IMAGERIE PAR RÉSONANCE MAGNÉTIQUE DE DIFFUSION (IRMD)

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L'imagerie par résonance magnétique (IRM) de diffusion est une technique d’imagerie permettant la visualisation et l’étude, in vivo sur des patients, de l’architecture des différents faisceaux d’axones du cerveau et de la composition neuronale de territoires du cortex. Combinées aux données issues d’autres techniques de physiologie et d’anatomie, ces informations permettent de mieux comprendre les trajets de l’information dans le cerveau et le fonctionnement cérébral. Mais ces données ouvrent également de nouvelles possibilités de diagnostic en neurologie et en psychiatrie, en particulier pour des syndromes dits de déconnexion lorsqu’on peut mettre en évidence des connexions anormales ou manquantes entre différentes régions du cerveau. Cette technique est également utilisée de manière plus générale pour le diagnostic précoce des accidents vasculaires cérébraux, la détection de certaines lésions cancéreuses dans tout le corps, mais aussi dans l’étude fonctionnelle de l’activation de certaines régions du cerveau.

Principes de l’IRM de diffusion

L'imagerie par résonance magnétique de diffusion fait partie de la famille des techniques d’imagerie basées sur la résonance magnétique nucléaire (RMN). Dans un fort champ magnétique, les protons des atomes d’hydrogène des molécules d’eau, excités spécifiquement par une certaine fréquence d’un rayonnement électromagnétique, ont la propriété d’absorber ce rayonnement et d’en restituer un autre, lors des réorientations de leur moment magnétique, selon deux directions opposées, parallèles au champ magnétique imposé. Si l’on emploie un champ magnétique non constant, variant selon un gradient dans l’espace, les rayonnements émis constituent une somme de signaux qui permet d’obtenir une image, car il est possible d’assigner à chaque signal élémentaire une position en fonction de la valeur locale du champ magnétique.

Principe de l’IRM de diffusion

Dessin : Principe de l’IRM de diffusion

Lorsqu'ils sont placés dans un champ magnétique intense, le moment magnétique des protons des molécules d'eau s'aligne. Lorsque ce champ cesse, les protons restituent un signal lié au retour à leur moment magnétique initial. Ce signal est enregistré dans les dimensions de l'espace. En a,... 

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Ces signaux sont brouillés par la diffusion aléatoire à l’échelle atomique des molécules d’eau qui introduit un bruit dans le signal. Pour limiter ce problème, il est possible d’utiliser des champs magnétiques pulsés de grande intensité et de durées courtes. Inversement, des gradients de champ magnétique pulsés de sens opposés peuvent au contraire rendre le signal sensible à la diffusion des molécules d’eau. Dans ce cas, si le proton d’un atome d’hydrogène n’a pas diffusé, alors ses deux signaux de sens opposés s’annulent (isotropie). Mais, si le proton a diffusé dans le gradient de champ, alors ses deux signaux ne s’annulent plus (anisotropie). Ce protocole permet ainsi d’obtenir un signal qui provient seulement des protons des atomes d’hydrogène des molécules d’eau ayant diffusé. Il permet de réaliser des images de la diffusion moyenne de ces protons dans une région donnée de l’organe. En faisant varier la direction des gradients de champ magnétique successivement selon six directions de l’espace, il est possible de calculer, par une méthode mathématique utilisant un tenseur de diffusion, l’orientation de la diffusion moyenne des molécules d’eau. L'imagerie par résonance magnétique de diffusion (IRMd) permet ainsi la détermination de l’orientation des faisceaux d’axones dans le cerveau par la visualisation de l’orientation du mouvement préférentiel des molécules d’eau. En effet, cette orientation est déterminée par les contraintes physiques des membranes cellulaires, et surtout celles des axones, si bien que cette orientation correspond assez largement à leurs trajets. Ces trajets sont en réalité dérivés de méthodes d’analyse d’image spécifiques de la diffusion des molécules d’eau, mises au point pour suivre et reconstituer les trajets des axones dans le cerveau.

Ainsi est née la tractographie, une méthode qui a été pour plusieurs cas validée dans l’étude de certaines structures cérébrales par des comparaisons avec des analyses fonctionnelles d’électrophysiologie et des données anatomiques recueillies post mortem ou sur l’animal. Ces orientations, que l’on peut visualiser selon des codes de couleurs, correspondent en effet grosso modo aux grands trajets des faisceaux d’axones connus et décrits dans les atlas de neuro-anatomie du xixe siècle et dont l’étude s’était considérablement développée depuis le xviie siècle.

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Principe de l’IRM de diffusion

Principe de l’IRM de diffusion
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Images d’IRM de diffusion

Images d’IRM de diffusion
Crédits : © D. Duclap, B. Schmitt, A. Lebois, P. Guevara, D. Le Bihan, J.-F. Mangin, C. Poupon/ CEA-NeuroSpin (source « Clefs CEA » n°62)

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VISUALISATION DE L'ACTIVITÉ DU CERVEAU

  • Écrit par 
  • Jean-Gaël BARBARA
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Dans le chapitre « Définition des activités cérébrales à échelle locale  »  : […] Pour l’ensemble des techniques d’imagerie présentées plus haut, la définition physiologique de l’activité que l’on détermine a posé et pose encore parfois problème. S’il était clair, dès les années 1930, que le signal électroencéphalographique reposait certainement sur l’activité électrique des neurones, il ne fut jamais possible d’établir une corrélation temporelle stricte entre l’activité de neu […] Lire la suite

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Pour citer l’article

Jean-Gaël BARBARA, « IMAGERIE PAR RÉSONANCE MAGNÉTIQUE DE DIFFUSION (IRMD) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 02 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/imagerie-par-resonance-magnetique-de-diffusion/