Exploitation des effets électro-optiques pour la sécurité en IRM : applications des liaisons optiques pour des capteurs RF endoluminaux et des sondes de mesure du TAS

Electro-optical effects for safety in MRI : optical methods for endoluminal RF coils and TAS measurement probes

• Auteur / Autrice : Isabelle Saniour
• Direction : Olivier Beuf, Anne-Laure Perrier, Gwenaël Gaborit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie pour le vivant. Instrumentation et physique expérimentale
• Date : Soutenance le 18/12/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CREATIS - Centre de Recherche et d'Application en Traitement de l'Image pour la Santé (Lyon ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Perrin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Beuf, Nadège Courjal, Marie Poirier-Quinot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hervé Saint-Jalmes, Philippe Lévêque
• DOI : 10.70675/f9a6efd1z1ffdz4896z8278z43596fa1dd52

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie par résonance magnétique

Champs électriques

Radiofréquences

Mots clés libres

Capteur endoluminal

IRM

Découplage actif optique

Conversion électro-optique

Liaisons optiques

Taux d’absorption spécifique

Champ électrique

Radiofréquence

Endoluminal coil

MRI

Active optical detuning

Electro-optical detuning

Optical links

Specific absorption rate

Electric field

Radiofrequency

Résumé

Le développement de systèmes IRM à plus haut champ magnétique statique s'est accompagné d'une interrogation légitime concernant l'effet des champs électromagnétiques RF sur les patients. L'effet peut être renforcé par l'introduction d'éléments conducteurs à l'intérieur de la bobine RF comme c'est le cas pour les capteurs endoluminaux utilisés pour l'analyse des parois digestives. Ces capteurs entraînent des risques d'échauffements locaux élevés pour le patient en raison du TAS local induit par le champ électrique RF en présence d'un fil conducteur. Ces capteurs ayant le potentiel de présenter un bénéfice pour le patient, il est nécessaire de s'affranchir de ces limitations. Le premier objectif de la thèse est le développement d'un capteur endoluminal à liaisons optiques. Un dispositif de découplage actif optique a été développé et caractérisé. Les images RMN in vitro montrent une distribution du RSB comparable au découplage classique, validant ainsi l'efficacité du découplage optique. Concernant la transmission optique du signal RMN, des travaux ont été réalisés afin de s'affranchir des contraintes liées à l'utilisation d'un guide d'onde pour la conversion électro-optique par effet Pockels. Le capteur a été rendu plus compact. En revanche, l'importance de contrôler le TAS local dans des conditions expérimentales données demeure un besoin ne s'arrêtant pas à ceux des capteurs endoluminaux. Le second objectif est donc la validation expérimentale d'une sonde électro-optique pour la mesure du champ électrique RF durant un examen IRM. Cette sonde a permis d'effectuer des mesures du champ électrique dans l'air et dans différents milieux biologiques à 3 T et 4,7 T et estimer le TAS local

The recent advancement in MRI systems and the increase of the static magnetic field strength were accompanied by a strong concern about the effect of RF electromagnetic fields on patients. The effect can be increased by the use of conductive elements inside the volume coil as in the case of endoluminal coils used to analyze digestive walls. These coils lead to an increase of the local SAR which is induced by RF electric field in the presence of the coaxial cable connecting the coil to the MR system, resulting in strong local heating. Giving that these coils have the potential to present a real benefit to the patient, it worth to overcome these limitations. Accordingly, the first objective of the thesis is the development of a fully optical endoluminal receiver coil. An optical active detuning system has been developed and characterized. The NMR images show a signal-to-noise ratio distribution similar to that obtained with conventional detuning techniques, thus validating the efficiency of the optical detuning. Concerning the electro-optical conversion and the optical transmission of the NMR signal, experiments were performed to overcome constraints related to the use of waveguide for electro-optical conversion by Pockels effect. Moreover, the importance of monitoring global and local SAR during MRI exams remains a need which is not limited only to the endoluminal coils. The second objective of the thesis is then the experimental validation of an electro-optical probe for real-time measurements of RF electric field. This probe can measure the RF electric field in air and in biological media at 3 T and 4.7 T MRI systems and allows the estimation of the local SAR