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3/20/01

Dawn Levy, Service des nouvelles (650) 725-1944; courriel : [email protected]

Deux aimants sont moins chers qu’un: les ingénieurs de Stanford construisent un scanner IRM bon marché

Il y a une bonne affaire dans le sous-sol du Packard Electrical Engineering building de Stanford: un scanner d’imagerie par résonance magnétique (IRM) à faible coût. Les scanners IRM prennent des photos nettes de l’intérieur du corps, y compris le cerveau, la colonne vertébrale et les articulations. Les images IRM offrent un meilleur contraste dans les tissus mous comme le cerveau par rapport à d’autres techniques d’imagerie telles que les rayons X, la tomodensitométrie ou l’échographie. Mais les scanners IRM ne sont pas bon marché. Un scanner du corps entier coûte de 1 à 3 millions de dollars et les frais de numérisation peuvent dépasser 1 000 dollars.

« Personnellement, je n’ai jamais aimé le coût de l’IRM. Je suis très économe « , explique Steven Conolly, associé de recherche principal au sein de l’équipe d’ingénierie qui a créé le nouveau scanner IRM. Le professeur émérite d’ingénierie et de radiologie Albert Macovski a inspiré le projet, qui est dirigé par Conolly et l’associé de recherche en ingénierie Greig Scott. L’un des objectifs de l’équipe est de créer un scanner de haute qualité qui se vendrait environ 150 000 $.

Le scanner pourrait devenir utile dans le monde en développement, dit Conolly, ou comme outil de recherche scientifique fondamentale.

L’approche peu coûteuse de l’équipe pour la construction de scanners IRM est pratique et stimulante. Et après cinq ans de travail, les chercheurs ont maintenant leurs premières images humaines en main.

L’astuce, dit Conolly, consiste à utiliser deux aimants résistifs peu coûteux au lieu d’un aimant supraconducteur coûteux.

L’IRM fonctionne en deux étapes. Premièrement, il expose le corps humain à un fort champ magnétique. Certains éléments, y compris les atomes d’hydrogène à l’intérieur de l’eau et de la graisse corporelle, répondent à un fort champ magnétique en s’alignant avec lui, tout comme les limailles de fer s’alignent avec le champ d’un aimant de bureau. Ici, le champ magnétique doit être très fort car les atomes d’hydrogène ne répondent pas aussi facilement à un champ magnétique que la limaille de fer. Les scanners IRM d’aujourd’hui utilisent des aimants aussi puissants que ceux utilisés pour ramasser des voitures dans une décharge.

Une fois que les atomes d’hydrogène se sont alignés, ils créent leur propre signal magnétique. Parce que les atomes d’hydrogène dans différents tissus ont des signaux légèrement différents, le scanner IRM mesure ces différences, détectant le contraste dans une image. Pour cette deuxième étape – mesurer la différence entre, par exemple, un atome d’hydrogène à l’intérieur d’une tumeur et un muscle à l’intérieur – le champ magnétique doit être extrêmement précis, dit Conolly. Le champ ne peut pas varier de plus d’un dix millième de pour cent, ce qui signifie que si la Terre était aussi plate qu’un champ magnétique IRM, la plus haute colline du monde n’aurait que 20 pieds de haut.

Les seuls aimants disponibles aujourd’hui qui soient à la fois très solides et homogènes sont les aimants supraconducteurs. Ils représentent le coût unique le plus élevé d’un scanner IRM. Mais il s’avère, dit Conolly, que l’aimant à l’intérieur d’un scanner IRM n’a pas besoin d’être à la fois fort et cohérent. L’équipe a donc construit un scanner IRM complet à partir de zéro, en utilisant deux aimants pour remplacer l’aimant supraconducteur conventionnel. Le premier aimant est très fort et capable d’aligner les atomes d’hydrogène. Il n’a pas besoin d’être très précis, cependant, et a environ 40% de variation. « C’est comme utiliser une lampe pour éclairer un livre », explique Conolly. « L’intensité lumineuse peut varier de 40% sur la surface de la page, mais tant qu’elle est suffisamment lumineuse, vous pouvez toujours lire la page. »Le deuxième aimant crée un champ magnétique homogène, mais il n’a pas besoin d’être fort. En fait, il est faible, nécessitant la puissance d’environ deux sèche-cheveux. L’équipe d’IRM allume un aimant pour aligner les atomes d’hydrogène et allume l’autre pour enregistrer le signal du corps.

Les deux aimants sont de simples aimants résistifs en cuivre made faits de choses que n’importe qui pourrait trouver dans une quincaillerie. Dès que l’équipe d’IRM de Stanford a créé un scanner fonctionnel, elle a commencé à prendre des photos. L’un des scientifiques de l’équipe, Blaine Chronik, s’est rendu à l’épicerie lorsqu’ils ont commencé à obtenir des données « et a simplement cherché des choses intéressantes à photographier », explique Conolly. « Nous avons essayé des tomates », a déclaré Sharon Ungersma, étudiante diplômée sur le projet, « et des raisins et d’autres aliments. »Bacon a montré le contraste le plus intéressant. La graisse et les rayures musculaires sur le bacon contrastaient fortement les unes avec les autres. Bientôt, l’équipe, y compris les étudiants diplômés Hao Xu et Nate Matter, a commencé à photographier des mains et des poignets humains. Les tranches d’image montrent les os carpiens, les tendons et les tissus mous. « Les images des mains ne sont certainement pas encore de la même qualité que les scanners IRM conventionnels », explique Conolly, « mais nous pouvons réellement parler d’anatomie maintenant. Et nous pouvons mesurer les améliorations. »

D’ici cet été, Conolly anticipe que les images seront bien meilleures. Un nouvel aimant homogène amélioré est presque terminé. Celui-ci est plus grand et peut fonctionner à une intensité de champ plus élevée. Ça ira à un genou, pas seulement à un poignet. C’est plus économe en énergie et, à juste titre, encore moins cher. L’équipe travaille toujours pour atteindre l’homogénéité dont elle a besoin dans l’aimant à faible résistance. Parce qu’ils créent l’aimant en enroulant du ruban de cuivre, chaque tour doit être placé avec précision par rapport aux autres bobines. « Il y a plus d’une centaine de tours de ruban de cuivre dans les bobines, de sorte que chaque petit pli et liaison s’accumule », explique Conolly. « Le diamètre extérieur peut être coupé d’environ 50 millièmes de pouce par rapport à l’idéal — ce qui est plutôt bien, mais cela reste un problème. »Ungersma est en train de créer un nouvel ensemble de bobines pour résoudre ce problème.

Toute l’équipe est occupée à essayer d’améliorer la qualité de l’image. L’équipe est également enthousiasmée par la perspective de la recherche scientifique fondamentale, qui ouvre la porte à l’exploration de nombreux nouveaux mécanismes de contraste.

L’équipe a reçu des subventions pour créer des scanners pour l’imagerie du genou, du cerveau et du sein. L’un des avantages du scanner IRM à faible coût est que les hôpitaux pourraient utiliser des scanners plus petits spécifiques à certaines parties du corps, au lieu d’acheter un deuxième scanner du corps entier. Avec la technologie de Stanford, l’imagerie mammaire par IRM pourrait devenir rentable pour le dépistage du cancer du sein. À une époque où les coûts médicaux augmentent, la technologie peut rendre l’IRM disponible pour une clientèle plus large.