Imagerie à champs faibles

Axe dirigé par Philippe Massot et Jean-Michel Franconi

Innovations en IRM à champ faible / Innovations in (Ultra) Low Field MRI

En pratique clinique, l’IRM est rarement utilisée en première intention, notamment en raison de son coût. Les équipements conventionnels d’IRM sont encore peu nombreux sur le territoire français comparés à d’autres techniques d’imagerie, et le délai pour réaliser ce type d’examen est de l’ordre de 36 jours. Malgré la qualité d’image au regard de contrastes saisissants, la limitation majeure de l’IRM est que le rapport signal-sur-bruit des images est naturellement extrêmement faible même s’il augmente linéairement avec le champ magnétique. La tendance actuelle pour surmonter ce verrou est d’utiliser des aimants de plus en plus intenses qui font croître les coûts, à la fois en termes d’achat et de maintenance.

De plus, les systèmes actuels sont très difficilement utilisables en dehors des communautés urbaines des pays industrialisés, ce qui la rend pratiquement inaccessible aux pays émergents. Une plus grande accessibilité de l’IRM consisterait ainsi à construire des systèmes plus simples, opérant à champ très faible.

Dans ces conditions, le problème de sensibilité devient majeur, et il convient d’y remédier par deux voies possibles parmi d’autres : l’augmentation significative du signal disponible dans l’échantillon et/ou l’utilisation de capteurs hyper-efficients.

Les deux approches sont déjà explorées dans le laboratoire. Une des voies est d’utiliser l’effet Overhauser pour effectuer une polarisation dynamique (PDN) à partir d’électrons non-appariés situés sur des radicaux libres stables non toxiques vers les noyaux d’hydrogène de l’eau à proximité et rehausser leur signal. La deuxième voie est d’utiliser la technologie SQUID (super conducting Quantum Interference Device) en réseau (SQIF) pour améliorer de façon drastique la détection en conditions normales de polarisation à champ faible.

Ainsi le projet de l’axe « Innovations en IRM à champ faible » se déclinera selon deux approches complémentaires :

La Polarisation dynamique à champ faible. Nos expériences fructueuses effectuées à champ faible (0.2 T), notamment pour détecter des activité enzymatiques chez le rongeur ne peuvent en l’état pas être transférées à de plus gros animaux ou l’humain en raison des fréquences trop élevées utilisées pour exciter l’électron. Par contre la polarisation dynamique peut fonctionner à champ et fréquence beaucoup plus faibles d’autant que les facteurs de rehaussement du signal en PDN croissent lorsque le champ diminue. Des expériences de faisabilité à champ terrestre (45µT) ont permis d’obtenir un financement européen FETOPEN ( projet Primogaïa). Un des objectifs du projet est de concevoir une nouvelle instrumentation permettant de faire de l’IRM de prépolarisation magnétique et dynamique à champ (quasi)-terrestre (200 µT) afin de rehausser le signal dans la ou les zones où se produisent une activité biologique donnée (la protéolyse à l’heure actuelle, qui lorsqu’elle est anormale est un bio-marqueur de pathologies inflammatoires par exemple). Le projet lorsqu’il sera à terme constituera un système d’IRM par prépolarisation qui permettra d’explorer de nouveaux contrastes (en collaboration avec l’axe « Agents de Contraste et de théranostique ») avec une forte valeur ajoutée en terme de spécificité sur le versant biologique.

Hypersensibilité de détection. En parallèle, il conviendra de développer une alternative à la PDN pour détecter tous les signaux à champ faible d’imagerie anatomique sans souci de spécificité biologique. Les gains en sensibilité à atteindre sont de l’ordre de 10000 et l’approche SQIF (SQUID en réseaux) à haute température critique est en cours d’évaluation au laboratoire, avec la construction d’un cryostat dédié à 0.2T. À l’avenir nous envisageons d’utiliser des capteurs SQIF à basse température critique pour améliorer les performances du capteur et diminuer ainsi le champ de polarisation. En première intention, le système SQIF pourrait s’adapter à toute antenne de détection classique des signaux d’IRM, et ainsi pourra être testé à 0,2T, mais ce type de capteur n’apporte en principe sa contribution qu’aux champs très faibles, et ce sera l’objectif de le démontrer. En cas de succès, ces capteurs pourraient être intégrés au système d’IRM corps entier à champ terrestre.

Ces travaux devraient ainsi mener à l’IRM de demain, déplaçable, plus écologique et à coût réduit.

Personnes impliquées :