IRM (avec traitement de couleur) du cerveau et des yeux

IRM (avec traitement de couleur) du cerveau et des yeux (akesak, iStockphoto)

L’imagerie par résonnance magnétique

Parlons sciences
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7.71

Résumé

Renseignez-vous sur l'histoire, la fonction, les utilisations, les avantages et les risques de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) en tant que technologie d'imagerie médicale.

L’imagerie par résonnance magnétique

L’imagerie par résonnance magnétique (IRM) est une autre technique très efficace. Il s’agit de l’une des meilleures façons de voir de manière détaillée les tissus à l’intérieur de notre corps. Contrairement à l’imagerie tomodensitométrique, l’IRM montre à la fois l’apparence et le fonctionnement des structures de notre organisme. Il existe sur la planète plus de 25 000 appareils d’IRM qu’on utilise pour poser tout un éventail de diagnostics médicaux.

Historique

L’IRM se fonde sur une découverte en physique datant des années 1930 appelée résonnance magnétique nucléaire (RMN). Felix Bloch, de l’Université Stanford, et Edward Purcell, de l’Université Harvard, avaient alors découvert que lorsque des ondes radio pénétraient dans un champ magnétique, les atomes émettaient de très faibles signaux qui pouvaient ensuite être captés pour produire des images. Cette découverte a permis aux scientifiques de mieux comprendre les structures internes d’objets sans avoir à les démanteler ou à les détruire (essais non destructifs).

Au début, des tests ont été réalisés par de nombreuses personnes, y compris Herman Carr, qui a produit en 1952 la première image unidimensionnelle. En 1972, Peter Mansfield a mis au point les formules mathématiques qui ont permis d’accélérer le processus de façon à obtenir des images plus claires en quelques secondes. Deux ans plus tard (donc 1974), Paul Lauterbur crée les premiers clichés sectionnels d’une souris. C’est le 3 juillet 1977 que Raymond Damadian, Larry Minkoff et Michael Goldsmith ont effectué le premier balayage d’un corps entier. En 2003, on a remis le prix Nobel de physiologie ou médecine à Paul Lauterbur et à Peter Mansfield pour leur apport au développement de la technologie de l’IRM 30 années plus tôt.

Fonctionnement

Les appareils d’IRM emploient des champs magnétiques et des ondes radio pour former des images. De puissants aimants en forme d’anneau alignent les noyaux des atomes d’hydrogène (un composant important des molécules d’eau qui se trouvent dans notre corps), qui sont ensuite replacés dans leurs positions originales par de courts signaux radio pulsés. Quand cela se produit, les noyaux émettent de faibles signaux qui sont captés par des bobines réceptrices, puis analysés par des ordinateurs qui les transposent en images. Très précises, celles-ci peuvent être colorées de manière à mieux voir les détails.

Colour-enhanced MRI image of the brain, optic nerves and eyes
Image par résonnance magnétique artificiellement colorée montrant le cerveau, les nerfs optiques et les yeux (Source : Nevit Dilmen [CC BY-SA] via Wikimedia Commons).

Usages

Comme les tomodensitomètres, les appareils d’IRM peuvent être utilisés pour détecter des problèmes structurels, comme des tumeurs, des caillots ou des lésions causées par des accidents ou des maladies. Il existe une catégorie particulière d’IRM qu’on qualifie de « fonctionnelle » (IRMf) conçue pour mesurer les variations du débit sanguin dans le cerveau. Cette technique permet aux médecins de visualiser un cerveau vivant et d’observer les changements qui s’y produisent quand il exécute certaines fonctions. Les tomodensitomètres sont plus courants que les coûteux appareils d’IRM, mais on utilisera probablement ces derniers plus souvent à mesure que leur prix diminuera.

Le savais-tu?

Depuis les années 1990, cette technologie nous a permis d’en apprendre plus sur le fonctionnement du cerveau que tous les renseignements que nous avions collectés au fil des 100 années précédentes!

Avantages et risques

Les appareils d’IRM ont pour principaux avantages de ne pas employer de rayons X (qui peuvent endommager les tissus et causer le cancer) et de produire d’excellentes images des tissus mous (meilleures que celles des tomodensitomètres). Parmi leurs inconvénients, on peut penser à la lenteur du processus d’acquisition de données et à leur conception qui fait en sorte que les patients claustrophobes (qui ont peur des espaces restreints) n’y soient pas à l’aise.

Pleins feux sur l’innovation

L’IRM pour imager les vaisseaux sanguins

Comme décrit ci-haut, un appareil d’IRM comprend un très fort champ magnétique (plus de 1.5 tesla) qui, combiné à d’autres équipements électromagnétiques, permet de mesurer un signal en provenance des atomes d’hydrogène dans le corps. Ce signal est modifié par ce qui entoure les atomes d’hydrogène (par exemple du muscle, de l’os, de la graisse, du sang, etc.). Ceci permet d’obtenir des images où chaque milieu différent prend une intensité différente.

Or, le sang contient l’hémoglobine (une protéine), qui elle-même contient du fer. Le fer étant magnétique, il a un effet très important sur les images d’IRM. Une des spécialités de recherche scientifique à l’Université de Sherbrooke est d’utiliser cette propriété du sang pour imager les vaisseaux sanguins. Les scientifiques de cette université ont récemment obtenu des images de la vascularisation cérébrale chez de petits animaux (rats et souris) qui permettent de voir des détails impressionnants du réseau vasculaire. Avec une résolution de 60 micromètres, il est possible de voir de très petits vaisseaux.

Les scientifiques de l’Université Sherbrooke utilisent actuellement ces images pour mieux comprendre le rôle des vaisseaux sanguins dans le développement de métastases ainsi que dans le traitement du cancer par radiothérapie. Comme les vaisseaux sanguins sont présents dans plusieurs autres phénomènes biologiques, ils pourront utiliser les techniques d’imagerie de la vascularisation développées pour d’autres applications.

Reconstruction 3D de l'arbre vasculaire cérébral d'un rat acquis en imagerie par résonance magnétique
Reconstruction 3D de l'arbre vasculaire cérébral d'un rat acquis en imagerie par résonance magnétique. Les vaisseaux sont détectables grâce au fer contenu dans l'hémoglobine. Le rat était sous anesthésie lors de la séance d'imagerie et la résolution de l'acquisition est de 117 micromètres.​​

 

Références

Gould, T. A. (2019, August 13). How MRI works. HowStuffWorks.

Lewis, T. (2017, August 12). What is an MRI (magnetic resonance imaging)? Live Science.

 

MRIquestions.com. (n.d.). The discovery of NMR.

Parlons sciences. (2020). Défi Parlons sciences.

Preston, D. C. (2006, November 30). Magnetic resonance imaging (MRI) of the brain and spine: Basics. Case Western Reserve University School of Medicine.

University of Washington Department of Radiology. (n.d.). Featured history: Magnetic resonance imaging.

Uttal, W. R. (2002, July 1). The two faces of MRI. Dana Foundation.