L'écho-planar de Mansfield capturait une image IRM entière en une fraction de seconde

L'imagerie par résonance magnétique est apparue au début des années 1970 lorsque Paul Lauterbur a montré que des aimants à gradient pouvaient transformer les signaux de spin nucléaire en images bidimensionnelles. Mais les premières stratégies d'acquisition recueillaient l'information spatiale ligne par ligne, si bien qu'une image utile prenait plusieurs minutes — et un patient vivant qui respire bouge bien trop pour cela. La vitesse n'était pas un confort ; c'était la différence entre l'IRM comme curiosité de laboratoire et l'IRM comme médecine.

L'équipe de Peter Mansfield à Nottingham s'est attaquée à la répétition elle-même. Leurs méthodes multi-planaire et écho-planaire de 1977, publiées dans Journal of Physics C sous le titre « Multi-planar image formation using NMR spin echoes », utilisaient des gradients à variation rapide pour recueillir assez de signal pour un plan d'image complet après une seule excitation — l'acquisition écho-planaire, comme on l'a appelée. L'Assemblée Nobel a ensuite crédité Mansfield précisément d'avoir montré « comment une imagerie extrêmement rapide pouvait être obtenue par des variations de gradient très rapides ».

La technique a dépassé son propre matériel : les bobines de gradient et les amplificateurs ont mis environ une décennie à atteindre une qualité clinique, mais une fois qu'ils l'ont fait, l'imagerie écho-planaire est devenue la cheville ouvrière des applications les plus rapides — l'imagerie cardiaque, l'imagerie de diffusion des accidents vasculaires cérébraux et essentiellement toute l'IRM fonctionnelle.

Encoder tout le plan d'un coup, et non point par point

Une acquisition en une seule fois fige la physiologie : les artefacts de mouvement se réduisent à néant lorsque l'image entière est capturée en dizaines de millisecondes au lieu de minutes.

Les gradients font le travail d'encodage au lieu d'excitations répétées, si bien que la vitesse venait d'une meilleure ingénierie d'un aimant commutable plutôt que de l'attente d'aimants plus puissants.

L'analyse du signal de Mansfield rendait les échos bruts rapides mathématiquement reconstructibles, transformant une curiosité de physique en « une méthode pratique », comme l'a formulé la citation du Nobel.

L'approche a devancé le matériel d'une décennie — publier la méthode tôt a permis aux systèmes cliniques qui ont mûri à la fin des années 1980 de l'adopter en bloc.

Lorsque le débit est le goulot d'étranglement, cherchez l'étape qui se répète inutilement. Tout encoder en une seule passe échange une ingénierie exigeante sur le matériel de commutation contre un ordre de grandeur en vitesse.

Le prix Nobel de physiologie ou médecine 2003 a été décerné conjointement à Lauterbur et Mansfield « pour leurs découvertes concernant l'imagerie par résonance magnétique ». À cette époque, l'imagerie écho-planaire sous-tendait pratiquement toute l'IRM fonctionnelle et l'imagerie de diffusion utilisée pour cartographier les faisceaux de fibres du cerveau, selon la littérature de synthèse de PLOS de 2010 — et l'IRM fonctionnelle du cerveau entier repose encore sur elle, avec des raffinements ultérieurs comme l'EPI multiplexé s'attaquant à l'acquisition multi-coupes restante de plusieurs secondes. Une méthode consignée pour la première fois en 1977 est devenue la façon standard dont les neurosciences observent le cerveau penser.