Une antenne en céramique améliore la qualité des images par résonance magnétique
Publié par Redbran le 11/07/2019 à 14:00
Source: CNRS INSIS
Des chercheurs de l'institut Fresnel et de NeuroSpin, en collaboration avec l'université de Saint-Pétersbourg en Russie, ont mis au point une nouvelle antenne céramique adaptée à la microscopie par résonance magnétique pour atteindre des résolutions spatiales inférieures à 100 µm. Ils améliorent ainsi la qualité des images IRM en multipliant par deux le rapport signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les...) sur bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.). Ces résultats ont été publiés dans la revue Advanced Materials.


Amélioration du RSB lors de l'imagerie d'un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) de houx. À gauche, représentation schématique du champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une...) généré par chaque sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la fois les mesures in situ (champs...). Au milieu, distribution du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique dans une coupe sagittale, estimée par simulation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite « analogique »...). À droite, image obtenue par MRM de l'échantillon de houx.
© Fresnel

L'antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de capter (récepteur) les ondes électromagnétiques.) de référence utilisée habituellement en microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles à l'œil nu, soit par...) par IRM est une bobine de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur ses surfaces...) qui crée un champ magnétique variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En...) de haute intensité dans l'échantillon afin de l'imager. Toutefois, cette antenne est intrinsèquement limitée par ses propres pertes et les interactions champ électrique-échantillon, qui sont responsables du bruit de mesure. Des chercheurs de l'institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Fresnel (CNRS/Centrale Marseille/AMU), de NeuroSpin (CEA) et leurs collègues de Russie ont mis au point (Graphie) une nouvelle antenne céramique (Premier « art du feu » à apparaître (avant la métallurgie et le travail du verre), la céramique désigne l’ensemble des objets fabriqués en terre qui ont subi une transformation...) permettant de surpasser ces limites. En effet, le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...), conçu par une entreprise russe, permet de combiner un champ magnétique très intense avec un minimum de champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par des particules...) dans l'échantillon.

Les chercheurs ont dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) conçu le design (Le design (la stylique en français) est un domaine visant à la création d'objets, d'environnements ou d'œuvres graphiques, à la fois fonctionnels, esthétiques et conformes aux impératifs d'une production...) de l'antenne pour que son mode de résonance (Lorsqu'on abandonne un système stable préalablement écarté de sa position d'équilibre, il y retourne, généralement à travers des oscillations propres. Celles-ci se produisent à la fréquence propre du système. Si le...) corresponde à la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans...) de travail d'un IRM. Ils ont ensuite développé un modèle théorique de l'antenne céramique afin de quantifier ses performances. Les chercheurs ont notamment observé que la haute permittivité (En électromagnétisme, la permittivité ε d'un matériau est le rapport D/E du déplacement électrique (aussi appelé induction électrique ou excitation électrique) D (en coulombs par mètre carré) et de...) de la céramique, i.e sa réponse au champ électromagnétique (Le champ électromagnétique est le concept central de l'électromagnétisme. On le conçoit souvent comme composition des deux champs vectoriels que...) qu'elle reçoit, confine le champ magnétique dans l'échantillon. Ils proposent une analyse paramétrique des performances de cette antenne par rapport à celle de référence et exposent sous quelles conditions et avec quelles propriétés de la céramique, la qualité de l'image est la meilleure. Des tests en laboratoire ont ensuite été réalisés par l'équipe de NeuroSpin pour valider la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance...). L'antenne, d'un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi...) de 18 mm, se dédie dans un premier temps à la microscopie. Elle a été testée sur des moelles épinières de rats qui ont été imagées avec un rapport signal sur bruit multiplié par deux comparé à la bobine de cuivre.

Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives en neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux que...) et notamment l'étude de petits échantillons. Ce modèle est transposable à d'autres fréquences et d'autres tailles d'échantillon à condition d'adapter la permittivité et les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une...) de la céramique à la fréquence de travail des différentes machines.

Référence

Systematic Analysis of the Improvements in Magnetic Resonance Microscopy with Ferroelectric Composite Ceramics,
M. A.C. Moussu, L. Ciobanu, S. Kurdjumov, E. Nenasheva, B. Djemai, M. Dubois, A. Webb, S. Enoch, P. Belov, R. Abdeddaim, S. Glybovski.
Advanced Materials (2019)
DOI: 10.1002/adma.201900912
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