Développer le potentiel de l'imagerie par résonance magnétique à 7 Tesla pour la neuroimagerie pédiatrique

0 avis

Développer le potentiel de l'imagerie par résonance magnétique à 7 Tesla pour la neuroimagerie pédiatrique

Directeur de thèse: Boulant, Nicolas ; Gras, Vincent
Numéro de rapport: FRCEA-TH--18194
Description physique: 178 p.
Type de document: Thèse ; Thèse CEA

Mots-clés: ultra-high field ; magnetic resonance imaging ; parallel transmission ; specific absorption rate ; pediatric neuroimaging ; très haut champ magnétique ; imagerie par résonance magnétique ; transmission parallèle ; débit d'absorption spécifique ; neuroimagerie pédiatrique
Classification INIS: RADIOLOGY AND NUCLEAR MEDICINE

Résumé: L'IRM à très haut champ (B₀≥7T), en essor rapide ces dernières années, offre une augmentation supralinéaire du SNR et permet d'atteindre une résolution plus élevée ou d'accélérer l'acquisition des images. Il existe aujourd'hui des systèmes d'IRM à 7 Tesla commercialisés qui surpassent les imageurs à 3 Tesla en SNR et offrent un gain substantiel de qualité d'image dans un large éventail de protocoles d'imagerie, tant en IRM anatomique qu'en IRM fonctionnelle BOLD. Toutefois, à ce jour, les systèmes 7T approuvés par les autorités réglementaires imposent un poids minimal de 30 kg pour l'inclusion des patients, faute de modèles dédiés au contrôle de la sécurité RF en deçà de ce seuil. Cette contrainte limite de fait l'utilisation de l'IRM 7T à la population adulte. En conséquence, la valeur de l'IRM 7T en pédiatrie n'a été examinée que dans un nombre limité d'études cliniques. Outre les enjeux de sécurité RF liés au débit d'absorption spécifique (DAS) élevé, l'effet délétère de l'inhomogénéité du champ RF sur la qualité d'image, ainsi que la nécessité d'optimiser la vitesse d'acquisition, doivent être pris en compte pour exploiter pleinement le potentiel de la neuro-imagerie à 7 Tesla. L'objectif de ce projet de thèse était de rendre le système d'IRM 7T de NeuroSpin éligible à l'imagerie cérébrale chez des enfants âgés de 6 à 15 ans présentant des troubles neurodéveloppementaux, notamment une dysplasie corticale focale (DCF) ou un syndrome d'alcoolisation fœtale (SAF). Afin de garantir une qualité d'image optimale à cette valeur de champ magnétique, nous avons choisi d'adapter l'instrumentation et les séquences d'imagerie avec la transmission parallèle (pTx). Ainsi, dans cette thèse, nous avons en premier lieu travaillé à la conception et à la validation d'un modèle de DAS local pédiatrique en pTx, garantissant le respect des recommandations de la CEI en termes de dépôt d'énergie radiofréquence. Un aspect original de ce travail réside dans la méthodologie développée pour intégrer une large diversité de masses corporelles et d'anatomies crâniennes dans le contrôle du DAS en pTx, grâce à une vaste base de données anatomique issue de données d'imagerie à 3T. En outre, pour répondre au besoin de simuler la distribution du champ RF dans la tête, dont dépend le DAS, nous nous sommes appuyés sur une antenne 8Tx/32Rx développée et fabriquée au CEA. En parallèle, et en collaboration avec l'équipe de recherche clinique de NeuroSpin (UNIACT), nous avons optimisé un ensemble de protocoles d'imagerie T₁, T₂ et T₂* à résolution submillimétrique pour le mode pTx, nécessaires aux examens IRM 7T chez des enfants présentant des troubles du neurodéveloppement. Plus précisément, il s'agissait: i) de déployer la méthodologie pTx dans les acquisitions IRM afin d'améliorer l'homogénéité du signal grâce à différentes stratégies de conception d'impulsions ; ii) de réduire le temps d'acquisition pour une résolution cible afin de limiter les artéfacts de mouvement, notamment en optimisant les protocoles d'imagerie et en mettant en œuvre une technique d'excitation sélective en pTx; et iii) d'explorer des approches de correction rétrospective du mouvement fondées sur les données. Ce dernier volet a été réalisé en collaboration avec l'équipe de recherche IADI de l'Université de Lorraine. Au cours de la dernière année de ce projet doctoral, nous avons réalisé les premières acquisitions chez quatre enfants sains (6-13 ans) et un enfant présentant un FAS (12 ans). Les résultats préliminaires ont montré que l'IRM pédiatrique à 7 T est réalisable et permet d'obtenir, en moins de 6 minutes, des images submillimétriques de qualité, soulignant ainsi son potentiel clinique. En conclusion, ce travail a franchi une étape importante dans le développement de la neuro-imagerie pédiatrique à 7 T, en démontrant la maîtrise des aspects de sécurité et de qualité d'image grâce au pTx, ainsi que la val da ion d'un premier protocole d'imagerie sur une petite cohorte d'enfants.
