Comment obtenir une image en IRM ? - CEA Saclay

Comment obtenir une image en IRM ?par Alexis Amadonphysicien chercheur auLaboratoire de Résonance Magnétique Nucléairede NeurospinJournées Portes Ouvertes de NeurospinOctobre 2007

La rotation des spins = précession de LarmorChampmagnétiqueSpin du proton« parallèle »Spin du proton« antiparallèle »

Fréquence de Larmor = nombre de tours par secondeCette fréquence est proportionnelle au champ magnétiqueChampmagnétiqueChampmagnétiquex 2Spin d’un protonSpin 2 x plus rapide

Aimantation = somme des spinsAimantation = 0+ =+ + = = 0

Aimantation parallèle au champ magnétiqueAimantation induite

Vers la mesure de l’aimantation:1/ excitation des spins par antenne émettrice1.a/ quelques spins parallèles deviennent antiparallèlesEmetteur RFSpinsOnde radio de même fréquence quela fréquence de Larmor(=> résonance magnétique)Aimantation

Vers la mesure de l’aimantation:1/ excitation des spins par antenne émettrice1.b/ les spins se synchronisent pour tourner en phaseEmetteur RFSpinsOnde radio de même fréquence quecelle de la rotation des spins(résonance magnétique)AimantationAimantation

Vers la mesure de l’aimantation:2/ onde générée par aimantation tournante estdétectée par antenne réceptriceRécepteur RFAimantationOnde radio à la fréquence de Larmor,proportionnelle au champ magnétique

-80Traitement du signal recueilli:Décomposition en fréquencesdonne « spectre »432Récepteur RF100.0temps1.0-1-2-3-430-40f-50-60-70fréquence

30-40-50-60-70-80Imagerie ? encodage de l’espace dans le signalLe gradient de champ magnétique associe une fréquence à une coordonnée spatialeRécepteur RF43221100.0-1-1-2x 1 x 2-2-3-4acquisitionen présence du gradientBobines de gradientde champ magnétiquef 1 f 2-40-50-60-70

Localisation des molécules d’eau dans un corps:Image 3D : application de gradients dans les 3 dimensions

L’Imageur par Résonance MagnétiqueAimant supraconducteurAntenne Radio-Fréquence(émettrice et réceptrice)3 bobines de gradient

La clinique La rechercheTumeurs cérébralesAccidents vasculaires cérébrauxMaladies neurodégénératives…Morphologie (IRM anatomique)Connexions (IRM de diffusion)Activations (IRM fonctionnelle)

Morphologie cérébrale (IRM anatomique)La Morphologie… pour cartographierL’IRM permet de décrire le cerveau par sescirconvolutions (sillons et gyri).Ceci permet d’établir des normes et tester si certainespopulations sortent de ces normes.[Mangin et al.]

Morphologie cérébrale (IRM anatomique)Etude des droitiers et des gauchers• Le sillon central droit présente une forme différente entre les droitiers et lesgauchers.• Cette zone, qui contrôle la main gauche, est plus développée chez lesgauchers que chez les droitiers.[Mangin et al. 2004]

Morphologie cérébrale (IRM anatomique)Etude du développement cérébralL’IRM in utero permet d’étudier le processus de plissement du cortex.[Hôp. Necker]

Morphologie cérébrale (IRM anatomique)24 semaines 27 semaines 32 semaines[Cachia et al.]

Connexions cérébrales (IRM de diffusion)Voir les connexions cérébrales• Le cerveau est formé de milliards de câbles microscopiques qui connectent lesdifférentes aires cérébrales.• Ces câbles sont invisibles à l’œil nu et sur les IRM anatomiques.Mais il est possible de visualiser ces fibres grâce à l’IRM de diffusion

Connexions cérébrales (IRM de diffusion)

Connexions cérébrales (IRM de diffusion)Etude du développement cérébral• L’IRM de diffusion peut être pratiquée chez le nouveau né.• Elle permet d’établir des normes de maturation cérébrale, qui seront utiles àla compréhension de pathologies du développement.Visualisation du corps calleux chez un nourrisson de 17 semaines :[Dubois et al.]

Activation cérébrale (IRM fonctionnelle)Voir le cerveau travailler• Il est possible de voir le cerveau s’activer grâce à l’IRM fonctionnelle.• Le signal des molécules d’eau est perturbé par la circulation du sang.• Lors de l’activation d’une aire cérébrale, la circulation sanguine augmentelocalement et modifie le signal détecté en IRM.

Activation cérébrale (IRM fonctionnelle)Neurosciences cognitives : l’aire de la voix humaine• Découverte de l'aire sélective de la voix humaine (sillon temporal supérieur)• Région qui s'active à l'écoute d'une voix humaine, parlée ou non parlée, etpas à l'écoute de tout autre son de l'environnement.[Belin et al. 2000]

Activation cérébrale (IRM fonctionnelle)Application à la pathologie : l’autisme• Les autistes identifient moins bien la voix de leur mère et présentent unedifficulté à interpréter la voix en termes d'état mental.• L’IRM fonctionnelle a montré que l’aire spécialisée dans la reconnaissancede la voix humaine ne s’activait pas normalement chez les autistes.[Gervais et al. 2004]• La présence d’anomalies morphologiques et fonctionnelles plaide en faveurd’une anomalie du développement cérébral

Merci pour votre attention!• Merci à Vincent Lebon pour les diapositives de la 2 nde moitié de l’exposé

Séquence d’IRM de DiffusionRFG s90° 180°ADCG rG pG diffG Gposition dansla directionde G diffS=S0eb ∝ G 2−bDtemps