L'évaluation non-invasive de la myéline dans la substance blanche du système nerveux central est fondamentale pour le suivi de pathologies telles que la sclérose en plaques. La myéline est majoritairement constituée de lipides et de protéines : du fait des nombreuses interactions dans ces macromolécules, les temps de relaxation transversale sont très courts (T2 < 1 ms), rendant indétectables ces signaux par des séquences conventionnelles. Les méthodes standards d’imagerie par RMN pour la caractérisation de la myéline reposent sur la modélisation des interactions entre les protons aqueux et la structure myélinisée. Néanmoins, la sélectivité et la robustesse de ces méthodes indirectes peuvent être remises en cause. Les séquences à temps d’écho ultracourt (UTE – TE < 1 ms) permettraient de faire l’acquisition directe des signaux issus de la matrice semi-solide de la myéline. Le développement de telles méthodes pour la mise en contraste positif et sélectif de la myéline sur système préclinique est l’objet de cette thèse. La validation de chacune des méthodes a été menée sur modèle murin ex vivo en confrontant des animaux sains et démyélinisés. Les résultats à partir des méthodes UTE montrent une sélectivité significative à la démyélinisation, suggérant l’adéquation de la technique pour l'évaluation de la myéline dans la substance blanche. / Non-invasive evaluation of white matter myelin in the central nervous system is essential for the monitoring of pathologies such as multiple sclerosis. Myelin is essentially composed of lipids and proteins: because of the numerous interactions between these macromolecules, the transverse relaxation times are very short (T2 < 1 ms), and their signals are undetectable using conventional sequences. Standard MRI methods for the characterization of myelin rely on the modeling of the interactions of aqueous protons with myelinated structures. Nonetheless, the selectivity and robustness of such indirect methods are questionable. Ultrashort echo time sequences (UTE – TE < 1 ms) may allow to directly detect the signals arising from the semi-solid spin pool of myelin. The main objective of this thesis consists in developing such methods in order to generate a positive and selective contrast of myelin using a preclinical imaging system. Validation of each method was carried out using an ex vivo murine model by confronting healthy and demyelinated animals. Results show a significant selectivity of the UTE methods to demyelination, suggesting that the technique is promising for white matter myelin monitoring.

L’IRM quantitative recouvre l’ensemble des méthodes permettant de mesurer des paramètres physiques accessibles en Résonance Magnétique Nucléaire. Elle offre un bénéfice par rapport à l’imagerie en pondération classiquement utilisée, notamment pour la détection, la caractérisation physiopathologique mais aussi pour le suivi thérapeutique des pathologies. Malgré ce potentiel avéré connu de longue date, ces méthodes restent peu utilisées dans la routine clinique. La raison principale est la longueur des acquisitions par rapport à l’approche classique. Les paramètres physiques que nous souhaitons étudier plus particulièrement sont le temps de relaxation longitudinal (T₁), transversal (T₂), le coefficient de diffusion apparent (ADC), et la densité de protons (DP). Malgré la possibilité d’atteindre une meilleure qualité d’images, ces cartographies in vivo sont quasiment inexistantes dans la littérature au-delà de 3T car leur implémentation nécessite de surmonter un certain nombre de limites spécifiques aux IRM ultra-haut champs (UHF). Au travers de ce projet de thèse, une méthode d’imagerie quantitative basée sur les états de configurations (QuICS) a été implémentée, pour déterminer ces paramètres quantitatifs de façon simultanée sous fortes contraintes propres aux UHF. L’approche a été optimisée dans le but d’obtenir des cartographies fiables et rapides. Le potentiel de la méthode a été démontré dans un premier temps in vitro sur un noyau tel que le sodium démontrant des propriétés complexes à cartographier. Puis dans un second temps, des acquisitions ont été réalisées sur proton, in vivo, en un temps d’acquisition compatible avec une utilisation en routine clinique à 7T. L’application d’une telle méthode d’IRM quantitative à UHF sur des populations permettra d’ouvrir de nouvelles voies d’études pour le futur. / Quantitative MRI refers to methods able to measure different physical parameters accessible in Nuclear Magnetic Resonance. It offers benefits compared to weighting imaging commonly used, for the detection, the pathophysiological characterization but also for the therapeutic follow-up of pathologies for example. Despite this long-established potential, these methods remain little used in clinical routine. The main reason is the long acquisition time compared to the classical approach. The physical parameters that we will study more particularly are the longitudinal (T₁), transverse (T₂) relaxation time, the apparent diffusion coefficient (ADC), and the proton density (DP). Despite the possibility to achieve a better image quality, these in vivo mappings are virtually non-existent in the literature beyond 3T because their implementation requires overcom-ing a number of specific ultra-high-field (UHF) MRI limits. Through this thesis project, a Quantitative Imaging method using Configuration States (QuICS) was implemented under strong UHF constraints, to determine these parameters simultaneously. The technique has been optimized to obtain fast and reliable maps. The potential of the method was first demon-strated in vitro on a nucleus such as sodium, exhibiting complex properties. As a second step, acquisitions were performed in proton, in vivo, in an clinically-relevant acquisition time, compatible with a routine use at 7T for population imaging. The application of such a method of quantitative MRI to UHF will open new research possibilities for the future.

