Des métamatériaux optimisent l'IRM ultra-haut champ
Publié par Redbran le 18/10/2018 à 12:00
Source: CNRS INSIS
Une nouvelle approche basée sur des métamatériaux, matériaux composites dont les propriétés n'existent pas à l'état naturel, améliore la qualité de l'imagerie à résonance magnétique (IRM) ultra haut-champ en homogénéisant les champs de radiofréquences. L'étude menée par 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...) Fresnel, de NeuroSpin (CEA) et de l'Institut Langevin en partenariat avec Siemens et la start-up Multiwave Innovation, sont publiés dans la revue Physical Review X. Elle ouvre la voie à des diagnostics médicaux plus rapides et plus précis.


Gauche: Photo d'une antenne IRM "cage d'oiseau (Un oiseau (ou classe des Aves) est un animal tétrapode appartenant à l'embranchement des vertébrés. S'il existe près de 10 000 espèces d'oiseaux, très différentes tant par leur...)" avec le métamatériau placé à droite d'un fantôme sphérique.
Droite: Diagramme (Un diagramme est une représentation visuelle simplifiée et structurée des concepts, des idées, des constructions, des relations, des données statistiques, de l'anatomie etc. employé dans tous les...) de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) aux deux conditions de Kerker: directivité vers l'arrière (haut) et vers l'avant (bas).

Les performances de l'IRM n'ont cessé de s'accentuer depuis sa mise en place dans les années 70. Pourtant, les applications de la dernière génération d'IRM ultra-haut champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) (7 Tesla) sont aujourd'hui limitées. Un des problèmes est l'hétérogénéité du champ de radiofréquences qui avec l'augmentation de la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) des systèmes entraîne une perte de contraste dans les images. Dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution,...) européen M-Cube(1), des chercheurs de l'Institut Fresnel (CNRS-AMU-Centrale Marseille), de l'Institut Langevin (CNRS-ESPCI), du département Neurospin (CEA) en partenariat avec Siemens et la start-up Multiwave Innovation ont mis au point (Graphie) une approche utilisant des métamatériaux, c'est-à-dire des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) composites dont la structure a été soigneusement agencée par les chercheurs afin d'obtenir les propriétés qu'ils souhaitent.

En jouant avec la configuration des méta-atomes constituant ces matériaux, ils obtiennent un système répondant aux conditions de Kerker(2). Cela signifie que celui-ci peut renforcer ou diminuer un champ électromagnétique (Le champ électromagnétique est le concept central de l'électromagnétisme. On le conçoit souvent comme composition des deux champs vectoriels que l'on peut mesurer...) radiofréquence à l'endroit voulu. Ainsi, le contraste des images est optimisé. L'innovation(3) a été testée sur des fantômes représentant le comportement électromagnétique du corps humain (Le corps humain est la structure physique d'une personne.) et validé sur une antenne IRM dite "cage d'oiseau" utilisée pour l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression mécanique ;...) cérébrale. Les chercheurs souhaitent désormais poursuivre l'élaboration de leur technique(4) afin de l'appliquer au corps entier. L'objectif: élaborer un système adapté à toutes les morphologies humaines et ainsi étendre les applications de l'IRM ultra-haut champ à d'autres diagnostics médicaux.

Notes:
(1) Ce projet a été financé par le programme de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) et d'innovation Horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique, philosophie, littérature, et bien d'autres domaines :) 2020 de l'Union européenne dans le cadre de la convention de subvention (Une subvention est une aide financière, c’est-à-dire une somme d’argent, qui est allouée par une institution publique ou privée à une personne ou une organisation privée ou publique dans le cadre...) n° 736937.
(2) Les méta-atomes se comportent à la fois comme un dipôle électrique (Le dipôle électrique est un conducteur électrique possédant deux bornes.) et un dipôle (D'une manière générale, le mot dipôle désigne une entité qui possède deux pôles. On le retrouve dans plusieurs domaines :) magnétique.
(3) Lors de l'expérience, le dispositif était placé à proximité de l'antenne IRM.
(4 )Le dispositif a fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut...) d'un dépôt de brevet.



Références publication:
Kerker effect in ultrahigh-field magnetic resonance imaging,
M. Dubois, L. Leroi, Z. Raolison, R. Abdeddaim, T. Antonakakis, J. de Rosny, A. Vignaud, P. Sabouroux, E. Georget, B. Larrat, G. Tayeb, N. Bonod, A. Amadon, F. Mauconduit, C. Poupon, D. Le Bihan, et S. Enoch.
Physical Review X (8), (septembre 2018)
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.8.031083

Contacts chercheurs:
- Stefan Enoch – Institut Fresnel
- Redha Abdeddaim – Institut Fresnel
- Marc Dubois – Institut Fresnel
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