Imagerie par Résonance Magnétique du Sodium e du Phosphore à 7T et 11,7T : Quantification et Modélisation Compartimentale

par Renata Porciuncula baptista

Projet de thèse en Imagerie et physique médicale

Sous la direction de Fawzi Boumezbeur.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering , en partenariat avec Construction de grands instruments pour la neuroimagerie : de l'imagerie en population aux champs magnétiques ultra-hauts (laboratoire) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 25-12-2019 .


  • Résumé

    L'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) des noyaux exotiques tels que le Sodium-23 (23Na) ou le Phosphore-31 (31P) permet d'obtenir des informations uniques sur la physiologie ou le métabolisme cellulaire in vivo et présente un fort potentiel à ultra-haut champ magnétique comme outil d'exploration des mécanismes physiopathologiques précoces en recherche clinique et préclinique pour des pathologies telles que la Maladie d'Alzheimer ou la sclérose en plaques. Le centre de recherche NeuroSpin dispose d'une plateforme unique d'imageurs par résonance magnétique à très hauts champs avec la vocation de développer des technologies innovantes pour mieux comprendre le cerveau normal et pathologique. Il possède en particulier le premier IRM 7T clinique en France et a reçu en 2017 un aimant exceptionnel à 11.7T unique au Monde. L'objectif de cette thèse est le développement et la validation de méthodes d'acquisition, de quantification et de modélisation des signaux 23Na et 31P chez l'Homme à 7T et éventuellement à 11,7T. En IRM du 23Na, l'objectif sera en particulier de mettre au point et optimiser un protocole de quantification des concentrations en sodium intra- et extracellulaires, dans le but d'étudier la physiologie cellulaire en condition saines et pathologiques. La possibilité de quantifier de manière dynamique la concentration de sodium intracellulaire sera aussi étudiée dans de proposer une méthode nouvelle, et "directe" pour la détection de l'activation neuronale. En IRM du 31P, un module de transfert de saturation du phosphore inorganique ou de l'adénosine triphosphate sera implémenté afin de sonder notamment l'activité de la créatine kinase. Ces nouvelles méthodes seront validées chez des volontaires sains et évaluées sur de petites cohortes de patients, en partenariat avec des centres hospitaliers de la région parisienne.

  • Titre traduit

    Magnetic Resonance Imaging of Sodium and Phosphorus at 7T and 11.7T : Quantification and Compartmental Modeling


  • Résumé

    Magnetic Resonance Imaging (MRI) of exotic nuclei such as Sodium-23 (23Na) or Phosphorus-31 (31P) can provide unique information about cell physiology or metabolism in vivo and has a great potential at ultra-high magnetic field to probe early physio-pathological mechanisms for afflictions such as Alzheimer's disease or multiple sclerosis. The NeuroSpin research centre benefits from a unique platform for magnetic resonance imaging at very high field with the ambition to develop novel technologies to further our understanding of the brain in normal and pathological conditions. This platform includes, in particular, the first human 7T MR scanner in France and has received in 2017 a unique 11.7T magnet, which will deliver, in the coming years, the first images of the human brain at this exceptional magnetic field intensity. The objective of this PhD thesis is the development and validation of acquisition, quantification methods and mod els for quantifying 31P and 23Na concentrations in the human brain at those very high magnetic fields. For 23Na MRI, our goal is to set up and optimize a protocol to quantify, using a compartmental modeling step, intra- and extracellular sodium concentrations, with the objective to study cellular physiology in healthy volunteers and patients. Besides, the feasibility of dynamic quantification of intracellular sodium will also be investigated, with the goal to propose a new, direct way to detect neuronal activity. For 31P MRI, a saturation transfer module of inorganic phosphate or adenosine triphosphate is to be implemented so as to estimate notably the creatine kinase rate. Those new methods will be validated in healthy volunteers and applied to the study of small cohorts of patients, in partnership with hospitals from the Paris area.