Imagerie IRM interventionnelle

Nous tenons à remercier les personnes suivantes pour leur aide tout au long de notre projet :
Monsieur G. CHEVALLIER, responsable de la formation Master Management des Technologies en Santé à l'U.T.C de Compiègne,
Monsieur F. LANGEVIN, directeur du CIMA (Centre d'Imagerie Médicale Avancée) de Compiègne.,

RESUME

Le progrès scientifique a permis un développement important des techniques médicales. Celui-ci s'est traduit dans le domaine de l'imagerie par son évolution jusqu'au niveau de l'interventionnel. Echographie, angiographie, scanner et IRM permettent de réaliser des examens interventionnels mini-invasifs et remplacent la chirurgie "lourde". L'IRM interventionnelle, quant à elle, est une technique prometteuse du fait de l'utilisation de l'IRM comme moyen de contrôle en quasi temps réel voire temps réel.
ce projet a pour but de présenter l'IRM interventionnelle du point de vue de son implantation au sein de l'hôpital, des contraintes qui l'entourent, du choix du type d'IRM ainsi que de ses perspectives.

Mots clés : IRM interventionnelle, imagerie, installation.

ABSTRACT

The scientific progress allowed an important development of the medical techniques. These resulted in the domain of the imagery in its evolution until the level of the interventional. Scan, angiography, scanner and MRI permit to achieve some mini-invasive interventional exams and take the place of the "heavy" surgery. The interventional MRI is a promising technique because of the use of MRI to control the operation in almost real time or even in real time.
This project has for goal to present the interventional MRI of the point of view of its implantation within the hospital, of the constraints that suround it, of the choice of the type of MRI as well as its perspectives.

Key words : interventional MRI, imagery, installation.

Aujourd’hui l’imagerie n’est plus un simple moyen de voir l’intérieur du corps, elle permet de le réparer. L’imagerie interventionnelle regroupe l’ensemble des actes médicaux invasifs, à visée diagnostique ou thérapeutique, réalisés sous guidage radiologique, échographique ou IRM. Les actes effectués grâce aux méthodes de guidage offrent des possibilités immenses : d'un guidage banal de ponction sous échographe, à un traitement in situ d'une sténose d'une artère coronaire, le choix de l’imagerie et du matériel adapté dépendent du type d’acte à effectuer.

Le nombre d’actes réalisés sous imagerie interventionnelle ne cesse d’augmenter : 80% d’angioplasties coronaires se font avec la pose de stents sous contrôle radiologique. Ce type d’intervention possède l’avantage d’être mini-invasif, donc moins dangereux et gênant pour le patient.

Une technique prometteuse est l’IRM interventionnelle, qui permet d’effectuer différentes interventions sous contrôle IRM (Imagerie par Résonance Magnétique). Elle possède en effet des avantages qui en font une technique très intéressante (un excellent pouvoir de contraste tissulaire, le monitorage de la température, une sensibilité aux liquides et aux flux).

Dans une première partie nous ferons le point sur les différentes techniques d’imagerie interventionnelle. Dans un deuxième temps nous verrons les principes de bases de l’IRM, puis nous développerons ses aspects interventionnels (type d’IRM à utiliser, localisation de la salle d’intervention, hygiène, matériel compatible).

Depuis la dernière décennie, l’imagerie a pris une part incontournable dans le monde médico-chirurgical. Aujourd’hui, l’imagerie interventionnelle est capable directement de soigner. Le radiologue accompagne le malade jusqu’au traitement et même jusqu’à la guérison. Cette avancée de l’interventionnelle ne vient pas d’un seul type d’imageur mais de la majorité d’entre eux.

Dans cette partie nous allons effectuer un descriptif rapide des différentes techniques d’imagerie utilisées en interventionnel [1].

L’angiographie permet la visualisation des vaisseaux sanguins (artères et veines) après injection de produit de contraste. Le patient est couché sur une table radio transparente qui peut se déplacer horizontalement [2].

L’ensemble tube RX et Ampli de brillance (permettant des images dynamiques) est solidarisé sur un arceau qui peut aussi se déplacer dans tous les sens. De ce fait, le patient peut être examiné sous tous les angles sans être bougé (facilité et sécurité).


	[A]

Elle est utilisée pour toutes les interventions vasculaires (périphérique, coronaire, neurologique,…). 80% d’angioplastie s’effectue désormais grâce à ce système et non plus en chirurgie classique. Aujourd’hui cela représente en France près de 72000 interventions.

L’échographie est une technique d’exploration basée sur les ultrasons. Une sonde envoie un faisceau d’ultrasons dans la zone du corps à explorer. Selon la nature des tissus, ces ondes sonores sont réfléchies avec plus ou moins de puissance. Le traitement de ces échos permet une visualisation des organes observés.

Elle est employée pour les biopsies et ponctions percutanées, examens fréquents et relativement banals en imagerie interventionnelle.

En mode doppler l’échographe permet de quantifier approximativement les vitesses et le sens des flux, l'intensité de la couleur étant proportionnelle à la vitesse d'écoulement.

Le scanner appelé aussi tomodensitométrie est un examen qui utilise les rayons X. Son principe consiste à réaliser des images en coupes fines. En tournant autour du patient, le couple tube à rayons X - détecteurs permet d’obtenir une succession de projection de l’absorption du patient selon différents angles, qui permet de reconstruire une image en coupe.

Le déplacement horizontal du patient permet d’obtenir autant de coupes que nécessaire au diagnostic. Le scanner hélicoïdal permet de reconstruire une image en 3 dimensions à l'aide de 60 à 80 coupes de 1 mm d'épaisseur [3].

