Le Dr Raymond Damadian, médecin et scientifique, a travaillé pendant des années pour essayer de produire une machine capable de scanner le corps de manière non invasive à l'aide d'aimants. Avec quelques étudiants diplômés, il a construit un aimant supraconducteur et façonné une bobine de fils d’antenne. Puisque personne ne voulait être le premier à utiliser cet engin, Damadian s'est porté volontaire pour être le premier patient.
Mais lorsqu’il y monta, rien ne se passa. Damadian envisageait des années perdues sur une invention ratée, mais l’un de ses collègues a courageusement suggéré qu’il était peut-être trop gros pour la machine. Un étudiant diplômé svelte s'est porté volontaire pour essayer, et le 3 juillet 1977, le premier examen IRM a été réalisé sur un être humain. Il a fallu près de cinq heures pour produire une image, et cette machine originale, nommée "Indomitable", appartient désormais à la Smithsonian Institution.
En seulement quelques décennies, l'utilisation de l'imagerie par résonance magnétique (IRM ) les scanners se sont considérablement développés. Les médecins peuvent prescrire des IRM pour aider à diagnostiquer la sclérose en plaques, les tumeurs cérébrales, les ligaments déchirés, les tendinites, le cancer et les accidents vasculaires cérébraux, pour n'en nommer que quelques-uns. Une IRM est le meilleur moyen de voir l'intérieur du corps humain sans l'ouvrir.
Cela peut ne pas vous réconforter lorsque vous vous préparez à un examen IRM. Vous êtes dépouillé de vos bijoux et de vos cartes de crédit et vous posez des questions détaillées sur tous les instruments métalliques que vous pourriez avoir en vous. Vous êtes placé sur une petite dalle et poussé dans un trou qui semble à peine assez grand pour une personne. Vous êtes soumis à des bruits forts et vous devez rester parfaitement immobile, sinon ils vont vous faire encore ça. Et à chaque minute, vous ne pouvez pas vous empêcher de vous demander ce qui arrive à votre corps lorsqu'il est dans cette machine. Se pourrait-il vraiment que cette épreuve soit réellement meilleure qu’une autre technique d’imagerie, comme une radiographie ou un scanner ? Qu'a fait Raymond Damadian ?
Contenu
Les scanners IRM varient en taille et en forme, et certains modèles plus récents ont un plus grand degré d'ouverture sur les côtés. Pourtant, la conception de base est la même et le patient est poussé dans un tube qui ne mesure qu'environ 24 pouces (60 centimètres) de diamètre [source :Horak]. Mais qu'est-ce qu'il y a dedans ?
Le composant le plus gros et le plus important d’un système IRM est l’aimant. Il y a un tube horizontal – le même que celui dans lequel le patient entre – qui traverse l’aimant d’avant en arrière. Ce tube est connu sous le nom de alésage . Mais il ne s'agit pas de n'importe quel aimant :nous avons ici affaire à un système incroyablement puissant, capable de produire un champ magnétique large et stable.
La force d'un aimant dans un système IRM est évaluée à l'aide d'une unité de mesure appelée tesla. . Une autre unité de mesure couramment utilisée avec les aimants est le gauss. (1 tesla =10 000 gauss). Les aimants utilisés aujourd'hui dans les systèmes IRM créent un champ magnétique de 1,5 tesla à 7,0 tesla, soit 15 000 à 70 000 gauss. Lorsque vous réalisez que le champ magnétique terrestre mesure 0,5 gauss, vous pouvez voir à quel point ces aimants sont puissants.
La plupart des systèmes IRM utilisent un aimant supraconducteur , qui se compose de nombreuses bobines ou enroulements de fil à travers lesquels passe un courant électrique, créant un champ magnétique pouvant atteindre 2,0 Tesla. Le maintien d'un champ magnétique aussi important nécessite beaucoup d'énergie, ce qui est accompli par la supraconductivité. , ou réduire la résistance dans les fils à presque zéro. Pour ce faire, les fils sont continuellement baignés dans de l'hélium liquide à 452,4 degrés sous zéro Fahrenheit (269,1 sous zéro degré Celsius) [source :Coyne]. Ce froid est isolé par le vide. Bien que les aimants supraconducteurs soient coûteux, le champ magnétique puissant permet d'obtenir une imagerie de la plus haute qualité, et la supraconductivité permet au système de fonctionner de manière économique.
