Développement par contrôle optimal d’impulsions robustes à des inhomogénéités spatiales du champ radio-fréquence pour des applications IRM du tube digestif

En imagerie et spectroscopie par résonance magnétique in vivo, les antennes, dites en émission/réception (E/R) présentent l’avantage d’être très sensibles, et d’offrir des possibilités d’imagerie à haute résolution spatiale. Le volume de sensibilité offert est cependant plus petit et plus hétérogène ce qui limite leurs utilisations in vivo et/ou contraint le type d’excitation radiofréquence (RF) à être ‘robuste’ à ces inhomogénéités. Ces dernières années, les impulsions radio -fréquence adiabatiques [1] ont fait l’objet d’une attention particulière ;notamment avec l’usage de champ magnétique statique de plus en plus intenses (7T pour l’homme, ≥11.7T pour le petit animal), elles sont peu sensibles aux inhomogénéités de champ RF et permettent d’obtenir une large bande passante, ce qui est utile pour atténuer les artéfacts de déplacement chimique. Différentes méthodes et algorithmes ont été publiés ou brevetés (adiabatique Shinnar Le-Roux (SLR) [2][3] ). Les techniques de contrôle optimal (CO) appliquées aux équations de Bloch, permettent de générer de nouvelles familles d’impulsions (contrôle) pour un critère donné (e.g maximum de signal) et selon certaines contraintes (e.g inhomogénéités des champs magnétiques[4]). Celles-ci font, en effet, l’objet de développements récents dans l’équipe 5 RMN et Optique de Créatis [5] et sont réalisées, en collaboration avec le laboratoire interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (D. Sugny) et l’université de Münich (S. Gläser), dans le cadre du projet franco-allemand Explosys (ANR-DFG).

Ce sujet de master s’inscrit dans le contexte des projets en instrumentation RMN de l’équipe 5 de Créatis qui développe différents capteurs adaptés à des applications IRM: capteurs endoluminaux ultrasensibles pour les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin, capteurs E/R pour l’elastographie (en lien avec la Thèse Labex Mathilde Bigot) ou la spectroscopie in vivo du petit animal. Afin d’exploiter tout l’intérêt des antennes en émission/réception, des impulsions RF générées par CO seront développées et comparées, en terme d’homogénéité des excitations et de sensibilité, à des impulsions adiabatiques afin de déterminer le potentiel de ces nouvelles impulsions RF. Les impulsions seront développées et comparées aux travers de simulations numériques et d’expériences in vitro voire in vivo selon le degré d’avancement du projet.

Compétences du candidat: - Programmation Matlab - Bases en Optimisation numérique, Syntèse de filtre- Bases de l’IRM

Références

1. Tannus, A. and M. Garwood, Adiabatic pulses. NMR in biomedicine, 1997. 10(8): p. 423-34.

2. Balchandani, P., J. Pauly, and D. Spielman, Designing Adiabatic Radio Frequency Pulses Using the Shinnar–Le Roux Algorithm. Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine, 2010. 64(3): p. 843-851.

3. Balchandani, P., J.M. Pauly, and D.M. Spielman, Algorithm for adiabatic pulse design using the Shinnar Le-Roux transform. 2013, Google Patents.

4. Skinner, T.E., T.O. Reiss, B. Luy, N. Khaneja, and S.J. Glaser, Application of optimal control theory to the design of broadband excitation pulses for high-resolution NMR. Journal of magnetic resonance, 2003. 163(1): p. 8-15.

5. Van Reeth, E., H. Ratiney, M. Tesch, S.J. Glaser, and D. Sugny. Optimizing MRI contrast with B1 pulses using optimal control theory. in 2016 IEEE 13th International Symposium on Biomedical Imaging (ISBI). 2016. IEEE.