Thèse soutenue

Développement méthodologique pour l’optimisation de l’imagerie des propriétés électromagnétiques en IRM

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Auteur / Autrice : Paul Soullié
Direction : Jacques FelblingerFreddy Odille
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Automatique, Traitement du signal et des images, Génie informatique
Date : Soutenance le 30/10/2020
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Imagerie adaptative diagnostique et interventionnelle (Nancy)
Jury : Président / Présidente : Stéphanie Salmon
Examinateurs / Examinatrices : Jacques Felblinger, Freddy Odille, Bruno Quesson, Hélène Roussel, Paulo Loureiro de Sousa
Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphanie Salmon, Bruno Quesson

Résumé

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On sait aujourd’hui que les propriétés électromagnétiques (EM) d’un tissu biologique sont l’une des formes d’expression de sa composition ou de sa structure. La question de leur estimation in vivo anime la communauté scientifique depuis longtemps et a ainsi conduit au développement de nombreux outils, de méthodes de mesures brutes à des méthodes d’imagerie plus récemment. À un niveau fondamental, ces études permettent de dévoiler certains mécanismes physiologiques singuliers et contribuent à étoffer notre compréhension du vivant. Depuis peu, l’IRM s’impose comme un moyen privilégié d’y accéder, en permettant notamment de cartographier ces propriétés, dans différentes gammes de fréquence, avec le pouvoir de résolution dont elle est capable. Des progrès récents laissent entrevoir la possibilité de fournir un type de contraste électromagnétique en IRM, spécifique à chaque type tissulaire, et donc prometteur du point de vue clinique en tant que nouveau biomarqueur. Dans le cadre d’une contribution à l’appréhension des phénomènes électromagnétiques in vivo et afin d’évaluer la possibilité d’intégrer des propriétés EM réelles à des modèles plus généraux, nous avons cherché à établir une méthode innovante pour l’imagerie des propriétés électriques (et magnétiques) en IRM. Il existe actuellement deux champs de recherche distincts pour l’investigation électromagnétique en IRM : l’imagerie à basse fréquence, en-dessous de 1 MHz, et l’imagerie à haute fréquence, au-dessus de 50 MHz, selon la modalité de stimulation utilisée. Partant de ces deux voies, nous avons essayé de réfléchir à des stratégies minimisant le recours à du matériel supplémentaire, en plus du scanner, et pouvant ainsi fournir des résultats qualitatifs et quantitatifs dans le cadre d’un examen classique. Les méthodes à basse fréquence ont été évaluées en simulation et abandonnées pour des raisons pratiques : l’information est diluée dans le bruit à ce régime. À haute fréquence, nous avons développé une nouvelle méthode de reconstruction des propriétés EM, basée sur des algorithmes existants. De manière importante, l’idée que nous avions à l’esprit était de fournir une méthodologie facilement transposable à une application clinique, avec un coût numérique relativement modeste. Pour ce faire, nous avons d’abord réalisés des études en simulation, puis des acquisitions sur plusieurs fantômes dédiés. Nous avons finalement réalisé des acquisitions sur volontaires pour évaluer les performances de notre algorithme in vivo. Notre méthode de reconstruction se prête particulièrement bien à l’utilisation de séquences d’écho de gradient avec temps d’écho ultra-court (UTE) ou nul (ZTE). En isolant des informations propres à la signature EM locale dans le signal IRM, nous les utilisons pour fournir des cartes quantitatives de propriétés électromagnétiques, et pouvons estimer la sensibilité de cette reconstruction aux paramètres utilisés pour la modélisation. Nos résultats de simulation montrent d’abord que notre méthode améliore la qualité de reconstruction théorique des techniques existantes. Les résultats qualitatifs confirment la possibilité d’une discrimination immédiate, en termes de contraste, entre des constituants aux propriétés électromagnétiques variables. Les résultats quantitatifs sont encourageants, nous obtenons des valeurs absolues cohérentes par apport aux méthodes existantes pour les propriétés reconstruites dans les gammes qui nous intéressent. Nous contribuons au développement du contraste électromagnétique en IRM, et fournissons de nouveaux indices pour l’optimisation du modèle de reconstruction. Du travail reste à fournir pour tirer le meilleur bénéfice des séquences UTE/ZTE et améliorer la robustesse de nos reconstructions. Après finalisation de l’optimisation numérique, la méthode sera évaluée pour reproductibilité dans plusieurs organes tests avant d’être intégré à un protocole standard.