Imagerie par résonance magnétique
La résonance magnétique nucléaire exploite le fait que les noyaux de certains atomes (ou plutôt isotopes atomiques) possèdent un moment magnétique de spin. C'est en particulier le cas de l'atome d'hydrogène 1 que l'on retrouve en grande quantité dans les molécules qui composent les tissus biologiques comme l'eau (HO) et les molécules organiques. En RMN (tout comme en IRM), on place les atomes que l'on veut étudier dans un champ magnétique constant. On peut alors imaginer les spins des noyaux atomiques comme des toupies tournant sur elles-mêmes autour de leur axe et effectuant un mouvement rapide de précession autour de l’axe du champ magnétique (mouvement appelé précession de Larmor). Cette fréquence de précession est exactement proportionnelle à l’intensité du champ magnétique (qui est de quelques teslas pour les appareils d'IRM actuels). On applique alors à ces atomes une onde électromagnétique à une fréquence bien particulière dite fréquence de résonance ou fréquence de Larmor. En effet, pour que le champ oscillant de l’onde électromagnétique puisse avoir un effet notable sur les spins, il faut que sa fréquence soit ajustée au mouvement de précession de ces spins (phénomène de résonance). La fréquence de Larmor étant différente pour des isotopes atomiques différents (à cause d’un rapport gyromagnétique différent), un choix judicieux de cette fréquence permet de cibler quels atomes on va détecter. En IRM, on utilise principalement les atomes d'hydrogène dont la fréquence de résonance est autour de , ce qui correspond à la gamme des ondes radio. En effet, l'atome d'hydrogène qui est constitué d'un seul proton, est très abondant dans les tissus biologiques et en outre, son moment magnétique nucléaire est relativement fort, ce qui fait que la résonance magnétique de l'hydrogène donne lieu à un phénomène de résonance très net et facile à détecter.
Physique de l'imagerie par résonance magnétique
Certains noyaux atomiques sont capables d'absorber et d'émettre de l'énergie radiofréquence lorsqu'ils sont placés dans un champ magnétique externe. En IRM clinique et de recherche, les atomes d'hydrogène sont le plus souvent utilisés pour générer un signal radiofréquence détectable qui est reçu par des antennes à proximité immédiate de la partie de l'organisme examiné. Les atomes d'hydrogène sont naturellement abondants chez l'homme et d'autres organismes biologiques, en particulier dans l'eau et les graisses. Pour cette raison, la plupart des IRM cartographient essentiellement l'emplacement de l'eau et des graisses dans le corps. Les impulsions des ondes radio excitent la transition d'énergie de spin nucléaire et les gradients de champ magnétique localisent le signal dans l'espace. En faisant varier les paramètres de la séquence d'impulsions, différents contrastes peuvent être générés entre les tissus sur la base des propriétés de relaxation des atomes d'hydrogène qui s'y trouvent.