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La théorie du contrôle optimal (OC), grâce à l'implémentation d'algorithmes numériques, est un outil puissant pour la conception des impulsions RF en RMN. Elle offre un cadre théorique solide permettant de calculer des impulsions RF efficaces pour une grande variété d'applications, tout en prenant en compte les contraintes expérimentales, telles que les inhomogénéités des champs BO ou B1, la durée minimale des impulsions et les exigences en termes de puissance.
Le principe de base de cette approche est de converger de manière itérative vers l'impulsion RF optimale qui amène la magnétisation dans un état prédéfini, conduisant à l'acquisition d'un signal RMN avec les caractéristiques souhaitées.
Trois applications principales sont actuellement étudiées :
- Optimisation du contraste : des séquences optimales de préparation de contraste sont conçues pour obtenir des contrastes non triviaux entre des structures d'intérêt, en se basant sur leur différence de temps de relaxation (par exemple, l'amélioration des tissus à faible T2).
- Contrôle de la phase de la magnétisation : les impulsions RF issues du contrôle optimal permettent, avec une grande précision et flexibilité, d'encoder dans la phase de la magnétisation diverses caractéristiques des isochromates (par exemple, les mouvements dans le cadre de l'élastographie par résonance magnétique - MRE, ou la fréquence de résonance).
- Excitation robuste et économe en énergie : des impulsions RF optimisées, robustes face aux inhomogénéités de transmission RF, peuvent être calculées avec une déposition d'énergie significativement inférieure à celle des impulsions adiabatiques. Cela est particulièrement intéressant pour la réduction du dépôt d'énergie spécifique (SAR). L'excitation à faible énergie est également étudiée dans le cadre des noyaux à faible rapport gyromagnétique.
Noyaux X
Les plateformes précliniques (PILoT avec le nouvel aimant 11,7T) et cliniques (PRISM/CHUSE), avec lesquelles l'équipe collabore étroitement, sont équipées de l'instrumentation nécessaire pour étudier d'autres noyaux (en dehors de l'hydrogène), tels que le 31P, le 13C et le 23Na. Les développements de stratégies d'acquisition dédiées à un noyau spécifique ciblent des applications dans les muscles et le tractus digestif. Par exemple :
- Le 13C et le 31P, à leur abondance naturelle, offrent dans les deux cas des informations précieuses sur le métabolisme du glucose et de l'énergie.
- Le 23Na et le 31P sont impliqués dans l'homéostasie cellulaire et le métabolisme énergétique, notamment à travers la phosphorylation oxydative et la pompe Na+/K+-ATPase.
L'évaluation du métabolisme énergétique via la spectroscopie 31P peut être réalisée avec une spectroscopie non localisée, une spectroscopie par sélection de voxel unique ou une imagerie spectroscopique par résonance magnétique (MRSI). En pratique clinique, on utilise principalement la spectroscopie 31P non localisée, ce qui empêche d'obtenir des informations métaboliques spécifiques aux différents muscles individuels. L'utilisation de la spectroscopie 31P localisée permettrait d'accéder à des informations spatialement résolues et inciterait au développement de nouvelles séquences "maison" intégrant les avancées techniques les plus récentes.
Une méthode rapide d'acquisition MRSI a donc été développée, impliquant un échantillonnage non cartésien de l'espace k (échantillonnage spiral, cf.), couplé à un sous-échantillonnage intelligent de la dimension temporelle, exploitant un support spectral connu a priori et une estimation par moindres carrés pour la reconstruction du signal. Cette méthode a été validée par des simulations, implémentée dans un scanner IRM, optimisée, puis testée in vivo sur le muscle du mollet pour des applications en spectroscopie MRSI 1H et 31P.
