Magnetic resonance of hyperpolarised helium-3 at low magnetic fields

par Kayum Safiullin

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pierre-Jean Nacher.

Soutenue en 2011

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Résonance magnétique d'hélium-3 hyperpolarisé à bas champ


  • Résumé

    Dans ce travail nous avons étudié le problème du rapport signal à bruit (RSB) en IRM à très bas champ magnétique et exploré des applications potentielles en utilisant du gaz He3 hyperpolarisé. Nous avons comparé deux méthodes d’élargissement de bande passante sans perte de RSB: une contre-réaction et un couplage inductif de la détection. Nous avons mis en œuvre la contre-réaction, plus appropriée à très bas champ. Des mesures d’atténuation par diffusion dans un gaz d’He3 en géométrie cylindrique ont été faites par échos multiples de spin ou de gradient dans une large gamme de conditions correspondant à la diffusion dans les voies aériennes des poumons. Un bas champ permet d'utiliser des faibles gradients sur des durées longues, sans influence de la susceptibilité des matériaux. Nos mesures fournissent un ensemble de données destiné à une comparaison directe avec des modèles théoriques et d'autres résultats publiés. Une nouvelle séquence (Slow Low Angle Shot, SLASH) est proposée pour l'imagerie de gaz à bas champ. Des séries d'images à 2D dans des fantômes montrent qu'elle offre une résolution d'image et un RSB meilleurs que pour une séquence FLASH. Par ailleurs, des cartes de diffusion apparente dans des poumons fixés de petit animal ont été obtenues à partir d’images 2D et 3D. Les résultats sont compatibles avec ceux des mesures globales de diffusion par échos de spin dans ces mêmes poumons, et sont similaires aux résultats in vivo publiés. Ces poumons fixés sont donc un fantôme commode et pertinent pour des études méthodologiques. Les mesures de diffusion en bas champ, insensibles aux effets de susceptibilité, ont été faites sur une large gamme de temps de diffusion.


  • Résumé

    In this work signal to noise ratio (SNR) issues of MRI at ultra-low fields have been studied and potential applications using hyperpolarised 3He gas have been explored. Two detection bandwidth broadening techniques have been considered: an active feedback and a coil coupling scheme. An active feedback was shown to be a more appropriate solution and was implemented. Systematic diffusion-induced attenuation measurements in cylindrical 3He gas samples have been performed using multiple spin-echo and gradient-echo schemes over a wide range of conditions usually met in various lung airways. Low fields allow using low gradient strengths and long gradient durations without the susceptibility problem met at high fields and only limited by the inhomogeneity of the applied field. Our measurements provide a wide body of data for direct comparison with theoretical models and other data. A new imaging sequence (Slow Low Angle Shot, SLASH) is proposed for imaging at low fields. Series of 2D imaging experiments in phantoms proved that it provides a better image resolution and SNR than a FLASH sequence. Besides that, ADC maps in preserved lungs of small animals were created from 2D and 3D images. The obtained ADC histograms are consistent with the results of global CPMG diffusion measurements in the same preserved lungs and are similar to published in-vivo results, which makes this convenient inflatable porous system a relevant lung phantom for methodological studies. Since low-field ADC measurements in lungs are immune to susceptibility gradients, they can be performed over a wide range of diffusion times.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (165 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 156-163. 62 réf. bibliogr.

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  • Cote : T Paris 6 2011 402
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