Deux autres aimants sont utilisés dans une bien moindre mesure dans les systèmes IRM. Aimants résistifs sont structurellement comme des aimants supraconducteurs, mais ils manquent d’hélium liquide. Cette différence signifie qu’ils nécessitent une énorme quantité d’électricité, ce qui rend leur fonctionnement au-dessus d’un niveau de 0,3 tesla extrêmement coûteux. Aimants permanents ont un champ magnétique constant, mais ils sont si lourds qu'il serait difficile d'en construire un capable de supporter un champ magnétique important.
Il existe également trois aimants dégradés à l’intérieur de l’appareil IRM. Ces aimants ont une force bien inférieure à celle du champ magnétique principal ; leur intensité peut varier de 180 gauss à 270 gauss. Alors que l'aimant principal crée un champ magnétique intense et stable autour du patient, les aimants à gradient créent un champ variable, qui permet de scanner différentes parties du corps.
Une autre partie du système IRM est un ensemble de bobines qui transmettent des ondes radiofréquences dans le corps du patient. Il existe différentes résistances pour différentes parties du corps :genoux, épaules, poignets, têtes, cou, etc. Ces bobines épousent généralement le contour de la partie du corps photographiée, ou du moins se trouvent très près de celle-ci pendant l'examen. D'autres parties de la machine comprennent un système informatique très puissant et une table patient, qui fait glisser le patient dans l'alésage. Le fait que le patient entre la tête ou les pieds en premier est déterminé par la partie du corps qui doit être examinée. Une fois que la partie du corps à scanner se trouve exactement au centre, ou isocentre , du champ magnétique, le scan peut commencer.
Que se passe-t-il lors d'un scan ? Découvrez-le ensuite.
Développements en IRMLes appareils IRM évoluent pour être plus conviviaux pour les patients. Par exemple, de nombreuses personnes claustrophobes ne supportent tout simplement pas les espaces exigus et l'alésage peut ne pas accueillir les personnes obèses. Il existe des scanners plus ouverts, qui permettent un plus grand espace, mais ces machines ont des champs magnétiques plus faibles, ce qui signifie qu'il peut être plus facile de manquer des tissus anormaux. De très petits scanners destinés à l’imagerie de parties spécifiques du corps sont également en cours de développement. D’autres progrès sont réalisés dans le domaine de l’IRM. IRM fonctionnelle (IRMf ), par exemple, crée des cartes cérébrales de l'activité des cellules nerveuses seconde par seconde et aide les chercheurs à mieux comprendre le fonctionnement du cerveau. Angiographie par résonance magnétique (ARM ) crée des images de sang, d'artères et de veines circulant dans pratiquement n'importe quelle partie du corps.
Lorsque les patients se glissent dans un appareil IRM, ils emportent avec eux les milliards d’atomes qui composent le corps humain. Pour les besoins d'une IRM, nous ne nous intéressons qu'à l'atome d'hydrogène, qui est abondant puisque le corps est majoritairement composé d'eau et de graisse. Ces atomes tournent de manière aléatoire, ou précessent , sur leur axe, comme un haut d'enfant. Tous les atomes vont dans des directions différentes, mais lorsqu'ils sont placés dans un champ magnétique, les atomes s'alignent dans la direction du champ.
