Nouvelles stratégies d'acquisitions non cartésiennes pour l'IRM cardiovasculaire du petit animal

New strategies of non-cartesian acquisitions for cardiovascular small animal MRI

• Auteur / Autrice : Aurélien Trotier
• Direction : Sylvain Miraux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bioimagerie
• Date : Soutenance le 01/12/2015
• 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 : Éric Thiaudière
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andreas Volk, Baudouin Denis de Senneville
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Monique Bernard, Chrit Moonen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie en biologie

Imagerie par résonance magnétique

Appareil cardiovasculaire

Mots clés libres

IRM préclinique

3D+t

Trajectoire radiale

Cardiovasculaire

Mesure de flux

Preclinical MRI

3D+t

Radial trajectories

Cardiovascular

Flow measurement

Résumé

L’imagerie cardiovasculaire par RMN est encore aujourd’hui un véritable défi. La difficulté résidedans la nécessité d’acquérir des images avec de fortes résolutions spatiale et temporelle en un tempslimité, et dans certains cas sur des zones en mouvement. Alors que la plupart des images sont acquisesavec des trajectoires cartésiennes, notre choix s’est porté sur l’utilisation de trajectoires 3D radialescomme alternative. En effet, celles-ci bénéficient de nombreux avantages comme leur faible sensibilitéaux artefacts de mouvements et de flux ainsi que la possibilité de fortement sous-échantillonner lesacquisitions. Ainsi, l’objectif de cette thèse a été de développer de nouvelles méthodes utilisant lespropriétés des acquisitions radiales pour l’imagerie cardiovasculaire 3D anatomique et fonctionnellechez le petit animal à hauts champs magnétiques.Tout d’abord, une méthode de mesure des flux sanguins en 3D a été mise au point, basée sur lephénomène de temps-de-vol. L’utilisation de trajectoires radiales a permis de réduire fortement lestemps d’acquisition tout en améliorant les résolutions spatiale et temporelle des images par rapportaux méthodes cartésiennes.Ensuite, en combinant l’utilisation de nanoparticules de Fer qui possèdent une rémanence vasculaireimportante avec des séquences radiales à temps d’écho ultracourt, nous avons montré que l’acquisitiond’images anatomiques cardiaques et vasculaires très haute résolution pouvait être réalisée de manièreprospective ou bien retrospective grâce à l’ajout d’un écho-navigateur dans la séquence permettantl’auto-synchronisation cardiaque.Enfin, cette même méthode a été employée pour réaliser l’imagerie de flux 4D sur l’entièreté dusystème cardio-pulmonaire de l’animal.Les séquences développées lors de ce travail et les résultats obtenus en imagerie anatomique etfonctionnelle montrent l’intérêt et la robustesse des méthodes non cartésiennes en imagerie préclinique.Elles peuvent ouvrir la voie à de nouvelles stratégies en imagerie clinique.

Cardiovascular imaging using NMR is still a real challenge. The difficulty relies on the need toacquire images with high temporal and spatial resolutions, in a limited acquisition time and in somecases of moving areas. While most images are acquired with cartesian trajectories, the use of 3D radialtrajectories was explored as an alternative. Indeed, they benefit from various advantages like their lowsensitivity to flow and motion artefacts as well as the opportunity to highly undersample acquisitions.Thus, the aim of this thesis was to develop new acquisition strategies using radial trajectory propertiesfor 3D cardiovascular anatomical and functional imaging in small animals at high magnetic fields.First, a method for measuring blood flow in 3D was developped, based on a time-of-flight effect.The use of radial trajectories allowed to highly reduce acquisition times while increasing spatial andtemporal resolutions compared to cartesian acquisitions.Then, combining the injection of iron nanoparticles which have a long vascular remanence withultrashort echot time radial acquisitions, we showed that anatomical cardiac images with a high spatialresolution could be obtained prospectively or restrospectively by adding a navigator echo in thesequence in order to synchronize the reconstruction to the cardiac cycle.Finally, this method was used to perform 4D flow imaging on the entire cardiopulmonary systemof the animals.The sequences developed during this work and the results obtained in anatomical and functionalimaging show the interest and the robustness of non cartesian methods in preclinical imaging. Theypaves the way to the development of new strategies in clinical imaging.Keywords : Preclinical MRI, 3D+t, radial trajectories, cardiovascular, flow measurement.