Techniques d'imagerie cérébrale
Aujourd'hui, il existe de nombreuses techniques d'imagerie cérébrale, aussi appelée neuro-imagerie. Mais qu'est ce que l'imagerie cérébrale ?
L'imagerie cérébrale est l'ensemble des techniques d'imagerie médicale permettant d'observer le cerveau d'un individu. Pour notre sujet nous allons nous intéresser particulièrement à l'IRM (Imagerie par Résonance Magnétique) et l'IRMf, l'Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle.
IRM du cerveau d'une personne atteinte de la malformation Arnold Chiari stade 1
L'IRMf, l'IRM fonctionnelle
L'IRM fonctionnelle permet de mesurer et visualiser l'activité cérébrale.
L'IRM fonctionnelle fonctionne sur le même principe que l'IRM. L'ensemble des appareils est conservé et permettent la stimulation du cerveau et des régions spécifiques du cerveau. Si le patient regarde une image ce sont les aires visuelles qui vont être activées et s'il effectue un mouvement, comme par exemple toucher ses doigts entre eux ce sont les aires motrices qui vont être activées.
Comment marche-t-elle ?
L'IRMf repose sur l'abondance en oxygène du cerveau. Lorsqu'une partie du cerveau est stimulée, l'apport en oxygène va augmenter le signal IRM de telle façon que l'outil informatique va être en mesure de détecter les régions du cerveau où la quantité d'hydrogène est plus élevée. Ces régions sont alors les régions activées par l'action effectuée.
Grâce à l'IRM fonctionnelle, on est capable de visualiser tous les réseaux d'activation du cerveau
L'IRM, l'Imagerie par Résonance Magnétique.
Il faut tout d'abord savoir que l'IRM s'inspire d'un autre principe, la RMN, la Résonance Magnétique Nucléaire. En effet la RMN a été découvert en 1938 par Isidor Isaac Rabi puis repris en 2003 par Paul Lauterbur et Peter Mansfield cette fois-ci dans un but médical.
Comment marche-t-elle ?
L'appareil d'imagerie pour l'IRM est constitué d'une plateforme rétractable qui rentre dans la machine et d’un cylindre qui est un aimant puissant qui crée un champ magnétique 100 000 fois plus puissant que le champ terrestre. Lorsque le patient est allongé sur la plateforme, le préparateur lui dispose autour de la tête une antenne qui est capable d’émettre une onde radiofréquence mais également de recevoir une onde électromagnétique.
Le patient, une fois prêt, rentre dans le cylindre. Son corps est alors balayé par une des bobines de l’appareil qui émet une impulsion haute fréquence sur la région à étudier, dans notre cas, le cerveau.
C’est l’aimant qui est utilisé car les molécules d’eau H2O possède des propriétés magnétiques vont être exploitées avec l’aimant. De plus notre corps étant constitué à 80% d’eau, cela est d’autant plus exploitable. L’atome qui va nous intéresser le plus dans la molécule est celui de l’hydrogène, H, qui s’apparente comme une petite aiguille tournant sur un axe naturel appelé spin. Ces petites aiguilles sont orientées de manière aléatoire dans un champ quelconque, mais introduites dans le champ magnétique B0 les atomes s'alignent sur lui comme une boussole et tournent sur un nouvel axe artificiel. Puis lorsqu’on met une onde radio à travers l’antenne à une fréquence B1 bien précise, la fréquence de Larmor, les atomes basculent dans un plan perpendiculaire au premier, puis la fréquence supprimée, les atomes reviennent à leur position initiale et c’est alors qu’ils émettent de l’énergie est se transforment en mini émetteurs radio. L’énergie émise va alors être captée par la même antenne.
L’ensemble des signaux électriques reçus à travers l’antenne est récupéré et traité avec un outil informatique. Des tissus différents libèrent des niveaux d'énergie différents. La différence d’énergie est déterminée par la durée de réalignement de l’atome. Les tissus plus denses sont plus longs à se réaligner que les tissus moins denses. Lorsque l’outil informatique reçoit les différents niveaux d’énergie il crée une image avec en blanc les zones denses et en noir les zones moins denses. L’IRM est donc possible grâce à la présence des nombreux atomes d’hydrogène dans le corps.
IRM fonctionnelle d'un patient visionnant un mouvement
La RMN, la Résonance Magnétique Nucléaire
La RMN, la Résonance Magnétique Nucléaire, est un principe selon lequel tous les atomes possèdent un noyau et un spin. Lorsqu'un noyau avec un spin non nul est placé dans un champ magnétique, le spin est alors aligné dans la même direction ou dans la direction contraire du champ. Le noyau de l'atome dont le spin est aligné dans la même direction du champ aura une énergie inférieure à celle du spin aligné dans le la direction contraire du champ.
Spin : mouvement de rotation des électrons autour des protons du noyau "imaginons que le noyau soit le soleil, la terre l'électron. la terre tour autour du soleil tout en tournant sur elle-même en même temps". Le mouvement que la Terre effectue est le spin. Le spin est dit "up" lorsque l'électron est excité, on dit alors qu'il a un spin +1/2. Si le spin est "down" alors l'électron n'est pas excité, il est à son état fondamental, on dit alors qu'il a un spin -1/2.
Sources : Vidéo CEA "L'IRM anatomique et IRM fonctionnelle" ; Vidéo Notre Temps "IRM (Imagerie à Résonance Magnétique)" ; Article Futura Sciences "RMN" ; CHABANE Nadir et LAMERAIN Benoît pour le spin ; Image de l'IRM, archives personnelles ; Image de l'IRM fonctionnelle, EduAnatomist