Ces atomes d'hydrogène ont un moment magnétique puissant. , ce qui signifie que dans un champ magnétique, ils s’alignent dans la direction du champ. Étant donné que le champ magnétique traverse directement le centre de la machine, les protons d'hydrogène s'alignent de manière à pointer vers les pieds ou la tête du patient. Environ la moitié va dans chaque sens, de sorte que la grande majorité des protons s’annulent – c’est-à-dire que pour chaque atome aligné vers les pieds, un est aligné vers la tête. Seuls quelques protons sur un million ne sont pas annulés. Cela ne semble pas grand-chose, mais le nombre d’atomes d’hydrogène dans le corps est suffisant pour créer des images extrêmement détaillées. Ce sont ces atomes inégalés qui nous préoccupent maintenant.
Ensuite, l'appareil IRM applique une impulsion de radiofréquence (RF) cela n’est spécifique qu’à l’hydrogène. Le système dirige le pouls vers la zone du corps que nous souhaitons examiner. Lorsque l’impulsion est appliquée, les protons inégalés absorbent l’énergie et tournent à nouveau dans une direction différente. C'est la partie « résonance » de l'IRM. L'impulsion RF les force à tourner à une fréquence particulière, dans une direction particulière. La fréquence spécifique de résonance est appelée la Fréquence de Larmour. et est calculé en fonction du tissu particulier photographié et de la force du champ magnétique principal.
À peu près au même moment, les trois aimants dégradés entrent en action. Ils sont disposés de telle manière à l'intérieur de l'aimant principal que lorsqu'ils sont allumés et éteints rapidement d'une manière spécifique, ils modifient le champ magnétique principal à un niveau local. Cela signifie que nous pouvons choisir exactement la zone dont nous voulons une image ; cette zone est appelée « tranche ». Pensez à une miche de pain avec des tranches aussi fines que quelques millimètres – les tranches en IRM sont aussi précises. Des tranches peuvent être prélevées sur n’importe quelle partie du corps dans n’importe quelle direction, ce qui donne aux médecins un énorme avantage par rapport à toute autre modalité d’imagerie. Cela signifie également que vous n'avez pas besoin de bouger pour que la machine obtienne une image provenant d'une direction différente :la machine peut tout manipuler avec les aimants dégradés.
Mais la machine fait énormément de bruit pendant un scan, ce qui ressemble à un martèlement rapide et continu. Cela est dû au fait que le courant électrique croissant dans les fils des aimants à gradient s'oppose au champ magnétique principal. Plus le champ principal est fort, plus le bruit de gradient est fort. Dans la plupart des centres d'IRM, vous pouvez apporter un lecteur de musique pour étouffer le vacarme, et les patients reçoivent des bouchons d'oreilles.
Lorsque l'impulsion RF est désactivée, les protons d'hydrogène reviennent lentement à leur alignement naturel dans le champ magnétique et libèrent l'énergie absorbée par les impulsions RF. Lorsqu'ils font cela, ils émettent un signal que les bobines captent et envoient au système informatique. Mais comment ce signal est-il converti en une image qui signifie quelque chose ?
L'IRM peut détecter un très petit point à l'intérieur du corps du patient et lui demander essentiellement :« De quel type de tissu êtes-vous ? » Le système parcourt point par point le corps du patient, établissant une carte des types de tissus. Il intègre ensuite toutes ces informations pour créer des images 2D ou des modèles 3D avec une formule mathématique connue sous le nom de Transformation de Fourier. . L'ordinateur reçoit le signal des protons en rotation sous forme de données mathématiques ; les données sont converties en image. C'est la partie « imagerie » de l'IRM.
Le système IRM utilise un contraste injectable , ou des colorants, pour modifier le champ magnétique local dans le tissu examiné. Les tissus normaux et anormaux réagissent différemment à cette légère altération, nous donnant des signaux différents. Ces signaux sont transférés aux images; un système IRM peut afficher plus de 250 nuances de gris pour représenter les différents tissus [source :Coyne]. Les images permettent aux médecins de visualiser différents types d’anomalies tissulaires mieux qu’ils ne le pourraient sans le contraste. Nous savons que lorsque nous faisons "A", les tissus normaux ressembleront à "B". Si ce n'est pas le cas, il pourrait y avoir une anomalie.
