Nous avons cherché à discerner les rôles respectifs de l’âge et de l’hypertension sur l’anatomie et la fonction des grosses et des petites artères en utilisant de nouvelles techniques non invasive. Au niveau macrovasculaire : En utilisant l’IRM aortique nous avons montré le rôle proéminent de l’âge et observé l’influence parallèle et combinée de l’âge et de l’hypertension sur la diminution de la rigidité. En utilisant la tonométrie de l’artère radiale nous avons montré des liens entre anatomie, fonction et athérosclérose dans une large population suggérant de nouvelles hypothèses pour relier fonction artérielle et risque cardiovasculaire Au niveau microvasculaire rétinien: Nous avons validé une nouvelle technologie d’imagerie de haute résolution: l’optique adaptative. Nous avons confirmé dans une large cohorte d’hypertendus la présence d’un remodelage eutrophique. Nous avons observé des variations à court terme de la lumière sans modification de la surface sectionnelle en cas de diminution de pression. Conjugués à la corrélation que nous avons établie entre le remodelage rétinien et les résistances périphériques totales, nos résultats plaident pour une part importante de remodelage fonctionnel. Avec le vieillissement, nous avons décrit un épaississement pariétal avec augmentation de la surface sectionnelle sans modification de la lumière. Nous avons confirmé la présence d’un remodelage hypertrophique chez les patients diabétiques. En conclusion : Nous avons validé et montré l’apport de nouvelles techniques d’imagerie artérielle non invasives sur de larges populations pour étudier le remodelage artériel dû à l’âge et aux facteurs de risque cardiovasculaires. / We’ve tried to decipher the respective roles of age and hypertension on anatomy and function of large and small arteries using new non invasive imaging techniques. Large arteries: Using Aortic MRI, we’ve shown the proeminent role of ageing on arterial stiffening as well as the parallel and combined influence of age and hypertension . Using radial artery tonometry, we’ve shown links between anatomy, function and atherosclerosis in a large population. This generates new hypothesis to link arterial function and cardiovascular risk. Retinal microcirculation: We’ve validated a new high resolution imaging technique : adaptive optics. We’ve confirmed in a large cohort of hypertensives the existence of an inward eutrophic remodeling. We’ve observed Blood pressure drop related short term vasodilatation without changes in wall cross section. Together with the relationship we also established between arteriolar remodeling and total peripheral resistances, our results advocate for an important part of functional remodeling in hypertension. With ageing, we’ve observed a parietal thickening with wall cross section increase without lumen modifications. We’ve also confirmed the presence of an hypertrophic remodeling in diabetic patients. In conclusion: We have validated and confirmed the added value of new arterial non invasive imaging techniques on large populations to study cardiovascular risk factors induced arterial remodeling

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) de diffusion est une technique permettant de sensibiliser un signal de résonance magnétique au mouvement brownien des molécules d'eau. Cette méthode a été utilisée pour accéder à l'information structurelle des tissus en neurologie et est devenu un outil crucial de prise en charge des patients à la phase aigüe de l'accident vasculaire cérébral pour la détection de la zone d'ischémie cérébrale. Il est pressenti que de disposer de ce type d'imagerie en cardiologie pourrit compléter avantageusement les outils d'IRM cardiaque pour le diagnostic de pathologie cardiovasculaire courantes, à la phase aigüe ou chronique de l'infarctus du myocarde mais aussi pour le suivi de toutes cardiomyopathies. Cependant cette technique, sensible au mouvement des molécules d'eau, est confrontée en cardiologie aux mouvements cardiaques et respiratoires. Les méthodes présentées actuellement dans la littérature pour faire face à ces mouvements nécessitent des temps d'acquisition considérables et donc incompatible avec une application clinique de l'IRM de diffusion en cardiologie. L'objectif de la thèse est de développer l'IRM de diffusion cardiaque compatible avec les contraintes clinique pour en permettre le transfert