Dynamic nuclear polarization at low temperature and high magnetic field for biomedical applications in magnetic resonance spectroscopic imaging

Polarisation dynamique nucléaire à basse température et fort champ magnétique pour des applications biomédicales en imagerie spectroscopique par résonance magnétique

Florent Goutailler (1)

1 RMN et optique : De la mesure au biomarqueur

The aim of this thesis work was to design, build and optimize a large volume multisamples DNP (Dynamic Nuclear Polarization) polarizer dedicated to Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging applications. The experimental system is made up of a high magnetic field magnet (3,35T) in which takes place a cryogenic system with a pumped bath of liquid helium (4He) allowing temperatures lower than 1,2K. A set of inserts is used for the different steps of DNP : irradiation of the sample by a microwave field (f=94GHz and P=50mW), polarization measurement by Nuclear Magnetic Resonance. . . With this system, up to three samples of 1mL volume can be polarized to a rate of few percents. The system has a long autonomy of four hours, so it can be used for polarizing molecules with a long time constant of polarization. Finally, the possibility to get quasisimultaneously, after dissolution, several samples with a high rate of polarization opens the way of new applications in biomedical imaging

Le travail de cette thèse a consisté à concevoir, réaliser et optimiser un montage expérimental de Polarisation Dynamique Nucléaire multi-échantillons pour des applications biomédicales en Imagerie Spectroscopique par Résonance Magnétique. Ce montage est constitué d'un aimant à fort champ magnétique (3,35T), dans lequel se place un système cryogénique à bain d'hélium (He4) liquide pompé pouvant atteindre des températures inférieures à 1,2K. Un ensemble d'inserts permet d'effectuer les différentes étapes du processus PDN dont l'irradiation des échantillons par un champ micro-onde (f=94GHz et P=50mW) et le suivi de leur polarisation par Résonance Magnétique Nucléaire. Ce système permet de polariser jusqu'à trois échantillons, de volume proche de 1mL, à des taux de polarisation de quelques pourcents. Il présente une forte autonomie supérieure à quatre heures, autorisant ainsi la polarisation de molécules à longues constantes de temps de polarisation. La possibilité de disposer quasi-simultanément, après dissolution, de plusieurs échantillons fortement polarisés ouvre la voie à de nouvelles applications dans le domaine de l'imagerie biomédicale

Mots clés: Hyperpolarization; Dynamic Nuclear Polarization (DNP); Thermal Mixing; 13C nucleus; Nuclear Magnetic Resonance (NMR); Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS); Cryogenic system; Millimeter waves

Mots clés: Hyperpolarisation; Polarisation Dynamique Nucléaire (PDN); Mélange Thermique; Noyau C13; Résonance Magnétique Nucléaire (RMN); Spectroscopie par Résonance Magnétique (SRM); Système cryogénique; Ondes millimétriques

Domaines: Médecine humaine et pathologie

Florent Goutailler. Polarisation dynamique nucléaire à basse température et fort champ magnétique pour des applications biomédicales en imagerie spectroscopique par résonance magnétique. Médecine humaine et pathologie. Université Claude Bernard - Lyon I, 2011. Français. ⟨NNT : 2011LYO10014⟩. ⟨tel-00672305v2⟩