Les patchs cylindriques sont une alternative à la technologie actuelle utilisée dans les appareils d'IRM. Crédit :Navid Pourramzan Gandji.
Comment rendre un appareil d'IRM haute fréquence plus précis ? En adoptant une approche d'ingénierie électrique pour créer un meilleur, champ magnétique uniforme.
Dans une nouvelle étude publiée dans Transactions sur la théorie et les techniques des micro-ondes , les chercheurs ont découvert que les sondes à radiofréquence avec des structures inspirées des antennes patch microruban augmentent la résolution de l'IRM dans les appareils d'IRM à haute fréquence, par rapport aux bobines de surface conventionnelles utilisées maintenant.
"Quand les fréquences deviennent plus élevées, les longueurs d'onde deviennent plus courtes, et votre champ magnétique perd son uniformité, " dit Elena Semouchkina, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l'Université technologique du Michigan. "L'uniformité est importante pour les images haute résolution, nous avons donc proposé une nouvelle approche pour développer ces sondes."
Une conception commune, Accordé avec l'optique
Semouchkina explique que le type d'antenne que vous voyez en haut d'un immeuble n'est pas tout à fait le même que celui utilisé ici, mais plutôt, la conception de l'équipe a été inspirée par l'antenne patch microruban (MPA). La conception est relativement simple :les AMP sont constituées d'un morceau de métal plat mis à la terre par un morceau de métal plus gros. Ils sont bon marché, simple et facile à faire, c'est pourquoi ils sont souvent utilisés dans les télécommunications.
Les IRM fonctionnent en émettant des impulsions de radiofréquence dans un champ magnétique via des sondes avec des bobines ou des structures en forme de cage à oiseaux. Cela est ensuite utilisé pour créer une image.
Sondes radiofréquences proposées pour créer un champ magnétique homogène au sein d'un fantôme à l'étude :sonde de surface à patch multidiélectrique unique (en haut à gauche), sonde volumique composée de deux sondes patch diélectriques placées en vis-à-vis (en bas à gauche), sonde de volume composée de deux patchs cylindriques (en haut à droite) et de patchs à profil cosinus (en bas à droite). Crédit :Navid P. Gandji
Mais ces bobines conventionnelles ont des limites de fréquence :trop élevées et elles ne peuvent pas créer de champs magnétiques uniformes au volume dont les chercheurs ont besoin.
Les AMP sont une alternative où les ondes oscillent dans la cavité formée entre le patch et les électrodes du plan de masse, qui sont accompagnés de courants dans l'électrode patch et, respectivement, champs magnétiques oscillants autour du patch, fournissant un champ magnétique à la fois uniforme et puissant.
"Alors que la complexité des bobines de cage à oiseaux augmente avec l'augmentation de la fréquence de fonctionnement, les sondes à base de patch peuvent fournir des performances de qualité dans la gamme des micro-ondes plus élevée tout en ayant une structure relativement simple, " dit Semouchkina. Ils ont également montré des pertes de rayonnement plus faibles, les rendant compétitifs avec, et encore mieux, que les bobines conventionnelles.
Appareils d'IRM à haute fréquence – et capes d'invisibilité
En raison des dommages causés aux humains par les ondes radio à haute fréquence, l'étude s'est limitée aux machines à haute fréquence, pas au tube métallique que nous avons l'habitude de voir dans les hôpitaux et les centres médicaux. Les humains ne peuvent maintenir des forces que jusqu'à sept Teslas, mais des champs ultra-élevés jusqu'à 21,1 Teslas peuvent être utilisés dans des tests sur des modèles animaux, et dans des échantillons de tissus.
Semouchkina est déjà connue pour son travail sur les capes d'invisibilité, qui impliquent de rediriger les ondes électromagnétiques autour d'une zone pour cacher un objet. "Nous utilisons certaines des mêmes approches que nous avons développées dans les dispositifs de dissimulation ici, comme rendre l'antenne plus petite, " elle a dit.
Cette étude a été menée avec Navid P. Gandji et George Semouchkin de Michigan Tech, et Gangchea Lee, Thomas Neubereger et Micheal Lanagan de l'Université d'État de Pennsylvanie. La prochaine étape de l'équipe est de continuer à appliquer l'ingénierie électrique pour modifier ces sondes afin de les faire mieux fonctionner, et d'élargir encore les possibilités des appareils d'IRM à haute fréquence et des images qu'ils créent.
