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Thèse Année : 2003

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

Résumé

Chronic obstructive pulmonary diseases are the forth cause of mortality in Europe. Available techniques only give a late assessment in the disease process. A new technique has been proposed in 1994: magnetic resonance imaging (MRI) of hyperpolarized (HP) gases. Lungs are a large interface between gas and tissue. In a magnetic field (B0), the difference of magnetic susceptibility between both media causes faster signal decay. This effect increases with B0. We have two scanners with different B0s (0.1 T and 1.5 T) and an optical pumping system to produce hyperpolarized helium-3 (3He) so we studied quantitatively the influence of B0 on 3He HP MRI in the lungs. First, the needed theoretical bases and an exhaustive list of materials to carry out this study are 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 an animal model (rat) have shown that T2cpmg has a sensitivity to lung filling which is equivalent to that of the apparent diffusion coefficient, and that with the injection of a super paramagnetic agent, the lung susceptibility effect can be matched. We also measured an increase of the lifetime of the HP 3He signal, T2*, in the lungs for lower B0. Finally we compared the signal to noise ratio (SNR) on both scanners. In conclusion even if the T2* increase at low B0 is good for SNR, this effect is limited and the use of high field scanners is not an inconvenient for this application.
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 (0,1 T et 1,5 T) 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 part 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.
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Citer

Alexandre Vignaud. Influence de l'intensité du champ magnétique sur l'imagerie RMN des poumons à l'aide d'hélium-3 hyperpolarisé. Physique [physics]. Université Paris Sud - Paris XI, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00003668⟩
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