Chapitre 13 Instrumentation IRM et modalités pratiques des explorations

L’IRM est une technique complexe, qui nécessite de la part de l’opérateur une bonne connaissance de l’appareillage et surtout des paramètres d’exploration permettant d’optimiser la qualité de l’image (voirChapitre 8). Elle suppose aussi le respect de quelques règles quant à l’accueil, l’installation et la surveillance du patient afin d’assurer sa sécurité et favoriser le rendement diagnostique pour un résultat optimal, sans oublier les règles de sécurité qui doivent s’appliquer au personnel.

Le déroulement d’une exploration IRM doit tenir compte de ces éléments matériels et humains et respecter une chronologie stricte pour éviter toute erreur préjudiciable au patient ou à la réussite de l’examen.

Instrumentation IRM

L’aimant principal

Il s’agit de l’élément de base de l’appareil. Il produit le champ qui doit être intense et homogène.

L’intensité de est un des éléments conditionnant la qualité d’image : le rapport signal sur bruit augmente en même temps que lui (voirChapitres 2 et 8). Sur les appareils commerciaux actuels, elle varie de 0,2 à 3 Tesla (et jusqu’à 11 T sur des appareils de recherche).

L’homogénéité de champ est assurée par des bobines additionnelles de correction, appelées bobines de shim.

Les hauts champs, tout en permettant l’obtention d’un signal élevé, présentent cependant certains inconvénients : diminution du contraste en , majoration des artéfacts de mouvement, de déplacement chimique et de susceptibilité magnétique.

Néanmoins, ils sont plus performants dans les applications spectroscopiques.

Les aimants peuvent être classés en trois catégories selon leur type.

Schéma : P. Choquet.

En ce qui concerne les axes x et y, on utilise une configuration dite de «Golay», composée, pour chaque gradient, de quatre bobines en forme de selle de cheval. Dans ce cas, ce sont les quatre arcs se faisant directement face qui contribuent à la production du gradient (fig. 13-2).

Fig. 13-2 Production des gradients dans les directions perpendiculaires à .

On utilise ici une configuration dite de «Golay», composée, pour chaque gradient, de quatre bobines en forme de selle de cheval. Dans ce cas, ce sont les quatre arcs se faisant directement face (en gras sur le schéma) qui contribuent à la production du gradient.

Schéma : P. Choquet.

D’une manière générale, il faut souligner que, dans tous les cas, les gradients produisent des modifications de champs magnétiques qui s’ajoutent ou se retranchent de .

Ainsi, l’appareil comprend trois paires de bobines, une pour chaque orientation dans l’espace, l’ensemble constituant ce qu’on appelle un «canon de gradients» (fig. 13-3).Ces bobines sont alimentées à une cadence plus ou moins rapide selon le type de séquence produisant, ainsi, le bruit caractéristique de fonctionnement de l’appareil. En effet, lorsqu’on injecte du courant électrique dans une bobine, les forces de Laplace générées se manifestent sous forme mécanique en faisant «vibrer» la bobine : cette vibration est à l’origine de la nuisance sonore de l’IRM. Ce bruit est proportionnel à l’intensité du courant injecté et au champ magnétique statique (voir plus loin «La sécurité en IRM»).

Fig. 13-3 Représentation des trois gradients de l’appareil dans les trois axes (x, y, z) : c’est ce qu’on appelle un «canon de gradient».

Les performances des gradients sont d’une grande importance dans la détermination de certains paramètres des séquences (épaisseur de coupe, champ de vue, matrice, temps d’acquisition, TE minimum). Les caractéristiques déterminant les performances d’un gradient sont, essentiellement, l’amplitude maximale (en milliTesla par mètre – mT/m), le temps de montée (en microsecondes – µs) et la vitesse de montée (en Tesla/mètre/seconde – T/m/s) (voirAnnexe 12). Certaines séquences comme l’écho-planar, par exemple, sollicitent énormément les gradients.

Les antennes

Elles permettent l’émission des impulsions RF et la réception du signal. Le signal RMN étant extrêmement faible, l’antenne de réception doit être d’excellente qualité, afin d’obtenir le rapport signal sur bruit le plus élevé.

On distingue globalement deux types d’antennes.

Les antennes de volume

Elles sont soit émettrices et réceptrices, soit, parfois, uniquement réceptrices (dans ce cas, l’antenne corps est émettrice). Elles peuvent contenir une région de l’organisme (antenne tête, genou, etc.), voire tout le corps (antenne corps).

L’antenne corps est directement incorporée à l’aimant. Elle est toujours émettrice et réceptrice.

