Fiche de révision : Imagerie par résonance magnétique

📋 Plan du Cours

1. Histoire et enjeux cliniques de l’IRM
2. Fondements physiques de la RMN
3. Relaxation et détection du signal
4. Localisation spatiale du signal
5. Séquences et contrastes IRM
6. Diffusion, perfusion et fonctions
7. Produits de contraste et sécurité
8. Appareil et précautions d’examen
9. Appareil, sécurité et examen IRM
10. Avantages et limites de l’IRM
11. Artefacts principaux en IRM
12. Anatomie et géométrie des lésions
13. Sémiologie du contraste tissulaire
14. Sémiologie vasculaire et neuronale
15. Méthode globale d’interprétation

📖 1. Histoire et enjeux cliniques de l’IRM

★ À maîtriser

📌 L’interprétation d’une IRM nécessite d’intégrer les informations médicales, anatomiques, physiopathologiques et techniques, et l’IRM n’est pas interchangeable avec le scanner.

• En 1973, Paul Lauterbur a introduit les gradients de champ et la rétroprojection, donnant naissance à la première image de RMN et à l’IRM.

Compléments

• En 1985, le CHU de Grenoble a installé le premier imageur IRM corps entier construit en France, avec un champ de 0,5 T, sous la responsabilité du Pr Le Bas.

💡 Astuce mémo

RMN fondamentale → gradients → image clinique

📖 2. Fondements physiques de la RMN

🔑 Notions clés & Définitions

• Champ magnétique : Produit par une source magnétique, et son intensité, appelée induction magnétique, s’exprime en tesla ; l’ancienne unité est le gauss, avec $1\,\text{gauss}=10^{-4}\,\text{T}$.
• Spin nucléaire : Propriété quantique fondamentale du noyau, associée à un moment angulaire intrinsèque ; un spin non nul confère au noyau un moment magnétique nucléaire.

📝 Points essentiels

• Les champs des IRM cliniques sont généralement de 1,5 T ou 3 T, soit environ 30 000 à 60 000 fois le champ terrestre d’environ 50 μT.

• L’hydrogène ¹H est le noyau utilisé en routine, car il est abondant dans l’eau et les graisses et possède un rapport gyromagnétique élevé.

• 🔄 Une expérience de RMN comporte les étapes suivantes:
  1. Polarisation des spins par B0
  2. Excitation RF à la fréquence de Larmor
  3. Relaxations longitudinale et transversale
  4. Enregistrement du signal

💡 Astuce mémo

Champ B0 → polarisation → RF → signal

📖 3. Relaxation et détection du signal

★ À maîtriser

📐 Formule — La fréquence de Larmor vérifie $f_0=\frac{\gamma}{2\pi}B_0$ ; pour l’hydrogène, $\frac{\gamma}{2\pi}=42{,}57\,\text{MHz/T}$.

📌 La relaxation T1 correspond à la récupération longitudinale de l’aimantation jusqu’à 63 % de sa valeur initiale, tandis que T2 correspond à la décroissance transversale jusqu’à 37 % de sa valeur initiale.

📐 Formule — La relaxation transversale suit $M_T(t)=M_0e^{-t/T_2}$ et la relaxation longitudinale suit $M_L(t)=M_0(1-e^{-t/T_1})$.

📐 Formule — Après une impulsion de 90°, le signal RMN suit $S(t)=S_0e^{-t/T_2}$ ; avec une seconde impulsion au temps TR, il suit $S(t)=S_0(1-e^{-TR/T_1})e^{-t/T_2}$.

Compléments

• Le T1 augmente lorsque la puissance de l’aimant augmente, tandis que le T2 est quasi indépendant de B0.

💡 Astuce mémo

T1 récupère le longitudinal, T2 déphase le transversal

📖 4. Localisation spatiale du signal

🔑 Notions clés & Définitions

• Gradient magnétique : Variation linéaire et contrôlée du champ magnétique selon une direction donnée, produite par des bobines de gradient.
• Voxel : Plus petit élément de volume distinguable en IRM, défini par deux dimensions dans le plan de coupe et une épaisseur de coupe.

