Le principe de fonctionnement de l'IRM

1) Obtention du signal

Les noyaux atomiques tournent sur eux-mêmes ; cela entraîne une aimantation microscopique qui est appelée spin. Le spin est le vecteur qui représente l'axe de rotation du proton. Le proton réagit donc comme un dipôle magnétique.

En l'absence de tout champ magnétique, les protons s'orientent aléatoirement. La résultante magnétique de l'ensemble est donc nulle.

Lorsque les protons sont soumis à la résonance magnétique, ils entrent en un mouvement rotatoire autour de l'axe , appelé le mouvement de précession.

Pour le mettre en résonance, il faut le soumettre à un signal de fréquence égale à la fréquence de précession.

Le proton mis sous champ magnétique effectue un mouvement de précession.

 

 

 

 

Chaque atome possède une fréquence propre dite fréquence de Larmor. Ses protons sont soumis à une impulsion courte d'un signal sinusoïdal de fréquence de Larmor qui va créer un champ électromagnétique.La durée de cette impulsion détermine l'angle de  basculement du proton. C'est la phase d'excitation. À la suite de l'impulsion, le proton basculé revient à son état initial. C'est la relaxation, qui permet, grâce à ce mouvement, de réceptionner un signal. Pendant cette phase de relaxation, le proton émet un signal (très faible) qui est appelé signal RMN. C'est l'information renvoyée par l'échantillon. Cette dernière est utilisée pour l'élaboration de la structure moléculaire de l'échantillon étudié. La relaxation se décompose sur deux axes différents : la relaxation transversale et la relaxation longitudinale. La première est la projection du phénomène sur l'axe horizontal et la deuxième sur l'axe vertical. Le spectromètre RMN mesure principalement le signal de relaxation longitudinale pour la détermination d'une structure moléculaire. La relaxation transversale est plutôt utilisée dans des contrôles industriels pour garantir la qualité de leurs produits.

 

2) Comment créer ce phénomène ?

C'est le spectromètre qui permet d'obtenir ce phénomène. Nous étudierons donc sa composition.

Le spectromètre est composé de trois parties essentielles : la station informatique(1), un aimant supraconducteur(2) et la console(3).

Il est important de préciser que la console relie l'ordinateur à l'aimant. C'est dans la console que se trouve tout le système électronique. C'est elle qui envoie les signaux d'excitation et reçoit les signaux de réception. Comme on le constate, sur la photo, la console est le cœur du système où sont reliés de nombreux câbles allant ou venant de l'aimant. Les informations sont émises et transmises au poste informatique par une liaison Ethernet. C'est donc un seul câble relie le poste informatique à la console.

Ces informations enregistrées peuvent ensuite être exploitées par l'utilisateur. Les programmes qui contrôlent l'appareil permettent également de traiter les données RMN pour en faire leur exploitation
Cette station informatique est pilotée par un système opératif (windows linux etc...), où sont installés les logiciels nécessaires à la spectrométrie RMN. C'est elle qui dirige toute l'opération, déterminant fréquences, temps, bascule et les autres paramètres nécessaires à l'analyse. Non seulement elle envoie des informations mais aussi réceptionne les données numériques, le signal RMN provenant de l'aimant supraconducteur.

 

L'aimant supraconducteur est un aimant avec un champ magnétique très élevé, le choix de son champ dépend des molécules que l'on veut observer. L'obtention d'un tel champ n'est possible qu'avec une bobine à résistance nulle (ou supraconductrice), cet état peut être atteint en portant la bobine de l'aimant à une température proche du zéro absolu (0K). Pendant beaucoup de temps, on ne sut comment résoudre ce problème, mais on arriva enfin à la solution : avec de successives compressions de l'hélium gazeux, on aboutit à l'hélium liquide, dont la température approche le zéro absolu avec 4K. Mais se pose alors un autre problème : comment empêcher que cet hélium s'échauffe et s'évapore ? Pour y remédier on l'insère dans un réservoir contenant de l'azote, à l'état liquide, à 77K, lui même, dans un réservoir mis sous vide qui est un parfait isolant.
On observe qu'au bas de l'aimant supraconducteur se trouve une sonde celle-ci est reliée par trois câbles blindés qui eux sont reliés à la console. Chacun de ces câbles véhicule des signaux, en effet ils vont transmettre les signaux d'excitation des protons correspondant à leur fréquence de Larmor. Chaque appareil peut être équipé de sondes accordées à des fréquences différentes, c'est- à-dire qu'elles ne permettent pas d'exciter les mêmes noyaux.

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