Les antennes de volume permettent d’obtenir un signal homogène sur tout le volume exploré. Le signal obtenu est d’autant plus élevé que le diamètre de l’antenne diminue (fig. 13-4).

Fig. 13-4 Représentation du rapport signal sur bruit en fonction de la profondeur explorée et selon le type d’antenne utilisé.

Pour les antennes de surface, le rapport signal sur bruit est élevé en superficie, mais décroît très rapidement en profondeur. Ce rapport signal sur bruit est d’autant plus important que le diamètre de l’antenne diminue.

Les antennes de volume génèrent un rapport signal sur bruit plus faible, mais le signal est homogène en profondeur. Il est plus élevé lorsque le diamètre de l’antenne diminue (par exemple antenne tête/antenne corps).

Les antennes de surface

Elles sont uniquement réceptrices (l’antenne corps étant émettrice). Elles sont appliquées le plus près possible des régions explorées.

Trois considérations découlent de leur utilisation :

• le signal recueilli par une antenne de surface est important, sa détection étant favorisée par la proximité des tissus qui l’émettent;

• le volume exploré par l’antenne est limité, en particulier en profondeur. En effet, le signal diminue lorsque la profondeur augmente. On estime en général que la pénétration d’une antenne de surface est égale au diamètre ou à la longueur de l’antenne;

• le bruit est diminué, le volume qui le produit étant plus petit.

Ainsi, les antennes de surface favorisent un rapport signal sur bruit élevé, ce qui permet d’utiliser des champs d’exploration plus petits et de diminuer l’épaisseur de coupe, d’où une augmentation de la résolution spatiale (voxels plus petits).

Le gain en rapport signal sur bruit augmente lorsque le diamètre de l’antenne diminue (permettant une meilleure résolution spatiale) mais au détriment du volume exploré (voirfig. 13-4).

Les antennes de surface peuvent présenter des formes variées pour s’adapter aux différentes régions de l’organisme : boucles plates circulaires, rectangulaires, incurvées, antennes souples, antennes endocavitaires, etc.

Pratiquement toutes les antennes sont, aujourd’hui, à polarisation circulaire (on dit aussi antennes en quadrature). En effet, elles sont constituées d’un bobinage capable de détecter deux composantes orthogonales (en quadrature) d’un signal de radiofréquence, ce qui apporte un gain en rapport signal sur bruit de 40 % à la réception (fig. 13-5).

Fig. 13-5 Principe des antennes en quadrature (ou à polarisation circulaire).

Ce type d’antenne comprend deux bobines, permettant de réceptionner deux composantes du signal décalées de π/2 (en quadrature), ce qui conduit à un gain en rapport signal sur bruit de , soit environ 40 %.

Aujourd’hui, la plupart des antennes de surface comprennent plusieurs éléments : ce sont les antennes en «réseau phasé» ou «phased array coils». Il s’agit de combiner le bon rapport signal sur bruit produit par une antenne de petit diamètre (qui ne permet d’imager qu’un faible volume) avec l’exploration d’un grand champ de vue. Pour ce faire, il faut placer, dans un même support, plusieurs antennes de petit diamètre : chaque antenne possède sa propre chaîne de réception du signal et peut recevoir le signal de la «zonethinsp;» qu’elle couvrethinsp;; on obtient ainsi une image (et également un plan de Fourier) par antenne (petit champ de vue), toutes ces images étant ensuite combinées en une seule image en «réseau» (grand champ de vue) (fig. 13-6).

Fig. 13-6 Principe des antennes en réseau phasé.

Dans notre exemple, l’antenne en réseau phasé destinée à l’exploration du rachis comporte quatre éléments : chaque élément (antenne de surface de petit diamètre) possède sa propre chaîne de réception du signal et permet, par conséquent, l’acquisition d’une image; ici quatre images sont acquises (par l’intermédiaire de quatre plans de Fourier) (petit champ de vue), puis combinées en une seule image en «réseau» (grand champ de vue).

Cette technique est actuellement utilisée pour la majorité des antennes disponibles. D’une manière générale, le nombre d’éléments de réception, par antenne, est en constante augmentation. En outre, on associe couramment plusieurs antennes en réseau phasé afin de «couvrir» un grand volume d’exploration. De plus, l’utilisation de ces antennes constitue un prérequis pour les techniques d’acquisitions parallèles (voirChapitre 9). Une «panoplie» représentative des antennes couramment utilisées est illustrée dans la figure 13-7.

Fig. 13-7 Représentation d’un ensemble d’antennes couramment utilisées en IRM.

