Cours 3ème Année médecine RESONANCE MAGNETIQUE NUCLEAIRE (IRM) Cours 3ème Année médecine 2018 -2019 PR. FZ.LECHEHEB

PLAN

I / INTRODUCTION II/ DEFINITION MAGNETISME NUCLEAIRE 1 -RESONANCE MAGNETIQUE NUCLEAIRE 2-MAGNETISME NUCLEAIRE III / PRINCIPE DE RESONANCE MAGNETIQUE NUCLEAIRE++++ 1- POLARISATION 2-EXCITATION-IMPULSION 3-RELAXATION 4- SIGNAL IRM IV / CONTRE-INDICATIONS V / CHAINE IRM D’INSTRUMENTATION 1- AIMANT/ BOBINES DE GRADIENT ET DE SHIM 2- ONDES RF OU ELECTRO-MAGNETIQUE 3- ANTENNES 4- SYSTEME INFORMATIQUE TRAITEMENT 5- CONSOLE IRM VI / APLLICATIONS VII / CONCLUSION

OBJECTIFS

1 / Faire connaître la RMN 2/ Décrire la chaîne d’instrumentation 3/ Faire comprendre le principe 4/ Apprendre les contre-indications de cette imagerie

INTRODUCTION

Technique d’imagerie depuis 1980 Est de première importance

*Technique d’imagerie à visée diagnostique puissante, fournit des images tridimensionnelle, en coupe et de grande précision anatomique. *Récente, non invasive et sans effets secondaires connus, basée sur le phénomène physique de résonance magnétique nucléaire (RMN)

COMMENT S’OBTIENT L’IMAGE IRM ?

LA TECHNIQUE D’IMAGERIE IRM PRESENTATION DES IMAGES OBTENUES PAR LA TECHNIQUE D’IMAGERIE IRM

VX ENCEPHALIQUES IRM CEREBRALE SEQUENCE T2

SEQUENCE EN DENSITE PROTONIQUE IRM GENOU SEQUENCE EN DENSITE PROTONIQUE PLAN SAGITTAL

IRM DU SEIN

QUE SIGNIFIE RESONANCE MAGNETIQUE NUCLEAIRE? DEFINITION DE CHAQUE TERME

NUCLEAIRE

NOYAUX DES ATOMES A Z IMPAIR DES TISSUS BIOLOGIQUES MAGNETISME NUCLEAIRE PROTON

PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES D’ORIGINE NUCLÉAIRE DES SUBSTANCES QUI COMPOSENT LES TISSUS BIOLOGIQUES AUX ATOMES À Z IMPAIR

RMN du proton - Repose sur les caractéristiques physiques - Proton assimilé à un micro-aimant .

PROTON *Moment magnétique µ +++++ Particule de noyaux atomiques, présente un magnétisme détectable *Moment magnétique µ +++++ *Moment cinétique angulaire I dit Spin. - Proton H1 de la molécule d’eau (H2O): plus prépondérant. - Proton des graisses (-CH2): degré moindre.

Première partie

INSTRUMENTATION DE BASE D’UNE CHAINE D’IRM

GANTRY DE L’IMAGEUR COMPREND AIMANT BOBINES DE GRADIENT BOBINES DE SHIM

PRESENTATION DE L’IMAGEUR IRM *À ciel fermé *A ciel ouvert

- BOBINES DE GRADIENT ET DE SHIM Imageur À ciel fermé Gantry comprend : - AIMANT PRINCIPAL - BOBINES DE GRADIENT ET DE SHIM

IRM A CIEL FERME / CAGE DE FARADAY

AIMANT PERMANENT 1 TESLA IRM A CIEL OUVERT AIMANT PERMANENT 1 TESLA

Salle où se trouve l’IRM CAGE DE FARADAY : Salle où se trouve l’IRM Imageur IRM placé dans une salle appelée : cage de FARADAY afin de l’isoler des signaux RF extérieurs qui pourraient altérer le signal. En cuivre (plaques de cuivre recouvrant : sol, murs, plafond de la salle.), la cage de FARADAY englobe complètement l’IRM et empêche les ondes de RF produites par le système.

FREQUENCE DE RESONANCE DES PROTONS : Très proche de celle des ondes utilisées pour la radiophonie publique et la bande FM

COMMENT PLACER LE PATIENT DANS LE TUNNEL DE L’IMAGEUR DANS LA CAGE FARADAY?

