L'étude est publiée dans la revue PRX Quantum .

Les scanners IRM sont utilisés quotidiennement par les médecins et les professionnels de la santé pour obtenir un aperçu unique du corps humain. Ils sont notamment utilisés pour étudier le cerveau, les organes vitaux et autres tissus mous au moyen d'images 3D d'une qualité exceptionnelle par rapport aux autres types d'imagerie médicale.

Même si cela rend cet outil avancé inestimable et presque indispensable pour les professionnels de la santé, il reste encore place à l'amélioration.

Les puissants champs magnétiques à l’intérieur des scanners IRM présentent des fluctuations qui créent des erreurs et des perturbations dans les analyses. Par conséquent, ces machines coûteuses (des centaines d'euros par heure) doivent être étalonnées régulièrement pour réduire les erreurs.

Il existe également des méthodes de numérisation spéciales, qui ne peuvent malheureusement pas être mises en œuvre dans la pratique aujourd'hui. Parmi elles, des séquences dites en spirale qui pourraient réduire le temps d'analyse, par exemple lors du diagnostic de caillots sanguins, de sclérose et de tumeurs.

Les séquences spirales constitueraient également un outil intéressant dans la recherche en IRM, où elles pourraient, entre autres, apporter aux chercheurs et aux professionnels de la santé de nouvelles connaissances sur les maladies cérébrales. Mais en raison du champ magnétique très instable, effectuer ce type d'analyse n'est actuellement pas une option.

En théorie, le problème peut être résolu avec un capteur qui lit et cartographie les changements dans le champ magnétique. Par la suite, il est relativement simple de corriger les erreurs des images avec un ordinateur. En pratique, cela s'avère difficile avec la technologie actuelle, car autrement des capteurs appropriés interfèrent avec le champ magnétique car ils sont électriques et connectés à des câbles métalliques.

Une nouvelle invention espère faire de ce problème une chose du passé. Pour lutter contre ce problème, un chercheur de l'Institut Niels Bohr et du Centre danois de recherche sur la résonance magnétique (DRCMR) a développé un capteur qui utilise la lumière laser dans des câbles à fibres et un petit récipient en verre rempli de gaz. Le prototype est prêt et fonctionne.

"Nous avons d'abord démontré que c'était théoriquement possible, et maintenant nous avons prouvé que cela peut être fait dans la pratique. En fait, nous disposons désormais d'un prototype qui peut essentiellement effectuer les mesures nécessaires sans perturber le scanner IRM.

"Il doit être développé davantage et affiné, mais il a le potentiel de rendre les examens IRM moins chers, meilleurs et plus rapides, mais pas nécessairement les trois à la fois", déclare Hans Stærkind, postdoctorant à l'Institut Niels Bohr et au DRCMR à Hvidovre. Hôpital. Stærkind est le principal architecte derrière le capteur et le dispositif qui l'accompagne.

« Un scanner IRM peut déjà produire des images incroyables si l'on prend son temps. Mais avec l'aide de mon capteur, il est imaginable d'utiliser le même temps pour produire des images encore meilleures, ou de passer moins de temps tout en obtenant la même qualité que celle obtenue. aujourd'hui. Un troisième scénario pourrait être de construire un scanner moins cher qui, malgré quelques erreurs, pourrait toujours fournir une qualité d'image décente avec l'aide de mon capteur", explique le chercheur.

Comment fonctionne le prototype

Les scanners IRM utilisent de puissants aimants pour produire un champ magnétique puissant qui force les protons présents dans l'eau, les glucides et les protéines du corps à s'aligner sur le champ magnétique. Lorsque des ondes radio sont pulsées à travers un patient, les protons sont stimulés et sortent temporairement de cet équilibre.

Lorsqu'ils reviennent ensuite à l'alignement avec le champ magnétique, ils libèrent des ondes radio qui peuvent être utilisées pour former des images 3D en temps réel de tout ce qui est numérisé.

Le prototype de Hans Stærkind fonctionne à l'aide d'un dispositif d'envoi et de réception de lumière laser qui ressemble à un système stéréo des années 1990. Il envoie la lumière laser à travers des câbles à fibres optiques, c'est-à-dire sans aucun métal, et vers quatre capteurs situés dans le scanner.

À l'intérieur des capteurs, la lumière traverse un petit récipient en verre contenant du césium gazeux, qui absorbe la lumière aux bonnes fréquences lumineuses.

"Lorsque le laser a juste la bonne fréquence lors de son passage à travers le gaz, il se produit une résonance entre les ondes lumineuses et les électrons des atomes de césium. Mais la fréquence (ou longueur d'onde) à laquelle cela se produit change lorsque le gaz est exposé à un champ magnétique.

"De cette façon, nous pouvons mesurer la force du champ magnétique en déterminant quelle est la bonne fréquence. Cela se produit de manière entièrement automatique et rapide comme l'éclair par l'appareil récepteur", explique le chercheur.

Lorsque des perturbations se produisent dans le champ magnétique ultra-puissant d'un scanner IRM, le prototype de Stærkind cartographie où elles se produisent dans le champ magnétique et dans quelle mesure le champ a changé. Dans un avenir proche, cela pourrait signifier que les images perturbées et défectueuses pourraient être corrigées, sur la base des données collectées par les capteurs, et ensuite rendues précises et entièrement utilisables.

Innovation avec des perspectives commerciales – lorsque les données sont disponibles

Le prototype est actuellement hébergé au DRCMR de l'hôpital Hvidovre de Copenhague, où l'idée a également été conçue.

"L'idée originale est venue de mon superviseur ici au DRCMR, Esben Petersen, qui n'est malheureusement plus parmi nous. Il a vu un énorme potentiel dans le développement d'un capteur basé sur des lasers et des gaz, capable de mesurer les champs magnétiques sans les perturber." dit Stærkind.

Avec l’aide de physiciens quantiques de l’Institut Niels Bohr, dont le professeur Eugene Polzik, Stærkind a transformé cette idée en une véritable théorie. Et avec le prototype, il a désormais mis cette théorie en pratique.

"Le prototype est conçu de telle manière qu'il convient déjà dans des contextes hospitaliers en tant qu'instrument robuste et fonctionnel. Et jusqu'à présent, nos tests ont montré qu'il fonctionne comme il se doit. On peut imaginer que cette invention sera éventuellement intégré directement dans les nouveaux scanners IRM", explique Stærkind.

Pour l'instant, le prototype sera développé davantage afin que ses mesures deviennent encore plus précises.

"Nous devons collecter des données et les affiner afin qu'elles deviennent continuellement un meilleur outil pour détecter les erreurs dans les examens. Après cela, nous passerons au travail passionnant de correction des erreurs dans les images IRM, et nous le découvrirons dans dans quelles situations et quels types d'analyses notre capteur peut faire une différence significative", explique le chercheur.

Selon Stærkind, le groupe cible immédiat de son capteur sont les unités de recherche en IRM. Mais il espère également que l'un des grands fabricants d'IRM découvrira la nouvelle technologie, à un peu plus long terme.

"Une fois que le prototype aura été affiné dans une version 2.0 et que ses qualités auront été documentées avec de nombreuses données provenant d'examens réels ici à l'hôpital, nous verrons où cela nous mènera. Il a certainement le potentiel d'améliorer les examens IRM d'une manière unique qui peut bénéficier les médecins et, surtout, les patients", explique le chercheur.