À la différence de l’imagerie par rayon-X qui fonctionne en envoyant des rayons donnant de vous une image à la façon d’un pochoir, l’IRM, ou l’imagerie par résonance magnétique fonctionne grâce à des propriétés quantiques de l’hydrogène et d’importants dispositifs magnétiques.
Pour fonctionner, on place le patient dans un puissant champ magnétique : 100 000 fois le champ magnétique terrestre, ce qui est suffisant pour que les noyaux d’hydrogène s’orientent tous dans le même sens.
Le corps humain étant majoritairement composé d’eau, et l’eau majoritairement composé d’atomes d’hydrogène, ceci concerne environ 60 % des atomes de notre corps.
On envoie ensuite des impulsions magnétiques (appelées radiofréquences, transversales au champ principal) qui vont détourner les atomes d’hydrogène de leur alignement. Le changement d’orientation des noyaux d’hydrogène va induire un bref courant électrique dans les capteurs de l’appareil :
1. On place le sujet dans un puissant champ magnétique $B_0$ (en bleu). 2. On envoi des impulsions radiofréquence transversales sur le patient (rouge). 3. On détecte avec un capteur la réaction à ces radiofrquences des atomes de notre corps (en vert).
Ce sont ces courants électrique qui vont permettre de produire une image. En effet, les différents tissus dans les divers organes du corps sont plus ou moins denses en hydrogène et la réponse électrique de chaque région du corps est donc différente. Chaque région du corps apparaît donc distinctement sur les images finales. Connaissant la cartographie d’un corps « sain », on repère rapidement la présence de choses inhabituelles, comme une tumeur.
L’appareil à IRM ne détecte que les atomes d’hydrogène. La structure particulière du noyau d’hydrogène lui confère un moment magnétique nucléaire non nul, c’est à dire que leur noyau agit comme de petits aimants. L’appareil à IRM ne fait alors qu’exciter ces petits aimants et en détecter la réponse (un courant induit).
Pour accentuer l’effet obtenu à l’écran, on injecte parfois au sujet une solution contenant des éléments sensible aux impulsions magnétique comme du gadolinium, des oxydes de fer ou du manganèse.
L’imagerie basée sur l’orientation des atomes d’hydrogène soumis à un champ magnétique intense fait partie de ces technologies issues de l’astronomie et de l’exploration spatiale.
Les nuages d’hydrogène présents dans l’espace sont parfois soumis à des vents stellaires et d’autres sources de champs magnétiques intenses, et ils réagissent à ça. Si de la lumière nous arrive en traversant cet hydrogène, elle est légèrement altérée (par effet Zeeman ou effet Stark), et ces altérations sont interprétables par les astrophysiciens.
Ce n’est qu’après que cette méthode a été appliquée au domaine médical.
Comme pour tant d’autres choses, donc, si vous êtes sauvés aujourd’hui grâce à la découverte à temps d’une maladie au moyen d’un appareil à IRM, c’est grâce aux investissements faits il y 50 ans dans l’astronomie. Tout comme les investissements aujourd’hui produiront des retombées positives dans plein de domaines dans le futur.
Ressources :
- Are MRIs safe ? (physics girl)
- How Equipment Works
