Les IRM

  1. Définition

    L’IRM (imagerie par résonance magnétique) est une technique médicale qui permet de réaliser des images du corps en utilisant des propriétés magnétiques : les atomes d’hydrogène (qui représentent 63% des atomes du corps humain) des tissus sont stimulés par des salves de champs magnétiques produites par des électro-aimants. Les protons que renferment les noyaux des atomes d’hydrogènes vont agir comme des petits aimants et vibrer. Les atomes génèrent alors des signaux qui sont enregistrés et analysés par ordinateur puis transformés en images. Pour obtenir des champs magnétiques très puissants la technique de la supraconductivité est utilisée. En effet, la majorité des appareils utilisés en médecine fonctionnent avec des champs magnétiques de 1,5 tesla (pour comparaison, le champ magnétique terrestre varie de 30 à 60 µT).

    L’IRM permet de visualiser les organes et tissus mous, dans différents plans de l’espace et de déceler ainsi des lésions autrement invisibles, en particulier au niveau du cerveau, de la colonne vertébrale et de la moelle épinière, du foie, des organes du petit bassin et des structures du genou. On repère ainsi des lésions infectieuses ou inflammatoires, des anomalies des vaisseaux, des tumeurs, des hernies (sortie d’un organe en dehors de sa cavité)…

  1. Fonctionnement :

    L’IRM utilise le principe de résonance magnétique nucléaire (RMN) qui fonctionne en deux étapes.

  • La première consiste à aligner tous les protons des atomes d’hydrogènes dans la même direction grâce à un champ magnétique de grande puissance : les protons s’alignent parallèlement au champ magnétique, dans une position d’équilibre.
  • Ensuite, on apporte de l’énergie aux atomes avec une onde radio d’une fréquence précise qui va exciter les protons et modifier leur équilibre. A l’arrêt de l’émission, les protons reviennent à leur position initiale. Il s’agit de la relaxation. En revenant à leur état de départ, les protons libèrent la même quantité d’énergie que celle qu’ils ont reçue et produisent ainsi un signal en retour. Il s’agit de la résonance.
schéma protons.gif
Schéma Elise RETAILLEAU

    Ces signaux obtenus sont ensuite captés par une antenne. La morphologie du signal renvoyé dépend de deux choses : le temps que les protons mettent à revenir dans leur position d’équilibre dans l’axe de l’aimant (T1) et du temps qu’ils mettent à se déphaser à nouveau (tourner dans des sens différents) (T2). Ces temps dépendent du type de tissu (sa nature (liquide ou solide, à structure organisée ou non..)). Les machines sont réglées pour refléter un de ces deux temps. Plus le signal reçu est fort, plus le plus point correspondant sur l’image est blanc. Son intensité dépend des temps cités plus haut.

     L’ensemble des éléments permettant l’émission et la réception des ondes radios sont appelés la chaîne de radiofréquence. Les éléments les plus importants sont les antennes, qui peuvent être réceptrices, émettrices ou les deux.

    De plus, on utilise des bobines de gradients qui permettent de localiser précisément l’origine spatiale du signal que le proton a renvoyé. On fait passer un courant électrique au sein de ces bobines, ce qui crée un autre champ magnétique. Cependant il est bien moins puissant que le champ principal et permet de créer une inhomogénéité dans ce champ (l’amplitude magnétique varie dans le champ d’action des bobines). On peut alors différencier deux points précis en fonction des valeurs des champs magnétiques en ces points (il s’agit du gradient : le taux de variation d’une grandeur physique selon un paramètre, ici le champ magnétique). On utilise généralement 3 bobines de gradients dans l’IRM : une bobine X (axe droite-gauche), une Y (axe avant-arrière) et une Z (axe haut-bas). Ces 3 bobines permettent d’obtenir 3 coupes différentes du corps et donc une image en 3 dimensions.

    Enfin, l’unité de traitement (la partie informatique de l’IRM) réalise de nombreux calculs en fonction des données et permet de retranscrire sous forme d’images les signaux perçus. Le médecin peut alors connaître la nature des zones étudiées.

    Un exemple d’image obtenue pour le cerveau avec un vue sagittale (plan médian, vertical et d’avant en arrière) :

vue_sagittale_T1__cerveau.jpg
IRM neurologique – incidence sagittale (source : radiologie-bordeaux.fr)

3- La supraconductivité

    Pour obtenir des champs magnétiques puissants, l’IRM utilise des électro-aimants. Les électro-aimants sont des éléments qui peuvent produire des champs magnétiques lorsqu’ils sont alimentés en électricité. Il en existe deux sortes : les inducteurs, qui sont utilisés pour produire un champ magnétique contrôlé par un courant électrique (comme c’est le cas pour l’IRM et le Maglev) et les induits, utilisés pour collecter des courants électriques. La valeur du champ magnétique crée par les électroaimants inducteurs est proportionnelle à l’intensité du courant  or, pour l’IRM , on doit obtenir un champ magnétique très puissant (1,5 T). Il faut donc faire passer dans l’électroaimant un courant très fort, c’est pour cela que l’IRM utilise des électroaimants supraconducteurs. En effet, les câbles normaux demanderaient trop d’électricité et fondraient sous l’effet Joule (cf câbles supraconducteurs). De plus, la chaleur pourrait, avant même de faire fondre les câbles, brûler le patient. Les câbles supraconducteurs sont donc indispensables.

