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Theses Year : 2011

Magnetic Resonance of Hyperpolarised Helium-3 at Low Magnetic Fields

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Abstract

In this work signal to noise ratio issues (SNR) of MRI at ultra-low field have been studied and potential applications using hyperpolarised 3He gas have been explored. Two detection bandwidth broadening techniques have been considered: active feedback and coil coupling scheme. Active feedback was shown to be a more appropriate solution and has been implemented. Systematic diffusion-induced attenuation measurements in cylindrical 3He gas samples have been performed over a very wide range of conditions using multiple spin-echo and gradient-echo schemes. Low gradient strengths and long gradient durations can be used at low fields, only limited by the inhomogeneity of the applied field and not by the susceptibility problem met at high fields. Our measurements provide a wide body of data for direct comparison with theoretical models and other data. A new imaging sequence (Slow Low Angle Shot, SLASH) is proposed for imaging at low fields. Series of 2D imaging experiments in phantoms proved that it provides a better image resolution and SNR than a FLASH sequence. Besides that, ADC maps in preserved lungs were created from 2D and 3D images. The obtained ADC histograms are consistent with the results of global CPMG diffusion measurements in the same preserved lungs and are similar to published in-vivo results, which makes this convenient inflatable porous system a relevant lung phantom for methodological studies. Since low-field ADC measurements in lungs are immune to susceptibility gradients, they can be performed over a wide range of diffusion times.
Dans ce travail nous avons étudié le problème du rapport signal à bruit (RSB) en IRM à très bas champ magnétique et exploré des applications potentielles en utilisant du gaz 3He hyperpolarisé. Nous avons comparé deux méthodes d'élargissement de bande passante sans perte de RSB : une contre-réaction et un couplage inductif de la détection. Nous avons mis en œuvre la contre-réaction, plus appropriée à très bas champ. Des mesures d'atténuation par diffusion dans un gaz d'3He en géométrie cylindrique ont été faites par échos multiples de spin ou de gradient dans une large gamme de conditions correspondant à la diffusion dans les voies aériennes des poumons. Un bas champ permet d'utiliser des faibles gradients sur des durées longues, sans influence de la susceptibilité des matériaux. Nos mesures fournissent un ensemble de données destiné à une comparaison directe avec des modèles théoriques et d'autres résultats publiés. Une nouvelle séquence (Slow Low Angle Shot, SLASH) est proposée pour l'imagerie de gaz à bas champ. Des séries d'images à 2D dans des fantômes montrent qu'elle offre une résolution d'image et un RSB meilleurs que pour une séquence FLASH. Par ailleurs, des cartes de diffusion apparente dans des poumons fixés de petit animal ont été obtenues à partir d'images 2D et 3D. Les résultats sont compatibles avec ceux des mesures globales de diffusion par échos de spin dans ces mêmes poumons, et sont similaires aux résultats in vivo publiés. Ces poumons fixés sont donc un fantôme commode et pertinent pour des études méthodologiques. Les mesures de diffusion en bas champ, insensibles aux effets de susceptibilité, ont été faites sur une large gamme de temps de diffusion.
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Dates and versions

tel-00753219 , version 1 (18-11-2012)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00753219 , version 1

Cite

Kayum Safiullin. Magnetic Resonance of Hyperpolarised Helium-3 at Low Magnetic Fields. Medical Physics [physics.med-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00753219⟩
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