Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le présent mémoire porte sur la conception et le développement de deux antennes RF utilisées en imagerie par résonance magnétique. Ces antennes ont pour but de guider le futur développement d’une plateforme d’imagerie multi-animal qui servira les chercheurs du nouveau CRCHUM. Plus spécifiquement, ces antennes ont été conçues pour l’imagerie du proton à 1.5T. La première utilise une birdcage de type lowpass pour la partie émettrice et utilise 8 éléments de surface pour la partie réceptrice. La seconde antenne est une birdcage de type lowpass polarisée circulairement qui est utilisée à la fois pour l’émission et pour la réception. Cette dernière a présenté de bonnes performances, générant des images avec un SNR élevé et avec une bonne homogénéité, la rendant une bonne candidate pour la future plateforme. La première a présenté quelques problèmes au niveau de la désyntonisation de la birdcage et du couplage entre les éléments. Dans le cas où ces problèmes venaient à être surmontés, cette antenne aurait l’avantage de pouvoir utiliser des techniques d’imagerie parallèle et possiblement d’avoir un SNR plus élevé. / This master thesis focuses on the design and development of two RF coils used in magnetic resonance imaging. These coils are designed to guide the future development of a multi-animal imaging platform that will serve researchers of the new CRCHUM. More specifically, these coils were designed for proton imaging at 1.5T. The first uses a lowpass birdcage as transmitter and uses 8 surface elements for the receiving part. The second coil is a circularly polarized lowpass birdcage which is used both for transmission and for reception. The latter presented good performances, generating images with high SNR and good homogeneity, making it a good candidate for the future platform. The first one presented a few problems at the detuning of the birdcage and the coupling between the elements. In the case where these problems would be overcome, this coil would have the advantage of being able to use parallel imaging techniques and possibly to have a higher SNR.

Plusieurs facteurs de risque de développement de troubles intériorisés, tels que les troubles d’anxiété et de l’humeur, ont été identifiés dans la littérature. Les deux plus importants facteurs de risques regroupent l’adversité vécue durant l’enfance (par exemple la maltraitance) et le risque parental (c’est-à-dire la présence d’un trouble intériorisé chez l’un ou les deux parents). Ces facteurs de risque ont été liés à des changements neuroanatomiques similaires à ceux observés en lien avec les troubles intériorisés. Ainsi, en présence de ces facteurs de risque, des anomalies anatomiques pourraient laisser présager l’apparition prochaine d’une symptomatologie de troubles intériorisés chez des individus encore asymptomatiques. Chez les quelques populations de jeunes investiguées, les participants présentaient des comorbidités et/ou étaient sous médication, ce qui rend difficile l’interprétation des atteintes cérébrales observées. Ce travail de thèse s’est intéressé aux liens entre ces deux facteurs de risque et les substrats neuroanatomiques associés à chacun d’eux, chez des adolescents asymptomatiques et n’étant sous aucune médication. Une première étude a examiné le lien entre le niveau de pratiques parentales coercitives et le niveau de symptômes d’anxiété, mesurés de manière longitudinale depuis la naissance, et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 2). Une deuxième étude a examiné le lien entre le risque parental de développer des troubles d’anxiété et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 3). Une troisième étude s’est intéressée au lien entre le risque parental de développer un trouble de dépression ou un trouble bipolaire et les différences neuroanatomiques observées à l’adolescence (voir Chapitre 4). Les résultats démontrent des différences de volume et/ou d’épaisseur corticale dans plusieurs structures clés impliquées dans le traitement et la régulation des émotions. C’est le cas du cortex préfrontal, de l’amygdale, de l’hippocampe et du striatum. Ces résultats suggèrent que certaines des différences neuroanatomiques observées dans les troubles intériorisés peuvent être présentes avant que le trouble ne se manifeste, et représenter des marqueurs neuronaux du risque de développer le trouble. Les implications théoriques et les limites de ces trois études sont finalement discutées dans le Chapitre 5. / Several risk factors for the development of internalized disorders such as anxiety, depression, and bipolar disorders have been identified in the literature. The two most important risk factors include adversity during childhood (i.e. abuse, neglect and harsh parenting) and parental risk (i.e. the presence of an internalized disorder in one or both parents). These risk factors have been linked to anatomical changes in several brain structures, which are similar to those observed in internalized disorders. Thus, in the presence of these risk factors, anatomical abnormalities may predict the appearance of internalized disorders in asymptomatic individuals. In the few studies that have investigated the influence of these risk factors in a youth population, participants often had comorbidities and/or were medicated, which makes the observed anatomical changes difficult to interpret. This work has focused on these two risk factors (i.e. adversity during childhood, in the form of harsh parenting, and the parental risk) and their link with the anatomical cerebral substrates, in asymptomatic and un-medicated adolescents. A first study examined the link between harsh parenting, levels of anxiety symptoms, as measured longitudinally from birth, and neuroanatomical differences in adolescents (see Chapter 2). A second study examined the link between parental risk of developing anxiety disorders, and neuroanatomical differences in adolescents (see Chapter 3). A third study looked at the link between parental risk for developing depressive disorder or bipolar disorder, and neuroanatomical differences in adolescents (see Chapter 4). Results show differences in volume and/or cortical thickness of several key cerebral structures involved in emotional processing and regulation. This is the case of the prefrontal cortex, orbitofrontal cortex, anterior cingulate cortex, the amygdala, hippocampus and striatum. These results suggest that some neuroanatomical differences in internalized disorders may be present before the disorder emerges, and represent neuronal markers denoting the risk of developing the disorder. The theoretical implications and limitations of these three studies are discussed in Chapter 5.