Un scanner comprend une table, une gantry et une console de commande située dans une autre pièce. La gantry comprend un tunnel, autour duquel sont embarqués et tournent :

On utilise le scanner pour les biopsies, le drainage d’abcès ou le traitement de tumeur par radio fréquence.

Le principe de fonctionnement de l’IRM sera développé dans le chapitre suivant [4].

Ø un progrès pour le malade : les procédures sont plus simples, plus rapides : plusieurs heures d’intervention peuvent être replacées par un acte interventionnel d’une demi heure. Elles sont aussi moins gênantes pour le malade : l’hospitalisation est réduite à 1 ou 2 jours et moins risquées.

Ø un progrès thérapeutique : la technique prépare, complète ou remplace l’acte opératoire. Elle propose de nouveaux traitements inaccessibles à la chirurgie (ponction de sang fœtal, prélèvement d’ovocytes,…).

Ø un progrès pour l’hôpital : la prise en charge est plus légère. En effet une équipe de chirurgie cardiaque classique comprendra de 7 à 10 personnes, alors que pour la même intervention l’équipe d’imagerie interventionnelle comptera de 2 à 3 personnes. Par conséquent les coûts seront moins élevés. Une chirurgie cardiaque classique coûtera de 20 à 35 K€, le geste interventionnel coûtera quant à lui de 5 à 10 K€ [5] [6].

Le tableau ci-dessous compare les trois principales techniques opératoires (chirurgie, coelioscopie, interventionnel) [6]. Il montre les avantages de l’interventionnel pour le malade et l’hôpital.

	Invasif	Mini-Invasif	Interventionnel
Anesthésie	Générale	Générale/locale	locale
Abord	Incision chirurgicale profonde	Laparo/coelio scopie	Percutané ou endoscopique
Perte sanguine	Importante	faible	minime
Stérilité salle d’intervention	+++	++	+
Equipe	+++	++	+
Séjour en Réa	OUI	OUI/NON	NON
Hospitalisation	Plusieurs jours	48h	24h
Convalescence	Plusieurs semaines-mois	Quelques jours/sem	Quelques jours
Risque opératoire	Significatif	Faible	Très Faible
Coût de santé	++++	+++	++

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L’imagerie d’intervention prépare, complète ou remplace la chirurgie [1]. Ces deux disciplines semblent donc fonctionner en synergie pour le traitement du patient afin d’aboutir à la guérison de celui-ci. En effet, elles présentent deux intérêts différents :

L’intérêt d’utiliser l’imagerie interventionnelle par rapport à la chirurgie est fonction de plusieurs critères :

L’imagerie interventionnelle regroupe un éventail de techniques très diversifiées c’est pourquoi nous allons présenter une technique en particulier, l’IRM interventionnelle qui est une technique très prometteuse.

Un atome se compose d'un noyau et d'électrons qui gravitent autour de celui-ci. Le noyau est constitué de nucléons (neutrons et protons).

Le noyau d'hydrogène est constitué d’un proton chargé positivement. Il est animé d’un mouvement, autour d’un axe de rotation, appelé SPIN. Hors d’un champ magnétique ce spin peut prendre n’importe quelle orientation.

Dans un champ magnétique B₀ ce mouvement de rotation peut prendre 2 orientations différentes : "Spin + 1/2" et "Spin - 1/2". Les aimantations nucléaires correspondant aux "spins + 1/2" s'orientent dans le sens du champ magnétique B₀, celles de "spin - 1/2" s'orientent dans le sens inverse de B₀. Cette propriété de spin lui confère d'une part un moment cinétique, qui dépend de sa masse m, et d'autre part un moment magnétique qui dépend de sa charge e⁺.

Il résulte de tout cela que la somme de toutes les aimantations élémentaires pour une certaine quantité d'hydrogène présente dans un échantillon est non nulle, et dirigée dans l'axe du champ magnétique B_o. Cette somme d’aimantation est appelée aimantation résultante. Elle est bien sûr proportionnelle au nombre de noyaux d'hydrogène présents dans les tissus [7] [8] [9].

Il s’agit de l’élément de base de l’appareil. Il produit le champ B₀ qui doit être intense et homogène. L’intensité de B₀ est un des éléments conditionnant la qualité de l’image : le rapport signal sur bruit augmente en même temps que lui. L’homogénéité du champ est assurée par des bobines additionnelles de correction appelées bobines de shim.

Ce sont des électro-aimants constitués d’un enroulement de fil de cuivre. Forts consommateurs de courant électrique, ils nécessitent un système de refroidissement. Les champs obtenus avec ce type d’aimant sont de faible intensité (0,3T).

Ils sont constitués d’un bloc aimanté, ils ne consomment donc aucun courant électrique et ne nécessitent aucun refroidissement. Cependant, ils présentent un poids élevé pour un champ magnétique relativement faible.

Ce sont les plus répandus. Ils utilisent le phénomène de supraconduction. Un tel aimant est constitué d’une bobine supraconductrice et d’un cryostat contenant de l’hélium liquide à –269°C permettant de maintenir la bobine à l’état supraconducteur. Ces aimants permettent l’obtention de champs élevés sans pratiquement consommer de courant électrique.

Les bobines de gradient produisent des champs magnétiques qui s’additionnent et se retranchent à B₀ et sont alors responsables d’une variation graduelle de champ magnétique dans l’espace. Elles permettent ainsi le codage spatial de l’image.

Il faut deux bobines pour produire un gradient de champ magnétique. Ainsi, l’appareil possède trois paires de bobines, une pour chaque orientation dans l’espace.

