavité abdominale, mais ces champs faibles conviennent pour obtenir des images IRM conventionnelles de la tête et des articulations.

Pour l'orientation spatiale correcte, en plus d'un champ magnétique constant, une bobine magnétique utilise également des bobines de gradient, qui créent une perturbation de gradient supplémentaire dans un champ magnétique uniforme. Il en résulte que le signal résonnant le plus fort est localisé plus précisément dans l'une ou l'autre section. Les paramètres de puissance et de fonctionnement des bobines de gradient - les indicateurs les plus importants en IRM - la résolution et la vitesse du tomographe en dépendent.