📝 Points essentiels

• Les gradients cliniques ont typiquement une amplitude de 10 à 25 mT/m et permettent d’obtenir des images axiales, sagittales, coronales ou obliques sans repositionner le patient.

• 🔄 Le codage spatial bidimensionnel comprend:

  1. Sélection de coupe par Gz
  2. Codage de phase par Gy
  3. Codage de fréquence par Gx

📐 Formule — La durée d’acquisition d’une séquence vérifie $T_{acquisition}=TR\times N_{phase}\times NEX$.

💡 Astuce mémo

Coupe Gz → phase Gy → fréquence Gx → Fourier

📖 5. Séquences et contrastes IRM

🔑 Notions clés & Définitions

• Séquence IRM : Décrit chronologiquement les impulsions RF, les gradients et les instants de mesure du signal, et se caractérise notamment par le TR et le TE.

📝 Points essentiels

• L’écho de spin utilise une impulsion RF de refocalisation à 180° et mesure le T2 vrai, tandis que l’écho de gradient utilise l’inversion d’un gradient, est plus rapide et reste sensible aux inhomogénéités selon T2*.

• Une pondération T1 utilise un TR court et un TE court, une pondération T2 utilise un TR long et un TE long, et une pondération en densité de protons utilise un TR long et un TE court.

• La séquence FLAIR annule le signal du LCS, tandis que la séquence STIR annule le signal de la graisse.

• La plupart des lésions cérébrales augmentent l’eau libre et donnent un hyposignal T1 avec hypersignal T2, tandis que l’hématome subaigu donne un hypersignal T1 et un hyposignal T2.

💡 Astuce mémo

SE corrige les inhomogénéités, GRE les exploite

📖 6. Diffusion, perfusion et fonctions

🔑 Notions clés & Définitions

• Diffusion anisotrope : Diffusion préférentielle de l’eau le long des fibres de substance blanche ; le DTI reconstruit leur orientation et la tractographie permet de les représenter.

★ À maîtriser

📌 Une véritable restriction de diffusion associe un hypersignal DWI à un ADC bas, tandis que le T2 shine-through donne un hypersignal DWI avec un ADC élevé.

• La DWI peut détecter un AVC ischémique aigu avant les autres séquences, y compris le FLAIR.

Compléments

• L’IRM fonctionnelle repose sur le contraste BOLD et détecte les variations T2* liées au couplage neurovasculaire, avec des variations de signal de 1 à 5 % du signal de base.

💡 Astuce mémo

Mouvement de l’eau → DWI/ADC → détection de la restriction

📖 7. Produits de contraste et sécurité

🔑 Notions clés & Définitions

• Gadolinium chélaté : Agent de contraste paramagnétique qui raccourcit principalement le T1 et est utilisé sous forme chélatée car le gadolinium libre est toxique.

★ À maîtriser

📌 Les chélates macrocycliques sont plus stables que les chélates linéaires et sont à privilégier, notamment chez les patients à risque rénal.

Compléments

• Le gadolinium est distribué dans le compartiment vasculaire puis interstitiel, sauf dans le cerveau lorsque la barrière hémato-encéphalique est intacte, et il est éliminé par voie rénale avec une demi-vie d’environ 90 minutes.

💡 Astuce mémo

Gadolinium chélaté : paramagnétique et non libre

📖 8. Appareil et précautions d’examen

📝 Points essentiels

• Les intensités cliniques courantes sont 1,5 T et 3 T ; le 3 T améliore le rapport signal sur bruit mais augmente les artefacts, tandis que le 7 T est réservé à la recherche.

📌 Le champ B0 reste actif en permanence et tout objet ferromagnétique introduit dans le tunnel peut être violemment attiré par effet missile ; un contrôle systématique des objets métalliques est donc obligatoire.

