Des antennes à base de métamatériaux pour développer l'utilisation clinique de l'IRM à ultra-haut champ

Des chercheurs de l'Institut Fresnel (1) et du CEA Neurospin ont mis au point un dispositif breveté (2) qui résout le problème de l'inhomogénéité du champ magnétique dans les équipements d'IRM à très haut champ. Cette invention ouvre ainsi la voie à un diagnostic précoce de maladies neurodégénératives.

Les appareils d'IRM à ultra haut champ (7 teslas, contre 1,5 ou 3 teslas jusqu'à maintenant) pourraient permettre un diagnostic plus précoce de maladies neurodégénératives, comme celles de Parkinson ou d'Alzheimer. Leur utilisation pratique est cependant encore limitée en raison de l'inhomogénéité du champ magnétique excitateur induisant une mauvaise qualité de l'image. Pour contrôler ce champ magnétique radiofréquences, des chercheurs de l'Institut Fresnel (1), en collaboration avec le CEA, ont développé une technologie brevetée (2) à base de métamatériaux. Une solution efficace et peu coûteuse, en cours d'industrialisation: au terme d'un programme de maturation conduit par la SATT Sud-Est, cette dernière a concédé une licence d'exploitation exclusive du brevet à la société Multiwave Innovation (3) qui fabriquera le protoype d'antenne radiofréquences aux normes de l'IRM clinique.


Dans un équipement IRM à ultra haut champ, l'augmentation du champ magnétique statique dans lequel sont placés les tissus accroît le rapport signal/bruit et permet d'accéder à des images de plus haute résolution. Mais une autre conséquence est qu'il faut utiliser des champs magnétiques excitateurs radiofréquence de plus courte longueur d'onde, du même ordre de grandeur que les dimensions des organes du corps soumis à l'examen IRM. Il en résulte des interférences qui engendrent une inhomogénéité du champ excitateur et la dégradation de l'image dans certaines zones, comme lors de l'observation du cerveau. "Pour résoudre ce problème, nous nous sommes appuyés sur la double compétence du laboratoire en électromagnétisme et métamatériaux, et sur celle de Neurospin dans le domaine de l'IRM", indique Stefan Enoch, directeur de l'Institut Fresnel. Les métamatériaux sont des matériaux composites artificiels périodiques qui ont la propriété de contrôler la distribution spatiale du champ électromagnétique.

L'unité de base du métamatériau développé par l'équipe de l'institut Fresnel est constituée de quatre fils métalliques alignés sur un support. Avec plusieurs de ces dispositifs répartis entre l'antenne émettrice circulaire de l'IRM et le patient, l'homogénéité du champ magnétique peut être améliorée significativement et donne une image correcte des zones que l'on veut examiner. Les chercheurs ont mené leurs expérimentations dans un appareil d'IRM 7 teslas de Siemens, sur un modèle de tête qui reproduit les caractéristiques électromagnétiques du corps humain.

L'objectif est maintenant d'améliorer encore l'efficacité du dispositif tout en réduisant son encombrement. Mais aussi d'étendre le principe à l'examen du corps entier. C'est en particulier l'objectif du projet européen M-Cube démarré en janvier 2017, coordonné par Aix-Marseille Université.

Notes:
(1) CNRS/AMU/Ecole centrale de Marseille
(2) Brevet "Procédé de contrôle de la répartition du champ magnétique radiofréquence dans un système d'imagerie par résonance magnétique", en copropriété CNRS/AMU/ECM/CEA, déposé le 29/03/2016.
(3) Multiwave Innovation fait partie du groupe Multiwave Technologies SA, société genevoise spécialiste de technologies utilisant des métamatériaux. Multiwave Innovation axe ses travaux sur la conception d'antennes IRM ultra haut champ (UHC).

Contacts chercheurs:
- Stefan Enoch / Institut Fresnel
- Panos Antonakakis / Multiwave Innovation