IMAGERIE PAR RESONANCE MAGNETIQUE

1. PREAMBULE
La résonance magnétique nucléaire est une technique en développement depuis une cinquantaine d’années. Le phénomène physique a été conceptualisé en 1946 par BLOCH et PURCELL, parallèlement. Ils ont obtenu le prix Nobel en 1952. Cette technique a été largement utilisée par les chimistes, puis les biologistes.
Les premiers développements enimagerie datent des années 1973. Les premières images chez l’homme ont été réalisées en 1979. Aujourd’hui, après 15 ans d’évolution, l’IRM est devenue une technique majeure de l’imagerie médicale moderne. Potentiellement, elle est appelée encore à des développements importants; en dehors de l’image morphologique avec sa sensibilité diagnostique démontrée, l’IRM permet aujourd’hui d’autres approches :angiographiques, métaboliques (spectrométrie 1H et spectrométrie phosphore), et fonctionnelles (perfusion tissulaire, volume sanguin cérébral), approches qui ne seront pas traitées dans le cadre de ce cours.
Quelques rappels nécessaires sur le magnétisme et la matière.

1.1. Champ magnétique et courant électrique
C’est une propriété physique de l’espace créée par des charges en mouvement,quelles que soient ces charges et quel que soit ce mouvement. Deux cas particuliers nous intéressent ici : celui du « solenoïde » (bobine), dans lequel on fait passer un courant, et celui de la spire unique ou boucle de courant qui peut correspondre au mouvement d’une particule chargée sur elle-même.
– Un courant alternatif dans une bobine crée un champ magnétique oscillant, à la même fréquenceque le courant qui lui donne naissance. Ce champ magnétique est dirigé le long de l’axe de la bobine. Son intensité dépend du courant et du nombre de spires de la bobine. (Fig.1A)
– Un champ magnétique tournant devant une bobine dans un plan contenant l’axe de cette bobine crée une force électro-motrice qui se traduit aux bornes de la bobine par un courant alternatif de même fréquence ([[omega]] =2 [[pi]] f ). Ce principe est celui qui régit le fonctionnement d’un alternateur. (Fig.1B)
– Une boucle de courant, c’est à dire une particule chargée qui tourne sur elle-même, crée le long de son axe de rotation, un moment magnétique. Celui-ci est proportionnel à la charge de la particule et à la surface de la boucle de courant. (Fig.1C)
– Un moment magnétique placé dans un champ magnétiqueest soumis à des forces (couple) qui tendent à aligner ce moment magnétique avec le champ magnétique. C’est ce qui se passe pour l’aiguille aimantée de la boussole dans le champ magnétique terrestre. L’Unité de champ magnétique est le TESLA dans le système international. Dans un système plus ancien (CGS) , cette unité était le GAUSS : 1 gauss = 10-4 Tesla. Pour mémoire, le champ terrestre vautenviron 0,5 gauss.

1.2. Propriétés magnétiques de la matière
– Un atome est constitué d’un noyau, lui-même constitué de nucléons (neutrons et protons) et d’électrons qui gravitent autour de ce noyau. Le noyau d’hydrogène est constitué d’un seul nucleon : 1 proton. Il possède une masse m et une charge e+. Ce noyau possède une propriété de « spin », assimilable au fait qu’il puisse tourner surlui-même, ce qui lui confère d’une part un moment cinétique , qui dépend de sa masse, et d’autre part un moment magnétique qui dépend de sa charge. Ces deux moments sont alignés. Le facteur multiplicatif qui les unit [[gamma]] est est appelé le rapport gyromagnétique de spin nucléaire.
Chaque noyau atomique, ayant par définition un nombre de nucléons qui lui est propre, a un rapportgyromagnétique qui lui est propre lui aussi.

Figure 1 : Rappels de magnétisme. A – Champ magnétique induit dans une bobine par un courant. B – Force électromotrice induite dans une bobine par un champ magnétique tournant. C – Moment magnétique d’une boucle de courant
– Placé dans un champ magnétique extérieur, continu, ce moment magnétique nucléaire s’oriente par rapport à dans des…