Une petite structure annulaire en plastique et en cuivre pourrait-elle amplifier les capacités d'imagerie déjà puissantes d'un appareil d'imagerie par résonance magnétique (IRM) ? Xin Zhang, Stéphane Anderson, et leur équipe du Boston University Photonics Center peut clairement imaginer un tel exploit. Forts de leurs expertises combinées en ingénierie, la science des matériaux, et imagerie médicale, Zhang et Anderson, avec Guangwu Duan et Xiaoguang Zhao, conçu un nouveau métamatériau magnétique, signalé dans Physique des communications , qui peut améliorer la qualité de l'IRM et réduire de moitié le temps d'analyse.

Zhang et Anderson affirment que leur métamatériau magnétique pourrait être utilisé comme technologie additive pour augmenter la puissance d'imagerie des appareils d'IRM de moindre résistance, augmenter le nombre de patients vus par les cliniques et diminuer les coûts associés, sans aucun des risques liés à l'utilisation de champs magnétiques plus puissants. Ils envisagent même d'utiliser le métamatériau avec une IRM à ultra-faible champ, qui utilise des champs magnétiques des milliers de fois inférieurs aux machines standard actuellement utilisées. Cela ouvrirait la porte à la technologie IRM pour devenir largement disponible dans le monde entier.

"Ce [métamatériau magnétique] crée une image plus claire qui peut être produite à plus du double de la vitesse" d'une IRM actuelle, dit Anderson, professeur de radiologie à la faculté de médecine et vice-président de la recherche au département de radiologie du Boston Medical Center.

L'IRM utilise des champs magnétiques et des ondes radio pour créer des images d'organes et de tissus du corps humain, aider les médecins à diagnostiquer des problèmes ou des maladies potentiels. Les médecins utilisent l'IRM pour identifier des anomalies ou des maladies dans les organes vitaux, ainsi que de nombreux autres types de tissus corporels, y compris la moelle épinière et les articulations. "[L'IRM] est l'un des systèmes les plus complexes inventés par les êtres humains, " dit Zhang, un College of Engineering professeur de génie mécanique, génie électrique et informatique, génie biomédical, science et ingénierie des matériaux, et professeur au Photonics Center.

En fonction de la partie du corps analysée et du nombre d'images nécessaires, une IRM peut prendre jusqu'à une heure ou plus. Les patients peuvent faire face à de longs délais d'attente lors de la planification d'un examen et, pour le système de santé, l'exploitation des machines est longue et coûteuse. Renforcement de l'IRM à partir de 1,5 T (le symbole de tesla, la mesure de l'intensité du champ magnétique) à 7,0 T peut certainement "augmenter le volume" des images, comme le décrivent Anderson et Zhang. Mais bien que des IRM de plus haute puissance puissent être réalisées en utilisant des champs magnétiques plus puissants, ils comportent une multitude de risques pour la sécurité et des coûts encore plus élevés pour les cliniques médicales. Le champ magnétique d'un appareil d'IRM est si puissant que des chaises et des objets de l'autre côté de la pièce peuvent être aspirés vers l'appareil, ce qui présente des dangers pour les opérateurs et les patients.

Le métamatériau magnétique conçu par les chercheurs de l'Université de Boston est composé d'un ensemble d'unités appelées résonateurs hélicoïdaux - des structures de trois centimètres de haut créées à partir de plastique imprimé en 3D et de bobines de fil de cuivre mince - des matériaux qui ne sont pas trop sophistiqués. les leurs. Mais mis ensemble, les résonateurs hélicoïdaux peuvent être regroupés dans un réseau flexible, assez souple pour couvrir la rotule d'une personne, abdomen, diriger, ou toute partie du corps nécessitant une imagerie. Lorsque le tableau est placé près du corps, les résonateurs interagissent avec le champ magnétique de la machine, augmenter le rapport signal sur bruit (SNR) de l'IRM, "monter le volume de l'image" comme dit Anderson.

"Beaucoup de gens sont surpris par sa simplicité, " dit Zhang. " Ce n'est pas du matériel magique. La partie « magique » est le design et l'idée."

Pour tester le réseau magnétique, l'équipe a scanné des cuisses de poulet, tomates, et raisins à l'aide d'une machine de 1,5 T. Ils ont découvert que le métamatériau magnétique produisait une augmentation de 4,2 fois du SNR, une amélioration radicale, ce qui pourrait signifier que des champs magnétiques plus faibles pourraient être utilisés pour prendre des images plus claires qu'il n'est actuellement possible.

Maintenant, Zhang et Anderson espèrent s'associer à des collaborateurs de l'industrie afin que leur métamatériau magnétique puisse être adapté en douceur aux applications cliniques du monde réel.

"Si vous êtes en mesure de fournir quelque chose qui peut augmenter le SNR d'une marge significative, nous pouvons commencer à réfléchir à des possibilités qui n'existaient pas avant, " dit Anderson, comme la possibilité d'avoir une IRM à proximité des champs de bataille ou dans d'autres endroits éloignés. « Pouvoir simplifier cette technologie de pointe est très attrayant, " il dit.