Abstract: Ultra-high-field (UHF) MRI (with B₀≥7T), rapidly developing in recent years, provides a supra-linear SNR growth and therefore allows for increased image resolution or substantially accelerated acquisitions. 7 Tesla MRI systems are now commercially available and can surpass 3T MRI in a variety of imaging protocols, including anatomical MRI and BOLD fMRI. However current regulatory-cleared 7T systems impose a minimum patient weight of 30 kg due to the lack of dedicated RF safety-control models, effectively restricting 7T MRI to adult populations. As a result, the value of 7T MRI in pediatrics has not been touched upon beyond a few clinical research studies. Besides RF safety issues related to higher specific absorption rate (SAR), the deleterious effect of RF field inhomogeneity on image quality along with the need to optimize acquisition speed, must be addressed to fully harness the neuroimaging potential of 7 Tesla MRI. The objective of this PhD project was to make 7T MRI system at NeuroSpin eligible for brain imaging in children aged 6 to 15 years with neurodevelopmental disorders, in particular focal cortical dysplasia (FCD) or foetal alcohol syndrome (FAS). For this purpose, parallel transmission (pTx) appeared indispensable as the technical solution to address the aforementioned UHF-specific challenges and to ensure optimal image quality. In this thesis, we primarily worked on the construction and validation of a pediatric local SAR model for pTx to ensure that 7T MRI examinations in the target population comply with IEC RF safety guidelines. An original aspect of this work was the methodology we developed to account for a wide range of body masses and head anatomies in pTx SAR control, using a large in-house anatomical database. To meet the need for simulating the RF field distribution in the head, on which SAR control models are built, we based our work on an 8Tx/32Rx head coil developed and manufactured at CEA. In parallel, and in collaboration with the clinical research team of NeuroSpin, UNIACT, we optimized a set of pTx-enabled sub-millimeter T₁-w, T₂-w and T₂*-w imaging protocols required for scanning children with neurodevelopmental disorders using 7T MRI. More specifically, this included: i) enabling the pTx methodology in MRI acquisitions to improve contrast and signal homogeneity using different pulse design strategies, ii) minimizing scan time for a target resolution to reduce motion artifacts, e.g., by optimizing imaging protocols and implementing pTx 3D slab-selective excitation, and iii) exploring data-driven retrospective motion correction approaches. The latter work was conducted in collaboration with the IADI research team of the University of Lorraine. During the last year of this PhD project, we performed first acquisitions in four heathy children (6-13 y.o.) and one child with a FAS (12 y.o.). The preliminary results demonstrated that 7T pediatric MRI is feasible and enables the acquisition of high-quality submillimeter-resolution images in under six minutes, suggesting its potential clinical value. In conclusion, the present work has reached an important milestone in pediatric neuroimaging at 7T, namely, the ability to master safety and image quality aspects using pTx, as well as the validation of a first imaging protocol on a small cohort of children.

Informations exemplaires

Centre	Localisation	Cote	Support
Paris-Saclay - Bibliothèque scientifique	En ligne		Ressource électronique

Demande de document

CONSULTER

Accéder à la thèse (Intranet)

Voir la notice dans la base INIS

Chargement des enrichissements...