Applications de la résonance magnétique nucléaire dans le champ magnétique de fuite des appareils cliniques d'imagerie par résonance magnétique

Les technologies d'imagerie médicale modernes ont donné cours à une véritable révolution de la médecine de par l'information précise que ces dernières permettent d'obtenir sur certaines pathologies et sur certains processus physiologiques, et ce, de façon non invasive. Parmi ces technologies, l'imagerie par résonance magnétique (IRM) s'est démarquée comme étalon d'or en ce qui a trait à l'imagerie de tissus mous. Au-delà de sa fonction primaire d'imagerie, cette modalité permet en autres choses la rétroaction rapide sur l'évolution d'interventions médicales délicates en vue de minimiser les risques de complications, mais aussi de diminuer le caractère invasif de telles procédures. L'utilisation des modèles d'appareils d'IRM classiques, dont la configuration est à tunnel fermé, rend cependant l'utilisation de telles méthodes d'IRM interventionnelle particulièrement difficile en raison des restrictions d'accès aux patients découlant de la géométrie de ces appareils. Les appareils d'IRM ouverts permettent quant à eux un certain accès au patient lors de telles interventions, mais ont pour désavantage de posséder un espace de travail limité en plus de produire des images de qualité moindre. Le champ magnétique de fuite (CMF) des appareils cliniques d'imagerie par résonance magnétique est typiquement considéré comme une nuisance en raison des contraintes matérielles y étant associées. Néanmoins, une publication récente faisait état d'une nouvelle méthode de navigation de cathéters magnétiques utilisant le fort actionnement magnétique disponible en périphérie d'un appareil clinique d'IRM. Poursuivant cette exploration des possibilités de l'environnement magnétique varié qu'est le CMF, cette thèse propose d'utiliser des méthodes de résonance magnétique nucléaire (RMN) dans le CMF d'appareils d'IRM cliniques à tunnel fermé. S'appuyant fortement sur les développements ayant été faits dans le contexte du CMF d'appareils de spectrométrie par RMN à la fin du 20e siècle, la faisabilité de telles acquisitions en CMF d'appareils d'IRM et l'influence des paramètres de RMN classiques sur le signal mesuré ont premièrement été démontrées. Par la suite, une plateforme d'automatisation des acquisitions à échelle humaine a été conçue, ouvrant la porte à une foule d'applications avancées en CMF. Le profilage d'échantillons a ainsi été rendu possible, permettant la localisation de différents objets dans le CMF d'appareils d'IRM avec une précision excédant les 500 µm. Dans le cadre de cet ouvrage, l'imagerie planaire en CMF a aussi été démontrée, permettant l'obtention d'images dont la résolution surpasse celle des appareils d'IRM modernes de pointe. L'acquisition de signal RMN en CMF pour des milieux mobiles a finalement été explorée et utilisée pour grandement accélérer l'obtention des résultats dans le cadre des autres méthodes rapportées. Malgré l'éventail relativement large d'applications explorées dans cet ouvrage, une quantité importante de travaux futurs pourront être entrepris dans ce tout nouvel environnement. Il est envisagé que les méthodes d'acquisitions en CMF constitueront un complément de grand intérêt aux méthodes classiques d'IRM, permettant en particulier la combinaison d'acquisitions d'IRM de haute qualité aux possibilités offertes par un accès complet au patient durant une intervention médicale délicate.

Abstract

Modern medical imaging technologies gave birth to a true revolution in medicine through the precise information that they non invasively provide on certain pathologies or physiological processes. Among these technologies, magnetic resonance imaging (MRI) has stood out as the gold standard for soft tissue imaging. Beyond its primary imaging function, this modality allows, among other things, rapid feedback on delicate medical interventions, thus minimizing the risk of complications, but also reducing the invasiveness of such procedures. The use of conventional MRI devices, which share a closed bore configuration, however makes the use of such interventionnal methods particularly difficult due to patient access restrictions resulting from the geometry of such devices. On the other hand, open MRI scanners allow some access to the patient, but have the disadvantage of decreasing the device's working space and the quality of the images obtained. The magnetic fringe field (MFF) of clinical magnetic resonance imaging devices is typically considered a nuisance dut to the dangers and constraints associated with it. However, a recent publication reported on a new method of navigation for magnetic micro-catheters using the strong magnetic actuation available in the venicity of a clinical MRI device. Continuing this exploration of the possibilities of the varied magnetic environment that is the MFF, this thesis proposes to use nuclear magnetic resonance (NMR) methods in the MFF of closed tunnel clinical MRI scaners. Drawing heavily on the developments made in the MFF of NMR spectrometers devices at the end of the 20th century, the feasibility of NMR acquisitions in the MFF of MRI devices as well as the caracterization of the influence of standard NMR parameters on the obteined signal, was first demonstrated. Subsequently, a human-scale acquisition automation platform was designed, opening the door to a variety of advanced MFF applications. Samples profiling has thus been made possible, allowing the location of different objects in the MFF of MRI devices at a precision exceeding 500 µm. In this work, planar MFF imaging is also demonstrated, enabling images at resolutions exceeding the one of current state of the art MRI scanners to be obtained. The acquisition of an NMR signal in the MFF for mobile media was finally explored and used to greatly accelerate the otaining of results via the other methods reported. Despite the relatively wide range of applications explored in this study, a significant amount of future work remains in this entirely new medical environment. It is forseen that the MFF acquisition methods will represent a complement of great interest to conventional MRI methods as it would allow the combination of high quality MRI acquisitions and full access to the patient during challenging medical interventions.