Une antenne en céramique améliore la qualité des images par résonance magnétique

Résultat scientifique Génie électrique

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 sur bruit. Ces résultats ont été publiés dans la revue Advanced Materials.

L’antenne de référence utilisée habituellement en microscopie par IRM est une bobine de cuivre qui crée un champ magnétique variable 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 Fresnel (CNRS/Centrale Marseille/AMU), de NeuroSpin (CEA) et leurs collègues de Russie ont mis au point une nouvelle antenne céramique permettant de surpasser ces limites. En effet, le matériau, conçu par une entreprise russe, permet de combiner un champ magnétique très intense avec un minimum de champ électrique dans l'échantillon.

Les chercheurs ont dans un premier temps conçu le design de l’antenne pour que son mode de résonance corresponde à la fréquence 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 de la céramique, i.e sa réponse au champ électromagnétique 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. L’antenne, d’un diamètre 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 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 de la céramique à la fréquence de travail des différentes machines.

Amélioration du RSB lors de l’imagerie d’un échantillon de houx
Amélioration du RSB lors de l’imagerie d’un échantillon de houx.
À gauche, représentation schématique du champ magnétique généré par chaque sonde.
Au milieu, distribution du champ magnétique dans une coupe sagittale, estimée par simulation numérique. À droite, image obtenue par MRM de l’échantillon de houx.
© Fresnel

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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Communication INSIS
Marine Moussu
Institut Fresnel