Thèse co-encadrée par le SPEC/LNO et le laboratoire BIOMAPS.
Résumé :
Environ 35 millions de bébés naissent prématurément chaque année dans le monde, ce qui en fait la principale cause de décès prématuré à cause des hémorragies cérébrales. En fonction de la gravité de la prématurité, ces enfants sont également plus susceptibles de souffrir de handicaps physiques et cognitifs permanents plus tard dans leur vie. Bien que les modalités d’imagerie actuelles, telles que l’échographie et l’imagerie par résonance magnétique (IRM), soient fiables pour un diagnostic précis, aucune approche ne permet une surveillance continue des patients. En outre, l’utilisation inhérente de champs magnétiques élevés dans les IRMs standards rend cette technologie très coûteuse et moins accessible. Par ailleurs, les systèmes à faible champ < 0,3 T permettent de surmonter ces problèmes, mais en même temps, n’offrent pas une bonne résolution d’image ; par conséquent, d’autres alternatives innovantes sont nécessaires.
Le travail de cette thèse vise à explorer de nouvelles techniques à bas champ magnétique telles que le champ cyclé (FFC), qui consiste à étudier la dépendance du temps du relaxation longitudinale (T1) en fonction des champs magnétiques externes B0 entre 0,05 mT et 0,5 mT, fournissant ainsi une information unique qui peut compenser l’inconvénient de la faible résolution. Pour obtenir une preuve de concept, nous avons utilisé des échantillons de sang de rats sains et obtenu des profils de dispersion à différentes températures. Nous avons ensuite mis au point un modèle théorique qui explique cette dépendance permettant ainsi de révéler les mouvements moléculaires dans le sang à travers des temps caractéristiques spécifiques. Ces mêmes paramètres peuvent constituer de nouveaux biomarqueurs potentiels pour la différenciation entre sang hémorragique et le sang sain.
Par ailleurs, et au cours de ces expériences, les échantillons de sang ont été placés dans des tubes RMN, ce qui peut entraîner une sédimentation systématique des globules rouges et, par conséquent, un biais dans les résultats et l’interprétation des données. Pour résoudre ce problème, nous avons testé un nouvel agent anti-sédimentation et effectué différentes expériences pour vérifier toute interaction possible avec le sang ; l’agent a été ensuite caractérisé à différentes températures et concentrations, des résultats prometteurs ont été obtenus.
En conclusion, le travail présenté ici représente un progrès significatif dans l’exploration de meilleures alternatives pour l’imagerie des hémorragies chez les enfants prématurés.
Mots-clés : Enfants prématurés, Champs magnétiques faibles, Sang, Champ cyclé.
Blood relaxometry for magnetic resonance imaging of the premature infant
Approximately 35 million babies worldwide are born prematurely each year, making it the leading cause of premature death due to cerebral haemorrhage. Depending on the severity of prematurity, these infants are also more likely to have permanent physical and cognitive disabilities later in life. Although current imaging modalities, such as ultrasound and magnetic resonance imaging (MRI), are reliable for accurate diagnosis, no approach allows continuous monitoring of patients. In addition, the inherent use of high magnetic fields in standard MRIs makes this technology very expensive and less accessible. Meanwhile, low-field systems < 0.3 T overcome these problems, but at the same time, they lack sufficient NMR signal required for good image resolution; therefore, new innovative approaches are needed.
The work presented in this thesis aims to explore a new low-field technique called Fast Field Cycling (FFC ), which consists of studying the dependence of longitudinal relaxation times (T1) as a function of external magnetic fields B0 between 0.05 mT and 0.5 mT, thus providing unique information on the molecular dynamics that may compensate the low collected signal. To obtain a proof of concept, this approach was applied to blood samples from healthy rats , and a theoretical model explaining relaxation in these biological solutions was developed. This latter could be used as a new tool to distinguish hemorrhagic blood from healthy blood through specific characteristic times.
During these experiments, blood samples were placed in NMR tubes, which can lead to systemic sedimentation of red blood cells and, therefore, may cause bias in the results and data interpretation. To overcome this problem, we tested an anti-sedimentation agent and performed several experiments to verify any possible interaction with the blood; the agent was further characterized at different temperatures and concentrations, promising results were obtained.
In conclusion, the work presented here represents significant progress in exploring better alternatives for hemorrhage imaging in preterm infants.
Keywords: Premature infants, Low magnetic fields, Blood, Fast field cycling (FCC).