on fait agir 2 champs
magnétiques : -1 champ magnétique
constant Bo
Biophysique : cours du 17.10.00 Aurélie Delos & Marie Legouge
RESONANCE MAGNETIQUE NUCLEAIRE (RMN)
Les corps radioactifs. En effet, c'est une imagerie
basée sur une utilisation de 2 champs magnétiques (un constant et un
variable)
HISTORIQUE :
RMN= Felix Block + Edward Purcell, 1945 (découverte
du phénomène de résonance)
® ®
Prix Nobel en 1952 (Bo constant + B variable ®noyau ®absorption d énergie
®raies caractéristiques)
= SPECTROSCOPIE RMN (utilisation de la RMN pour
identifier les éléments biologiques: composition d un tissu)
temps de relaxation = Richard ERNST, 1970
Lorsqu'un noyau se met en résonance, si le phénomène
qui a crée cette résonance est arrêté,
le noyau revient à son état initial suivant une modalité particulière = relaxation
(qui permet identifier les structures mises en résonance)
1. PRINCIPE :
·
on fait agir 2 champs
magnétiques : -1 champ magnétique
constant Bo
-1
champ magnétique variable B
l
action de ces 2 champs magnétiques va permettre de mettre en résonance et de
ramener au repos les noyaux du milieu.
*image formée
par temps de relaxation T1 et T2
Par le temps de relaxation on obtient des impulsions
qui permettent de créer une image et en choisissant une partie de ce temps de relaxation, on obtient 2 types d images
soit une image en T1 soit une en T2, qui vont permettre de mettre en évidence
soit le parenchyme soit les liquides.
*Intensité de Bo – appareil à champs faible < 1tesla
-- appareil à champs intense 2 – 4
teslas
C’est un champ relativement faible et très nettement
supérieur au champ magnétique terrestre
*principe
d’action du champ Bo :
une particule élémentaire,ici le proton a une
composante : le MOMENT MAGNETIQUE M qui tourne autour d’un axe.(voir fig.)
z
Bo
mz
m
my
0
y
mx
x
On prend un référentiel dans l’espace,le mouvement
de ce moment magnétique fait qu’ à chaque instant dans l’espace on a 3
composantes caractérisant la position de
M
(mz, my, mx)
- mécanique quantique : mz = g h /2
h : constante de Planck
g : rapport
gyromagnétique
-
mécanique classique :
la rotation de ce moment
magnétique peut être définie par rapport au champ magnétique appliqué Bo
®
rotation de m fo = g Bo / (2p)
fo: fréquence de Larmor = fréquence caractéristique
du champ magnétique Bo
si Bo =1 tesla alors fo =42,6 MHz
On applique perpendiculairement à Bo un champ
magnétique variable B qui a un mouvement sinusoïdal c.a.d. qui varie entre un
maximum et un minimum avec une certaine fréquence.
* mouvement de m qui avant était régulier, va
devenir très irrégulier : en spiral, avec plusieurs composantes.
si on arrête B, le proton
revient à son état initial avec un temps de relaxation (retour à l’équilibre
mesuré par 2 temps T1 et T2)
pour obtenir la résonance,
il faut que la fréquence du champs variable soit = fréquence de Larmor qui est
donné par l’intensité du champ Bo
fo = f de rotation de B
2. MOMENT MAGNETIQUE :
Pour un noyau quelconque on définit un moment
cinétique nucléaire intrinsèque associé à son spin
Au moment cinétique
intrinsèque est associé un moment magnétique m.
Remarque: le spin nucléaire confère à
certain noyau un moment magnétique responsable d’une interaction avec un champ
magnétique extérieur. Le noyau qui a les caractéristiques d’ un aimant placé dans un champ magnétique devient un
oscillateur à 2 états, susceptible de résonner quand il est soumis à une
excitation de fréquence convenable.
En dehors de tout champ
magnétique extérieur, les moments m de
différents protons se font dans toutes les directions. Si on veut faire la
somme de ces moments m, en fait contenu de leur
disposition la somme est nulle.
L’ action du champ
magnétique
va permettre d’orienter ces moments magnétiques,
alors on aura en sommant une amplitude non négligeable,bien défini.
pour un proton de spin ½ dans
Bo externe ® 2 Etats possibles
En fonction du spin de l’élément, lorsqu’on fait agir Bo externe on constate qu’on a 2 états d’énergie possible.
E2=µ Bo
E
spin non aligné
DE=E1-E2=2µBo Bo Bo=0
spin aligné avec Bo
E1= - µBo
Quand un noyau est soumis à
un champ Bo constant,on a 3 phénomènes
à prendre en considération:
1- rotation de µ autour de Bo avec une vitesse angulaire w tel que :
w = fréquence de rotation de larmor
2-orientation de µ possible
est double q et 180-q
3- une énergie double correspondant à
chaque position E1 et E2 avec possibilité de passer de l’une à l’autre, alors
on aura soit absorption soit émission d’énergie Bo
z
µ
important : l’application d’un champ magnétique permet une orientation du moment
magnétique et une sommation non négligeable.(sans champ magnétique la sommation est nulle)
*si
un proton + Bo, il faut faire agir un champ magnétique B perpendiculaire
à Bo oscillant et faible.
quand fréquence de Bo = wL ® phénomène de RMN, avec basculement de µ d’un
état de spin à l’autre (E2 à E1) ®absorption d’énergie
détectable
Dans le noyau, apparition en
plus d’une composante verticale µz d’une composante transversale µT (mouvement
de spirale de µz et µy).
Chaque résonance ® impulsion ® bascule
Puis retour = phase de
relaxation
-- pour la composante longitudinale µz : T1
0,6________________
-- pour la composante transversale : T2
0,74
T1 et T2 = f (tissu)
3.UTILISATION DE LA
RMN :
on peut mettre en résonance
certains atomes spécifiques (azote,phosphore) qui permettent de mesurer
quantitativement dans le tissu examiné la masse de cet élément.
En imagerie, elle permet de
mettre en évidence des détails extrêmement faibles.
4.CONTRE
INDICATIONS :
L’application d’un champ
magnétique peut-être a l’origine de dégâts.
Non pratiqué en cas
d’existence d’accessoires métalliques; ex: collets au niveau cérébral.