Ces bobines sont alimentées à une cadence plus ou moins rapide selon le type de séquence. Chaque impulsion électrique dans les bobines est à l’origine d’une vibration produisant le bruit caractéristique de fonctionnement de l’appareil.

Les antennes jouent un rôle très important dans la chaîne d’acquisition car elles permettent l’émission des impulsions radiofréquences et la réception du signal.
On distingue deux types d’antennes :

Elles sont émettrices et réceptrices du signal RMN. Elles peuvent contenir une région de l’organisme (antenne tête, genou,…) voire tout le corps (antenne corps). Les antennes de volume permettent d’obtenir un signal homogène sur tout le volume exploré.

Elles sont uniquement réceptrices (l’antenne corps étant émettrice) et sont appliquées le plus prés possible des régions explorées. Les antennes de surface favorisent un rapport signal sur bruit élevé.

- un ordinateur et des processeurs rapides, permettant l’acquisition des données selon les paramètres établis par l’opérateur, la reconstruction des images et la gestion des organes périphériques.

- une ou plusieurs consoles (contrôle, visualisation) constituant le lien entre l’opérateur et la machine

- un système d’archivage des données : bandes magnétiques, disque optique numérique.

Ø Le corps examiné est d’abord placé dans un puissant champ magnétique B_o (de 5000 à 20000 gauss, 1 gauss = 10^-4 Tesla) qui aligne les protons dans l’axe du champ (1).

Ø Un deuxième champ magnétique B₁ oscillant à une fréquence de résonance (ondes radiofréquence de fréquence f_o = 42,57 MHz dans un champ de 1 Tesla) perturbe l’équilibre et déclenche un basculement des axes de rotation des noyaux. Les noyaux d’hydrogène (ou protons) vont être excités (2).

A l’arrêt du champ B₁, le système ainsi perturbé revient à l’état initial, les protons H+ aimantés ont tendance à reprendre leur orientation initiale, tout en émettant à leur tour des ondes radio, ou des signaux électromagnétiques appelés Free Induction Decay (F.I.D). Donc le système réémet un signal (restitution de l’énergie) pendant le temps du retour à l’équilibre (temps de relaxation longitudinale et transversale) (3).

Des codages spatiaux utilisant des gradients de champ magnétique permettent de mesurer les signaux ou les ondes émis au cours de ce phénomène de relaxation point par point et de reconstruire l’image d’une coupe.

C’est une antenne qui capte, analyse et reconstruit par un système informatique, en fonction des informations renvoyées par l’organisme, ceci va composer une image numérique haute définition.

L’application d’un courant sinusoïdal à la fréquence de résonance de l'hydrogène, dans une bobine d'axe perpendiculaire, crée un champ magnétique alternatif. Celui-ci perturbe cette aimantation résultante M_o. Tout se passe comme si M_o tournait autour d’un plan perpendiculaire à celui-ci [6] [10].

L'angle de basculement est proportionnel à la quantité d'énergie électrique transmise à la bobine d'excitation, c'est-à-dire à la durée et à l'amplitude de cette excitation. On peut parfaitement déterminer un angle de basculement de 90° ou 180° en adaptant ces deux paramètres. Si la fréquence d'excitation n'est pas proche ou égale à la fréquence de résonance, le système ne modifiera pas sa position d'équilibre.

En retournant à l’équilibre, le système de spin doit céder l’énergie absorbée durant l’impulsion RF.

La relaxation longitudinale dite relaxation T₁ ou encore relaxation « spin-réseau » correspond au retour à l'équilibre énergétique du système. T₁ sera d'autant plus court que ces hydrogènes seront liés à de grosses molécules, le temps de relaxation T₁ de l'eau pure pour l'hydrogène est d'environ 3 secondes, celui de l'eau dans les tissus est de l'ordre de 0,5 seconde. Il se définit par la durée au bout de laquelle l’aimantation longitudinale a récupéré 63% de sa valeur initiale.

La relaxation transversale dite relaxation T₂ représente la décroissance de la composante transversale. Elle est en fait due à la désynchronisation des aimantations élémentaires dans leur mouvement autour du champ magnétique B₀, désynchronisation qui est liée aux interactions entre les aimantations nucléaires de noyaux voisins. Ces interactions créent des modifications locales du champ magnétique, et sont responsables de ces déphasages qui vont détruire la composante transversale. La relaxation T₂ est toujours inférieure au temps de relaxation T₁. T₂ dépend lui aussi de la mobilité des atomes ou des molécules sur lesquelles ces atomes d'hydrogène sont engagés. Ce temps est encore appelé temps de relaxation « spin-spin ».

Le temps de relaxation T₂ de l'eau pure est de 3 secondes, et dans les tissus il est de l'ordre de 50 ms. Il se définit par la durée au bout de laquelle l’amplitude du signal FID a diminuée de 63%.

Ces temps de relaxation vont varier pour un tissu donné selon l'organisation physico-chimique de l'eau dans ce tissu, et c'est sur ces variations qu'on s'appuiera pour détecter au sein d'un tissu les modifications liées à la présence d'une lésion.

La détermination des « paramètres tissulaires », pour chaque élément du tissu étudié, est effectuée à partir de séquences d’impulsion RF. Elles dépendent soit de la durée, soit du temps de répétition des impulsions, soit de l’angle de basculement de l’aimantation.

