Extrêmement bas

Un scanner IRM cérébral compact à ultrafaible champ (ULF) qui ne nécessite pas de blindage magnétique ou radiofréquence et qui est acoustiquement silencieux pendant le balayage a été développé à l’Université de Hong Kong. Les faibles coûts de fabrication et d’exploitation du scanner renforcent le potentiel de la technologie IRM ULF pour répondre aux besoins cliniques des hôpitaux des pays à revenu faible et intermédiaire, ainsi que des établissements médicaux sur le lieu des soins tels que les blocs opératoires et les salles d’urgence.

L’IRM est l’outil clinique le plus précieux utilisé pour évaluer les lésions et les troubles cérébraux, mais selon l’Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE), environ 70% de la population mondiale y a peu ou pas accès. Les scanners IRM supraconducteurs à haut champ (1,5 T et 3,0 T) sont coûteux. En plus des coûts d’acquisition d’environ 1 à 3 millions de dollars, ces scanners sont coûteux à installer en raison des exigences d’infrastructure et ont des coûts de maintenance élevés. Tous ces facteurs représentent un obstacle majeur à l’accessibilité de l’IRM.

L’imagerie IRM utilisant les technologies ULF offre la promesse de soins de santé accessibles avec des scanners simples à intégrer, à entretenir et à utiliser. Dirigée par Ed X Wu, professeur Lam Woo au Laboratoire d’imagerie biomédicale et de traitement du signal, l’équipe de Hong Kong a mis au point un scanner IRM cérébral ULF à aimant permanent, à faible coût, à faible bruit, à faible consommation et sans blindage.

Le système prototype, décrit dans Nature Communications, est basé sur un aimant compact à deux pôles de samarium-cobalt permanent (SmCo) de 0,055 T, avec des dimensions de 95,2 x 70,6 x 49,7 cm et une ouverture frontale de 29 x 70 cm pour l’accès des patients. Le scanner a un encombrement d’environ 2 m2 et peut être utilisé à partir d’une prise de courant CA standard. L’équipe estime que la machine pourrait être construite en quantité avec des coûts de matériaux inférieurs à 20 000 $.

La configuration du scanner permet la formation d’images à l’aide de divers protocoles universellement adoptés pour l’imagerie cérébrale clinique, y compris la récupération par inversion atténuée par fluide (FLAIR) et l’imagerie pondérée en diffusion (DWI). En s’appuyant sur les méthodologies développées pour les scanners IRM à haut champ, le système ULF offre un haut niveau de flexibilité pour le développement de futurs protocoles IRM ULF.

Les chercheurs ont développé une technique d’annulation des interférences électromagnétiques (EMI) basée sur l’apprentissage profond pour modéliser, prédire et supprimer les signaux EMI externes et internes des signaux IRM. Cette procédure d’annulation EMI élimine le besoin d’une cage de blindage RF traditionnelle. Pendant ce temps, la stabilité à haute température de SmCo élimine le besoin de tout système de régulation de la température des aimants pour stabiliser les champs dépendants de la température.

Wu et ses collègues ont optimisé quatre des protocoles cliniques d’IRM cérébrale les plus courants – pondérés T1, pondérés T2, FLAIR et DWI – pour produire des rapports signal sur bruit (SNR) et des caractéristiques de contraste similaires à celles des images cliniques IRM à haut champ.

Après des tests sur des fantômes, les chercheurs ont utilisé le scanner pour imager 25 patients atteints de maladies neurologiques (tumeurs cérébrales, AVC chroniques et hémorragies intracérébrales chroniques), en utilisant ces quatre protocoles. Les patients ont ensuite subi les mêmes examens sur le scanner 3 T de l’hôpital. Les examens ont duré en moyenne environ 30 minutes avec le scanner 0,055 T, comparativement à 20 minutes avec le système 3 T.

Un radiologiste clinique principal a évalué les scans des patients pour déterminer quelles lésions spécifiques pouvaient être observées dans les images 0,055 T. Le scanner prototype a détecté la plupart des pathologies clés dans les examens des 25 patients, avec une qualité d’image similaire à celle produite par le scanner 3 T.

L’un des principaux avantages du nouveau scanner est qu’il produit moins d’artefacts lors de l’imagerie d’implants tels que des clips métalliques et des stents cérébrovasculaires. « En utilisant ULF, les implants métalliques présentent non seulement moins d’artefacts, mais subissent également beaucoup moins de forces mécaniques et de chauffage induit par RF », écrivent les chercheurs. « La présence de matériaux paramagnétiques (titane et alliages de titane) et ferromagnétiques (cobalt, nickel et alliages associés) dans les clips d’anévrisme et les stents cérébrovasculaires n’a pas induit d’artefacts grossiers. »

En tant que tel, le scanner ULF devrait permettre l’IRM des patients porteurs d’implants médicaux métalliques ou de fragments métalliques liés à un accident, qui ne seraient autrement pas candidats à l’IRM conventionnelle à haut champ.

Wu pense que la technologie ULF n’est pas conçue pour concurrencer l’IRM traditionnelle, mais pour la compléter. « Avec une intensité de champ inférieure de près de deux ordres de grandeur à celle de l’IRM traditionnelle, la qualité de l’image est inévitablement moins attrayante simplement en raison de la physique de l’IRM : intensité de champ plus faible, signal MR plus faible, moins de jeu », dit-il. Cependant, les signaux IRM et la physique ont de nombreuses propriétés attrayantes à ultra-faible champ, en termes d’acquisition de données et de formation d’images.

« Je crois que l’informatique et le big data feront partie intégrante et inévitable de la future technologie IRM », ajoute Wu. « Compte tenu de la nature intrinsèquement 3D, hautement quantitative et sans ionisation de l’IRM, je pense que les technologies IRM largement déployées conduiront à d’immenses opportunités dans la formation et le diagnostic futurs d’images IRM basées sur les données dans les soins de santé. Cela conduira à des applications d’IRM clinique peu coûteuses, efficaces et plus intelligentes. »

IRM à champ élevé ou à champ bas : est-il temps de repenser ?

Les chercheurs ont choisi de développer une IRM cérébrale ULF en raison de « l’immense besoin et de la valeur de l’IRM dans le diagnostic et le pronostic de diverses maladies et lésions neurologiques », notant qu’environ 30% des cas cliniques d’IRM impliquent le cerveau.

En fin de compte, ils espèrent que le développement de telles technologies d’IRM ULF permettra aux scanners IRM centrés sur le patient et indépendants du site de répondre aux besoins cliniques non satisfaits dans divers sites de soins de santé mondiaux, avec le potentiel de démocratiser l’IRM pour les pays à revenu faible et intermédiaire. À cette fin, l’équipe met gratuitement à disposition le code clé et les conceptions qu’elle a développés dans un référentiel public en ligne.