Patient placé dans le tunnel de l’aimant (élément principal) Il dispose d’une qualité de confort plus importante grâce: -La ventilation -L’éclairage -Communication avec l’opérateur à l’aide de micros

PATIENT PLACE DANS LE TUNNEL

Tous localisés dans le gantry 1er élément de la chaine Aimant Bobines de gradient Bobines de shim Tous localisés dans le gantry

DIFFERENTS COMPOSANTS PRESENTATION D’UN SCHEMA DU GANTRY ET DES DIFFERENTS COMPOSANTS

Bobine supraconductRICE = AIMANT

AIMANT PRINCIPAL

-Dispositif indispensable +++ AIMANT -Dispositif indispensable +++ -Caractérisé par un champ magnétique B0 -Stable dans le temps -Homogène spatialement -Intensité suffisante

Plusieurs aimants existent : -Permanent - Résistif -Supraconducteurs: &)Electro-aimants en forme de bobines &)Système de refroidissement: Hélium liquide entouré d’azote liquide (entretiens réguliers)

(créer un gradient de champ) CODAGE SPATIAL DE L’IMAGE BOBINES DE GRADIENT  (créer un gradient de champ) CODAGE SPATIAL DE L’IMAGE BOBINES DE SHIM: (Shimming) HOMOGEINISATION DU CHAMP

2ème élément de la chaine RF CHAINE DE RADIO-FREQUENCE 1/ EMETTEUR D’ONDES DE R F 2/ ANTENNE

EMETTEUR D’ONDE DE RADIO-FREQUENCE -Synthétiseur piloté par un processeur permettant la création d’une série d’impulsions électriques de brève durée et d’amplitude bien déterminée. -L’impulsion est angulaire ( θ = 90° ou 180°)

2/COMMENT PLACER L’ANTENNE ? 3/ DIFFERENTS TYPES D’ANTENNES ? 1/ C’EST QUOI L’ANTENNE ? 2/COMMENT PLACER L’ANTENNE ? 3/ DIFFERENTS TYPES D’ANTENNES ?

ANTENNE -Constituée d’un ou de plusieurs anneaux de cuivre. - Recueille le courant induit obtenu: FID =signal IRM. - Placée dans le plan de mesure (région à explorer)

LES TYPES D’ANTENNE

ANTENNE VOLUMIQUE TETE

Comment est placée l’antenne tête?

CORRECTEMENT PLACEE SUR LA REGION A EXPLORER ANTENNE PHASED ARRAY

-Antennes en quadrature -Détection du signal et son recueil se fait à l’aide de détecteurs déphasés de 90° Souvent utilisées

ANTENNE VOLUMIQUE GENOU

Antennes de surface : -Homogènes, réceptrices uniquement -Planes, Circulaires, Rectangulaires, -Flexibles adaptées à l’organe à étudier. Ex : antenne rachis, épaule, poignet

ANTENNE RECEPTRICE UNIQUEMENT DE SURFACE

ANTENNES DE SURFACE FLEXIBLES

ANTENNE CORPS Intégrée à l’aimant Emettrice et Réceptrice (VOIR SCHEMA)

ANTENNE CORPS INCORPOREE A L’AIMANT

D’ACQUISITION DES DONNEES SYSTEME D’ACQUISITION DES DONNEES

CHAINE D’AMPLIFICATION DE MESURE Signal détecté non intense, converti du domaine des hautes fréquences (MHZ) au domaine des fréquences moyennes (KHZ) par la TF  CONVERTISSEUR ANALOGIQUE /DIGITAL Transforme le signal de mesure en numérisé SYSTÈME INFORMATIQUE Stockage et traitement des données

2ème Partie

PRINCIPE D’IRM

IRM DITE DE PRECESSION  Que signifie ce terme ? D’où provient le signal IRM ?

COMMENT EST OBTENU LE SIGNAL IRM ?

TROIS ETAPES CENTRALES Expliquent le principe fondamental ++++++ 1) -POLARISATION DES PROTONS H1 2)- EXCITATION-IMPULSION ANGULAIRE TRES BREVE DES ( H1) 3) - RELAXATION

PREMIERE ETAPE  Comment obtenir la polarisation de H1 ?

