IRM: résonance magnétique, relaxation T1/T2 et contraste

Sciences biomédicales · Bachelor 3

Physique de l'IRM: relaxation T1 et T2, séquences et contraste au gadolinium.

Introduction

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) exploite le comportement des noyaux d'hydrogène, très abondants dans l'eau et les lipides, placés dans un champ magnétique intense. Sans rayonnement ionisant, elle donne un contraste exceptionnel des tissus mous, ce qui la rend centrale en neurologie, en cardiologie et en oncologie.

Dans un champ B0 de 1,5 ou 3 tesla, les protons s'alignent partiellement et précessent à la fréquence de Larmor. Une impulsion radiofréquence les fait basculer; au retour à l'équilibre, deux processus de relaxation se déroulent: la repousse de l'aimantation longitudinale, de constante T1, et la perte de cohérence transversale, de constante T2. Chaque tissu a des valeurs propres, ce qui fonde le contraste.

Le choix des temps de répétition (TR) et d'écho (TE) pondère l'image en T1, en T2 ou en densité de protons. Des gradients de champ permettent de localiser le signal. Les agents de contraste au gadolinium raccourcissent le T1 et révèlent des zones de rupture de la barrière hémato-encéphalique. L'IRM impose des précautions de sécurité, en raison du champ intense et des objets métalliques.

Objectifs d'apprentissage

Expliquer le phénomène de résonance et la fréquence de Larmor
Distinguer relaxation T1 et T2 et leur origine physique
Choisir TR et TE pour obtenir une pondération T1, T2 ou densité de protons
Interpréter le contraste d'une image (graisse, eau, substance grise et blanche)
Décrire l'usage et les limites des agents de contraste ainsi que les précautions de sécurité

Concepts clés

Résonance et signal: Les protons, placés dans B0, précessent à la fréquence de Larmor proportionnelle à B0. Une impulsion radiofréquence à cette fréquence fait basculer l'aimantation, dont le retour induit un signal électrique dans la bobine de réception.
Relaxation T1: Retour de l'aimantation longitudinale à l'équilibre par échange d'énergie avec l'environnement moléculaire. T1 est court pour la graisse et long pour l'eau libre.
Relaxation T2: Perte de la cohérence de phase des spins dans le plan transversal, par interactions spin-spin et inhomogénéités. T2 est long pour l'eau libre (liquide céphalorachidien) et plus court pour les tissus solides.
Pondérations: TR court et TE court donnent une pondération T1 (graisse brillante, liquide sombre). TR long et TE long donnent une pondération T2 (liquide brillant). FLAIR annule le signal du liquide libre pour mieux voir les lésions périventriculaires.
Contraste et sécurité: Les chélates de gadolinium raccourcissent T1 des tissus où ils se distribuent. Ils demandent précaution en cas d'insuffisance rénale sévère. Le champ magnétique interdit certains implants et expose aux projectiles ferromagnétiques.

Conclusion

L'IRM transforme un phénomène de physique nucléaire en images cliniques grâce aux différences de relaxation entre tissus. Comprendre T1, T2, TR et TE permet de lire le contraste et de choisir les séquences utiles.

Elle reste un examen long et sensible aux artefacts, avec des règles de sécurité strictes, mais n'expose pas aux rayonnements ionisants.

Cartes

Pourquoi imager les protons d'hydrogène ?: Ils sont très abondants dans l'eau et les lipides et possèdent un spin nucléaire exploitable avec un fort signal.
Que détermine la fréquence de Larmor ?: Elle est proportionnelle au champ magnétique B0 et au rapport gyromagnétique du noyau (environ 64 MHz pour l'hydrogène à 1,5 T).
Que fait l'impulsion radiofréquence ?: Elle apporte de l'énergie résonante aux spins et bascule l'aimantation hors de l'axe de B0.
Qu'est-ce que T1 ?: Constante de temps de la repousse de l'aimantation longitudinale (relaxation spin-réseau).
Qu'est-ce que T2 ?: Constante de temps de la décroissance de l'aimantation transversale (relaxation spin-spin).
T1 est-il toujours plus long que T2 ?: Oui, pour un tissu donné T2 est inférieur ou égal à T1.
Comment obtenir une image pondérée T1 ?: Avec un TR court et un TE court.
Comment obtenir une image pondérée T2 ?: Avec un TR long et un TE long.
Comment apparaît le liquide céphalorachidien en T2 ?: Hyperintense (brillant), car son T2 est long.
À quoi sert la séquence FLAIR ?: À supprimer le signal du liquide libre par une inversion-récupération pour détecter des lésions de substance blanche proches des ventricules.
Quel effet ont les agents de contraste au gadolinium ?: Ils raccourcissent le T1 des tissus voisins, donc les rehaussent sur les images pondérées T1.
Quelles précautions de sécurité s'imposent en IRM ?: Recherche d'implants et de corps étrangers métalliques, de stimulateurs non compatibles, surveillance de l'échauffement et du bruit, évaluation de la fonction rénale avant gadolinium.

Glossaire

Fréquence de Larmor: Fréquence de précession des spins, proportionnelle au champ magnétique B0.
T1: Constante de temps de récupération de l'aimantation longitudinale.
T2: Constante de temps de perte de l'aimantation transversale.
TR (temps de répétition): Intervalle entre deux impulsions successives d'excitation.
TE (temps d'écho): Délai entre l'excitation et la mesure du signal.
Gradient de champ: Variation linéaire contrôlée du champ magnétique qui code la position spatiale du signal.
Gadolinium: Métal lourd paramagnétique chélaté, utilisé comme agent de contraste.
Tesla: Unité du champ magnétique; les IRM cliniques sont à 1,5 ou 3 T.