Toute méthode d'imagerie numérique consiste à effectuer une mesure physique dans chaque élément de volume de la coupe ou de la région étudiée. La mesure est ensuite numérisée et stockée dans une mémoire informatique. Chaque nombre est ensuite représenté sur un moniteur, sous forme de point d'image ou pixel à l'aide d'une échelle de gris. Les méthodes d'imagerie ne diffèrent que par la nature de la mesure physique effectuée. En IRM, il s'agit de mesurer l'intensité du signal de résonance dans chaque voxel. Delà découle la terminologie utilisée pour décrire une image : une région "claire" représentant des nombres élevés sera dite en hypersignal alors qu'une région "sombre" de l'image sera dite en hyposignal.

La direction et l'intensité du gradient permettent respectivement de déterminer l'orientation et l'épaisseur de la coupe ; la fréquence de l'impulsion permet de choisir le niveau de coupe. A la fin de l'impulsion de 90°, seule la coupe sélectionnée est entrée en résonance et les aimantations de ses différents éléments de volume sont basculées dans le plan de mesure [11] [12].

En médecine, on applique souvent la RMN aux noyaux d'hydrogène, élément présent en abondance dans l'eau et les graisses des tissus biologiques. C'est la structure anatomique que l'on visualise ainsi, et on parle alors d'IRM anatomique.

Avec le développement de techniques ultra rapides d'acquisition et de traitement de données, il est devenu possible de réaliser des images RMN en des temps suffisamment brefs pour suivre certains aspects du métabolisme. On parle alors d'IRM fonctionnelle.

En imagerie cérébrale, on applique la résonance magnétique à l'hémoglobine dont les propriétés magnétiques différent légèrement selon que cette molécule est liée ou non à l'oxygène. On accède donc à l'activité cérébrale en réalisant des images où est visualisé le contraste entre les régions riches en oxyhémoglobine et les régions du flux sanguin.

L'IRM de diffusion donne sous forme tensorielle une information sur la directionalité des fibres nerveuses. Cette information est liée au tenseur des conductivités électriques et devrait donc pouvoir être utilisée pour affiner la modélisation de ces conductivités utilisée dans les algorithmes de reconstruction MEG + EEG.

- Sur le plan anatomique, c'est la méthode d'imagerie qui, dans la plupart des cas, donne les informations les plus riches. La résolution spatiale habituelle est de l'ordre du millimètre, c'est-à-dire du même ordre que celle du TDM (tomodensitométrie), mais l'IRM permet d'acquérir des coupes dans toutes les directions de l'espace. Elle permet de plus de réaliser des acquisitions tridimensionnelles qui peuvent être reconstruites à posteriori selon n'importe qu'elle incidence de coupes. Seul le mode spiralé a permis à la TDM de rivaliser avec l'IRM dans ce domaine, dans la mesure où l'acquisition spiralée d'un volume permet aussi la reconstruction de coupes dans plusieurs orientations.

- Le nombre important de paramètres mesurés par l'IRM est aussi un avantage dans la mesure où une même pathologie peut être vue dans plusieurs contrastes permettant une meilleure caractérisation. C'est ainsi qu'au niveau du cerveau, aucune autre méthode ne permet de mieux distinguer la substance grise et la substance blanche du cerveau qui sont pourtant très proches.

- La non agressivité de la méthode est aussi un avantage important, puisque aucun rayonnement ionisant n'est utilisé. De plus l'utilisation des champs magnétiques intenses ou des ondes radiofréquences ne présente aucun effet sur les patients.

Remarque : C’est un examen totalement indolore mais un peu long et désagréable à cause du bruit répétitif à l’intérieur de l’appareil.

D'une part, la durée typique d'acquisition en IRM est de l'ordre de quelques minutes. Cependant, plusieurs coupes peuvent être acquises pendant ce temps. Par ailleurs, des séquences de plus en plus rapides permettent actuellement de raccourcir les temps d'examens. Toutefois, la durée d'un examen IRM est toujours plus importante que la durée d'un examen en TDM.

D'autre part, en raison de la haute technicité du matériel, et du nombre plus faible de patients examinés, le prix d'un examen IRM est environ deux fois plus élevé que celui d'un examen TDM. De plus, l'installation représente encore un investissement qui peut être très important. Donc les contraintes sont surtout financières, à environ 3 millions d'euros avec un prix de revient de 450 € par examen).

Enfin l’IRM possédant un champ magnétique intense, peut perturber les appareils électroniques et les enregistreurs magnétiques. Il s’agit alors d’utiliser du matériel compatible IRM.

Ces avantages et inconvénients font au total que l'IRM donne dans la plupart des cas des images de meilleure qualité et contenant plus d'informations anatomiques que les autres méthodes d'imagerie médicale, au moins dans l'étude des organes fixes tels que le cerveau ou les membres. Par contre cet avantage n'est pas toujours aussi évident lorsque, en raison de la durée d'acquisition, les mouvements respiratoires gênent considérablement l'interprétation des images au niveau de l'abdomen et du thorax. Par ailleurs, même lorsque la qualité est supérieure, le rapport coût-efficacité de l'IRM n'est pas toujours le meilleur dans un diagnostic donné. L'IRM est devenue une méthode complémentaire indispensable dans certaines indications comme l'étude de la moelle épinière.

L’IRM interventionnelle est une technique nouvelle dont le développement reste modeste mais dont l’avenir est certain. Les avantages sont incontestables : c’est une technique non ionisante. Elle possède une résolution millimétrique, un excellent pouvoir contraste tissulaire. De plus l’IRM permet d’effectuer des acquisitions multi-plans en temps quasi-réel, de monitorer la température [4].

L’acte interventionnel peut se réaliser de deux manières différentes et dépend du type d’IRM utilisé [19]. Mais dans les deux cas l’antenne se placera toujours autour du champ opératoire pour obtenir une image optimale de la zone à traiter.

