MISE EN OEUVRE DE L'IMAGERIE PAR RÉSONANCE MAGNÉTIQUE DU NOYAU D'HÉLIUM-3 HYPERPOLARISÉ ET CONTRIBUTION À LA CARACTÉRISATION TISSULAIRE DES VOIES AÉRIENNES PULMONAIRES

Emmanuel Durand (1)

1 Physique

This thesis reports the implementation of Magnetic Resonance Imaging (MRI) of hyperpolarised helium-3 at 0.1 T and at 1.5 T in vivo in healthy volunteers. Using hyperpolarised gas in MRI results in two major consequences: the longitudinal magnetisation cannot be restored and strong diffusion effects occur. Considering this, different strategies of acquisition were compared at low field (0.1 T): single-shot sequences (RARE and EPI) and multishot (FLASH). RARE sequence provides nice images in less than 400 ms with only small amounts of gas; EPI is fast but it is hindered by several artefacts such as the Maxwell term artefact; both these sequences are intrinsically limited to a spatial resolution above 5 mm in vivo; FLASH sequence can provide a better resolution but it is less efficient with regards to signal to noise ratio. Low field can be attractive in the hyperpolarised case because the signal to noise ratio is independent of the main magnetic field on a very large range. NMR and MRI CPMG measurements of gas diffusion in lungs are used to underline the alveolar restriction.

Ce mémoire rapporte la mise en oeuvre de la technique d'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) de l'hélium-3 hyperpolarisé à 0,1 T puis à 1,5 T, in vivo, chez l'Homme sain. L'utilisation des gaz hyperpolarisés en IRM entraîne deux conséquences majeures : l'absence de régénération de l'aimantation longitudinale et une diffusion très rapide. Prenant en considération ces deux contraintes, différentes stratégies d'acquisition sont comparées à bas champ (0,1 T) : séquences "single-shot" (RARE et EPI) et "multi-shot" (FLASH). On montre ainsi que la séquence RARE permet d'acquérir des images de bonne qualité en moins de 400 ms avec peu de gaz ; la séquence EPI a l'avantage de la rapidité mais entraîne davantage d'artefacts, en particulier en raison du terme de Maxwell ; ces deux séquences sont intrinsèquement limitées en résolution à 5 mm in vivo ; la séquence FLASH, moins efficace en termes de rapport signal sur bruit, permet cependant d'atteindre de meilleures résolutions. Les avantages de l'utilisation d'un bas champ magnétique en régime hyperpolarisé sont discutés : en particulier, le rapport signal sur bruit est, dans une très large gamme, indépendant du champ principal. Des mesures RMN puis IRM de diffusion utilisant la technique CPMG sont présentées et permettent de mettre en évidence la restriction due à la structure alvéolaire des poumons.

Mots clés: IRM; hélium; hyperpolarisé; poumon; imagerie humaine; diffusion

Domaines: Biophysique [physics.bio-ph]

Emmanuel Durand. MISE EN OEUVRE DE L'IMAGERIE PAR RÉSONANCE MAGNÉTIQUE DU NOYAU D'HÉLIUM-3 HYPERPOLARISÉ ET CONTRIBUTION À LA CARACTÉRISATION TISSULAIRE DES VOIES AÉRIENNES PULMONAIRES. Biophysique [physics.bio-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00000930⟩