Imagerie médicale par résonance magnétique (IRM)

Qu’est-ce que l’IRM est comment fonctionne-t-elle ?

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique d'imagerie médicale utilisée en radiologie pour obtenir des images de l'anatomie et des processus physiologiques du corps, aussi bien sur des sujets sains que malades. L'IRM crée des images en distinguant les propriétés magnétiques nucléaires des différents tissus, une caractéristique qui permet de les différencier de manière très précise. L'IRM n'utilise pas de rayonnement ionisant pouvant endommager les tissus, mais produit des images en utilisant un champ magnétique et des ondes radio.

Puisqu'il est clair qu'une image IRM est produite après l'interaction entre un tissu spécifique et une machine IRM qui prend avantage de certains mécanismes physiques, définissons et expliquons les deux aspects de cette interaction :

• Quelles propriétés des tissus sont pertinentes ?
• Quel est le principe technique de l'IRM ?

En ce qui concerne les propriétés des tissus, tout repose sur les protons. On sait que les protons se comportent comme des aimants ; en d’autres termes, ils possèdent un pôle positif et un pôle négatif, ce qui les rend sensibles aux champs magnétiques externes. Comme le corps humain est principalement composé de molécules d'eau et de graisse (lipides), il dispose d’une énorme quantité d'hydrogène (H⁺), qui peut être utilisée comme source de protons pour interagir avec les ondes radio spécifiques de l'appareil IRM. Ainsi, c’est la composition de notre corps qui permet à l'IRM de cartographier la localisation de l'eau et des lipides dans le corps.

Pour comprendre pleinement le fonctionnement technique de l'IRM, clarifions quelques points importants sur les protons. Chaque proton tourne autour de son axe, comme une ballerine exécutant une pirouette. Pendant qu'il tourne, le proton change constamment de "phase".

Lorsque les protons (H+) sont exposés à un champ magnétique important, tel que celui d’un scanner IRM, ils s’alignent avec ce champ magnétique.

Après cela, l’appareil à IRM envoie des ondes radio vers ces protons, leur fournissant l’énergie nécessaire pour entamer une rotation de 180° dans le sens horaire, où ils se réalignent avec le champ magnétique, mais cette fois-ci dans la direction opposée.

Puisque cette onde radio transmet de l’énergie aux protons (on dit qu’elle les excite), une fois qu’elle est éteinte le proton se relaxe et se réaligne à nouveau avec le champ magnétique externe, émettant dans le même temps de l’énergie électromagnétique.

La densité protonique est l’un des facteurs qui définit le contraste et la luminosité de l’image finale. Ainsi, plus le tissu possède de protons, plus l’image obtenue sera lumineuse, et inversement, moins le tissu est riche en protons, plus il apparaîtra foncé. C’est ici la clé pour obtenir une résolution de contraste optimale, de façon à pouvoir distinguer les tissus les uns des autres en fonction de leur teneur en protons.

En dehors de la densité protonique, quelques autres facteurs contribuent à l’obtention du cliché IRM final. Ceux-ci concernent la relaxation des protons, que nous avons brièvement évoquée plus haut. La relaxation consiste de deux procédés : le temps de relaxation T1 et le temps de relaxation T2.

• Le temps de relaxation T1 correspond au temps nécessaire pour que 63% des protons se réalignent avec le champ magnétique une fois l’émission d’ondes radio interrompue. Ce temps est spécifique à chaque type de tissu.
• Le temps de relaxation T2 correspond quant à lui au temps nécessaire pour que 37% des protons s’arrêtent de tourner de façon synchronisée une fois l’émission d’ondes radio interrompue. T2 est également spécifique à chaque type de tissu.

Un appareil à IRM est donc capable de détecter l’énergie de relaxation et permet ainsi de faire la différence entre les différents tissus en fonction de la rapidité d’émission de l’énergie après l’interruption de l’émission d’ondes radio. La combinaison des informations obtenues en T1 et T2 permet d’obtenir un aperçu complet de la densité des différents tissus.

Après que l’appareil à IRM a cartographié les types de tissus présents dans la zone scannée, un ordinateur qui lui est connecté s’occupe d’intégrer ces informations grâce à des procédés mathématiques spécifiques et fournit des images en 2D et 3D des tissus en question.

Quels sont les différents types d’IRM ?

Une séquence IRM est un réglage particulier des impulsions de radiofréquence qui aboutit à une apparence spécifique de l'image. Les séquences IRM les plus courantes sont les séquences pondérées en T1, pondérées en T2, FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery) et les images pondérées en densité protonique (DP).