vers une application en routine clinique. Notre travail s'est tout d'abord concentré sur le développement d'une technique séquence et d'une stratégie d'acquisition en respiration libre permettant une acquisition continue pendant toute la totalité du cycle respiratoire. Cette séquence de diffusion, utilise l'écho navigateur, image 1D fournissant prospectivement l'information de position de l'interface foie/poumon en temps réel, pour adapter en temps réel la position de coupe en fonction de la phase respiratoire, permettant ainsi de compenser le déplacement tête-pied du coeur induit par la respiration. Cette méthode appelé « slice-following » a été validée pour l'imagerie de diffusion cardiaque dans une étude de reproductibilité conduite sur 10 volontaires / Diffusion magnetic resonance imaging is a technic allowing a sensitization of the magnetic resonance signal to Brownian motion of water molecules. This method was used to probe structural information of tissue in neuroimaging and became a tool of paramount importance in the management of patient with acute cerebral vascular accident for the detection of ischemic cerebral zone. The motivation is high to develop diffusion magnetic resonance imaging in cardiology which could complete actual cardiac MR method for the diagnostic of acute infarct or myocarditis. However this technique is very sensitive to motion and face in cardiology to breathing and cardiac motion. Until now, the methods proposed to take care of these motions increased considerably the scan time and are not compatible with clinical constraints. The aim of this thesis is to develop cardiac diffusion magnetic resonance imaging compatible with such constraints which could be used for clinical applications. We proposed a new approach of free-breathing technique allowing scanning during all the respiratory cycle. This new diffusion sequence is based on echo navigator, a 1D image given prospectively and in real time the lung/liver interface. The information given by the navigator is used to adapt the slice position according to breathing phase in real time. This method called “slice-following” correct the head foot displacement of the heart induced by the breathing and was validated on a reproducibility study on 10 volunteers

La segmentation d'image est le processus de partitionnement d'une image numérique en régions, non chevauchées, homogènes vis-à-vis de certaines caractéristiques, telles que le niveau de gris, la texture, le mouvement, etc. Elle a des applications dans plusieurs domaines comme l'imagerie médicale, la détection d'objets, la biométrie, l'imagerie par satellite, la navigation de robot, la vidéosurveillance, etc. Le processus de segmentation représente une étape cruciale dans les systèmes de vision par ordinateur, car les caractéristiques et décisions sont extraites et prises à partir de son résultat. Les premiers algorithmes de segmentation d'image ont vu le jour dans les années 1970. Depuis, de nombreuses techniques et méthodes de segmentation ont été expérimentées pour essayer d'améliorer les résultats. Néanmoins, jusqu'à nos jours, aucun algorithme de segmentation d'image n'arrive à fournir des résultats parfaits sur une large variété d'images. Les "métaheuristiques" sont des procédures conçues pour résoudre des problèmes d'optimisation dits difficiles. Ce sont en général des problèmes aux données incomplètes, incertaines, bruitées ou confrontés à une capacité de calcul limitée. Les métaheuristiques ont connu un succès dans une large variété de domaines. Cela découle du fait qu'elles peuvent être appliquées à tout problème pouvant être exprimé sous la forme d'un problème d'optimisation de critère(s). Ces méthodes sont, pour la plupart, inspirées de la physique (recuit simulé), de la biologie (algorithmes évolutionnaires) ou de l'éthologie (essaims particulaires, colonies de fourmis).Ces dernières années, l'introduction des métaheuristiques dans le domaine du traitement d'images a permis d'étudier la segmentation sous un angle différent, avec des résultats plus ou moins réussis. Dans le but d'apporter notre contribution et d'améliorer davantage les performances des méthodes de segmentation, nous avons proposé des algorithmes basés régions, contours et hybrides, mettant en œuvre des métaheuristiques d'optimisation dans des approches mono et multiobjectif. Les méthodes proposées ont