Si l’aimant est fermé les gestes chirurgicaux sont effectués en dehors de l’aimant, l’IRM permet alors des contrôles successifs. On utilise se système lors de biopsies ou de traitements par ultrasons focalisés.


	[O]

Si l’on utilise un aimant ouvert (horizontalement ou verticalement) l'intervention chirurgicale se déroule intégralement dans l’IRM. Les images de résonance magnétique sont diffusées par des moniteurs installés sur les côtés de la table d'opération. Elles sont obtenues toutes les cinq secondes en moyenne et guident les cliniciens tout au long de l'intervention chirurgicale.


	[O]

L’IRM interventionnelle permet d’utiliser des techniques percutanées. Elles permettent d’éviter des chirurgies ouvertes qui nécessitent plusieurs heures d'intervention et qui demandent au patient plusieurs semaines pour récupérer. Ce sont donc des techniques moins traumatisantes pour le patient qui voit son temps d’hospitalisation diminuer fortement.

Pour une utilisation optimale en interventionnel, les spécifications suivantes sont indispensables :

En ce qui concerne le choix proprement dit du type d’IRM à utiliser, soit IRM à bas champ soit IRM à haut champ, cela va dépendre de l’utilisation de la salle d’IRM interventionnelle [16].

Les IRM à bas champ magnétique (< 0,5 T) représentent aujourd'hui 18 % des appareils d'IRM installés dans le monde. Il en existe deux grands types : les appareils d'IRM dits « dédiés » car développés pour le diagnostic par IRM dans certaines localisations anatomiques précises, notamment ostéo-articulaires, et des systèmes comportant un aimant ouvert permettant la réalisation d'une gamme étendue d'actes diagnostiques.

Du fait de la taille ou de la structure de l'aimant, ces IRM bas champ présentent des avantages théoriques pour les patients : l'accès à l'IRM est notamment plus aisé pour les sujets claustrophobes, anxieux, obèses. La configuration ouverte des aimants facilite également la réalisation d'actes chirurgicaux contrôlés par imagerie.

Ces IRM bas champ présentent, pour les structures de soins, un avantage économique supposé du fait des coûts d'investissement, d'installation et de maintenance réduits par rapport aux IRM à champ magnétique élevé.

Les IRM de bas champ magnétique (moins de 1 Tesla) sont les moins coûteux à l'installation et à l'usage, permettent la réalisation de machines plus ouvertes, comme les IRM à aimant permanent, évitant pour une large part l'impression de confinement qui est une gêne pour un certain nombre de patients. La durée des examens est cependant plus longue et elles ne permettent pas l’utilisation des techniques d'exploration les plus avancées.

Les différences, avec l’IRM à haut champ, dans la qualité de l’image n’apparaissent pas majeures au centre du champ, mais sont évidentes en périphérie. A ce niveau, la résolution spatiale, la sensibilité et l’uniformité des images se dégradent. L’image est déformée là où se trouve le point d’entrée du matériel de ponction. De même, le volume exploré est moindre en aimant ouvert qu’en aimant fermé, car les premières et dernières coupes sont d’une qualité inconstante.

Le geste est réalisé dans l’aimant lui-même : biopsies en conditions stéréotaxiques, évacuation d’un kyste, instillations médicamenteuses. Un geste chirurgical peut également être effectué hors aimant, le patient étant transféré de manière itérative dans l’IRM pour vérification de la qualité de l’exérèse tumorale.

La technique est différente selon le type d’aimant utilisé : si le geste est effectué directement entre les aimants, il est nécessaire de disposer d’un appareil d’IRM à ouverture verticale (exemple : General Electric Signa SPD 0,5 T) et également d’une instrumentation chirurgicale amagnétique. Si le geste est effectué hors de l’aimant, en bout de table ou dans une salle d’intervention annexe avec des contrôles itératifs, l’acte peut être réalisé à l’aide de l’appareil précedent, mais également à l’aide d’appareils dont l’entrefer est horizontal (exemple : magnetom Open Siemens 0,2 T, Hitachi Airis 0,3 T, Picker).

Elle peut être utilisée en cours de chirurgie sous endoscopie et pour des biopsies dont le risque est tel qu’un passage en chirurgie conventionnelle doit être prévu. L’avantage est que le chirurgien a en permanence une exacte connaissance des structures et de la lésion.

Les IRM de haut champ (au dessus de 1 Tesla), sont plus coûteuses, nécessitent un refroidissement permanent à l'hélium, mais fournissent plus de précisions sur les explorations standards et permettent seules les imageries évoluées.

L’imagerie est de haute qualité : champs de 1 ou 1,5 T, antennes dédiées en réseau phasé adjacente à la structure étudiée.
En quelques minutes ou secondes, les images arrivent et peuvent être agrandies, superposées, tout en demeurant de qualité.
Le champ est homogène.

Une autre perspective de l’IRM interventionnelle tend à développer les actes effectués sous aimant fermé, cylindrique, à haut champ, l’appareil étant utilisé à la manière d’un scanner. Les gestes sont effectués en dehors de l’aimant ainsi réservés à des contrôles successifs : biopsies de l’encéphale, du rachis, traitement par ultrasons focalisés des tumeurs du foie, du sein.

Cette voie d’avenir est réelle, car les gestes bénéficient d’une qualité d’image optimale. Elle comporte toutefois des difficultés particulières : élargissement et raccourcissement de l’aimant, jeu d’aiguilles de longueurs différentes, mise au point de supports d’instruments peu encombrant…

Un autre avantage, majeur, tient dans l’utilisation mixte de l’appareil : examens diagnostiques et examens interventionnels.