A L’ETAT D’EQUILIBRE -Aimantation totale (M) d’un volume de tissu biologique est nulle M = 0 -Protons H1 sont orientés dans tous les sens

H1 VOXEL DE TISSU BIOLOGIQUE = PROTON H1 ORIENTES DANS TOUS LES SENS ETAT DES ATOMES AVANT L’EXPOSITION AU CHAMP MAGNETIQUE B0

AU REPOS : Les protons H1 du voxel de tissu biologique, animés d’un mouvement de rotation autour de leur axe, ont une somme d’aimantation nulle.

Somme de µ = 0 donc M = 0 AU REPOS : Les protons H1 du voxel de tissu biologique, animés d’un mouvement de rotation autour de leur axe, ont une somme d’aimantation nulle Somme de µ = 0 donc M = 0

QUE FAUT -IL FAIRE?

Champ magnétique extérieur B0 -Constant, Stable, Homogène -Uniforme , Intense Sous l’action de B0, les protons H1: 1-Vont tourner à la même fréquence autour de B0 sur un cône de même angle 2- Ont des phases différentes (déphasés entres-eux) 

M // B0

Vecteur M: direction parallèle à B0 Aimantation nucléaire totale M: Deux composantes: 1-Aimantation longitudinale (ML): Projection de M suivant l’axe OZ parallèle à B0. 2- Aimantation transversale Projection de M sur l’axe XY perpendiculaire à B0

DEUXIEME ETAPE  Comment procéder?

ONDE ELECTROMAGNETIQUE ONDE DE RADIOFREQUENCE OU ONDE ELECTROMAGNETIQUE

EXCITATION –IMPULSION BREVE ET ANGULAIRE PAR ONDE RF (champ oscillant B1) Mettre en position hors d’équilibre le voxel de tissu biologique par ondes de RF(ondes électromagnétiques

Deux phénomènes: Lors du transfert d’énergie suite à : l’impulsion -excitation au sein des protons H1 Deux phénomènes: RESONANCE 1/ Fréquence de l’onde bien déterminée: Si son énergie est égale à la différence entre les états d’énergie des protons H1, il se produit le phénomène dit de RESONANCE 2/ Fréquence de rotation des protons H1 Doit être la même que celle de l’impulsion de la fréquence émise, cette fréquence est la appelée: Fréquence de LARMOR.

2- BASCULEMENT ANGULAIRE DU VOXEL Action du champ magnétique oscillant de l’onde électromagnétique: Basculement de l’aimantation totale M par rapport à sa position initiale d’un angle -de: 90° ou 180°. -Peut être de: 30°, 45° ou 60°.

L’aimantation M fait avec: le champ B0, un angle θ = 90° L’aimantation M fait avec: le champ B0, un angle θ = 90°. M se décompose en : -MT qui est projetée sur l’axe XOY -ML sur l’axe OZ // B0.

Phase d’excitation et Basculement angulaire (transfert d’énergie suivi de résonance ) se traduisent par : -Apparition de l’aimantation transversale MT. Courant induit (FID) Il est recueilli par l’antenne placée sur l’axe de mesure (région à explorer), sous forme d’un Signal IRM

TROISIEME ETAPE  Relaxation

RELAXATION: Retour à l’équilibre non instantané de l’aimantation tissulaire M selon ses deux composantes MT et ML

La relaxation suit une loi complexe exponentielle caractérisée par deux temps : T1/T2

-Relaxation suit une loi exponentielle - Relaxation longitudinale signifie: repousse de la composante ML. - Relaxation transversale signifie décroissance ou chute de MT (100% crée, diminue très rapidement pour s’annuler). -Relaxation suit une loi exponentielle -Son évolution au cours du temps caractérisée par deux temps T1 et T2 ( Paramètres tissulaires) -T1 / T2 varient suivant: - l’état normal ou pathologique du tissu .

AIMANTATION LONGITUDINALE (ML) COMPOSANTE DE M

AIMANTATION LONGITUDINALE /COURBE DE REPOUSSE DE ML LE TEMPS T1 REPRESENTE 63% DE SA VALEUR D’EQUILIBRE

T1 : C’est le temps mis par ML ou MZ : Aimantation longitudinale quand elle atteint 63% de sa valeur d’équilibre (la repousse) après l’arrêt d’une impulsion angulaire de 90°. T1 des tissus biologiques dépend fortement de : -Intensité du champ B0 utilisé. -Micro-viscosité du milieu. -Masse / Taille des molécules constituant le tissu

AIMANTATION TRANSVERSALE (MT)

AIMANTATION TRANSVERSALE / COURBE DE DECROISSANCE MT T2 = 37% DE FID EST RECUEILLI PAR L’ANTENNE AVANT DE S’ANNULER 100% De FID 0% De FID

T2  -Temps mis par l’aimantation transversale MT lors de sa décroissance rapide après l’arrêt de l’impulsion de 90°. -T2 représente MT à 37% de sa valeur initiale avant de s’annuler. -T2 est d’autant plus long que l’échantillon est fluide (liquide).