été évaluées sur des bases de données expérimentales composées d'images synthétiques, d'images IRM simulées et d'images IRM réelles ainsi que des images de tomographie par émission de positons (TEP). Les résultats obtenus sont significatifs et prouvent l'efficacité des idées proposées / Image segmentation is the process of partitioning a digital image into homogeneous non-overlapped regions with respect to some characteristics, such as gray value, motion, texture, etc. It is used in various applications like medical imaging, objects detection, biometric system, remote sensing, robot navigation, video surveillance, etc. The success of the machine vision system depends heavily on its performance, because characteristics and decisions are extracted and taken from its result. The first image segmentation algorithms were introduced in the 70's. Since then, various techniques and methods were experimented to improve the results. Nevertheless, up till now, no method produces a perfect result for a wide variety of images. Metaheuristics are a high level procedure designed to solve hard optimization problems. These problems are in general characterized by their incomplete, uncertain or noised data, or faced to low computing capacity. Metaheuristics have been extremely successful in a wide variety of fields and demonstrate significant results. This is due to the fact that they can applied to solve any problem which can be formulated as an optimization problem. These methods are, mainly, inspired from physics (simulated annealing), biology (evolutionary algorithms), or ethology (particle swarm optimization, ant colony optimization).In recent years, metaheuristics are starting to be exploited to solve segmentation problems with varying degrees of success and allow to consider the problem with different perspectives. Bearing this in mind, we propose in this work three segmentation and post-segmentation approaches based on mono or multiobjective optimization metaheuristics. The proposed methods were evaluated on databases containing synthetic images, simulated MRI images, real MRI images and PET images. The obtained results show the efficiency of the proposed ideas

Comment les agents anesthésiques induisent-ils une perte de conscience lors de l’anesthésie générale? La dissection des mécanismes neuronaux de l’anesthésie générale représente un défi important en neurosciences. L’émergence de l’IRM fonctionnelle (IRMf) chez le primate non-humain donne l’occasion d’étudier l’activité neuronale à l’état éveillé et sous anesthésie en s’affranchissant des contraintes cliniques. Le développement récent de paradigmes auditifs, tel que le paradigme ‘local-global’, qui explore spécifiquement les réseaux cérébraux impliqués dans l’état conscient, nous a permis d’émettre l’hypothèse que la combinaison de l’IRMf chez le primate, de paradigmes auditifs et de protocoles d’anesthésie contrôlés par l’électroencéphalogramme (EEG), pourraient aider à disséquer les mécanismes neuronaux de l’anesthésie générale.Dans une première étape, étant donnée l’utilisation extensive de l’IRM dans notre travail, il était important d’étudier systématiquement l’effet des agents anesthésiques sur l’oxygénation vasculaire cérébrale, paramètre critique pour le signal IRMf. Nous avons donc réalisé une expérience préliminaire, faisant appel à l’IRM à ultra-haut champ magnétique chez le rongeur, afin de détecter les éventuels modifications du signal T2* induits par chacun des agents anesthésiques. Nous avons pu démontrer que le propofol et la kétamine, deux agents anesthésiques utilisés en clinique, affectaient moins l’oxygénation sanguine cérébrale que les anesthésiques volatils.Dans une deuxième étape, nous avons développé une « boîte à outils » pour l’IRMf chez le primate éveillé et anesthésié, et avons validé notre dispositif expérimental avec un paradigme auditif basé sur des sons simples (basse et haute fréquence).Dans une troisième étape, nous avons testé le paradigme auditif ‘local-global’ chez le macaque éveillé et avons pu démontrer que le cerveau du macaque est capable d’un codage prédictif hiérarchique à travers un espace de travail global, composé d’un réseau fronto-pariéto-cingulaire, montrant une forte homologie avec celui de l’Homme.Dans une quatrième étape, nous avons testé le paradigme auditif ‘local-global’, chez le macaque anesthésié et avons pu