Le rapport signal sur bruit des images acquises par IRM augmente avec le champ magnétique du scanner ; en témoignent les images exceptionnelles de cerveau humain acquises avec l'IRM Iseult 11,7 T de NeuroSpin qui ont été dévoilées l'année dernière[1]. Mais ce gain sera d'autant mieux rendu que les antennes qui servent à recevoir le signal IRM sont performantes.
Classiquement, ces antennes sont constituées d'un réseau dense d'éléments de réception répartis tout autour de la tête du patient. En IRM fonctionnelle à très haut champ, avec la montée en résolution du « film » 3D du cerveau, se pose alors le problème de l'énorme quantité de données collectées à partir de ces multiples éléments de réception : d'une part, des capacités de stockage dimensionnées en conséquence sont nécessaires et, d'autre part, cela peut compliquer et rallonger les temps de reconstruction d'images.
Une alternative est de ne cibler qu'une région cérébrale et de collecter les données relatives à une fraction de cerveau. Il n'est alors pas nécessaire que le rapport signal sur bruit soit poussé pour l'intégralité du cerveau. En particulier, les lobes temporaux, associés au langage et à la reconnaissance des concepts, sont une cible privilégiée de beaucoup de neuroscientifiques.
Fort de ce constat, un projet dirigé par Alexis Amadon et réunissant son équipe au sein du laboratoire METRIC (UMR BAOBAB / NeuroSpin), l'IRFU et la société Multiwave Technologies (à Marseille) est né pour concevoir et développer une antenne ciblant uniquement les lobes temporaux. Et c'est ainsi qu'ils ont recouvert un bonnet en néoprène, au niveau des lobes temporaux, d'un réseau de réception à 32 canaux composé de boucles hexagonales disposées en nid d'abeilles.
Les boucles fonctionnent avec une technologie dite « à haute-impédance », qui permet de garder le même rapport signal sur bruit quelle que soit la taille de la tête. Des préamplificateurs miniaturisés faits maison à faible impédance sont montés directement sur les boucles, assurant le découplage des boucles dans une conception compacte et modulaire.
À l'aide d'un fantôme anatomique, le rapport signal/bruit et les performances d'imagerie parallèle du bonnet ont été comparées à ceux de l'antenne Iseult qui a donné les premières images de cerveaux in-vivo.
Les résultats publiés dans
Magnetic Resonance in Medicine (référence 1) montrent un rapport signal sur bruit du réseau développé spécifiquement pour les lobes temporaux 1,7 fois supérieur dans cette région par rapport à l'antenne faite pour le cerveau entier, avec des gains atteignant un facteur 4 dans la périphérie, là où se situe l'essentiel du cortex cérébral. Les capacités d'imagerie parallèle sont également améliorées dans cette région, ce qui devrait permettre d'accélérer davantage les acquisitions, sans dommage sur la qualité des images.
Le développement d’éléments de réception ultra-performants pour les antennes d’IRM se poursuit au sein du laboratoire METRIC. Notamment, l’équipe cherche à mieux comprendre l’impact des couplages sur les performances de ces éléments de réception. Contrairement à une idée répandue dans la communauté, leur étude, publiée dans
IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology (référence 2), révèle que le couplage électromagnétique entre les éléments d’un réseau de réception IRM ne change pas le rapport signal-sur-bruit de l’image combinée résultante, dès lors que la composante thermique domine le bruit électronique. Dans cette même étude, les chercheurs comparent aussi deux modèles de simulation de bruit dans les réseaux de réception, et mettent en lumière que le modèle le plus répandu dans la communauté IRM (dit de Roemer) s’écarte de la réalité quand on éloigne les éléments de réception de l’échantillon observé.
Financement européen
Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet européen FET-OPEN
M-ONE, coordonné par Multiwave Technologies.
Contact Institut des science du vivant Frédéric-Joliot :
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Première mondiale : le cerveau dévoilé comme jamais grâce à l’IRM le plus puissant au monde