Il s'agit de réaliser une enceinte métallique (donc conductrice de courant) qui permet d'isoler l'intérieur de la salle (et donc toute l'instrumentation) des perturbations électriques extérieures, en particulier les ondes de radiofréquence qui viendraient perturber les mesures réalisées dans la salle IRM, lesquelles utilisent pour leur part des mesures radio-fréquences particulièrement précises.

Une idée fausse et malgré tout largement répandue consiste à croire que la cage de Faraday, particulièrement dans le cadre de l'environnement IRM, permet de protéger l'extérieur de la salle du haut champ magnétique issu de la machine IRM. Il n'en est rien ! La cage de Faraday ne permet de s'isoler uniquement des radiofréquences, à condition qu'elle soit « suffisamment hermétique ».

Un instrument est sur pour l’IRM lorsqu’il ne présente pas de risque additionnel pour le patient, pour l’opérateur, quand il est présent dans l’environnement de résonance magnétique (à l’intérieur de la ligne des 5 Gauss) [13].

- mais seulement lorsque gardé au-delà d’un mètre de l’isocentre ou en dehors de la ligne de 200 gauss

- il ne génère pas d’artefacts significatifs lorsque directement présent dans le champ imagé

- ex : canules de plastique, dilatateurs, sondes de cryothérapie, fibres optiques, thermosenseur optiques,…

Il existe des instruments amagnétiques dont certains sont repérables. Toutefois, les aiguilles amagnétiques ne sont repérées que par le vide de signal de leur paroi et les parties métalliques sont repérées par des artefacts sur l’image. Il est donc difficile de repérer avec précision l’extrémité de l’aiguille.

Les contraintes vont être définies par l’utilisation que l’on va faire de l’IRM interventionnelle.

Deux utilisations sont envisageables, soit en bloc opératoire soit dans le département d’imagerie. Toutefois, certaines contraintes d’asepsie doivent être prises en compte lors de l’installation de l’IRM interventionnelle.

L’IRM peut être installée dans des locaux existants. Cependant, il est préférable de concevoir de nouveaux locaux qui permettraient d’envisager la question du mode d’intervention : à l’intérieur de l’aimant ou à l’extérieur de l’aimant avec plusieurs contrôles pendant l’acte chirurgical.

Il faut envisager un espace plus grand pour la salle d’IRM pour y intégrer du matériel comme une console de lecture, des espaces pour le matériel stérile, le matériel d’anesthésie… Cette salle doit respecter des normes d’asepsie. Une autre nécessité est de prendre en compte le type de geste qui va être réalisé. En effet, en cas d’accident, un transfert vers le bloc opératoire doit être le plus rapide possible.

L’IRM interventionnelle est une technique coûteuse du fait de l’utilisation de l’IRM, c’est un appareil cher en lui-même. Du fait de sa faible présence sur le territoire français, son utilisation est prioritairement diagnostique et faiblement destinée à la recherche.

Actuellement, il n’existe pas de réglementation propre à la mise en place d’une salle dédiée à l’IRM interventionnelle. On peut imaginer qu’il faudra regrouper les normes applicables aux blocs opératoires et celles applicables à la salle d’IRM.

Les normes concernant la mise en place d’un bloc opératoire sont relatives aux dispositifs médicaux utilisés (Arrêté du 3 Octobre 1995), au type de secteur (Arrêté du 7 Janvier 1993), ainsi que tout ce qui concerne le bâtiment (NF S 61-940 : sécurité incendie, ISO 14644-1 : traitement de l’air, NFC 15-211 : installations électriques – installations dans les locaux à usage médical,…).

Pour la salle d’IRM, il faut prendre en compte les normes citées précédemment et rajouter tout ce qui concerne la protection en terme de radio-fréquence. Il est donc nécessaire de respecter les préconisations du cagiste ainsi que les différentes distances entre l’IRM et les charges mobiles en mouvement, le tableau électrique,… qui sont précisées dans les documents constructeurs.

Dans un service de radiologie, le secteur interventionnel doit être indépendant du reste du service. Il constitue une zone dite « protégée » en raison des actes à risques infectieux qui y sont effectués. La définition d’une telle zone impose des règles contraignantes qui permettent d’éviter les allés et venues et la désorganisation dans les salles d’interventions.

Pour cela, il est nécessaire d’instaurer des règles communes pour toutes personnes rentrant dans cette zone :

Ø Un accès contrôlé pour le personnel, avec un sas d’habillage permettant d’accéder à la zone protégée ; ce sas implique le port d’une tenue identifiable et un équipement pour réaliser le lavage des mains.

Ø Des circulations des malades, du personnel, du matériel propre ou stérile, des déchets, du linge et du matériel contaminé, le principe de la marche en avant devant être respecté pour l'ensemble des circuits au sein du service.

Ø Un secteur et une organisation pour le nettoyage et la désinfection du matériel médicochirurgical et des locaux.

Ces circuits et l’organisation doivent être formalisés, ainsi que les rôles et les tâches de chaque personne, qui doivent être identifiés et contrôlables à tout moment (traçabilité). Ce secteur doit être de taille adaptée aux besoins de la structure et doit répondre aux exigences des techniques radiologiques et chirurgicales requises.

Ø Une programmation stricte des patients, en fonction du risque infectieux : les gestes nécessitant une asepsie rigoureuse et les patients les plus fragiles en début de programme et les patients à risque infectieux connu en fin de programme.