démontrer une désorganisation progressive de l’espace de travail global neuronal sous anesthésie. Cette désorganisation a été proportionnelle au niveau de sédation sous propofol, et complète sous sédation profonde à la kétamine. Ces résultats sont compatibles avec l’hypothèse selon laquelle le mécanisme de la perte de conscience sous anesthésie, est lié à une désorganisation de l’organisation fonctionnelle hiérarchique de l’espace de travail neuronal. Le cortex pariétal apparaît comme une cible commune aux deux agents anesthésiques.Dans la dernière étape, nous avons étudié le réseau cérébral par défaut (« default mode network ») chez le macaque éveillé et anesthésié. Nous avons pu démontrer que sous anesthésie, le cerveau présentait encore des patrons de connectivité distincts et riches, mais que ces patrons étaient fortement liés à l’organisation anatomique sous-jacente, alors que, à l’état éveillé cette organisation se caractérisait par un haut degré de flexibilité temporelle ce qui permet une exploration non-stéréotypée d’une plus grande variété d’états cérébraux.En conclusion, les agents anesthésiques entraînent une désorganisation de l’espace de travail global neuronal, avec pour conséquence l’altération des dynamiques temporelles de l’activité cérébrale spontanée, induisant ainsi une suppression de la conscience. / How can anesthetics induce a loss of consciousness during general anesthesia? A major challenge in neuroscience is to dissect the mechanisms of general anesthesia, which is quite difficult to achieve in the clinical conditions. The dawning of monkey functional MRI (fMRI) in neuroscience is an important opportunity to investigate neuronal activity in awake and anesthetized conditions. The recent development of auditory paradigms, such as the ‘local-global’ paradigm, that specifically explore brain networks thought to be specific of the conscious state led us to hypothesize that the combination of primate fMRI, auditory paradigms and single-drug anesthetic protocols with electroencephalography (EEG) control would help dissect the neuronal mechanisms of general anesthesia. In a first step, because we planned an extensive use of fMRI in our work, it was key to screen anesthetic agents for their effects on brain vascular oxygenation, a critical parameter for fMRI signal. Thus we did a preliminary experiment using ultra-high field MRI in rodents to assess subtle changes of the T2* signal under different anesthetic conditions and could demonstrate that propofol and ketamine, both clinical anesthetics, affects less brain blood oxygenation than volatile agents. In a second step, we developed a toolbox for awake and anesthetized monkey fMRI and validated the experimental set-up with a simple sound paradigm (low and high frequency sounds). In the third step, we tested the ‘local-global’ auditory paradigm in awake monkeys and could demonstrate that the macaque brain was capable of hierarchical predictive coding through a hypothetical macaque Global Neuronal Workspace made of frontal, parietal and cingulate cortices, in a striking homology with humans. In the fourth step, we tested the ‘local-global’ auditory paradigm in anesthetized monkeys and could demonstrate a progressive disorganization of the macaque GNW under anesthesia when increasing the levels of propofol sedation, and a complete suppression of the macaque GNW under deep ketamine sedation. These results are compatible with the hypothesis that the mechanism of loss of consciousness under anesthesia is related to the disorganization of a hierarchical GNW, with the parietal cortex as a common target among anesthetics. In the final step we studied the default network by acquiring resting state in awake and anesthetized monkeys and could demonstrate that under anesthesia, the brain still exhibits distinct and rich connectivity patterns, but these patterns become strongly related to the underlying white-matter structural map in a monotonic manner, while the awake state is characterized by a high degree of temporal flexibility which allows for a non-stereotyped exploration of a greater variety of brain states. In conclusion, by disorganizing the GNW, anesthetics alter the temporal dynamics of spontaneous brain activity, and specifically its departure from mere random fluctuations along established anatomical routes, leading to consciousness suppression.

