La Direction des sciences du vivant du CEA a proposé le projet Neurospin qui consiste à concevoir et réaliser un centre de neuro-imagerie et de spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN). Destinée à repousser les limites de l’imagerie cérébrale, cette plate-forme technique, qui sera construite dans l’enceinte du CEA Saclay, sera équipée de quatre systèmes de RMN : deux systèmes produisant des champs magnétiques de 3 T et de 11,7 T pour des études cliniques sur l’homme, et deux systèmes destinés à des études précliniques sur le primate et le petit animal, respectivement de 11,7 T et de 17 T. Le SACM participe à l’élaboration du projet en tant qu’assistant à maître d’ouvrage. Il a conduit trois études destinées à vérifier la faisabilité et à cerner les difficultés des sous éléments particulièrement délicats que sont l’aimant de 11,7 T à grande ouverture, les bobines de gradient de champ magnétique et les antennes à haute fréquence.
Aimant supraconducteur de 11,7 teslas
Les hauts champs permettent d’augmenter les résolutions spatiale et temporelle de l’imagerie. Une pré-étude a montré qu’il est possible de réaliser un aimant de 11,7 T dans un diamètre utile de 900 mm – en niobium-titane refroidi par de l’hélium superfluide à 1,8 K – en respectant les contraintes d’homogénéité de champ (0,1 ppm dans une sphère de 10 cm) et de champ de fuite (B < 5.10-4 T à 5 m du centre de l’aimant radialement et à 9,6 m axialement). Le système magnétique obtenu a une énergie stockée de 300 MJ et un encombrement de 4,1 m en longueur et de 3,2 m en diamètre. Cette étude a été menée par le Service des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme en collaboration avec le Service d’ingénierie des systèmes.
Bobines de gradient de champ magnétique
Les hauts champs impliquent l’utilisation de systèmes de gradient performants, à grande amplitude de gradient de champ et à faible temps de commutation. Les bobines de gradient traditionnelles utilisées dans les aimants RMN sont soumises à des efforts cycliques importants induits par la commutation des gradients en présence d’un champ statique important ; elles sont donc fragiles et émettent une nuisance sonore très importante. La répartition des efforts mécaniques sur un système traditionnel a été analysée et a permis de comprendre l’origine des bruits. Le professeur Guy Aubert – conseiller scientifique au Dapnia – a alors proposé une nouvelle structure d’aimants dont la particularité est une réduction importante des efforts qui devrait se traduire par une grande diminution du bruit. Cette proposition a fait l’objet d’un dépôt de brevet. Le test d’un prototype est prévu en 2004.
Antennes à haute fréquence
Ces antennes sont utilisées pour générer une onde radiofréquence (RF) dont le champ magnétique permet d’exciter les noyaux des atomes d’hydrogène au sein de l’échantillon placé dans la cavité, et de capter le signal radiofréquence très faible qui résulte de la relaxation du phénomène de RMN. Le SACM a modélisé les antennes traditionnellement utilisées et a montré qu’elles ne pouvaient pas fonctionner à 500 MHz, fréquence de résonance des protons correspondant au champ principal de 11,7 T. Une nouvelle structure d’antenne a été proposée par le Service des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme, et un modèle prototype a été réalisé par le Service d’électronique, des détecteurs et d’informatique. Ce prototype est actuellement en cours de test. Des mesures de specific absorption rate (SAR) seront également réalisées pour vérifier que la puissance générée par les impulsions RF dans les tissus d’une tête d’homme reste dans les limites acceptables.