• Les contre-indications formelles comprennent notamment:
  • Pacemakers ou défibrillateurs non certifiés IRM
  • Certaines valves cardiaques anciennes
  • Pompes implantées non compatibles
  • Éclats métalliques intra-orbitaires ou intracorporels non identifiés

📖 9. Appareil, sécurité et examen IRM

🔑 Notions clés & Définitions

• Aimant principal : Produit le champ statique $B_0$ nécessaire à la polarisation de l’aimantation nucléaire et il est le plus souvent supraconducteur, maintenu à 4 K dans un bain d’hélium liquide.

★ À maîtriser

• Les trois composants essentiels sont:
  • l’aimant principal
  • les bobines de gradient selon x, y et z
  • les antennes radiofréquence

📌 Le champ $B_0$ est toujours actif, de sorte qu’un objet ferromagnétique introduit dans le tunnel peut être projeté violemment selon l’effet missile.

• 🔄 Le déroulement de l’examen comprend: une prescription précisant la question clinique, une vérification de l’identité et des contre-indications, le retrait des objets métalliques, la mise en place d’une antenne et d’une protection auditive, l’acquisition avec immobilité stricte, l’analyse radiologique et la transmission d’un compte rendu

Compléments

• Les intensités cliniques courantes sont 1,5 T et 3 T, avec un meilleur rapport signal/bruit à 3 T mais davantage d’artefacts, tandis que 7 T est réservé à la recherche.

📌 Toute injection de gadolinium chez une femme enceinte ou chez un patient allergique est évitée sauf nécessité absolue, après interrogatoire systématique.

💡 Astuce mémo

A-G-R : aimant, gradients, radiofréquence

📖 10. Avantages et limites de l’IRM

📝 Points essentiels

• L’acquisition IRM dure généralement 10 à 45 minutes selon la région étudiée et le nombre de séquences.

• Les principaux avantages sont:

  • l’absence de rayonnement ionisant
  • l’excellent contraste des tissus mous
  • les acquisitions multiplanaires ou volumiques
  • l’imagerie anatomique et fonctionnelle

• Les limites comprennent: les dispositifs implantés parfois incompatibles, le tunnel étroit, le bruit, la durée plus longue, le coût élevé, l’absence de signal de l’os cortical, les nombreux artefacts

💡 Astuce mémo

IRM : contraste des tissus mous, mais contraintes du tunnel

📖 11. Artefacts principaux en IRM

★ À maîtriser

📌 Un artefact est un défaut technique d’origine séquentielle, liée au patient ou liée au matériel, qui doit être distingué d’une authentique anomalie tissulaire.

• Les mouvements provoquent des images fantômes dupliquées selon la direction du codage de phase, car chaque ligne de l’espace k contribue à toute l’image.

• La susceptibilité magnétique près d’un matériel ferromagnétique ou d’une interface air-tissu entraîne des hyposignaux et des distorsions, plus marqués en écho de gradient T2* et atténués en écho de spin.

Compléments

• Le déplacement chimique crée un liseré hyperintense ou hypointense aux interfaces eau-graisse en raison de la différence de fréquence de résonance entre leurs protons.

• Le repliement, ou aliasing, fait réapparaître à tort une structure située hors du champ de vue du côté opposé de l’image.

• La troncature de Gibbs produit des bandes claires et sombres aux interfaces à fort contraste et peut mimer une syringomyélie.

💡 Astuce mémo

Chimie, mouvement, susceptibilité, flux, repliement, Gibbs

📖 12. Anatomie et géométrie des lésions

🔑 Notions clés & Définitions

• Dégénérescence wallérienne : Dégénérescence secondaire et différée d’un faisceau entier de fibres nerveuses en aval d’une lésion qui l’a directement interrompu.

📝 Points essentiels

• L’interprétation anatomique exige de connaître l’anatomie normale et sa variabilité interindividuelle afin de la distinguer d’une anomalie acquise ou congénitale.

