Quantification de nanoparticules à base d’oxyde de fer pour l’IRM moléculaire : approche basée sur la déconvolution du défaut de champ magnétique

par Delphine Charpigny

Thèse de doctorat en Imagerie médicale

Sous la direction de Hugues Benoit-Cattin.

Soutenue en 2011

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    En Imagerie par Résonance Magnétique (IRM), il existe deux types d’agents de contraste : paramagnétiques, dits " positifs " et superparamagnétiques dits " négatifs " ou encore de " susceptibilité magnétique ". Les agents de contraste sont de plus en plus utilisés en IRM pour de nombreuses applications médicales (suivi cellulaire, marquage de l’inflammation, ciblage thérapeutique. . . ). Ils sont devenus un outil précieux pour l’aide au diagnostic. Localiser et quantifier les agents de contraste est donc devenu un enjeu majeur de l’IRM dite moléculaire. Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons aux agents de contraste superparamagnétiques de type USPIO (Ultrasmall SuperParamagnetic Iron Oxyde particles). Nous proposons une quantification basée sur l’estimation de la susceptibilité magnétique. Cette démarche repose sur la déconvolution de la carte de défaut de champ magnétique induit par ces agents de contraste à travers la modification locale de la susceptibilité magnétique. Nous définissons la méthode SYMDEF qui implante un modèle déconvolutif régularisé par un filtre de type CLS (Constrained Least Squares). Cette approche redéfinit ainsi la quantification de ce type d’agent de contraste dans un cadre de restauration d’images. Nous présentons une analyse de la méthode SYMDEF en fonction des différents paramètres qui la régissent ainsi qu’une étude sur l’impact de l’écart entre un défaut de champ idéal et le modèle de défaut intégré à la méthode SYMDEF. La méthode SYMDEF est évaluée sur des cartes de défaut de champ magnétique de synthèse. Ces cartes ont été obtenues : en calculant théoriquement le défaut de champ à partir de modèles anatomiques et pathologiques que nous avons conçus ; à partir de la simulation d’images IRM de ces modèles en calculant soit la carte de gradient de susceptibilité (SGM), soit la carte de différence de phase. La méthode SYMDEF a également été testée sur des images IRM réelles in vitro et in vivo d’agrégats d’USPIOs. Les résultats obtenus mettent en évidence la faisabilité d’une telle méthode de quantification, sa robustesse notamment face au bruit ainsi que la qualité de la quantification de la susceptibilité magnétique induite par les agents de contraste dès lors que l’information de défaut de champ est donnée avec une bonne résolution spatiale.

  • Titre traduit

    = Quantification of nanoparticles based on iron oxide for MRI molecular : Approach based on the deconvolution of the lack of magnetic field


  • Résumé

    In magnetic resonance imaging (MRI), there are two types of contrast agents: paramagnetic, "positive" and superparamagnetic "negative" or the "magnetic susceptibility". Contrast agents are increasingly used in MRI for many medical applications (monitoring cell, marking inflammation, therapeutic targeting. . . ). They have become a valuable tool to aid diagnosis. Locate and quantify the contrast agents have become a major issue of the so-called molecular MRI. In this thesis, we focus on superparamagnetic contrast agents like USPIO (Ultrasmall Iron Oxide particles SuperParamagnetic). We propose quantification based on the estimation of the magnetic susceptibility. This approach is based on the deconvolution of the map of non-magnetic field induced by the contrast agent through the local change of magnetic susceptibility. We define the method that implements a model SYMDEF déconvolutif regulated by a filter type CLS (Constrained Least Squares). This approach redefines and quantification of this type of contrast agent within a framework of image restoration. We present an analysis of the method SYMDEF according to various parameters that govern it and a study on the impact of the difference between a lack of ideal field and model integrated with the default method SYMDEF. The method is evaluated on SYMDEF card default magnetic field synthesis. These maps were obtained: by calculating the defect field theory from anatomical and pathological models that we have designed, from the simulation of MR images of these models is by calculating the susceptibility gradient map (SGM) is the map of phase difference. SYMDEF method was also tested on real MR images in vitro and in vivo aggregates of USPIOs. The results demonstrate the feasibility of this method of quantification, including its robustness against noise and the quality of the quantification of the magnetic susceptibility induced by contrast agents as soon as the fault information of field given with good spatial resolution.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XVII-170 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 161-167

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3658)
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