Optimisation d'impulsions radiofréquences basse-énergie en IRM/SRM : applications au cerveau et au foie du petit animal

L'application d'impulsions à haute énergie est nécessaire pour de nombreuses séquences d'imagerie (IRM) et de spectroscopie (SRM) de résonance magnétique. Nous pouvons citer le cas des impulsions adiabatiques, ainsi que les impulsions à fort angle de bascule (refocalisation, inversion) indispensables notamment dans les séquences en écho de spin [1.-2.]. Les restrictions légales en terme de DAS (débit d’absorption spécifique) déterminent un dépôt d’énergie maximal dans les tissus du patient examiné, ce qui peut entraîner une dégradation des images et/ou un allongement des temps d'acquisition des séquences utilisant ces impulsions. 

 

La théorie du contrôle optimal permet de formaliser le design d'impulsions radiofréquences comme un problème d'optimisation sous contraintes visant à minimiser une fonction de coût [3.-4.]. Cette dernière pénalise généralement un écart à un état cible correspondant au signal RMN désiré, et peut être régularisée de sorte à pénaliser l'énergie de l'impulsion. Ce formalisme mathématique a été beaucoup utilisé pour le design d’impulsion en RMN sur échantillon, mais encore peu exploité pour l’IRM et la SRM localisée in vivo.

 

Le sujet proposé consiste à générer des impulsions radiofréquences à basse énergie grâce à des algorithmes numériques de contrôle optimal. Les impulsions optimisées seront implémentées, dans un premier temps sur un IRM préclinique (7T ou 11.7T), dans des séquences IRM et de spectroscopie adéquates, de sorte à démontrer l'amélioration par rapport aux stratégies existantes en terme notamment de rapport signal-à-bruit, de robustesse aux inhomogénéités de champ B1, et de temps d'acquisition.

 

Les applications sont multiples et viseront principalement le cerveau et le foie afin d’être intégrées dans les études précliniques de l’équipe MAGICS, telles que l’étude des maladies neurodégénératives pour le cerveau ou les maladies chroniques, diffuses du foie.

 

Le travail de thèse sera réalisé selon une démarche pluridisciplinaire développant des stratégies algorithmiques dans la mise en œuvre du contrôle optimal en IRM, intégrant les contraintes de l’application in vivo et matérielles, afin d’implémenter les impulsions développées dans des séquences IRM/SRM.

 

Profil du candidat/de la candidate attendu :  connaissance des langages de programmations de type MATLAB/Python, C++, base de la physique de l’IRM, notions d’optimisation mathématique, goût pour l‘expérimentation.

 

Bibliographie

  1. Deelchand DK, Berrington A, Noeske R, Joers JM, Arani A, Gillen J, et al. Across-vendor standardization of semi-LASER for single-voxel MRS at 3T. NMR in Biomedicine. n/a(n/a):e4218.
  2. Weigel M, Zaitsev M, Hennig J. Inversion recovery prepared turbo spin echo sequences with reduced SAR using smooth transitions between pseudo steady states. Magn Reson Med. mars 2007;57(3):631‑7.
  3. Van Reeth, Eric, Ratiney H, Tse-Ve-Koon K, Tesch M, Grenier D, Beuf O, et al. A simplified framework to optimize MRI contrast preparation. Magnetic Resonance in Medicine [Internet]. 2018; Disponible sur: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01885027
  4. Van Reeth E, Ratiney H, Beuf O, Kanice S, Glaser S, Sugny D. BEEEP: B1-robust Energy Efficient Excitation Pulses [Internet]. 2019. Disponible sur: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02130017