Les opérations chirurgicales pour le traitement des défauts de soutènement d'organes dans les pays industrialisés sont des actes de plus en plus fréquents, et requièrent l'implantation de plus d'un million de prothèses par an. Même si l'usage des prothèses de soutènement a permis de diminuer les complications postopératoires, les taux de réinterventions restent très élevés. Ces travaux présentent différentes stratégies permettant d'apporter de nouvelles propriétés à des treillis en polypropylène, afin d'améliorer leur résistance à l'infection et de permettre leur suivi postopératoire en IRM. Des treillis anti-infectieux sont développés en enrobant les filaments de treillis d'un réservoir de polymère dégradable et biocompatible contenant des agents anti-infectieux, par une technique de pulvérisation à l'aide d'un aérographe. L'association ofloxacine – rifampicine incorporée présente une excellente activité antibactérienne in vitro, et la cinétique de libération prolongée des agents actifs permet d'inhiber la contamination des treillis pendant au moins 72 heures. Les techniques de stérilisation par rayonnement Gamma n'impactent ni la stabilité des agents actifs, ni l'efficacité antibactérienne des treillis anti-infectieux.Afin de permettre une visualisation en IRM des treillis implantés, des polymères ont été synthétisés par greffage d'agent de contraste (DTPA-Gd) sur de la poly(ε-caprolactone) (dégradable) et du poly(acrylate de méthyle) (biostable). Après enrobage des prothèses par ces polymères, le rehaussement du signal induit par la présence du gadolinium permet de visualiser les prothèses à la fois in vitro et in vivo sur différents types d'appareils d'IRM. La stabilité de l'agent de contraste est suffisante pour pouvoir visualiser les treillis pendant plusieurs mois, quelle que soit la technique de stérilisation utilisée. / Soft tissue reinforcement surgical operations in industrial countries are common and require annually at least one million of prostheses for treating this problem. Even if meshes used for organ prolapse surgical procedures allow decreasing postoperatory complications, reinterventions ratio is still relevant. This work present several strategies to bring new properties to polypropylene meshes in order to improve their resistance to infection and enable their postoperative MRI follow-up. Anti-infective meshes are developed by coating the filaments of the meshes with an antibiotics drug reservoir based on degradable and biocompatible polymers, using an airbrush system. Dual ofloxacin-rifampicin antibiotics incorporation on these coated meshes shows an excellent antibacterial activity in vitro and sustained release of the drugs can inhibit meshes contamination for at least 72 hours. Sterilization procedures using Gamma-ray irradiation impact neither the drugs stability nor the anti-infective meshes activity. In order to visualize by Magnetic Resonance Imaging (MRI) meshes after implantation, a contrast agent (DTPA-Gd) is covalently grafted onto the polymeric backbone of poly(ε-caprolactone) (degradable) or poly(methyl acrylate) (biostable). Meshes were coated with these new polymers and MR signal enhancement induced by the presence of gadolinium allows the visualization of the meshes in vitro and in vivo with several MR equipments. Coated meshes are visible during several months, whatever the sterilization procedures, showing the stability of the contrast agent.

La thèse porte sur le développement d’une méthodologie IRM originale (sonde RMN de surface) permettant l’imagerie haute résolution et quantitative de l’eau dans la membrane polymère, un des constituants principaux des piles à combustible de type PEMFC. Les sondes radiofréquences développées sont dédiées à (1) l’étude du coefficient d’auto-diffusion de l’eau dans une membrane soumise à une contrainte de traction et à (2) l’imagerie en temps réel de la distribution de l’eau dans une membrane soumise à différentes conditions en humidité. Les mesures indiquent que l’anisotropie de diffusion de l’eau est intimement liée à l’anisotropie de la structure du polymère. L’observation de la progression des fronts d’humidités dans la membrane suggère que la limitation au transfert de masse est due aux résistances d’interfaces de la membrane mais surtout à la relaxation du polymère lors de l’adsorption de l’eau / This work focuses on the development of MRI/NMR methods dedicated to the characterization of water transport properties in a polymer membrane used in PEMFC. Radiofrequency coils are used to (1) study water self-diffusion coefficient in uniaxially stretched membranes and (2) spatially and temporally resolved measurements of the water distribution through the membrane. These measurements provide information about the influence of the polymer structure on water transport properties and also on real-time water distribution through the membrane in various humidity conditions. The water diffusion anisotropy is intimately linked to the structural order of the polymer. The steady-state and transient profiles of water content through the membrane indicate that mass transfer is limited by the interfacial resistances and mainly by the polymer relaxation during sorption

