L’imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est usuellement réalisée avec une polarisation des spins nucléaires sous un champ fort de plusieurs Tesla. Une IRM peut aussi être obtenue pour des champs de l'ordre du milliTesla, à condition de disposer d'un détecteur de sensibilité suffisante. L'équipe du SPEC développe de tels détecteurs, composés d'une boucle supraconductrice et d'un capteur magnétique à résistance géante.
La fréquence de précession du moment magnétique total est fonction de l'intensité du champ polarisant (pour l'atome d'hydrogène – proton : 12 MHz à 3 T ; 43 KHz à 1 milliTesla). Source de contraste, les temps de relaxation observables, pour les composantes parallèle et perpendiculaire au champ polarisant, sont ainsi très différents à fort champ et à bas champ. L'IRM bas champ est ainsi une technique complémentaire de l'IRM fort champ.
Le développement de détecteurs de champ magnétique ultra-sensibles permet ainsi le développement par l'équipe de l'IRAMSI/SPEC d'une IRM bas champ, qui au delà de son coût réduit et de sa simplicité de mise en oeuvre, peut permettre des compléments de diagnostic originaux (cancer de la prostate, AVC, suivi de la grande prématurité, corrélations avec la magnéto-encéphalographie, …).
L’imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est largement utilisée pour le diagnostic clinique. Basée sur la détection de la résonance du proton, elle permet d’avoir une image des différents tissus en se basant sur l’influence de ces tissus sur la relaxation (retour à l’équilibre) après une excitation radio fréquence des protons. Elle utilise des forts champs, de l’ordre de 1.5 T ou 3 T, qui permettent d’obtenir un bon signal sur bruit et donc une bonne qualité d’image. Cependant, elle ne permet pas à ce jour de détecter des différences quantitatives entre tissus sains et certaines tumeurs comme dans le cas du cancer de la prostate ou du poumon. Pour cette raison, un certain nombre d’équipes se sont lancées dans l’IRM à très bas champ qui, bien que moins résolue, permet d’obtenir de nombreuses informations avec un système de mesure très peu cher et beaucoup plus accessible.
Travailler à très bas champ demande d’avoir des capteurs magnétiques très sensibles à basse fréquence .Au laboratoire, nous avons développé un nouveau type de capteur magnétique, appelé capteur mixte, composé d’une boucle supraconductrice agissant comme un transformateur flux-champ et d’un capteur à magnétorésistance géante (GMR) (figure 1). Ils permettent d’atteindre un niveau de sensibilité d’environ 100 fT/√Hz (10-15 T/√Hz) sur une surface d’environ 1 cm2. En outre, ils sont extrêmement robustes aux impulsions RF utilisées ainsi qu’aux champs statiques externes.
1 cm2 n’est cependant pas une surface suffisante pour l’étude des tissus humains par IRM. Une solution déjà utilisée avec les SQUIDS pour remédier à ce problème, consiste à coupler le capteur mixte à un transformateur de flux afin d’augmenter le facteur de remplissage (figure 2)
Au cours de sa thèse au LNO (SPEC), Quentin Herreros a réalisé une étude complète de ce système afin d’optimiser son gain. D’autre part, pour tester la robustesse en conditions réelles, l'ensemble a été incorporé dans un dispositif d'IRM compact, constitué d’un cryostat et d’un spectromètre permettant de travailler sur un volume de 5 x 5 x 5 cm3 avec des champs variant de 1 à 8 mT. En parallèle, plusieurs séquences d'acquisition d'imagerie IRM ont été intégrées et adaptées aux conditions de très bas champ. La très bonne fiabilité du système a pu être démontrée par des études de dynamique moléculaire (par relaxométrie) sur des liquides courants et l’acquisition d’images IRM 2D sur des liquides courants (figure 3).
Des images IRM in vivo d’un doigt ont également été obtenues à faible champ (7 mT) mais en utilisant une bobine accordée. Pour obtenir les mêmes images avec le capteur mixte, il est nécessaire de modifier le dispositif cryogénique afin de réduire la distance entre le transformateur de flux et l’échantillon mesuré.
En se basant sur ces résultats, un système permettant de réaliser une image d’une tête entière ou d’une partie du corps a été réalisé et est en cours de tests.
Références :
[1] Very low field magnetic resonance with spintronic sensor,
Q. Herreros, H. Dyvorne, P. Campiglio, G. Jasmin-Lebras, A. Demonti, M. Pannetier-Lecoeur et C. Fermon, Rev. Sci. Instrum. 84, 095116 (2013)
[2] “Very low field MRI”, Thèse Université Quentin Herreros (2013).
[3] Low field MRI with magnetoresistive mixed sensors
N Sergeeva-Chollet, H Dyvorne, J Dabek, Q Herreros, H Polovy, G Le Goff, G Cannies, M Pannetier-Lecoeur and C Fermon, 2011 J. Phys.: Conf. Ser. 303 012055.
Contacts IRAMIS/SPEC : Claude Fermon, Guénaëlle Jasmin-Lebras et Myriam Pannetier-Lecoeur.