    La supraconductivité utilisée dans l’IRM ne représente pas un coût important : le prix élevé d’une machine IRM n’est donc pas lié à son utilisation.

4 – Utilisation actuelle

a) Économie

    L’IRM engendre aujourd’hui un chiffre d’affaire annuel de 6 milliard d’euros.

    L’entreprise leader du marché mondial de fabrication est la société japonaise Hitachi avec plus de 6000 systèmes installés et la plus grande gamme d´IRM de 0,3 Tesla à 1,5 Tesla. Il s’agit d’un groupe qui possède de nombreuses filiales et qui développe de nombreux produits (plus de 20 000) dans le domaine médical, de l’énergie, de l’automobile…

   Les autres principaux constructeurs d’IRM sont GE Healthcare, Philips, Siemens… le marché de l’IRM n’échappe pas non plus à la croissance des entreprises chinoises comme Wandong Medical. Il y a donc une concurrence importante et ces différents constructeurs sont lancés dans une course à la productivité. L’effort de développement des constructeurs porte sur 3 domaines fondamentaux (la qualité de l’image, la rapidité d’acquisition et le développement de nouvelles applications) mais aussi sur l’amélioration du confort du patient et l’automatisation et la reproductibilité des tâches et actes. Par exemple, Hitachi medical possède des structures de recherche et développement qui emploient 16 000 spécialistes à travers le monde. Il s’agit d’un équipement médical d’une technologie de pointe, ce qui explique son coût très élevé : une machine coute de 1 à 5 millions  d’euros, auquel il faut ajouter le prix de maintenance, soit environ 100 000 euros par an.

     D’un point de vue médical l’IRM a permis de grands progrès ; en effet, elle permet des diagnostics beaucoup plus précis notamment au niveau du cerveau et de la moelle épinière. De plus elle est essentielle pour la détection et le suivi des cancers.

     Elle est parfaitement inoffensive pour le patient car il n’est soumis à aucune irradiation. Cependant, les patients portant des implants avec des éléments ferromagnétiques, par exemple des valves cardiaques métalliques ne peuvent pas bénéficier de l’IRM ; en raison des interférences entre le métal et le champ magnétique.

    En France, le nombre de machines est insuffisant : le temps d’attente moyen en 2015 est de 30,3 jours et était de 37,7 jours en 2014 selon une étude de l’association Imagerie Santé Avenir (ISA) avec des inégalités territoriales qui se creusent :

attente IRM 2015
Source : ISA

    Ces temps d’attente sont trop conséquents surtout que l’IRM est essentielle pour la détection des cancers. En effet, les résultats de l’imagerie contribuent au choix du traitement et les délais d’attente trop longs peuvent conduire jusqu’à une perte de chances de guérison pour le patient, selon le Pr Frank Boudghène, spécialiste de radiologie et président de la Fédération de l’imagerie du cancer de la société française de radiologie. Le Nouveau Plan Cancer 2014-2019 en France fixe les délais d’attente à 20 jours, ce qui est moins ambitieux que le précédent qui les fixait à 15 jours. La France a beaucoup de progrès à faire pour être au niveau de la moyenne européenne : il y a 10,7 machines par million d’habitants contre 20 IRM par million d’habitants en Europe de l’Ouest en 2014. Le retard de la France était déjà important en 2011 comme le montre ce graphique :

nombre IRM.png

    Les hôpitaux publics sont financés par l’assurance maladie selon l’activité réalisée par l’hôpital, cela s’appelle la « tarification à l’activité » (T2A) : plus les hôpitaux sont actifs plus ils ont des financements. Comme l’IRM est très couteuse on peut se demander si il est possible pour les petits hôpitaux de se procurer de tels outils. Il y aurait donc une autre inégalité spatiale en fonction de la densité de population, en plus de celle régionale.

    En France, un examen d’IRM coute 213,71 euros et est remboursé à 100% par l’assurance maladie. Il faut cependant ajouter 73€ pour les honoraires du radiologue qui ne sont remboursés qu’à 70%. 30% restent donc à la charge du patient ou de sa mutuelle. L’IRM est donc accessible au plus grand nombre au niveau financier même si il existe des inégalités spatiales importantes.

    Cependant  dans d’autres pays, la population ne bénéficie pas d’une couverture sociale. L’IRM a donc des effets pervers et n’est accessible que par les plus riches. De plus dans les pays en voie de développement, l’IRM est quasiment inexistante en raison du manque de moyen. Même si ces équipements commencent à se développer, comme par exemple à Dakar au Sénégal où une machine a été installée en 2007 à l’hôpital principal, ils ne sont accessibles que pour une infime partie de la population : une minorité bénéficie d’une protection sociale (20% au Sénégal) et possède les moyens de se payer un tel examen. Ainsi, à Dakar les 20% de la population qui bénéficie de la couverture sociale représentent 60% de la clientèle.

    En conclusion, l’IRM permet des progrès non négligeables en termes de santé et est devenue un marché économique important. Cependant en raison de son coût élevé on constate des inégalités d’accès importantes qu’il sera dur de résorber.

 

Source image IRM de présentation : lasciencepourtous.cafe-sciences.org

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