📌 Une lésion expansive comprime les structures voisines et les espaces liquidiens, tandis qu’une lésion rétractile correspond généralement à une séquelle avec élargissement compensateur des espaces liquidiens.

📌 Une lésion intra-axiale se développe dans le parenchyme et refoule le cortex vers l’extérieur, tandis qu’une lésion extra-axiale se développe hors du parenchyme et refoule le cortex vers l’intérieur.

• Des lésions multiples orientent notamment vers des métastases ou des plaques de sclérose en plaques, tandis qu’une lésion unique oriente vers une tumeur primitive ou une malformation congénitale.

💡 Astuce mémo

Expansive contre rétractile ; intra-axiale contre extra-axiale

📖 13. Sémiologie du contraste tissulaire

★ À maîtriser

• La graisse donne un hypersignal T1 spontané qui chute nettement sur une séquence de suppression du signal graisseux.

📌 Un kyste arachnoïdien se comporte comme le LCS sans restriction de diffusion, tandis qu’un kyste épidermoïde restreint la diffusion et présente un hypersignal FLAIR net.

📌 L’œdème cytotoxique est intracellulaire et se manifeste notamment par un hypersignal de diffusion avec baisse de l’ADC, tandis que l’œdème vasogénique est extracellulaire.

• La néoangiogenèse tumorale est objectivée quantitativement par une élévation du volume sanguin cérébral relatif $rCBV$ en perfusion.

📌 La rupture de la barrière hémato-encéphalique entraîne une prise de contraste T1 après gadolinium et peut survenir avec ou sans néoangiogenèse.

Compléments

• Une forte densité cellulaire restreint localement la diffusion de l’eau par encombrement membranaire, avec hypersignal de diffusion et hyposignal ADC marqués dans le médulloblastome.

• Les séquences T1, T2, FLAIR, T2*, diffusion, gadolinium et spectroscopie explorent respectivement la graisse et le sang, les liquides, le sang et les calcifications, l’œdème cytotoxique et la cellularité, la perfusion et la rupture de la BHE, puis le métabolisme.

💡 Astuce mémo

Graisse, sang, nécrose, kyste, œdème, cellules, vaisseaux, BHE, métabolisme

📖 14. Sémiologie vasculaire et neuronale

🔑 Notions clés & Définitions

• Tractographie DTI : Reconstruit le trajet anatomique des faisceaux de substance blanche et leurs rapports avec une lésion pour planifier une intervention neurochirurgicale.
• IRM fonctionnelle : Fondée sur le signal BOLD lié à l’oxygénation sanguine locale, cartographie les aires corticales motrices, sensitives ou cognitives.

📝 Points essentiels

• L’angio-IRM en coupes fines reconstruites en 3D par MIP étudie l’anatomie vasculaire globale, notamment les troncs supra-aortiques et le polygone de Willis.

• L’imagerie de perfusion évalue l’apport sanguin et la réserve hémodynamique cérébrale en comparant la perfusion basale à celle obtenue après vasodilatation par apnée ou inhalation de CO2.

💡 Astuce mémo

Lésion → modification de perfusion ou des faisceaux → retentissement fonctionnel

📖 15. Méthode globale d’interprétation

📝 Points essentiels

• 🔄 L’interprétation fiable combine:

  1. l’exclusion des artefacts
  2. l’anatomie radiologique
  3. la sémiologie géométrique
  4. la sémiologie tissulaire
  5. la sémiologie fonctionnelle

• La sémiologie géométrique analyse la morphologie, la topographie, le caractère unique ou multiple, l’extension tridimensionnelle et le retentissement sur les structures voisines.

• Les paramètres tissulaires comprennent:

  • la graisse
  • le sang
  • la nécrose
  • le contenu kystique
  • l’œdème
  • la densité cellulaire
  • la néoangiogenèse
  • la rupture de la barrière hémato-encéphalique
  • le métabolisme

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des principales pondérations

Familles d’écho