Thèmes de recherche

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- Thème 1 : Modélisation électromagnétique radiofréquence (RF) en champ proche

La modélisation est un outil essentiel d’aide à la conception d’antennes IRM, quand il s’agit optimiser leur sensibilité et leur réponse spatiale en tenant compte des interactions radiofréquence (RF) avec le sujet et avec les structures environnantes, puis entre les antennes elles-mêmes (réseaux). Elle pose également des questions complexes de convergence mathématique aux numériciens, notamment dans les conditions de "champ proche intermédiaire" propres à l’IRM. En effet la longueur d’onde est comparable à la longueur des enroulements inductifs dans les résonateurs miniatures à ligne de transmission que développe l’équipe, et aux dimensions du sujet dans les imageurs à haut champ. La recherche sur ce sujet est donc à double orientation, fondamentale et applicative. Elle exploitera au maximum la complémentarité d’une approche mathématique rigoureuse, propre à l’équipe, potentiellement capable de modéliser des antennes en matériau HTS, et d’une mise en œuvre des logiciels commerciaux, plus conviviaux mais basés sur des traitements approximatifs et limités.

-Thème 2 : Technologie des antennes IRM

La maîtrise de la miniaturisation des antennes IRM est un enjeu important de l’équipe, qui cherche à améliorer, grâce au filtrage par l’antenne du bruit RF émis par l’échantillon, la résolution spatiale et temporelle en micro-IRM localisée sur des petites régions anatomiques chez l’homme, chez le petit animal in vivo, ou sur des spécimens tissulaires. Cette voie mène au concept de résonateur monolithique facilement intégrable et rendu supraconducteur (matériau HTS, à haute température critique) ou flexible (cuivre micromoulé sur substrat souple). Un autre enjeu majeur est celui des antennes IRM à ultra-haut champ, où les problèmes de propagation RF se conjuguent avec le développement d’approches d’imagerie "massivement" parallèle requérant des réseaux d’antennes à haute densité. Enfin, la perspective de techniques d’imagerie multimodale multiplexée exige de faire cohabiter des outils d’investigation multi-physiques avec pour l’IRM un souci crucial de compatibilité électromagnétique. Tous ces aspects poussent l’équipe à rechercher et approfondir de nouvelles voies technologiques. La proximité immédiate, d’une part du centre d’IRM à ultra-haut champ Neurospin sur le plateau de Saclay, d’autre part avec les équipes de l’Institut d’Électronique Fondamentale et ses 1000 m2 de centrale de micro-nanotechnologie (CTU Minerve), constitue un environnement particulièrement stimulant dans ce sens.

Pour approfondir : Antennes miniatures en cuivre, Automatisation de l’accord en fréquence et Détecteurs radiofréquence supraconducteurs

- Thème 3 : Outils de contraste spécifique
L’amélioration de la spécificité en imagerie médicale est un enjeu majeur, auquel l’IRM est confrontée du fait de sa complexité. L’IRM donne notamment accès à une grande variété de paramètres physicochimique disponibles à des échelles différentes de dynamique temporelle (relaxation, mouvements physiologiques, circulation sanguine et perfusion) et de dimension spatiale (de la morphologie des organes jusqu’aux interactions moléculaires). Cet ensemble d’outils quantitatifs peut se conjuguer pour caractériser les architectures tissulaires et/ou les fonctions de l’organisme, ainsi que pour effectuer le suivi interventionnel d’approches thérapeutiques localisées. Cependant la mise en œuvre et la validation de tels outils pose des questions méthodologiques et instrumentales difficiles, que l’équipe cherchera à résoudre en collaboration avec les autres équipes de l’IR4M. Un axe de recherche sous-jacent propre à l’équipe est l’exploration d’alternatives à la voie classique, qui consiste à accroître l’intensité du champ magnétique directeur, pour améliorer la sensibilité de l’observation IRM.

- Thème 4 : IRM de l’hélium-3 hyperpolarisé

L’IRM de l’hélium-3 hyperpolarisés, qui permet de visualiser en temps réel la distribution, l’écoulement et la fluctuation du gaz dans les voies aériennes, est en passe de devenir un formidable outil de recherche pour les physiologistes et physiopathologistes du poumon. Cependant, cette technique nécessite un savoir-faire spécialisé en physique expérimentale pour gérer et améliorer le procédé de polarisation, ainsi que des compétences avancées en technologie de l’IRM pour adapter l’appareil d’imagerie au traitement du signal de l’hélium-3 (de fréquence 30 % inférieure à l’hydrogène). Au delà de ces aspects techniques, l’enjeu est de développer des séquences d’acquisition adaptées à la spécificité de l’état hyperpolarisé (décroissance irréversible en quelques secondes de l’aimantation) et aux mouvements rapides du gaz (écoulement et diffusion) dans les voies aériennes. Ainsi, l’objectif essentiel de l’équipe est d’accélérer l’accès à l’information spatiale et temporelle, notamment par la conception de réseaux d’antennes dédiés et de méthodes d’acquisition rapide basées sur des approches d’optimisation de l’échantillonnage (k-t). En forte interaction avec l’équipe E3, cette stratégie devra de plus être adaptée pour optimiser les caractéristiques du contraste en fonction du type d’exploration effectuée : imagerie dynamique de l’asthme, élastographie du parenchyme pulmonaire, administration par voie inhalée de particules marquées magnétiquement.

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