L'imagerie par Résonance Magnétique (IRM) cardiaque est un domaine qui nécessite d'adapter la séquence au rythme du coeur, afin d'éviter le flou causé par un temps d'acquisition long devant les constantes de temps du mouvement. Ainsi, les temps séparant les impulsions radio-fréquence (RF) de la séquence sont aussi variables que les durées des cycles cardiaques sur lesquels on synchronise l'acquisition. Cela est cause d'imprécision sur l'image résultante, en particulier dans son caractère quantitatif. L'aimantation des spins n'est effectivement pas dans un état d'équilibre sur toute l'acquisition. La thèse présente deux axes principaux de recherche explorés ; le premier est une étude de l'impact de la variation du rythme cardiaque (présentée en outre dans le manuscrit) sur la mesure quantitative du temps de relaxation transversal T2. L'étude a été menée sur des objets fantômes et sur des volontaires sains. Deux méthodes de correction de la variation du rythme sont proposées, l'une basée sur la correction du signal au centre de l'espace de Fourier, l'autre basée sur une approche de reconstruction généralisée. Les résultats préliminaires sont encourageants, et des travaux ultérieurs seraient à entreprendre pour confirmer l'efficacité de ces méthodes. Ensuite, les variations temporelles du cycle cardiaque sont traitées à l'échelle d'un cycle, et nous proposons une méthode de mise en coïncidence des différents segments de l'électrocardiogramme (ECG) basée sur la déformation de l'ECG dans l'IRM probablement par effet magnétohydrodynamique. Cette méthode est mise au service de l'imagerie dans le cadre d'une séquence cinétique CINE dans laquelle une meilleure mise en correspondance des segments de cycles cardiaques successifs devrait permettre de gagner en qualité d'image, à condition d'avoir des résolutions spatiale et temporelle suffisamment fines. Les résultats apportés au cours de cette thèse sont préliminaires à de futures recherches nécessaires dans le domaine temporel de la séquence, beaucoup moins traité que le mouvement des organes / Cardiac Magnetic Resonance Imaging (MRI) requires to adapt the sequence to heart rate, so as to avoid the blur caused by the acquisition time longer than motion time constants. Thus, times between sequence radiofrequency pulses are as much variable as synchronization cardiac cycles durations. It causes imprecision on the resulting image, particularly for quantification. In fact, spins magnetization is not in a steady state during the acquisition. Two main research axis are presented in this thesis; the first one is a study of the impact of heart rate variation (described in the manuscript) on the transversal relaxation time T2 quantitative measurement. The study was lead on both phantom objects and on healthy volunteers. Two correction methods for heart rate variation are proposed, one based on the correction of the signal of the central line of the k-space, the other one based on a generalized reconstruction approach. First results are encouraging, and further works should be lead to confirm the methods efficacity. Then, heart rate variations are treated inside the cardiac cycle, and we propose a method to match the different segments of the electrocardiogram (ECG), based on the ECG deformation in the MR scanner probably due to by magnetohydrodynamic effect. This method is applied on imaging with a CINE kinetic sequence in which a better successive cardiac cycles segments matching should enable to improve image quality, at the condition to have sharp enough spatial and temporal resolutions. Results brought in this thesis are preliminary to necessary future researches in the sequence time domain, largely less addressed than organ motion