Des scientifiques des Pays-Bas et de Russie ont conçu et testé pour la première fois une nouvelle technologie basée sur les métasurfaces pour améliorer la sensibilité locale des scanners IRM sur les humains. La métasurface est constituée de fines bandes résonantes disposées périodiquement. Placé sous la tête d'un patient, il a fourni des signaux beaucoup plus élevés de la région cérébrale locale. Les résultats publiés dans Rapports scientifiques , montrer que l'utilisation de métasurfaces peut potentiellement réduire le temps d'acquisition des images, améliorant ainsi le confort des patients, ou acquérir des images à plus haute résolution pour un meilleur diagnostic de la maladie.

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique médicale largement utilisée pour l'examen des organes internes, en plus de jouer un rôle majeur en oncologie. Cependant, en raison de son rapport signal sur bruit intrinsèquement plus faible, une IRM prend beaucoup plus de temps à acquérir qu'une tomodensitométrie ou une échographie. Cela signifie qu'un patient doit rester immobile dans un appareil confiné jusqu'à une heure, entraînant une gêne importante pour le patient, et des files d'attente relativement longues dans les hôpitaux.

Des spécialistes du centre médical universitaire de Leiden aux Pays-Bas et de l'université ITMO en Russie ont acquis une IRM humaine avec une sensibilité locale améliorée fournie par une fine métasurface, une structure périodique de bandes de cuivre conductrices. Les chercheurs ont attaché ces éléments à un substrat flexible mince et les ont intégrés à des matrices de bobines de réception bien ajustées à l'intérieur du scanner IRM.

"Nous avons placé une telle métasurface sous la tête du patient, après ça, la sensibilité locale a augmenté de 50 pour cent. Cela nous a permis d'obtenir des signaux d'image et spectroscopiques plus élevés du cortex occipital. De tels dispositifs pourraient potentiellement réduire la durée des études IRM et améliorer son confort pour les sujets, " dit Rita Schmidt, le premier auteur de l'article et chercheur au département de radiologie du centre médical universitaire de Leiden.

La métasurface, placé entre un patient et les bobines de réception, améliore le rapport signal sur bruit dans la région d'intérêt. "Ce ratio limite la sensibilité IRM et la durée de l'intervention, " note Alexeï Slobozhanyuk, chercheur au Département de nanophotonique et métamatériaux de l'Université ITMO. "Souvent, les balayages doivent être répétés plusieurs fois et les signaux additionnés. L'utilisation de cette métasurface réduit cette exigence. Classiquement, un examen qui prend maintenant 20 minutes peut n'en avoir besoin que de 10 à l'avenir. Un hôpital qui accueille 10 patients par jour pourra en soigner 20 avec notre développement."

Alternativement, selon les scientifiques, la métasurface pourrait être utilisée pour augmenter la résolution de l'image. "La taille des voxels, ou des pixels 3D, est également limité par le rapport signal sur bruit. Au lieu d'accélérer la procédure, nous pouvons adopter une approche alternative et acquérir des images plus détaillées, " dit Andrew Webb, le chef de projet, professeur de radiologie au centre médical universitaire de Leiden.

Jusqu'à maintenant, personne n'a intégré de métamatériaux dans des matrices de réception ajustées parce que leurs dimensions sont beaucoup trop grandes. La nouvelle conception ultra-mince de cette métasurface a aidé à résoudre le problème.

"Notre technologie peut être appliquée pour produire des métamatériaux inspirés, appareils ultra-minces pour de nombreux types d'IRM, mais dans chaque cas, il faut d'abord effectuer une série de simulations informatiques, comme nous l'avons fait dans ce travail. Il faut s'assurer que la métasurface est correctement couplée, " conclut Rita Schmidt.