Rédigé par M-C. Garnier et M. Ternaux, Lycée Joliot Curie, Aubagne
Relue par : Jean-Luc ANTON, Ingénieur de Recherche au CNRS - IRM fonctionnelle de La Timone à Marseille

L'IRM permet d'obtenir des images numériques en trois dimensions d'une précision inférieure au millimètre, du cortex, de la substance blanche, du liquide céphalo-rachidien et des noyaux gris centraux.

Ce type d'acquisition permet d'effectuer une analyse neuroanatomique individuelle de très haute précision.

Le sigle IRM regroupe en fait un ensemble de techniques d'imagerie : outre des images anatomiques et fonctionnelles, l'IRM permet d'obtenir des images de l'organisation spatiale des vaisseaux cérébraux ( angiographie IRM), de l'orientation des principaux faisceaux de fibres blanches ( IRM de diffusion) , de la distribution de sang ( IRM de perfusion) ainsi que de la concentration locale de certains métabolites énergétiques et peut-être, bientôt, de certains neurotransmetteurs ( spectroscopie IRM). 

Principe de l'IRM

L'IRM consiste à observer les tissus biologiques à travers les propriétés magnétiques de l'un de leurs constituants majoritaires, le noyau d'hydrogène.

En effet, le proton qui constitue le noyau de l'atome d'hydrogène possède un moment magnétique : une sorte de petit aimant appelé spin.

Lorsque l'on place un sujet dans un champ magnétique, les spins des noyaux d'hydrogène s'orientent dans la direction de ce champ.Tout se passe comme si on "aimantait" le sujet.

Au cours d'une IRM, on mesure l'aimantation résultante en chaque point des tissus analysés. Comme cette aimantation est proportionnelle à la quantité de noyaux d'hydrogène présents, et que les tissus se distinguent par leur contenu en eau, la carte des aimantations résultantes reproduit l'anatomie des tissus.

En fait, en IRM, on mesure avant tout la relaxation de cette aimantation après le phénomène de résonance magnétique. Les caractéristiques temporelles de cette relaxation dépendent fortement de l'état des tissus et un des avantages de l'IRM réside donc dans le fait que selon les réglages de la même machine, on peut acquérir différents types d'images correspondant à différents types de signal local ( par exemple : images pondérées en T1; souvent utilisées pour l'anatomie, images pondérées en T2*; images fonctionnelles )

T1, T2, T2* sont les paramètres de relaxation

Les contraintes expérimentales

La mise en oeuvre d'un protocole expérimental en IRM pose un certain nombre de problèmes liés:

1. à la nécessité de travailler en présence d'un fort champ magnétique ( d'où des règles de sécurité très strictes )

2. au confinement du sujet dans l'imageur IRM ( intervention de l'état psychique des patients)

3. au bruit important généré par les bobines de gradients pendant l'acquisition des images ( ce bruit d'origine mécanique constitue une interférence relativement importante dans le protocole expérimental, que les systèmes de casques ou de bouchons auditifs ne viennent qu'imparfaitement atténuer, et dont il faut tenir compte lors de l'interprétation de certaines données ).
 

Antenne de radio-fréquence dite "cage oiseau" entourant la tête du sujet et utilisée à la fois pour générer les impulsions de champ et pour recueillir le signal de résonance magnétique

L'IRM fonctionnelle

L'IRM fonctionnelle est fondée sur l'observation en temps réel des variations de l'oxygénation du sang, sans injection de traceur radioactif, puisque le traceur est endogène.

Des examens répétés peuvent, de ce fait, être réalisés sans aucun inconvénient.
 

L'oxy-hémoglobine n'a aucune influence sur le champ magnétique local ( à gauche). L'oxygène, libéré au niveau des capillaires cérébraux, entraîne la réduction du fer qui se retrouve à l'état d'ion ferreux ( Fe ++), laissant deux électrons non appariés au sein de la molécule de déoxy-hémoglobine. Ces électrons sont à l'origine du paramagnétisme de cette molécule et génèrent une modification du champ magnétique local.( à droite) Bo étant la valeur initiale du champ

Lorsqu'un sujet est placé dans un appareil d'IRM, le champ magnétique au voisinage de la désoxyhémoglobine diffère de celui près de l'oxyhémoglobine : la désoxyhémoglobine se comporte comme une hétérogénéité magnétique.

L'activité cérébrale se traduit par un enrichissement en oxygène des régions mises en jeu : cet apport d'oxygène réduit les hétérogénéités dues à la désoxyhémoglobine dans le compartiment veineux de la circulation et le signal enregistré, lui, augmente.