L’antenne tête est soit une antenne de volume (réceptrice ou émettrice-réceptrice), soit une antenne en réseau phasé à plusieurs éléments (actuellement 8 ou 32 éléments). Les antennes dédiées au thorax, à l’abdomen, au pelvis, au rachis et aux membres inférieurs sont en réseau phasé. L’antenne genou est une antenne de volume ou une antenne à plusieurs éléments. L’antenne épaule est, en général, également en réseau phasé. Une autre antenne couramment utilisée, non représentée ici, est l’antenne sein.

D’une manière générale, le nombre d’éléments de réception, par antenne, est en constante augmentation. Plusieurs antennes en réseau phasé peuvent être couplées en fonction du nombre de canaux de réception disponibles sur l’appareil.

Schéma : J.-P. Dillenseger.

Cependant, la multiplication des éléments d’antenne impose des contraintes matérielles importantes, en particulier en ce qui concerne le nombre de canaux de réception disponibles sur l’appareil. En effet, au niveau de la chaîne de réception, le signal provenant de chaque élément d’antenne est dirigé, après amplification, vers un convertisseur analogique-numérique (CAN) (ou ADC – analog-digital converter) : c’est ce qu’on appelle un canal de réception. Une technologie récente intègre ces CAN directement au niveau des antennes, supprimant ainsi la contrainte liée au nombre de canaux de réception.

Contraintes sur l’environnement et sur l’opérateur

La présence d’un champ magnétique intense impose certaines règles (voir plus loin «La sécurité en IRM») :

• tous les accessoires que l’on trouve habituellement à proximité d’une table d’exploration doivent être composés de matériaux non ferromagnétiques : potence, escabeau, brancard (aluminium, inox amagnétique, PVC), meubles de rangement (pas de charnières ferromagnétiques), paniers de perfusion (plastique), etc. En effet, toute masse ferromagnétique importante à proximité de l’aimant peut perturber l’homogénéité du champ

et ainsi induire des artéfacts. De plus, des objets ferromagnétiques peuvent suffisamment être attirés pour constituer des projectiles (effet «missile») ou, inversement, le champ magnétique peut détériorer certains objets (montres, cartes de crédit, etc.), ce qui impose une deuxième règle :

• l’opérateur doit systématiquement retirer de sa tenue (et du patient !) tous les objets ferromagnétiques (pinces, ciseaux, clés, pièces de monnaie, trombones, etc.) et enlever montres et cartes de crédit.

En ce qui concerne l’«espace radiofréquences», la protection contre les ondes radio parasites extérieures est assurée par une cage de Faraday, constituée d’un assemblage de plaques de cuivre ou de plaques d’inox amagnétique (la continuité de cette protection est assurée partout, même au niveau de la porte et de la baie vitrée de contrôle).

Accueil du patient

Comme d’autres explorations d’imagerie, l’examen d’IRM est souvent «impressionnant» pour le patient, d’autant plus que ce dernier sera positionné dans un tunnel d’une longueur non négligeable (même si les tunnels actuels sont de plus en plus courts). Pour que l’exploration se déroule dans de bonnes conditions, quelques précautions s’imposent.

Tout d’abord informer, rassurer : des explications (même très brèves) concernant le déroulement de l’examen et le fonctionnement de l’appareil faciliteront la coopération ultérieure du patient durant les séquences et donc son immobilité. Cet aspect psychologique de la prise en charge du patient n’est jamais à négliger, surtout chez ceux qui sont anxieux ou chez les patients se disant claustrophobes (peu de patients sont véritablement claustrophobes).

Une affiche installée en salle d’attente (ou éventuellement une vidéo fonctionnant en boucle) permet de lui fournir les explications concernant le déroulement de l’examen d’IRM.

Les personnes qui le désirent peuvent se faire accompagner durant l’examen (en particulier les enfants), à condition de respecter pour elles les mêmes précautions d’usage.

Faire retirer au patient tous les objets préjudiciables à la qualité de l’exploration ou pouvant être attirés par l’aimant (effet missile des objets ferromagnétiques : clés, pièces de monnaie, pinces à cheveux, fermetures Éclair, agrafes de soutien-gorge. Faire retirer les objets risquant d’être endommagés (montres, cartes de crédit, etc.).

Le déshabillage complet du patient n’est pas une nécessité absolue si tous les objets précités ont été retirés (même si, dans la pratique, il est plus prudent de le faire déshabiller et de lui faire revêtir une chemise d’hôpital à lacets).

Les personnes hospitalisées nécessitent quelques précautions supplémentaires : éliminer les chemises d’hôpital avec des boutons-pression, les électrodes ECG non spécifiques à l’IRM, les seringues électriques, etc.