Ø Un nettoyage et une désinfection rigoureux entre chaque intervention et en fin de programme.

Ø Du mobilier d’intervention (table de radiologie, éclairage opératoire, table de préparation du matériel, chariot du manipulateur…).

Ø Du matériel radiologique (émetteur de rayonnements, console de commande, injecteur automatique…).

Ø Du matériel d’anesthésie (chariot d’anesthésie complet avec tablette pour poser le petit matériel, ventilateurs, appareils de surveillance, défibrillateur…).

Une des applications qui est amenée à se développer dans les années futures est l’ablathermie de tumeur sous contrôle IRM. Cette technique mini invasive vise à traiter localement la tumeur tout en préservant les tissus sains environnants. On espère ainsi limiter les effets secondaires liés aux traitements.

L’IRM permet d’effectuer un suivi peropératoire de la répartition de chaleur ou de froid au cours du traitement. Un suivi post opératoire des lésions créées est également possible grâce à la sensibilité de l’IRM aux modifications tissulaires.

Le monitorage de la température peut se réaliser de différentes façons. Il utilise la sensibilité de la fréquence de résonance du proton, et la sensibilité du temps de relaxation T₁ aux modifications de températures.

Pour réaliser la nécrose de la tumeur différentes technologies peuvent être utilisées [18]. Le tableau suivant les récapitule et indique leurs caractéristiques :

	Utilisation de sondes	Temps d'application moyen	Volume des lésions (mm³)
Radio Fréquence	oui	12 mn	2000-90000
Micro ondes	oui	1 mn	2100
Laser	oui	7-20 mn	800-19000
Ultra sons focalisés	non	10s	20
Cryoablation	oui	10 mn	180000

Le laboratoire de spectroscopie et d'imagerie par résonance magnétique [14], de l’Université de Montréal a réalisé une étude sur une méthode non invasive d'ablation des tumeurs du sein par ultrasons focalisés guidés par des images de résonance magnétique.

Les ultrasons focalisés peuvent détruire une lésion interne en élevant la température localement et provoquant ainsi une coagulation et une nécrose du tissu. Dans un partenariat avec la compagnie InSightec Inc., le laboratoire évalue l’efficacité d’un système expérimental d'ablation des tumeurs cancéreuses du sein par énergie ultrasonore focalisée (USF) opérant à l’intérieur d’un imageur par résonance magnétique (Figures 19 et 20). L’ablation de la tumeur s’effectue en appliquant une série d'impulsions USF, chacune détruisant un petit volume de la tumeur (Figure 21). L'imagerie par résonance magnétique est utilisée pour la détection et la caractérisation des lésions, le guidage du traitement et la surveillance des doses calorifiques déposées dans le tissu grâce à des techniques sensibles à la température. Après le traitement, la tumeur irradiée est enlevée par chirurgie et une analyse pathologique est effectuée pour déterminer l’efficacité du traitement.

Fig. 20 : Table pour traitement des tumeurs du sein par ultrasons focalisés opérant dans un appareil de résonance magnétique et développée par InSightec Inc.

Plusieurs patientes ont déjà participé à ce protocole. Les résultats du traitement évalués pour 13 patientes par pathologie sont illustrés à la Figure 4. Un taux croissant de succès est obtenu et une ablation complète de la tumeur est obtenue dans plusieurs cas. Quand l’efficacité de cette technique sera démontrée, elle permettra d’éviter la chirurgie dans la majorité des tumeurs du sein de petite taille (moins de 2,5 cm).

De plus cette méthode non invasive est prometteuse pour déterminer la présence de tumeur résiduelle après traitement.

Fig. 22 : Résultats d'histopathologie après traitement aux USF des 13 patientes, abscisse: numéro de la patiente, ordonnée: pourcentage de la tumeur dans la zone de traitement (bleu), pourcentage de la zone de traitement nécrosée (rouge).

Cette technique peut aussi être utilisée dans le cas de cancers du poumon et de l’utérus.

L’implantation de l’IRM interventionnelle au sein de l’hôpital peut se faire soit dans le service d’imagerie soit dans le bloc opératoire. Pour chacune de ses localisations, les perspectives concernant l’IRM interventionnelle vont être différentes.

On peut envisager que l’une des salles d’intervention d’un bloc opératoire soit équipée d’une IRM permettant ainsi la chirurgie virtuelle à ciel ouvert ou sous endoscopes amagnétiques. Le fait d’avoir des images de façon régulière permet de guider le geste du chirurgien de façon plus fiable vers sa cible.

On peut comparer l’apparition de l’IRM interventionnelle en chirurgie générale à celui de l’introduction des amplificateurs de brillance dans les blocs opératoires sans rayons X. Par contre, il restera à voir si les gestes chirurgicaux seront réalisés sous les aimants ou en-dehors de l’aimant avec un contrôle régulier par translation du patient.

Dans le cas de l’implantation de l’IRM en imagerie, sa fonction principale serait la biopsie. Il peut exister deux types de mode de visée en fonction de la complexité du geste. S’il s’agit d’un geste simple, la ponction peut être réalisée à main levée et le geste est ensuite effectué dans l’aimant ou hors aimant. Par contre, si le geste est complexe, il sera réalisé avec un mode automatisé de visée de la cible, le but étant d’atteindre la cible par un trajet unique.

L’un des inconvénients est le repérage de l’extrémité de l’aiguille qui n’est pas visible correctement. Une des perspectives serait que l’extrémité de l’aiguille amagnétique ou du matériel de biopsie utiliserait les techniques de repérage par haute fréquence. Cette technique est en cours de mise au point en IRM interventionnelle vasculaire.

