Une expérience d’IRM consiste à détecter les mouvements de l’aimantation des noyaux des atomes qui constituent la matière. Il faut tout d’abord aligner cette aimantation suivant une direction particulière à l’aide d’un champ magnétique de forte intensité, B0, appelé champ principal de l’imageur. Il faut ensuite faire basculer l’aimantation, à l’aide d’un second champ magnétique (B1), alternatif et perpendiculaire au champ principal, que l’on applique pendant une courte durée à l’aide d’une antenne d’émission. Enfin on détecte le signal émis pas l’aimantation lorsqu’elle retourne dans sa position initiale, c'est-à-dire parallèle au champ principale B0, à l’aide d’une antenne de réception.
Selon la nature du milieu où est le noyau, l’aimantation ne remonte pas à la même vitesse. Cela permet alors de faire une cartographie IRM du corps
Plus le champ principal est élevé, plus le signal émis lors du retour à l’équilibre de l’aimantation est fort et meilleure est la qualité de l’image. C’est pour cela que les progrès de l’IRM sont fortement liés au développement d’imageurs à champ toujours plus intenses. Le champ magnétique principal de l’imageur est généré par un électro-aimant supraconducteur de grande taille dans lequel on fait circuler un courant électrique. La faible résistance des supraconducteurs autorise le passage de courants très intenses sans que le matériau s’échauffe et permet ainsi d’obtenir des valeurs de champ très élevées, de plusieurs teslas. De telles intensités de champ ne pourraient pas être obtenues avec un électro-aimant en cuivre car la résistance élevée du conducteur produirait, lors du passage de courants forts, des pertes par effet joule (dissipation thermique) si intenses que feraient fondre la bobine.
De plus, une fois que le courant circule dans la bobine, et que le champ magnétique est établi, il suffit de refermer la bobine sur elle même pour « piéger » le courant, comme dans l’expérience des courants permanents. Le courant circulera sans jamais se dissiper puisqu’il ne subit aucune résistance. L’alimentation électrique qui a initié le courant peut alors être débranché : le courant et le champ magnétique qui en résulte se maintiendront tant que la température sera maintenue suffisamment basse. Régulièrement il faut donc remplir les réservoirs d’hélium dans les IRM pour compenser l’évaporation de l’hélium liquide.
Les supraconducteurs sont donc à l’origine de l’émergence des nouvelles générations de bobines IRM ces dix dernières années et ont permis d’améliorer à la fois la qualité des images et le confort des patients.
Dans certaines configurations, la qualité de l’image peut être limitée par la résistance de l’antenne de réception en cuivre qui détecte le signal émis par l’aimantation lors de son retour à l’équilibre. L’emploi de supraconducteur pour fabriquer l’antenne réceptrice est alors un moyen particulièrement efficace pour diminuer fortement sa résistance et ainsi augmenter très significativement la qualité des images. Cette voie est encore en phase de recherche et doit notamment être accompagnée d’un développement spécifique des outils de cryogénies afin d’en faciliter le déploiement à plus grande échelle.
L’augmentation de la valeur des champs magnétiques est également une piste poursuivie activement, notamment en France avec le laboratoire Neurospin.
Physiciens et chimistes
utilisent une technique analogue à l’IRM, la RMN (Résonance Magnétique Nucléaire). Dans ce cas, il ne s’agit pas d’obtenir une image du matériau étudié grâce aux aimants des noyaux, mais plutôt de mieux comprendre les caractéristiques des électrons qui entourent ces noyaux. En chimie, cela permet de déterminer la structure de molécules complexes. En physique, la RMN permet de mesurer les propriétés magnétiques statiques et dynamiques des électrons de la matière. Elle est par exemple utilisée pour étudier les supraconducteurs.
