Vers une application sûre de l'IRM en présence d'implants actifs

par Melina Bouldi

Thèse de doctorat en Physique pour les sciences du vivant

Sous la direction de Jan Warnking.

Soutenue le 28-11-2014

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Institut des neurosciences de Grenoble (laboratoire) .

Le président du jury était Fabien Ndagijimana.

Les rapporteurs étaient Jacques Felblinger, Chrit Moonen.


  • Résumé

    L'IRM est généralement considérée comme une méthode d'imagerie extrêmement sûre. Cependant, en présence d'implants conducteurs, des risques pour la santé du patient existent, plus particulièrement en terme d'échauffement radio-fréquence (RF) des tissus en contact avec l'implant. Suivant les recommandations des fabricants et des autorités sanitaires, certains dispositifs implantés sont autorisés en environnement IRM, sous conditions strictes qui limitent la qualité des images ou rendent l'acquisition impossible. Le but de cette thèse était d'optimiser et de valider les méthodes pour l'évaluation de la sécurité IRM en présence d'implants. Augmenter la prévisibilité des échauffements qui risquent de se produire dans chaque cas précis devrait permettre un élargissement des applications possibles de l'IRM chez des patients porteurs d'implants actifs.Ce projet est basé sur trois approches :- Des mesures et développements de méthodes IRM sur des objet-tests. Des techniques pré-existantes de cartographie du champ RF ont été optimisées afin de couvrir l'ensemble de la gamme dynamique présente dans le cas de courants RF induits dans des conducteurs. Pour ce faire, la technique AMFI (“Actual Multiple Flip-Angle Imaging”) a été développée. Un travail d'optimisation a également été mené sur la thermométrie IRM rapide via la méthode PRFS (“Proton Resonance Frequency Shift”).- Le développement de simulations numériques visant à étudier les interactions électromagnétiques entre les implants et le résonateur RF, ainsi que leurs répercussions thermiques. Un modèle de résonateur RF a été construit et validé à la fois théoriquement et expérimentalement. Le réglage du résonateur a donné lieu au développement d'une méthode numérique originale permettant de déterminer rapidement et précisément les valeurs des capacités. L'évaluation des courants RF induits dans des implants filaires conducteurs, via l'utilisation des cartes de champ RF, a également été développée. Cette méthode de mesure des courants RF induits ouvre la possibilité d'évaluer la sécurité au niveau individuel par une acquisition à faible débit d'absorption spécifique, avant toute autre acquisition IRM, dans le cas d'un possible futur protocole incluant des patients.- La construction d'un modèle numérique simplifié d'une électrode de stimulation cérébrale, via l'utilisation de la théorie des lignes de transmission. Ce modèle rend les simulations RF abordables, et présente les mêmes propriétés électriques que l'électrode réelle. L'échauffement RF en présence d'une électrode DBS a ainsi pu être évalué numériquement par l'intermédiaire de simulations recouvrant la taille du résonateur RF corps-entier.L'ensemble des outils développés au cours de cette thèse permet finalement une amélioration des méthodes disponibles afin d'évaluer la sécurité RF en présence d'implants conducteurs.

  • Titre traduit

    Toward a safe application of MRI in the presence of active implants.


  • Résumé

    MRI is generally considered to be an exceptionally safe imaging method. However, in the presence of electrically conducting implants health risks exist, particularly in terms of RF heating of the tissues in contact with the implant. Some implants are cleared by the manufacturers or regulatory agencies for MR imaging of patients, but only under strictly limited conditions which often degrade image quality and exclude many configurations. The goal of this thesis project was to optimize and validate the methods for the assessment of MR safety in the presence of active implants. Increasing the predictability of the risk of RF heating in individual subjects should allow MRI to find wider applications in patients implanted with active devices.This project is based on three distinct approaches:- Measurements and MR method developments performed on test objects. Existing B1-mapping techniques were optimized for the specific needs of high dynamic range encountered in the presence of induced RF currents in conductors, leading to the “Actual Multiple Flip-Angle Imaging” technique. Further work has been performed on the optimization of rapid “Proton Resonance Frequency Shift” MR thermography.- The development of numerical simulations of the electromagnetic interactions between the RF resonator and implants as well as their thermal impact. A numerical RF resonator model was built and validated it using both theoretical and experimental studies. The optimization of the resonator has led to the development of an original method to rapidly and precisely adjust the individual capacitor values to obtain a given targeted current distribution. Separately, the measurement of RF currents induced in conductive wires, via B1 mapping, was developed. This method to measure RF currents in a specific configuration opens the possibility to evaluate RF safety in individual subjects using a low-SAR prescan prior to other acquisitions, for use in hypothetical future protocols on patients.- The construction of a simplified numerical model of deep brain stimulation electrodes, using transmission line theory. This model renders RF simulations tractable, while exhibiting the same electrical behavior as the real implant, allowing evaluation of RF heating in simulations covering the size of a whole-body MR resonator.The set of tools developed improve upon the currently available methods for the evaluation of RF safety in the presence of conductive implants.


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