Enfin, il faut veiller au respect des contre-indications, élément essentiel pour la sécurité des patients. Elles sont liées essentiellement à la présence du champ magnétique statique , aux effets de l’onde RF et aux effets des gradients (voir plus loin «La sécurité en IRM»).

Contre-indications absolues

• Certains dispositifs médicaux implantables actifs :

– stimulateurs cardiaques (pacemaker);

– défibrillateurs cardiaques implantables. Des patients porteurs de certains de ces dispositifs de fabrication récente ont pu bénéficier d’une exploration IRM au prix du suivi d’une procédure extrêmement précise mais relativement contraignante pour le personnel et le patient;

– neurostimulateurs (il existe de très grandes restrictions d’utilisation pour certains modèles). Là aussi, certains modèles peuvent être classés dans les contre-indications relatives, l’IRM étant possible en respectant une procédure très stricte. Exemple : le stimulateur du nerf vague nécessite l’utilisation d’une antenne tête émettrice-réceptrice et de ne pas dépasser un SAR de 1,3 W/kg (voir plus loin le paragraphe. La sécurité en IRM);

– implants cochléaires.

• Certains systèmes d’injection automatisée implantés : pompes à insuline.

• Les clips vasculaires ferromagnétiques intracérébraux (ils peuvent se déplacer lorsqu’ils sont situés dans une structure molle comme le cerveau).

• Les corps étrangers métalliques, en particulier intra-oculaires, ou situés à proximités de zones «à risques» : système nerveux, système vasculaire. Certaines professions sont à ce titre fortement exposées (fraiseurs de métaux, etc.). En cas de doute, une radiographie peut s’avérer utile.

Contre-indications relatives

• Les implants métalliques plus ou moins ferromagnétiques : tout dépend de la nature de l’implant et du site d’implantation. En cas de doute sur l’innocuité d’un implant ou d’un dispositif médical implanté en rapport avec une exploration IRM à réaliser, il faut :

– obtenir la référence exacte du matériel implanté;

– se référer aux instructions du fabriquant du matériel concernant son utilisation dans l’environnement d’un imageur IRM.

La décision est donc à prendre au cas par cas. Une source de référence est le site internet du Dr Schellock (www.mrisafety.com) qui fournit des informations de sécurité ainsi qu’une liste d’implants testés dans des champs magnétiques de différentes intensités. Même si le matériel est compatible, il faut être attentif à tout effet indésirable qui serait ressenti par le patient durant l’exploration IRM.

Dans le cas des implants, quelle attitude doit-on adopter en cas d’exploration IRM postopératoire ? Après mise en place d’implants «passifs», non ferromagnétiques, l’IRM peut être effectuée immédiatement; pour des implants légèrement ferromagnétiques, il convient d’attendre 6 à 8 semaines avant d’effectuer un examen IRM.

Concernant les coils, stents et filtres : aucune règle générale ne peut être fixée. Il faut vérifier pour chaque référence au cas par cas. Certaines références nécessitent le respect de conditions techniques particulières (en particulier au niveau des gradients). Comme précisé précédemment, les références légèrement ferromagnétiques nécessitent d’attendre 6 à 8 semaines avant d’effectuer un examen IRM.

Précisons que les valves cardiaques et les anneaux d’annuloplastie ne sont pas contre-indiqués, y compris à 3T. Il en est de même pour les systèmes de contraception intra-utérins.

Pour tous les autres types d’implants ou dispositifs implantés, on peut se référer au site www.mrisafety.com.

• Les corps étrangers métalliques autres que ceux classés dans les contre-indications absolues. Là aussi, il faut tenir compte de la nature et de la topographie de l’objet (balles, éclats métalliques, etc.). Il y a risque de déplacement et d’échauffement. Comme évoqué plus haut, une radiographie peut s’avérer utile.

• La grossesse : en général, les 3 premiers mois sont contre-indiqués en application du principe de précaution. Cependant, si l’apport diagnostique est évident, en remplacement d’une exploration irradiante et si aucune autre technique non irradiante n’est adaptée, l’IRM (jusqu’à 3T) peut être réalisée chez la femme enceinte, sachant que, pour l’instant, aucun effet nocif des explorations IRM durant la grossesse n’a pu être mis en évidence. De même, l’injection de gadolinium peut être pratiquée chez la femme enceinte si elle paraît indispensable pour le diagnostic, après étude du rapport bénéfice/risque pour la patiente et avec son consentement.

• Injection d’agents de contraste à base de gadolinium. Ils nécessitent, en théorie, les mêmes précautions que les produits iodés. Certains produits sont contre-indiqués chez les insuffisants rénaux sévères (clairance de la créatinine < 30 ml/min) en raison du risque de fibrose néphrogénique systémique (FNS).