L’imagerie cardiovasculaire du rongeur par RMN est un véritable défi en ce qui concerne la résolution spatiale et temporelle, le contraste et le temps d’expérience. S’il est aujourd’hui admis que l’acquisition 3D doit être privilégiée chez le petit animal, les temps d’acquisition en 3D sont parfois très longs. Ils doivent pourtant rester compatibles avec les temps d’expérience in vivo. L’objectif de cette thèse était donc de développer de nouvelles méthodes d’imagerie cardiovasculaire 3D rapides pour le petit animal à 4.7 et 9.4 T. Tout d’abord, nous avons développé deux méthodes d’IRM cardiaque 4D (3D résolue dans le temps) à contraste «sang noir». La première méthode est basée sur une séquence TrueFISP (Fast Imaging with Steady-state Precession). Elle a permis d’obtenir le contraste sang noir en une heure d’acquisition. La deuxième méthode est basée sur une séquence FLASH (Fast Low Angle Shot). Elle utilise un gradient bipolaire pour supprimer le signal sanguin et le contraste a été rehaussé en Manganèse. Trente minutes d’acquisition ont alors été suffisantes. Ensuite, une méthode d’angiographie temps-de-vol 3D du corps entier de la souris a été développée. Le contraste vasculaire a été amélioré grâce à l’adjonction de motifs de suppression du signal tissulaire. L’imagerie de l’arbre vasculaire entier a pu être réalisé en moins de 10 minutes. Enfin, une nouvelle méthode d’angiographie fonctionnelle ciné temps-de-vol 4D utilisant une acquisition écho-planar a été développée. Les résultats préliminaires montrent qu’il est possible de diviser par quatre les temps d’acquisition de l’angiographie fonctionnelle classique. Tous ces résultats montrent que l’imagerie cardiovasculaire 3D haute résolution est possible dans des temps d’acquisition raisonnables voire rapides / Cardiovascular MRI in rodents is a real challenge in terms of spatial and temporal resolution, contrast and experiment times. Though it is accepted that 3D acquisition should be preferred in small animals, 3D acquisition times can be very long. However, they must remain compatible with in vivo experiment times. The aim of this thesis was therefore to develop new fast 3D methods of cardiovascular imaging in small animals at 4.7 and 9.4 T. First, two 4D cardiac MRI methods (3D time resolved) were developed in «black-blood» contrast. The first method is based on a TrueFISP sequence (Fast Imaging with Steady-state Precession). It allowed to make black blood contrast in one hour acquisition time. The second method is based on a FLASH sequence (Fast Low Angle Shot). It uses a bipolar gradient to suppress the blood signal and the contrast was enhanced by using Manganese. Thirty minutes were then enough. Next, a time-of-flight angiography method for the whole body of mice was developed. The vascular contrast was improved by adding preparation modules to suppress the signal from tissues. The imaging of the whole arterial tree was realized within less than ten minutes. Finally, a new 4D time-of-flight method of functional cine angiography with echo-planar acquisition was developed. Preliminary results showed that acquisition times could be divided by four compared with those in classical functional angiography. All these results show that high resolution 3D cardiovascular imaging is possible in reasonable or even fast acquisition times.

L'objectif poursuivi au cours de ce travail est l'élaboration de nanoparticules biocompatibles à visée diagnostique (IRM) et thérapeutique (PDT). Dans ce but, un protocole de nanoprécipitation a été optimisé pour obtenir de façon quantitative et reproductible, des nanoparticules de PLGA de diamètre compatible avec une injection par voie parentérale. Cette formulation a été employée avec succès pour l'encapsulation d'un chélate lipophile de Gd(III), pour l'encapsulation d'un photosensibilisateur (m-THPC) et pour la co-encapsulation de ces deux substances actives. Les formulations optimales permettent d'obtenir des efficacités d'encapsulation de 7 et 46 % en chélate de gadolinium et m-THPC respectivement. La cytotoxicité et la photocytotoxicité des GdDO3AC12-mTHPC@PLGA ont été testées sur deux lignées cellulaires (C6 et fibroblastes) et les résultats obtenus montrent que les propriétés photocytotoxiques du m-THPC sont maintenues après l'encapsulation. L'efficacité IRM de ces nanoparticules a aussi été évaluée et les mesures NMRD et IRM à 3T montrent que l'encapsulation des chélates de gadolinium améliore leur capacité à générer un contraste en mode T1 et donc la qualité des images. / This work aimed at the synthesis of biocompatible nanoparticles for PDT and MRI applications. To reach this goal, a nanoprecipitation technique was optimized using only biocompatible starting materials. This technique allowed the preparation, in a reproducible and quantitative manner of PLGA nanoparticles, compatible with parenteral injections. This formulation was successfully applied to encapsulate a lipophilic Gd(III) chelate, a photosensitizer (m-THPC) and to co-encapsulate these two substances. Optimal formulations showed encapsulation yields of 7 and 46 % for the gadolinium chelate and m-THPC, respectively. Cytotoxicity and photocytotoxicity experiments performed for two different cell lines (C6 cells and fibroblasts) incubated with GdDO3AC12-mTHPC@PLGA nanoparticles showed that m-THPC photocytotoxicity was maintained after its encapsulation. MRI efficacy of GdDO3AC12-mTHPC@PLGA nanoparticles was also evaluated by NMRD measurements and 3T MRI images. The corresponding results indicated that gadolinium chelate encapsulation improved its tendency to generate an efficient T1 contrast and consequently, enhanced the image contrast.

