Influence de l'intensité du champ magnétique sur l'imagerie RMN des poumons à l'aide d'hélium-3 hyperpolarisé

Influence of magnetic field strength on hyperpolarized helium-3 MR imaging of the lungs

• Auteur / Autrice : Alexandre Vignaud
• Direction : Geneviève Guillot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Imagerie médicale
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Bittoun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Geneviève Guillot, Jacques Bittoun, Hervé Saint-Jalmes, Anne Ziegler, André Capderou, Ernst Otten
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hervé Saint-Jalmes, Anne Ziegler

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rapport signal-bruit

Imagerie par résonance magnétique

Poumon -- Maladies

Mots clés libres

Temps de relaxation transversale

Rapport signal sur bruit (RSB)

Résumé

Les maladies pulmonaires obstructives chroniques sont la quatrième cause de mortalité en Europe. Les techniques disponibles pour les suivre ne permettent de diagnostiquer la maladie que tardivement. Une nouvelle méthode a été proposée en 1994 : l'imagerie par résonance magnétique (IRM) avec des gaz hyperpolarisés (HP). Les poumons constituent un immense interface entre le gaz et le tissu. Dans un champ magnétique (B₀, la différence de susceptibilité magnétique entre les deux milieux a pour conséquence de détériorer le signal. Cet effet est d'autant plus fort que B₀ est élevé. Ayant à notre disposition deux appareils à deux B₀ différents (0,1T et 1,5T) ainsi qu'un système de pompage optique pour produire de l'hélium-3 (³He) HP, nous avons étudié quantitativement l'influence de B₀ sur le signal de l'³He HP dans les poumons. Dans un premier temps les bases théoriques et la liste exhaustive des matériels nécessaires pour cette étude ont été présentées. Puis nous avons mis en évidence que le temps de relaxation transversale de l'³He HP lors de l'application d'un train d'échos de spins, T₂cpmg, s'allonge lorsque B₀ décroît. Une variation de deux ordres de grandeur a été observée entre 0,1 et 1,5 T. Des études sur modèle animal (rat) ont montré que d'une part T₂cpmg a une sensibilité au remplissage pulmonaire équivalente à celle du coefficient apparent de diffusion, et d'autre pan l'ajout d'un agent super paramagnétique provoque la compensation de l'effet de susceptibilité. Nous avons ensuite mis en évidence le rallongement du temps de vie du signal de l'hélium-3 HP dans les poumons, T₂*, à faible B₀. Enfin une comparaison du rapport signal sur bruit mesuré sur les deux appareils a été entreprise. En conclusion bien que le rallongement de T₂* à faible B₀ soit bénéfique pour l'IRM, cet effet est limité et l'utilisation d'appareil classique haut champ ne représente pas un inconvénient déterminant pour cette application.

The chronic obstructive pulmonary disease are the forth cause of mortality in Europe. The available techniques only give a late assessment in the disease process. A new technique has been proposed in 1994: The magnetic resonance imaging (MRI) of hyperpolarized (HP) gases. The lungs are a large interface between gas and tissue. In a magnetic field (B₀), the difference of magnetic susceptibility between both medias decays the signal. This effect increases with B₀. We have two scanners with two different B₀ (0. 1 T and 1. 5 T) and optical pumping system to produce hyperpolarized helium-3 (³He) so we studied quantitatively the influence of B₀ on the ³He HP in the lungs. First, the needed theoretical bases and an exhaustive list of materials to carry out this study were presented. Then we have observed that the transverse relaxation time of HP ³He for a spin echo train sequence, T₂cpmg, increases when B₀ decreases. A two decade magnitude variation has been observed between 0. 1 T and 1. 5 T. Some studies on animal model (rat) have shown that T₂cpmg has sensitivity to the lung filling which is equivalent to the apparent diffusion coefficient, and that the injection of a super paramagnetic the lung susceptibility effect can be matched. We also measured an increase of the time life of the signal of HP ³He, T₂*, in the lungs for lower B₀. Afterward we compare the signal to noise ratio (SNR) on the both scanners. In conclusion even if the T₂* increasing at low B₀ is good for SNR, this effect is limited and the use of classic high field scanner is not an inconvenient for this application.