Pour bien comprendre le concept de séquences, définissons quelques termes utilisés en radiologie :

• Temps de répétition (TR) : Il s'agit du temps écoulé entre deux séquences d'impulsions successives appliquées à la même coupe de tissu.
• Temps d'écho (TE) : Il s'agit du temps entre l'émission de l'impulsion d'onde radio vers le tissu et la réception du signal d'écho correspondant.

La combinaison de différentes valeurs de Temps de Répétition (TR) et de Temps d'Écho (TE) définit les séquences IRM mentionnées précédemment. Dans ce contexte, nous pouvons énoncer ce qui suit :

• Les images pondérées en T1 sont produites en utilisant un TR court et un TE court également. En termes simples, cette modalité mesure la rapidité avec laquelle le tissu se magnétise. Par conséquent, le contraste et la luminosité de l'image sont déterminés par les propriétés T1 du tissu, ce qui définit ses principales capacités de distinction cliniques :
  • Signal élevé (hyperintense) pour les graisses
  • Signal élevé (hyperintense) pour les substances paramagnétiques, comme les agents de contraste IRM. L'agent de contraste couramment utilisé pour les images pondérées T1 est le gadolinium. C'est un agent non toxique qui apparaît très lumineux sur les images pondérées en T1. Pour cette raison, l'imagerie pondérée T1, renforcée par le gadolinium, est très utile pour examiner les structures vasculaires et les ruptures de la barrière hémato-encéphalique.
  • Signal faible (hypointense) pour les structures composées principalement d'eau, comme les œdèmes, les tumeurs ou les hémorragies.

• Les images pondérées en T2 sont produites en utilisant un TR et un TE plus longs, et le contraste ainsi que la luminosité de l'image dépendent des propriétés T2 du tissu. En somme, cette modalité mesure la rapidité avec laquelle le tissu perd sa magnétisation. Comparées aux images pondérées T1, elles présentent des capacités de distinction clinique opposées :
  • Signal élevé (hyperintense) pour les structures riches en eau, ce qui permet à cette séquence de visualiser les œdèmes, les tumeurs, les infarctus, les infections et les inflammations.
  • Signal faible (hypointense) pour les graisses
  • Signal faible (hypointense) pour les substances paramagnétiques (agents de contraste IRM).

En général, les images pondérées T1 et T2 peuvent être facilement différenciées en observant le liquide céphalorachidien (LCR) : sur les images pondérées en T1, le liquide céphalorachidien apparaît sombre, tandis que sur les images pondérées en T2, il est clair.

• La séquence d’inversion-récupération, dite aussi séquence FLAIR (Fluid Attenuated Inversion Recovery), est la troisième modalité d’imagerie couramment utilisée. Elle est similaire à la séquence pondérée en T2, sauf que le TR et le TE sont encore plus longs. Elle possède une forte capacité à supprimer sélectivement, ou "annuler", les signaux d'une substance donnée, dans ce cas précis un liquide, en fonction de sa valeur T1. Ainsi, sur les images en séquence FLAIR, le liquide céphalorachidien apparaît sombre, ce qui rend cette séquence très utile en neuroimagerie. Les cliniciens l'utilisent typiquement pour obtenir des images des lésions suivantes :
  • Infarctus lacunaires
  • Plaques de sclérose en plaques
  • Hémorragie sous-arachnoïdienne
  • Méningite
• La pondération en densité protonique (PD) est une séquence souvent utilisée pour la visualisation du cerveau et des articulations. Pour obtenir une image pondérée en densité protonique de qualité, les séquences T1 et T2 doivent être désactivées. Cette modalité visualise le nombre de protons par unité de volume, ce qui correspond par définition à la densité protonique, comme son nom l'indique. Pour cette raison, les tissus avec une densité protonique élevée présentent une intensité de signal élevée, tandis que les tissus contenant moins de protons ont une intensité de signal faible.
  • Les graisses ont une intensité de signal élevée (hyperintense), mais pas plus élevée qu’en T1.
  • Les fluides ont une intensité intermédiaire, inférieure à celle de la séquence T2.

Pour ces raisons, la séquence de pondération en densité protonique est très utile dans le cadre des procédures cliniques suivantes :

• Lésions du ménisque du genou
• Évaluation des pathologies de la substance grise et de la substance blanche
  • La substance grise présente une intensité de signal plus élevée que la substance blanche
  • Le liquide céphalorachidien (LCR) a une intensité de signal intermédiaire, ce qui facilite la distinction entre le LCR et les tissus présentant un processus pathologique en cours

Différents types d’appareils à IRM

Lorsqu’il s’agit de décrire les différentes configurations physiques d'un scanner, on peut parler d’appareil à IRM fermé ou ouvert. Un appareil à IRM classique, dit IRM à champ fermé, est un grand tube contenant un aimant. Le patient est placé sur une table coulissante qui coulisse ensuite à l’intérieur du tube.