RESONANCE MAGNETIQUE NUCLEAIRE SIGNAL DE RESONANCE MAGNETIQUE NUCLEAIRE (FID)

FID Signal de précession libre = Signal IRM -Recueilli sous forme d’un courant induit mesuré après amplification par l’antenne de détection placée sur le plan de mesure XY. - Signal IRM :oscillations amorties car l’aimantation transversale décroît au cours du temps.

CONTRE INDICATIONS DE L’IRM

-Clips vasculaires cérébraux -Valves cardiaques METAUX ++++ -Corps étranger métallique ferro-magnétique intra- oculaire -Clips vasculaires cérébraux -Valves cardiaques -Agrafes chirurgicales (thoracique) DISPOSITIFS MEDICAUX -Stimulateur cardiaque -Pompe à insuline -Neuro-stimulateurs

ETAT DU PATIENT -Impossibilité de rester allongé et immobile assez longtemps -Claustrophobie -Insuffisance rénale sévère

APPLICATIONS DE L’IRM

IRM CEREBRALE / MEDULLAIRE/ CEREBRO-MEDULLAIRE Bonne exploration encéphalique, médullaire et des nerfs crâniens IRM CARDIAQUE -Technique de référence pour l’évaluation de la fonction cardiaque. - Etude morphologique et dynamique du cœur et des gros vaisseaux. -Antenne cardiaque: indispensable mais coûteuse, - Service hyperspécialisé avec cardiologue et radiologue ANGIO IRM ou ARM - Destinée à l’exploration du territoire vasculaire. -En contraste spontané time of fligt : 2D TOF ou 3D TOF -Injection de gadolinium (ARM)

CHOLANGIO -IRM OU BILI- IRM OU PANCREATO-CHOLANGIO-IRM (CPRM) -Examen non invasif et rapide. -Etude des liquides stationnaires (bile) en supprimant le signal des autres tissus. - Explore: voies biliaires (intra et extra hépatique), wirsung pancréatique sans injection de produit de contraste. IRM FŒTALE / NEONATALE/ PEDIATRIQUE -Détermination des malformations du fœtus en anténatal. -Usage large en néonatologie et pédiatrie -Sédation immobilisation (longue durée). IRM PELVIENNE - Par antenne endo- orificielle (rectale,vaginale) - IRM gynécologique fréquente de nos jours.(col/utérus/ovaires) - Exploration des glandes séminales et prostate   IRM OSTEO -ARTICULAIRE - Ligaments, tendons, ménisques : bonne exploration

MODALITES D’IRM

IRM DE DIFFUSION Déplacement des molécules d’eau dans les tissus qui dépend de l’intégrité de la cellule et de la densité tissulaire, mesuré à l’échelle microscopique. IRM DE PERFUSION : Technique permettant de mesurer des paramètres fonctionnels: - Volume sanguin cérébral (VSC) - Temps de transit moyen dans le lit capillaire(TTM) - Flux sanguin cérébral (FSC) SPECTRO IRM : Utilise le signal IRM pour étudier la répartition des fréquences provoquées par les différences chimiques IRM FONCTIONNELLE Principe de l’IRMf repose sur l’effet BOLD

CONCLUSION

-Paramètres tissulaires. T1 et T2 -L’IRM est une technique d’imagerie -Récente -Non irradiante, - Inoffensive -Indolore.   -Imagerie multi-planaire, de grande utilité permet une exploration étendue et large avec une grande précision. -IRM multiparamétrique avec double paramètres : -Paramètres d’acquisition TE et TR -Paramètres tissulaires. T1 et T2 -Néanmoins elle est moins disponible et encore coûteuse.

BIBLIOGRAPHIE

1- YOUNG and FREEDMAN,“ University Physics -10th Edition”, Addison Wesley, 2000 2- Mc ROBBIE, MOORE GRAVES and PRINCE, “MRI From Picture to Proton ” Cambridge University Press, 2003

MERCI