Les interventions chirurgicales avec prothèses pour défauts de soutènement ont déjà nécessité l'implantation de plus d'un million de prothèses dans le monde. L'indication des prothèses de soutènement synthétiques non résorbables a permis de diminuer les récidives à court terme mais présente une incidence non négligeable de complications postopératoires. Le taux de réinterventions reste encore trop élevé. Cette thèse a pour objectif d'apporter de nouvelles propriétés à ces prothèses de polypropylène, pour à la fois améliorer leur résistance à l'infection et permettre leur visualisation en IRM clinique. Des treillis libérant des antibiotiques de façon contrôlée sont développés par enduction de polymère dégradable et biocompatible contenant des antibiotiques. Cette enduction présente une activité antibactérienne in vivo significative. Une autre enduction de polymères dégradables ou non dégradables, par une technique de pulvérisation par aérographie, permet une visualisation en IRM des treillis in vitro et après implantation. La stabilité du polymère greffé avec l'agent de contraste autorise une visualisation des treillis pendant au moins douze mois. / Surgical procedures with synthetic meshes have yet allowed more than one million operations. Non absorbable synthetic mesh used has permitted to decrease clinical recurrence at short term, but post operative complications still exist. Re operation rate is still too high. This study aims to develop new properties for those polypropylene meshes, such as infection resistance and MRI visualization. Meshes with controlled release of antibiotics were obtained after polymer coating and showed a significant in vivo antibacterial effect. Another mesh coating, with an aerograph procedure, has allowed MRI mesh visualization. To visualize by MRI, meshes after implantation, two new MRI visible polymer (degradable and non degradable) were coated onto meshes using an airbrush system. This coating allows the visualization of meshes in vitro and in vivo with experimental and clinical MR equipments. The stability of the MRI visible polymers permits to in vitro to visualize meshes during at least one year.

L’Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire des noyaux exotiques (X), autres que l’Hydrogène, permet d’explorer in vivo le métabolisme et la physiologie en conditions normales ou pathologiques mais aussi d’étudier la pharmacologie de manière non-invasive. Toutefois, ces explorations souffrent de la moindre sensibilité en IRM de ces noyaux et de leur plus faible concentration dans les tissus. Le Sodium-23 (23Na) est le second noyau le plus visible en RMN dans les tissus cérébraux et sa distribution, dans les compartiments intra- et extracellulaires, est strictement régulée notamment par la pompe Na+/K+-ATPase. Les stocks d’adénosine triphosphate (ATP) et de phosphocréatine (PCr), réservoirs d’énergie pour l’activité enzymatique, doivent être perpétuellement reconstitués pour assurer le bon fonctionnement cellulaire. C’est pourquoi étudier les distributions cérébrales de ces deux métabolites phosphorylées en plus de celle du sodium permettrait de définir des indicateurs quantitatifs de la viabilité et du métabolisme cellulaire. Enfin, le lithium est le traitement de référence pour la prévention de la crise maniaque chez le patient bipolaire. Pour autant, de nombreuses questions se posent, encore aujourd’hui, quant à sa distribution cérébrale et à son mécanisme d’action thérapeutique. Durant ces trois années de thèse, nous nous sommes intéressés, en particulier, aux problématiques d’imagerie rapide par échantillonnage non-Cartésien, de reconstruction de ces images et de quantification du 23Na, du Phosphore-31 (31P) et du Lithium-7 (7Li). Nous avons développé une méthode permettant la correction des différents biais d’acquisition à travers la cartographie du champ statique B0 et des profils de transmission (B1+) et de réception (B1-) des antennes utilisées. De plus, la quantification des