IRM de quantification : Vers des cartographies T1, T2, DP rapides et fiables à très hauts champs magnétiques (7.0T et 11.7T)  chez l'homme

par Lisa Leroi

Projet de thèse en Imagerie et physique médicale

Sous la direction de Alexandre Vignaud.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Electrical,Optical,Bio: PHYSICS_AND_ENGINEERING , en partenariat avec Unité d'imagerie par IRM et de Spectroscopie (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    La construction d'un atlas du vieillissement cérébral représente un objectif essentiel pour la communauté de la neurologie. Un tel outil fournirait des arguments forts pour établir un diagnostic ou pour une évaluation pronostic de l'avènement d'un certain nombre de démences séniles telle que par exemple la maladie d'Alzheimer pour lesquelles les cliniciens sont actuellement relativement dépourvus. Pour aboutir dans cette quête, un certain nombre d'éléments doivent être réunis, avec en premier lieu, des IRM de dernière génération afin d'obtenir la meilleure qualité d'image possible. NeuroSpin est doté du premier IRM clinique à 7T en France et devrait être doté fin 2016 d'un imageur clinique à 11.7T qui sera alors le seul au monde à cette intensité de champ magnétique. L'IRM à très haut champ magnétique (UHF) offre un gain en signal et contraste sur bruit qui devrait être mis à profit pour accroitre la sensibilité et la spécificité des mesures. Ensuite une cohorte de volontaires âgés normaux est nécessaire pour mettre en application ce programme de suivi. NeuroSpin à travers le projet SENIOR en dispose d'une. Enfin, il faudra une bonne méthode d'acquisition et de traitement. Dans ce contexte, l'IRM quantitative (IRMq) s'annonce comme une solution de choix que nous souhaitons plus particulièrement développer à travers cette thèse. L'IRMq recouvre l'ensemble des méthodes permettant de mesurer des paramètres physiques accessibles en Résonance Magnétique Nucléaire. L'IRMq offre un bénéfice par apport à l'imagerie en pondération classiquement utilisée, pour la détection, la caractérisation physiopathologique mais aussi pour le vieillissement naturel et le suivi thérapeutique des pathologies cérébrales. En effet, l'IRMq mesure des grandeurs liées à l'organisation structurelle du parenchyme et permet donc d'en caractériser les atrophies ou l'évolution au cours de la pathologie ou au cours du fonctionnement cérébral. Malgré ce potentiel avéré connu de longue date, ces méthodes sont pourtant peu utilisées dans la routine clinique. La raison principale est la longueur des acquisitions par rapport à l'approche classique [1-2]. Les paramètres physiques que nous souhaitons étudier plus particulièrement sont le temps de relaxation longitudinale (T1), les temps de relaxation transversale (T2) et la densité de proton (DP). Par extension, notre ambition est de mesurer la concentration en fer ainsi que la concentration en myéline. Ces cartographies in vivo sont quasiment inexistantes de la littérature au-delà de 3T car leur implémentation nécessite de surmonter un certain nombre de limites spécifiques aux UHF. Au travers de ce projet de thèse, nous nous intéresserons à l'évaluation de la meilleure approche pour déterminer ces paramètres pour une application à UHF, à sa conception en la rendant la plus simple d'utilisation possible en intégrant le calcul des cartographies directement sur la console. Une attention toute particulière sera portée à l'étude de l'incertitude de la mesure. Notre intention est de fournir de manière automatisée à l'utilisateur une information sur la confiance qu'il peut avoir dans ces mesures. Pour ce dernier aspect du travail, nous nous intéresserons à la théorie des systèmes d'identification comme cela a déjà été fait pour certaines applications en IRM [3-4]. La démonstration de fiabilité d'un tel produit pourrait amener à la réalisation d'un outil commercial valorisable au niveau de la division. Dans un second temps, nous nous intéresserons à la mise au point d'une méthode d'obtention simultanée de tous ces paramètres T1, T2 et DP [5-6]. En cas de succès, les solutions seront intégrées à notre protocole de vieillissement naturel, ouvrant ainsi de nouvelles voies d'études pour le futur.

  • Titre traduit

    Quantitative MRI: towards fast and reliable T1, T2 and proton density mapping at ultra high fields (7T and 11.7T)


  • Résumé

    The construction of an atlas of brain aging is an objective for the community of neurology. Such a tool would provide strong arguments for a diagnosis or a prognosis evaluation of the advent of a number of senile dementia such as Alzheimer's disease for which clinicians are now relatively free. To succeed in this quest, a number of conditions must be met, with first, last generation of MRI to obtain the best possible image quality. NeuroSpin features the first clinical MRI at 7T in France and, at the end of 2016, should have a clinical imager 11.7T which will be a world's premiere for this magnetic field strength. MRI at ultra high field (UHF) provides a signal and contrast to noise gain that should be used to increase the sensitivity and specificity of measures. A cohort of normal elderly volunteers is needed to implement this monitoring program. NeuroSpin through the SENIOR project has one. Finally, it will need a good method of acquiring and processing. In this context, quantitative MRI (qMRI) promises to be a solution of choice that we wish particularly to develop through this PhD. qMRI covers all methods for measuring physical parameters accessible by Nuclear Magnetic Resonance. qMRI can be used to detect the pathophysiological characterization but also for the natural aging and therapeutic monitoring of brain pathologies. Indeed, qMRI measures quantities related to the structural organization of the parenchyma and thus makes it possible to characterize atrophy or changes in the condition or in brain function. Despite this proven potential, these methods are rarely used in clinical routine. The main reason is the length of acquisitions compared to the conventional approach [1-2]. The physical parameters that we wish to study are longitudinal relaxation time (T1), transverse relaxation time (T2) and the proton density (PD). By extension, our ambition is to measure the iron concentration, and the concentration of myelin. These in vivo maps are almost non-existent literature beyond 3T since their implementation requires overcoming a number of specific limits on UHF. Through this PhD project, we will focus on evaluating the best approach to determine these parameters for application to UHF in its design, making it the simplest possible use by integrating computing mappings directly on the console. Particular attention will be paid to the study of the uncertainty of measurement. Our intention is to provide an automated way for the user information on the confidence he can have in these measures. For this last aspect of the work, we will focus on the theory of identification systems as has been done for some applications in MRI [3-4]. The demonstration of reliability of such a product could lead to the production of a recoverable sales tool at the division. Secondly, we will focus on the development of a method for simultaneously obtaining all these parameters T1, T2 and PD [5-6]. If successful, the solutions will be integrated with our natural aging protocol, opening new avenues of research for the future.