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L’Humanité - Santé. Projet Iseult : et voici l’IRM la plus puissante au monde !

il y a 2 mois, par Info santé sécu social

Samedi 6 Novembre 2021
Marine Cygler

Son champ magnétique s’élève à 11,7 teslas contre 1,5 à 3 pour ceux que l’on trouve aujourd’hui dans nos hôpitaux. Une prouesse technologique inédite des scientifiques du Commissariat à l’énergie atomique (CEA), fruit de vingt années de recherche. Et la promesse d’un bond en avant dans la connaissance du cerveau. Les explications de Lionel Quettier, chef du projet.

Un banal potimarron. Avant de sonder les mystères du cerveau humain, les chercheurs du Commissariat à l’énergie atomique (CEA) ont choisi le potimarron pour étrenner le nouvel instrument d’imagerie du centre de recherche NeuroSpin, situé sur le plateau de Saclay. Ainsi, des images en noir et blanc exceptionnelles de l’intérieur, pépins et fibres, du cucurbitacée pourtant resté entier ont été dévoilées début octobre au grand public. Ce sont les toutes premières issues de l’IRM ­médicale la plus puissante au monde. Elles sont à la fois le début d’une nouvelle aventure scientifique et l’aboutissement de vingt années de recherche et développement.

Avec l’IRM du projet Iseult, les chercheurs obtiendront des images de haute résolution du cerveau dix fois plus précises qu’avec les IRM que l’on trouve actuellement dans les hôpitaux, dont le champ ­magnétique se situe généralement entre 1,5 et 3 teslas (T). La nouvelle IRM, elle, est capable de générer un champ magnétique de 11,7 T. Pour parvenir à un tel résultat, il a fallu concevoir un instrument aux dimensions pharaoniques (voir notre entretien avec Lionel Quettier, à la fin de cet article).

Les images obtenues par cette IRM gagnent en résolution et en contraste. Pour l’instant, les clichés du potimarron ont atteint la résolution de 400 microns dans les trois dimensions. Les scientifiques voudraient parvenir à une résolution de 100 à 200 microns, le diamètre de trois cheveux, pour mieux observer et donc mieux comprendre le fonctionnement du cerveau et ses dysfonctionnements à partir de 2022.

Une histoire d’eau et d’aimant

L’IRM est une technique d’imagerie qui n’utilise pas les rayons X, à la différence de la radio ou du scanner. Elle repose sur les propriétés magnétiques des molécules d’eau qui composent à plus de 80 % le corps humain. Le principe est le suivant : la personne est allongée dans un tunnel au centre du champ magnétique. Toutes les molécules d’eau présentes dans le corps, orientées aléatoirement en absence de champ magnétique, vont s’orienter de la même façon quand le champ magnétique est appliqué. Puis une antenne placée sur la partie du corps étudiée, par exemple la tête si on veut étudier le cerveau, va émettre et réceptionner certaines fréquences. À l’émission, la fréquence induite va faire basculer les molécules. Lorsque l’antenne cesse d’émettre, les molécules reviennent à leur position d’origine en émettant à leur tour une fréquence captée par l’antenne. Celle-ci est ensuite traitée comme un signal électrique et analysée par des logiciels, ce qui permet de créer une image. Le signal diffère selon que les tissus observés contiennent plus ou moins d’eau.

« Un défi inédit en termes de précision de fabrication »
Le point avec Lionel Quettier, ingénieur au CEA, chef du projet

Quel défi technologique principal a-t-il fallu relever pour parvenir à un champ magnétique de 11,7 teslas ?

LIONEL QUETTIER Pour créer un champ magnétique, on fait parcourir un courant électrique dans un bobinage. La force du champ magnétique dépend de l’intensité du courant, de la nature du fil conducteur et de sa longueur. Pour augmenter le champ magnétique, il faut donc à la fois disposer d’une bobine la plus grosse possible et y faire ­circuler un courant le plus élevé possible. Le problème principal est que si l’intensité est trop intense, le fil conducteur chauffe et fond.

Comment avez-vous contourné ce problème d’échauffement ?

LIONEL QUETTIER On utilise une propriété physique très pratique, la supraconductivité. À la différence du cuivre, certains matériaux dits supraconducteurs n’opposent plus aucune résistance au passage d’un courant électrique lorsqu’ils sont refroidis à très basse température. Il n’y a alors plus d’échauffement dans le câble. Dans le cas de l’aimant Iseult, on a utilisé un conducteur en niobium-titane refroidi à 1,8 kelvin (K), soit 1,8 °C au-dessus du zéro absolu (0 K= – 273,15 °C). Aucune autre IRM dans le monde ne fonctionne à une telle température. Pour le projet Iseult, l’installation cryogénique nécessaire au refroidissement de l’aimant occupe tout le sous-sol du bâtiment alors que, dans les hôpitaux, le système de refroidissement d’une IRM prend une place réduite et est stocké dans un local juste à proximité.

Pourquoi la fabrication d’un tel aimant nécessite-t-elle une très grande précision ?

LIONEL QUETTIER Pour pouvoir faire des images par IRM, il est nécessaire que le champ soit très stable. Une image permet de comprendre ceci : prenez une baignoire de 200 litres, il faut que le volume d’eau reste constant à la goutte d’eau près. Un autre défi inédit a été de positionner les 180 kilomètres de fil conducteur au dixième de millimètre près sur un cylindre de 5 mètres de longueur et pour un diamètre de 5 mètres. C’était un défi inédit en termes de précision de fabrication. Compte tenu des dimensions exceptionnelles de l’objet, nous n’étions pas équipés pour fabriquer un tel aimant à Saclay. C’est Alstom (maintenant intégré à General Electric) qui a relevé le défi, fort de leur expérience sur la fabrication d’aimants et des moyens de manutention adaptés disponibles dans les usines à Belfort.

Comment s’est-elle passée cette phase de fabrication ?

LIONEL QUETTIER La fabrication a duré sept ans et s’est déroulée dans le cadre d’une parfaite collaboration avec, en permanence, au moins une personne du CEA aux côtés des techniciens et des opérateurs Alstom à Belfort. Entre 2010 et 2017, les équipes sur place ont déployé un énorme travail sans lequel il aurait été impossible d’obtenir les images dont nous sommes si fiers aujourd’hui.