temps de relaxation longitudinale (T1) et transverse (T2) permet de compenser les effets de ces mécanismes de relaxation sur le signal RMN pour obtenir des mesures de concentrations robustes et fiables. En raison d’un moment quadripolaire important, l’emploi de séquence à temps d’écho ultra-court (UTE) est indispensable en IRM du 23Na en combinaison avec des schémas non-Cartésiens d’encodage spatial. Des méthodes de reconstruction dédiées aux acquisitions non-Cartésiennes ont été évaluées et comparées en termes de qualité d’image mais aussi de robustesse des stratégies de sous-échantillonnage. Enfin, une approche multi-gradient-écho (MGE), alternative aux approches de Multiple Filtrage Quantique (MQF), a été implémentée afin d’approcher la quantification dans les différents compartiments cellulaires. Ces développements ont donné lieu à des applications cliniques en Sodium à 3T chez des volontaires sains en collaboration avec le service de Neurologie de l’Hôpital Universitaire d’Aix la Chapelle en Allemagne. Une application clinique en IRM 23Na à 3T est actuellement en cours chez des patients atteints par la maladie d’Alzheimer à Aix la Chapelle. Des preuves de concept en recherche clinique, à 7T à NeuroSpin, ont été réalisées en IRM du 31P chez des sujets sains et en 7Li chez des patients bipolaires sous traitement lithium en collaboration avec l’hôpital Fernand Widal à Paris et son centre expert Bipolaire. / Nuclear Magnetic Resonance Imaging of exotic (X) nuclei, other than Hydrogen, allows to probe in vivo metabolism and cellular physiology in normal or pathological conditions. Moreover, X-MRI can be used in pharmacology studies. However, X-MRI suffers from the relatively low sensitivities and in vivo concentrations of these nuclei. Sodium nuclei (23Na) is the second most NMR visible nuclei in brain tissues and its distribution in both intra- and extra-cellular compartments is tightly regulated by, in particular, the Na+/K+ ATPase pump. Stocks of Adenosine Triphosphate (ATP) and Phosphocreatine (PCr), main sources of cellular energy are perpetually maintained to ensure proper cellular function. This is why, study of spatial distributions of these two phosphorylated metabolites along with Sodium could yield insights about cellular viability and metabolism. Finally, Lithium is the reference treatment to prevent the onset of maniac events for patients suffering from bipolar disorders. Nevertheless, many questions are still unanswered about its spatial distribution in brain tissues and its underlying therapeutic mechanism. During these three years of PhD, we implemented efficient Acquisition and Reconstruction protocols for 23Na, 31P and 7Li MRI using Ultra-Short Echo-Time (UTE) sequences and non-Cartesian sampling combined with dedicated quantification pipelines to obtain accurate and robust concentration measurements in the brain. In particular, our proposed method accounts for signal bias due to the heterogeneities in coil transmission (B1+) and reception (B1-). Additionally, longitudinal (T1) and transverse (T2) relaxation times were assessed and the NMR signal was corrected for their respective weighting. Our quantification pipeline was validated in vitro for 23Na MRI. Various Fourier space sampling schemes along with under-sampling strategies and reconstruction methods were evaluated and compared. Finally, a multiple-gradient-echo (MGE) acquisition was implemented to explore cellular compartmentalization as an alternative to Multiple Quantum Filtering (MQF) approaches. These developments were applied at 3T in a clinical research setting for 23Na MRI on healthy volunteers in collaboration with the Neurology department of Aachen University Clinic, opening the way for an ongoing study of Alzheimer’s disease patients. Proof-of-concept studies were conducted at 7T at NeuroSpin for 31P MRI on healthy volunteers and for 7Li MRI in bipolar patients to study brain lithium distribution in collaboration with Hospital Fernand Widal in Paris.