Une radiographie est très efficace pour montrer aux médecins une fracture, mais s'ils souhaitent examiner les tissus mous d'un patient, notamment les organes, les ligaments et le système circulatoire, ils préféreront probablement une IRM. Et, comme nous l’avons mentionné à la dernière page, un autre avantage majeur de l’IRM est sa capacité à imager dans n’importe quel plan. La tomodensitométrie (TDM), par exemple, est limitée à un seul plan, le plan axial. plan (dans l'analogie avec une miche de pain, le plan axial serait la façon dont une miche de pain est normalement tranchée). Un système IRM peut créer des images axiales ainsi que sagitalliennes (trancher le pain côte à côte dans le sens de la longueur) et coronal (pensez aux couches dans un gâteau en couches), ou à tout degré intermédiaire, sans que le patient ne bouge jamais.
Mais pour ces images de haute qualité, le patient ne peut pas bouger beaucoup. Les examens IRM exigent que les patients restent immobiles pendant 20 à 90 minutes ou plus. Même un très léger mouvement de la pièce numérisée peut provoquer des images déformées qui devront être répétées. Et ce type de qualité a un coût élevé; Les systèmes d'IRM sont très chers à l'achat, et donc les examens sont également très chers.
Mais y a-t-il d'autres coûts ? Qu'en est-il de la sécurité du patient ?
Peut-être êtes-vous préoccupé par l'impact à long terme du mélange de tous vos atomes, mais une fois que vous êtes hors du champ magnétique, votre corps et sa chimie reviennent à la normale. Il n’existe aucun risque biologique connu pour les humains liés à l’exposition à des champs magnétiques de la force utilisée aujourd’hui en imagerie médicale. Le fait que les systèmes d’IRM n’utilisent pas de rayonnements ionisants, comme le font d’autres appareils d’imagerie, est un réconfort pour de nombreux patients, tout comme le fait que les produits de contraste pour IRM ont une très faible incidence d’effets secondaires. La plupart des établissements préfèrent ne pas photographier les femmes enceintes, en raison du nombre limité de recherches sur les effets biologiques des champs magnétiques sur le développement du fœtus. La décision de scanner ou non une patiente enceinte est prise au cas par cas en concertation entre le radiologue IRM et l'obstétricien de la patiente.
Cependant, la salle d’IRM peut être un endroit très dangereux si des précautions strictes ne sont pas respectées. Les cartes de crédit ou tout autre objet doté d'un encodage magnétique seront effacés. Les objets métalliques peuvent devenir des projectiles dangereux s'ils sont emportés dans la salle de numérisation. Par exemple, des trombones, des stylos, des clés, des ciseaux, des bijoux, des stéthoscopes et tout autre petit objet peuvent être retirés des poches et du corps sans avertissement, après quoi ils volent vers l'ouverture de l'aimant à des vitesses très élevées.
Les gros objets présentent également un risque :des seaux de vadrouille, des aspirateurs, des perches à perfusion, des brancards pour patients, des moniteurs cardiaques et d'innombrables autres objets ont tous été attirés dans les champs magnétiques de l'IRM. En 2001, un jeune garçon soumis à un scanner a été tué lorsqu'un réservoir d'oxygène a été tiré dans l'alésage magnétique [source :McNeil]. Un jour, un pistolet s'est envolé de l'étui d'un policier, provoquant le déclenchement du coup de feu. Personne n'a été blessé.
Pour garantir la sécurité, les patients et le personnel de soutien doivent être soigneusement contrôlés pour détecter tout objet métallique avant d'entrer dans la salle d'analyse. Cependant, les patients ont souvent des implants à l’intérieur qui rendent très dangereux pour eux la présence d’un champ magnétique puissant. Ceux-ci incluent :
La plupart des implants chirurgicaux modernes, y compris les agrafes, les articulations artificielles et les stents, sont fabriqués à partir de matériaux non magnétiques et même s'ils ne le sont pas, ils peuvent être approuvés pour la numérisation. Mais informez-en votre médecin, car certains matériels orthopédiques situés dans la zone de numérisation peuvent provoquer des distorsions de l'image.