Le point de départ de ce projet a été la présentation des différentes techniques d’imagerie interventionnelle. Leur intérêt a été démontré par rapport à la chirurgie : diminution du traumatisme de l’intervention pour le patient et diminution des coûts d’hospitalisation sont deux avantages majeurs.

Puis nous nous sommes intéressés à une technique émergente de l’imagerie interventionnelle : l’IRM interventionnelle. Elle permet donc d’avoir une intervention directe sur le patient tout en bénéficiant en continu d’une image IRM pour surveiller et contrôler les gestes chirurgicaux, c’est une technique qui est moins invasive pour le patient. Cette technique semble très prometteuse et se développera fortement dans les années à venir. Ce développement devra prendre en compte l’utilisation de l’IRM interventionnelle par le personnel médical, son implantation soit dans le service d’imagerie, soit dans le bloc opératoire et l’évolution de la médecine.

La collaboration entre les équipes chirurgicales et radiologiques n’est pas à l’heure actuelle une pratique courante. Cependant, une telle équipe placée dans une structure adaptée permettrait d'obtenir une qualité de traitement et de diagnostique plus importante grâce à une meilleure expression des compétences de chacun.

Nous conclurons par une citation du Professeur G. Von Schultess (Co-directeur du Centre de Résonance Magnétique du Département de Radiologie de l’Hôpital Universitaire de Zurich) : « La chirurgie guidée par RM sera chose courante… L’ablation thermique de disques et de tumeurs des tissus mous sera réalisée sous contrôle RM… Beaucoup d’interventions cardiovasculaires se feront sous guidance RM non seulement parce que la RM n’emploie pas de radiations ionisantes mais surtout parce qu’elle apporte une valeur ajoutée, l’imagerie 3D, la caractérisation des plaques et les mesures de flux pour contrôler les résultats… ».

[7] « RMN Notions de base en vue de l’étude phénoménologique du principe de Résonance Magnétique Nucléaire », Michel ZANCA, Université Montpellier 1 – UFR Médecine – Biophysique, PCEM1, Janvier 2001, http://m-zanca@chu-montpellier.fr

[8] Présentation IRM, Philips Systèmes médicaux, marketing IT, Philippe Lanièce, UTC Compiègne, 24 Novembre 2003, https://www.utc.fr/~farges/Master

[10] « Bases physiques des mesures de vitesse circulatoire en imagerie par résonance magnétique (IRM) », Jacques BITTOUN, Unité de Recherche en Résonance Magnétique Médicale (ESA 8081 – CNRS) CIERM - Université Paris-Sud, Hôpital de Bicêtre -94270 Le Kremlin-Bicêtre- France,http://www.kb.u-psud.fr/niveau2/enseignements/niveau3/etudmed/cours-irm/accueil.htm

[11] « RMN et Optique biomédicale : traitement du signal et systèmes », Ecole doctorale EEA ; DEA Images & Systèmes Equipe (09/2002) : H. Saint-Jalmes (PR), D. Graveron-Demilly (IR) L. Bouchet-Fakri (MC), S. Cavassila (MC), B. Favre (MC), E. Perrin (MC) ; Doctorants : M. Armenean (OC, HSJ, 02), C. Armenean (EP, HSJ, 05), F. Jaillon (HSJ, 03), F. Pilleul (OB, HSJ, 05), H. Ratiney (DG, SC, 04), H. Sanchez (CC, HSJ, 03) ; DEA : F. Lairi (DG),F. Seguro (ABC, HSJ), V. Surrel (EP), Z. Zhai (SC), http://laimac1.insa-lyon.fr/mastersids_lyon/labo_iis.htm

[13] « La résonance magnétique d’intervention : introduction, ingrédients du succès, et l’expérience du CHUQ », Christian Moisan, Centre hospitalier universitaire de Québec, http://irmi.gel.ulaval.ca/imri_cap_fr.pdf

[15] « Le journal de l’Institut Curie, Comprendre pour agir contre le cancer ; De nouveaux horizons pour l’IRM », p.11 ; Les « yeux » de la recherche, p.12 ; novembre 2003, http://www.curie.fr/home/presse/jic_recevoir.cfm/lang/_fr.htm

[18] « Suivi IRM des destructions tissulaires par thermocoagulation in vivo à bas champ : imagerie de température et prédiction de la taille des lésions », GERMAIN Delphine, Thèse de doctorat UTC 2001

[19] « IRM interventionnelle. Analyse des données et perspectives. », J. Radiol 1999, n° 80, p. 1527-1530, Editions françaises de radiologie.

[G] « Le corps transparent », Magazine Sciences et Vie Junior Hors Série 45, Juillet 2001, pages 74-81, Auteur : Sophie De Salettes

[Q] « Suivi IRM des destructions tissulaires par thermocoagulation in vivo à bas champ : imagerie de température et prédiction de la taille des lésions », GERMAIN Delphine, Thèse de doctorat UTC 2001

[R] « CHUM-Laboratoire de recherches en imagerie et spectroscopie par résonance magnétique », http://pages.infinit.net/khiat/tumeursduseinbuts.html

Référence à rappeler : Imagerie IRM interventionnelle, Audrey Achmirowicz, Jean-Baptiste Beck, Pierre-Yves Delobel, Céline Vivarelli Projet MASTER MTS, UTC, 2004-2005 , URL : https://www.utc.fr/~farges/ Imagerie IRM interventionnelle
Audrey ACHMIROWICZ	Jean-Baptiste BECK	Pierre-Yves DELOBEL	Céline VIVARELLI