Dans le cas de patients claustrophobes ou en surpoids, une option plus adaptée est l'IRM à champ ouvert, mais elle produit des images d'une qualité légèrement inférieure à l’IRM fermée.

Indications

L'IRM est indiquée pour une large sélection de cas dans le domaine du diagnostic médical. De manière générale, elle constitue par exemple la méthode par excellence pour établir le bilan d'extension de la majorité des cancers (prostate, sein, poumon, etc.).

Pour plus de précision, voici la liste des usages de l’IRM par organe ou système :

• Neuroimagerie
  • Fosse postérieure
  • Maladies démyélinisantes (caractérisées par la perte de la gaine de myéline)
  • Démence
  • Maladies cérébrovasculaires
  • Maladies infectieuses
  • Épilepsie

• Cardiovasculaire 
  • Ischémie myocardique
  • Cardiomyopathies
  • Myocardite
  • Surcharge en fer
  • Maladies vasculaires
  • Malformations cardiaques congénitales
• Musculosquelettique 
  • Imagerie de la colonne vertébrale
  • Évaluation des maladies articulaires
  • Tumeurs des tissus mous
• Foie et système digestif
  • Lésions du foie, du pancréas et des voies biliaires
• Angiographie 
  • Sténoses
  • Anévrismes

Contre-indications

Connaître les indications pour l'IRM est important, néanmoins en connaître les contre-indications peut littéralement sauver des vies. Voici la liste des essentiels :

Les patients dotés d’implants métalliques, tels que les clips pour le traitement des anévrismes cérébraux, les pacemakers et défibrillateurs cardiaques, les implants cochléaires et des stents. Il s'agit de la seule contre-indication absolue à l'utilisation de l'IRM.

Le reste des contre-indications est relatif et concerne les agents de contraste et non l'appareil à IRM lui-même. Dans ce cas, l'IRM peut être utilisée comme méthode de diagnostic, mais sans agents de contraste. Ces contre-indications concernent :

• Les femmes enceintes, pour lesquelles on ne doit pas utiliser d’agents de contraste, car leur utilisation est associée à un risque accru de troubles rhumatologiques et inflammatoires, ainsi qu'à des cas de mortinaissance et de décès néonatal. Notons néanmoins que l'IRM sans agent de contraste est parfaitement sûre pour les femmes enceintes.
• Les personnes allergiques aux agents de contraste, qui peuvent développer des réactions allergiques allant d'une simple éruption cutanée à une réaction anaphylactique sévère.
• Les maladies rénales peuvent ralentir l'excrétion des agents de contraste, et les agents de contraste eux-mêmes peuvent aggraver une maladie rénale préexistante.

Avantages face aux autres techniques

Les avantages de l'IRM par rapport à d'autres modalités d'imagerie sont nombreux. L'IRM est principalement comparée au scanner (CT-Scan), à l'échographie et au PET scan.

Premièrement, contrairement à l'échographie, elle peut produire des images d’une section complète du corps et la présence d'os ou d'air ne dégrade pas la qualité de l'image. La spectroscopie par IRM offre d'importants avantages cliniques grâce à la caractérisation in vivo de la composition chimique et de l'activité métabolique.

Enfin, puisque l'IRM est principalement comparée au scanner, détaillons davantage cette comparaison :

• L'IRM n'utilise aucun rayonnement ionisant susceptible de nuire au corps humain, tandis que le scanner (CT-Scan) utilise certaines doses de rayons X ionisants.
• L'IRM permet la différenciation des tissus mous. Par conséquent, l’IRM est indiquée pour l’examen de tous les processus pathologiques impliquant les tissus mous. Le scanner, quant à lui, est excellent pour l'examen des os, mais nécessite des agents de contraste s'il est utilisé pour l'imagerie des tissus mous, ce qui n'est pas obligatoire avec l'IRM.
• Contrairement au scanner, avec lequel un examen complet dure une dizaine de minutes, l'IRM peut être très chronophage, d’une durée allant de 15 minutes à 2 heures selon la partie du corps à examiner.
• En ce qui concerne le confort du patient, l'anxiété causée par le tube étroit de l'IRM est un inconvénient majeur par rapport au scanner. Cependant, l’arrivée des machines IRM ouvertes reléguera bientôt ce problème au rang d’histoire ancienne.
• Dernier avantage, et pas des moindres, l'IRM est capable d'enregistrer des clichés dans plusieurs plans, notamment dans le plan sagittal, coronal, axial, entre autres plans obliques. Ceci est à nuancer par le fait que la reconstruction des données axiales permette désormais au scanner d'offrir également une imagerie multiplanaire.