Cartographie des propriétés électriques du corps humain en imagerie par résonance magnétique (IRM)

école doctorale

équipe

contexte

Les propriétés électriques des tissus biologiques caractérisent la manière dont ceux-ci réagissent lorsqu'ils sont soumis à des champs électromagnétiques. Ces propriétés sont nommées la conductivité et la permittivité électriques. En particulier, la conductivité électrique, notée σ, traduit l'aptitude des charges électriques se trouvant dans les tissus à se déplacer et à générer un courant électrique (j ⃗=σE ⃗). La connaissance des propriétés électriques est requise dans de nombreuses applications biomédicales et industrielles. Les propriétés électriques des tissus étant dépendantes de la structure des tissus et de leur composition (eau, concentration ionique, structure cellulaire…), elles peuvent être modifiées lors de l'altération du tissu suite à une pathologie (par exemple une tumeur ou un kyste dans le foie, cf Fig. 1) et ainsi fournir des informations diagnostiques, également appelées des biomarqueurs (1). De plus, lors de l'interaction entre un champ électromagnétique et un tissu biologique - comme c'est le cas en téléphonie mobile, ou lors d'un examen d'imagerie par résonance magnétique (IRM) - il est nécessaire d'estimer la quantité d'énergie électromagnétique absorbée (ou débit d'absorption spécifique, DAS) pour la sécurité de l'utilisateur ou du patient. De même, lors d'un traitement de thermo-ablation d'une lésion par micro-ondes, une modélisation plus précise de cette énergie délivrée à la lésion cible et aux tissus sains environnants est nécessaire pour optimiser l'efficacité du traitement. Ces estimations d'énergie absorbée requièrent de connaître précisément la conductivité des tissus (2). Figure 1 - Images IRM conventionnelles en pondération T1 (à gauche) et cartes de conductivité électrique reconstruites (à droite), chez un sujet présentant une tumeur hépatique bénigne (Subject 1) et un kyste (Subject 2). Travaux du laboratoire IADI, Z. He et al., ISMRM 2024. En raison de son principe physique fondée sur l'électromagnétisme, l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) offre la possibilité d'imager ces propriétés électriques (3) et ceci à une résolution proche du centimètre, voire du millimètre. En IRM, des antennes radiofréquences (RF) émettant une impulsion RF à la fréquence de Larmor (64 MHz à 1.5 T, 128 MHz à 3 T) sont utilisées pour créer le signal IRM. Les images obtenues sont complexes (module et phase) et dépendent notamment de l'interaction électromagnétique entre l'onde RF émise et le sujet imagé. Cette « signature » RF dans les images IRM est fonction de la conductivité et de la permittivité des tissus, et toute l'essence de la Magnetic Resonance Electrical Properties Tomography (MR-EPT) consiste à extraire cette signature RF des images pour ainsi quantifier la conductivité et permittivité des tissus. Au cours des travaux précédents du laboratoire (cf Fig. 2), nous avons validé les mesures par IRM par rapport à la méthode de référence (4), et nous avons obtenu des résultats préliminaires concernant les valeurs observées in-vivo et leurs variations dans la population (5). Les limites des techniques précédemment développées sont : 1) la résolution spatiale effective des cartes de conductivité reste modeste (5 à 10 mm) au regard du potentiel de l'IRM (< 1 mm) : 2) dans les organes de la cage thoracique et de l'abdomen, les mouvements respiratoires et cardiaques imposent des contraintes supplémentaires sur la résolution spatiale.

spécialité

Automatique, Traitement du signal et des images, Génie informatique

laboratoire

IADI - Imagerie Adaptative Diagnostique et Interventionnelle