Nous présentons ici quelques exemples d’applications des antennes HTS en IRM du petit animal, qui démontrent les améliorations les plus significatives réalisées dans ce domaine. De façon générale, les résultats obtenus par les différentes équipes du domaine présentent des gains par rapport à une antenne en cuivre de même géométrie allant typiquement d’un facteur 2 jusqu’à plus d’un ordre de grandeur [89] pour les applications sur le petit animal. La variabilité du gain obtenu s’explique par le choix de l’intensité de champ magnétique et de la taille d’antenne, ainsi que par des choix méthodologiques différents. Avec une antenne HTS de 12 mm de diamètre conçue pour un champ de 1,5 T le gain maximal obtenu pour les applications sur la souris est de l’ordre de 10 (et jusqu’à plus de 20 pour un échantillon non conducteur [80]).
1. Ex vivo à haut champ
L’équipe de Johnson (Duke University, US) illustre bien le potentiel des antenne HTS pour des applications d’ « histologie » RMN [95]. L’objectif est de repousser au maximum la limite de résolution de la technique d’IRM, en s’approchant de la limite fondamentale de résolution, à savoir le libre parcours moyen des molécules d’eau. Cette limite est fixée par les temps caractéristique de la séquence d’imagerie (de l’ordre de la dizaine de microns pour une observation de 100ms, avec un coefficient de diffusion de l’eau de 2.3 m2s-1 à 37°C). L’antenne supraconductrice utilisée est composée de deux résonateurs (22 mm de diamètre) placés en configuration de Helmholtz, pour assurer une bonne homogénéité du champ magnétique RF.
Cette équipe a démontré la faisabilité de l’IRM à très haute résolution sur de petits volumes ex vivo, tels que le cerveau de souris. Une imagerie non destructive de l’échantillon est possible avec une localisation des structures en très bonne adéquation avec les techniques optiques couramment utilisées en histologie. Ces dernières nécessitent quant à elle de découper l’échantillon en fine coupe de quelques microns en détruisant des zones potentiellement riches en informations. La Figure II-6 montre les résultats récemment obtenus par cette équipe, avec la comparaison avec l’imagerie optique.
Figure II-6 : IRM à très haute résolution sur le cerveau de souris ex vivo à 9,4 T, images extraites de [95] Imagerie IRM du cerveau de souris ex vivo avec une résolution de 10×10 µm2 dans le plan pour une coupe de 20µm (a et b) ; matrice 1024 3,pour un champ de vue de l’image de 10×10×21 mm3. L’image a été acquise en 17 heures sur un aimant vertical à 9,4 T, le RSB moyen est de 18. Pour comparaison, une coupe histologique (résolution < µm) correspondant approximativement au même emplacement est également montrée (c et d). La très haute résolution permet de résoudre de très fine interface entre les tissus (b et d).
Le gain en sensibilité offert par l’utilisation d’un fort champ magnétique permet de réaliser de l’imagerie à très forte résolution en condition ex vivo (petit volume, acquisition longue). La qualité d’image est suffisamment bonne pour abaisser la résolution à près de 1 pL! Dans ces conditions le gain apporté par l’antenne HTS est néanmoins limité ; les auteurs rapportent un gain moyen d’un facteur 2 seulement par comparaison à une antenne en cuivre de même taille.
Une plus petite taille d’antenne serait judicieuse pour une telle intensité de champ (voir Figure II-2, pour 9.4 T ≈ 400 MHz). La géométrie retenue par cette équipe bénéficie aux échantillons de petite taille (limité à quelques cm3) ou non conducteur (gain en RSB d’un facteur 4.2 d’après les auteurs), à mettre en relation avec leur choix stratégiques (intensité de champ, taille et type d’échantillon ou d’antenne). Par ailleurs, l’accessibilité restreinte d’un tel système limite considérablement la possibilité d’applications in vivo.
2. In vivo sur un imageur clinique
Dans le cadre d’applications in vivo, de telles résolutions ne sont pas accessibles en raison du temps d’acquisition limité et d’éventuels mouvements de l’animal. En effet le RSB est proportionnel au volume du voxel et simplement à la racine carré du temps d’acquisition. La durée de l’examen doit donc être considérablement augmentée pour gagner en résolution lorsqu’on se situe en limite de sensibilité de l’appareil. L’apport des antennes HTS est alors particulièrement important. On présente ici les images de plus hautes résolutions acquises à ce jour en imagerie IRM in vivo à 1,5 T (60×60×60 µm3). Elles ont été obtenues au laboratoire de l’U2R2M avec l’antenne 12 mm MRLR présentée précédemment et sont publiées dans un récent article [80] . A titre de comparaison, une résolution de (50 µm)3 a récemment été obtenue
sur des embryons de souris avec une antenne conventionnelle à 7T et en une quinzaine d’heures [96].
Ici le temps d’acquisition est très nettement réduit avec l’antenne HTS et reste largement acceptable, de une à quelques dizaines de minutes selon la charge induite par l’objet et sa taille qui dicte l’étendu de l’espace à coder pour éviter les artefacts de repliement. La Figure II-7 montre les résultats typiquement obtenus sur un modèle de tumeur implantée en sous-cutanée et sur le cerveau de souris.
Pour les deux exemples présentés, le gain obtenu grâce à l’utilisation d’une antenne HTS en comparaison à une antenne de même géométrie en cuivre était de 12 et de 10 sur la tumeur et le cerveau de souris respectivement ; par ailleurs on se situait a 22 % et 13 % en dessous de la limite de RSB intrinsèque. Cela témoigne donc d’une bonne optimisation du capteur pour ces régions d’intérêt. La disponibilité des appareils cliniques 1,5 T devrait permettre à l’avenir si les applications trouvent un débouché important de généraliser l’utilisation des antennes HTS sur ces appareils pour l’imagerie du petit animal.
a) Imagerie d’un modèle de tumeur humaine implantée chez la souris
b) Imagerie du cerveau de souris
Figure II-7 : IRM à haute résolution sur la souris in vivo à 1 .5 T, images extraites de [80]
Pour les deux régions anatomiques, les images IRM sont comparées avec les coupes histologiques correspondantes obtenues après excision de la région correspondante (à droite). a) L’IRM sur la tumeur a été réalisée après injection d’un produit de contraste (Gd-DOTA, non spécifique) ce qui contribue beaucoup à différencier les structures tissulaires ; l’image a été acquise en 15 minutes environ et la résolution est de (60µm)3. b) L’image de haute résolution (au centre) a été obtenue en 40 minutes avec une résolution de 60×60×300 µm3. Le temps d’image relativement long ici s’explique par une pondération T2 qui nécessitait un temps d’écho long, et donc un temps de répétition également long. De nombreux détails y sont visibles en comparaison avec une image plus faiblement résolue : (120µm)3 (à gauche).