Vers une plus grande sensibilité de la Résonance Magnétique Nucléaire

Une équipe de chercheurs du CEA-Iramis a augmenté significativement la sensibilité de la RMN à l'aide d'une approche combinant gaz rares hyperpolarisés et détection par "bruit de spins". Ces résultats viennent d'être publiés en ligne par la revue allemande Angewandte Chemie.

La résonance magnétique nucléaire, dont l'application la plus connue est l'imagerie médicale par IRM, s'appuie sur les propriétés magnétiques des noyaux des atomes qui sont liées à leurs spins. Elles sont similaires à celles de minuscules boussoles. C'est leur tendance à s'orienter préférentiellement dans un champ magnétique statique qui définit la polarisation. Ce magnétisme nucléaire est classiquement observé au moyen d'excitations par des ondes électromagnétiques de fréquence adaptée.

Du fait de la faiblesse de la polarisation, la RMN est malheureusement très peu sensible. Ainsi dans un champ magnétique de 1,5 Tesla (champ magnétique des IRM hospitaliers actuels) et à température ambiante, seul un noyau sur environ 200 000 contribue au signal détecté. Cette faible sensibilité limite les champs d'applications en imagerie et en spectroscopie.

Pour y remédier, une solution consiste à augmenter la puissance des champs magnétiques. Mais la capacité à produire des aimants toujours plus puissants atteindra un jour ses limites. Les chercheurs du CEA-Iramis combinent pour leur part deux approches. "Premièrement, nous mesurons le signal RMN d'un gaz rare, le Xénon, introduit dans un échantillon. La polarisation du Xe a été préalablement augmentée artificiellement par un faisceau laser", explique Hervé Desvaux, l'un de ces chercheurs. "Ainsi ce n'est plus un noyau sur 200 000 qui contribue au signal RMN mais la moitié d'entre eux ! On parle alors d'hyperpolarisation."

Une méthode de détection alternative

De plus, les scientifiques s'appuient sur une méthode de détection alternative, dite par "bruit de spins". Contrairement aux procédés classiques, cette dernière ne requiert aucune excitation radiofréquence. Cela permet de ne pas perturber le système étudié, donc de conserver l'hyperpolarisation tout en évitant, dans les applications médicales, l'exposition aux ondes électromagnétiques.

"Alors que les techniques classiques requièrent environ 1017 noyaux pour détecter un signal, nous avons déjà réduit ce seuil de détection d'un facteur 10 avec cette combinaison", affirme Hervé Desvaux. "En affinant encore notre dispositif, notamment en y incluant des composants de plus petite taille, nous pourrions gagner un facteur un million, et donc analyser des signaux pour des quantités d'atomes un million de fois moins importantes qu'aujourd'hui", estime-t-il.

Bien que très amont de l'application à l'imagerie médicale, ces progrès sur l'amélioration de la sensibilité de la RMN, qui est sa contrainte la plus sévère, offrent de prometteuses perspectives. En effet, un tel gain en sensibilité rendrait accessible à des études de RMN nombre de systèmes biologiques qui sont pour le moment hors de sa portée.