Alors que la radiographie standard et le scanner utilisent des rayons X, l’échographie des ultrasons, le principe de fonctionnement de l’IRM est basé sur un tout autre phénomène physique qui exploite les propriétés magnétiques des atomes. Chaque atome en effet dispose de propriétés magnétiques intrinsèques caractérisées notamment par un vecteur de magnétisation à l’image de l’aiguille d’une boussole. Spontanément, ce vecteur a une orientation aléatoire dans l’espace. Lorsque ces atomes sont placés dans un champ magnétique élevé, ils s’orientent tous parallèlement au champ magnétique et se maintiennent ainsi dans une position d’équilibre. Lorsqu’ils sont excités par une onde radio (brève impulsion appelée onde de radiofréquence RF) à une fréquence particulière (fréquence de Larmor) qui dépend du type d’atome et du champ magnétique, à la manière du son qui peut briser un verre à une fréquence donnée propre au cristal, ces atomes excités (phénomène de résonance) basculent leur vecteur d’aimantation d’un certain angle. L’intensité et la durée de l’onde RF influencent l’angle de basculement. A l’arrêt de l’onde RF, le vecteur des atomes revient à sa position d’équilibre (phénomène de relaxation) tout en émettant un signal qui est recueilli par des antennes réceptrices. Ce phénomène physique trouve deux domaines principaux d’application, un qui permet l’analyse du contenu chimique de certaines structures (utilisé en spectroscopie par résonance magnétique que nous n’aborderons pas ici), l’autre en imagerie médicale, l’IRM.
En Imagerie par Résonance Magnétique (IRM), l’atome excité est le proton (H+), principal constituant de la molécule d’eau (H 2 O), l’eau étant un élément présent en plus ou moins grande quantité dans l’ensemble des tissus du corps humain (environ 80% du poids du corps). Les signaux recueillis par l’appareil en provenance des protons de l’eau du corps humain vont être analysés par informatique afin de reconstruire une image en coupes qui peut être orientée d’emblée dans n’importe quel plan de l’espace choisi à l’avance (alors qu’en scanner les coupes à l’acquisition sont axiales transverses avant éventuelles reconstructions secondaires dans d’autres plans), les images pouvant être acquises soit directement par des techniques de coupes en 2 dimensions 2D, soit par acquisition d’emblée d’un volume 3D avec reconstructions secondaires de coupes 2D.
L’intensité du signal dépend des paramètres physiques magnétiques propres à chaque tissu. Ces paramètres appelés temps de relaxation correspondent à la période de retour à l’équilibre (relaxation) des atomes d’hydrogène après leur excitation (résonance) par l’onde de radiofréquence. Pour chaque tissu, il existe deux types de temps de relaxation, le T1 et le T2 qui vont influencer sur l’intensité du signal obtenu. Le nombre des atomes d’hydrogène (densité de protons DP encore appelée rhô) dans le tissu va également influencer l’intensité du signal recueilli. L’excitation des protons se fait selon des séries successives d’impulsions RF appelées « séquences » d’excitation. Selon l’intensité, la durée et la succession des ondes RF émises dans les séquences d’excitation, le contraste de l’image va plus favoriser un paramètre, et c’est pourquoi ces séquences sont dites « pondérées » en rhô, en T1 ou en T2, certaines séquences hybrides mélangeant variablement ces paramètres. La conjonction de séquences d’excitation différentes (pondération T1, T2, ou densité de protons), va permettre d’identifier le type de tissu composant la structure étudiée. Globalement, il est ainsi possible de différencier facilement les structures liquides, solides, la graisse, ainsi que les tissus tumoraux ou inflammatoires. Par contre les éléments contenant du calcium (l’os et les calcifications) étant dépourvus d’eau et donc d’hydrogène H+, n’émettent pas de signal et restent noirs, ce qui explique la difficulté voire l’impossibilité de détecter des petites structures calcifiées en IRM.
Des séquences utilisant des techniques particulières permettent de supprimer le signal de la graisse, d’autres sont très sensibles aux mouvements et notamment aux flux des liquides et sont utilisées en particulier pour l’étude des vaisseaux.
L’utilisation d’un produit de contraste à base de Gadolinium permet d’apprécier le degré de vascularisation des tissus analysés (tout comme les produits de contraste iodés en scanner) ou la lumière des vaisseaux lors des explorations angiographiques IRM (angio-IRM ou ARM).