Développement méthodologique et instrumental pour l'IRM moléculaire rehaussée par polarisation dynamique à champ ultra-faible

Methodological and instrumental development for dynamic polarization enhanced molecular MRI at ultra-low field

• Auteur / Autrice : Dahmane Boudries
• Direction : Éric Thiaudière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bioimagerie
• Date : Soutenance le 25/05/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Résonance Magnétique des Systèmes Biologiques
• Jury : Président / Présidente : Daniel Abergel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Abergel, Marie Poirier-Quinot, Robert N. Muller, Florence Franconi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Abergel, Marie Poirier-Quinot
• DOI : 10.70675/8b64832ez2f64z44c1z9949z318199d9e2a2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Instruments de mesure

Imagerie par résonance magnétique

Effet Overhauser (physique nucléaire)

Imagerie moléculaire

Expérimentation animale

Mots clés libres

Instrumentation

IRM

Effet Overhauser

Champ ultra-Faible

Agents de contraste intelligents

In-Vivo

Pré-polarisation magnétique

Imagerie Moléculaire

Instrumentation

MRI

Overhauser effect

Ultra-Low field

Smart contrast agents

In-Vivo

Magnetic prepolarization

Molecular Imaging

Résumé

Ce travail s’inscrit dans le cadre du projet européen PrimoGaïa du programme H2020/FETOPEN. Ce projet vise à construire un nouvel instrument capable de cartographier et de quantifier de manière non invasive une activité enzymatique chez des animaux vivants intacts avec des champs magnétiques ultra-faibles, moins de 1mT. La stratégie mise en œuvre est très flexible et utilise des technologies moins coûteuses que celles prévalant en IRM à haut champ. Elle est basée sur la technique d’IRM rehaussée par l’effet Overhauser « OMRI ».Dans cette thèse des développements instrumentaux ont été réalisés, sur les différentes sous unités de l’équipement (pré-polarisation magnétique, antenne de détection RMN, Chaine RF et antennes de saturation RPE). Des expériences in-vitro et in-vivo ont été effectuées après optimisation des séquences avec encodage cartésien et radial pour cet environnement expérimental. Ces expériences ont permis d’établir la cinétique d’une activité enzymatique en spectroscopie à champ terrestre in-vitro. L’imagerie 3D anatomique chez des rongeurs vivants en pré-polarisation magnétique et enfin en OMRI donne accès à la biodistribution d’un nitroxyde dans les reins, les poumons et la vessie, en 3D avec une acquisition rapide en moins de 10 minutes sans échauffement notable des tissus. Des travaux en cours visent à suivre une activité enzymatique sur un modèle pathologique dans le contexte de maladies inflammatoires affectant les poumons.Les prochaines étapes seront d’améliorer la qualité des images anatomiques in-vivo et de réduire encore le temps d’acquisition. Conjointement à ces études, un équipement à plus grande échelle (taille humaine) est en cours de développement au sein du consortium PrimoGaïa.

This work is part of the European project PrimoGaïa of the H2020/FETOPEN program. This project aims at building a new instrument able to map and quantify non-invasively an enzymatic activity in intact animals at ultra-low magnetic fields, lower than 1mT. The strategy implemented is very flexible and uses less expensive technologies than those prevailing at high field MRI. It is based on the MRI technique enhanced by the Overhauser effect «OMRI».In this thesis, instrumental developments have been performed on the different sub-units of the equipment (magnetic pre-polarization, NMR detection coil, RF channel and EPR saturation coils). In-vitro and in-vivo experiments were realized after optimization of sequences such as: SE, bSSFP and ZTE for this experimental environment. These experiments allowed to establish the kinetics of an enzymatic activity in-vitro using spectroscopy at earth field. Anatomical 3D imaging in living rodents using magnetic pre-polarization and OMRI in 3D gave access to the biodistribution of a nitroxide in the kidneys, lungs and bladder with a fast acquisition in less than 10 minutes without noticeable heating of the tissues. Ongoing work aims at following an enzymatic activity on a pathological model in the context of inflammatory diseases affecting the lungs.The next steps will improve the quality of the in-vivo anatomical images and to further reduce the acquisition time. In conjunction with these studies, a larger scale equipment (human size) is being developed within the PrimoGaïa consortium.