L'hyperthermie locale guidée par IRM s'est développée en pratique clinique au cours des dernières années. Le principe repose sur la destruction des cellules tumorales grâce à une élévation de température pendant une durée suffisante. L'acquisition d'images IRM simultanément au chauffage permet un monitorage en ligne de la température et un contrôle de la destruction cellulaire induite par l'hyperthermie appliquée aux tissus.Le principal objectif de cette thèse est de mettre en oeuvre des stratégies permettant de corriger les artefacts induits par la respiration ou le battement cardiaque pour les organes mobiles (foie, rein, coeur) et pour les organes non-mobiles (seins). La contribution principale de ce travail de thèse consiste à proposer une méthode de modélisation des champs de déplacements à l'aide d'une Analyse en Composantes Principales (ACP) en s'appuyant sur le caractère périodique des phénomènes physiologiques observés. / During the last years MR-guided lo cal hyp erthermia has b een develop edfor the clinical practice. Hyp erthermia is based on the destruction of tumorcells due to an increased temp erature over a sufficient amount of time. The si-multaneous acquisition of MR images during the heating pro cess allows on-linemonitoring of the temp erature and a control of the tissue destruction inducedby the hyp erthermia treatment. The on-line calculation of the temp erature isnot a trivial problem. This is b ecause the physical and physiological pheno-mena like the respiration disturb the temp erature measurement. Hence, it isnecessary to develop strategies for real-time correction in order to deliver pre-cise temp erature maps. In this work, we prop ose several algorithms for imagetreatment enabling the correction of artefacts related to motion and magneticsusceptibility effects. These corrections will provide a reliable estimation of theefficiency of the hyp erthermia treatment.

Un ensemble des données cohérentes de la littérature plaide en faveur d'une relation entre une baisse d'activité de la voie de signalisation de la vitamine A, des altérations de la plasticité synaptique et des déficits mnésiques spécifiques associés au vieillissement. Une diminution de l'activité de cette voie de signalisation est également évoquée dans les processus neurodégénératifs caractéristiques de la maladie d'Alzheimer. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail étaient de mieux comprendre les conséquences neuro-anatomiques et fonctionnelles d'une baisse d'activité de la voie de signalisation de la vitamine A. Notre approche expérimentale a mis en œuvre 2 modèles animaux, un modèle de carence vitaminique A qui induit spécifiquement une baisse d'activité de sa voie de signalisation et un modèle d'hypothyroïdie dont il a été montré qu'il induit aussi une hypoactivité de la voie de signalisation de la vitamine A. La démarche expérimentale conduite chez les rats carencés en vitamine A comporte deux volets : (i) un volet mettant en œuvre l’imagerie et la spectroscopie RMN, (ii) un volet moléculaire consacrée à l’étude de l’expression de gènes cibles des rétinoïdes impliqués dans le processus amyloïdogène. Les mesures ont été réalisées, d'une part, chez des animaux soumis à un régime dépourvu en vitamine A pendant 10 semaines et d'autre part, chez des animaux soumis à ce même régime pendant une durée de 13 ou 14 semaines. Une partie des animaux carencés a été traitée par de l'AR. Les résultats montrent que dès 10 semaines de carence, les animaux présentent une altération du métabolisme et de son action cellulaire de la vitamine A qui se traduit par (i) une diminution significative du taux de vitamine A sérique, (ii) une diminution du taux d'ARNm codant pour les récepteurs RAR, dans le cerveau entier, le striatum, l'hippocampe et de manière moins prononcée le cortex des animaux. Après 10 semaines de régime dépourvu en vitamine A, des modifications métaboliques ont été mises en évidence essentiellement dans le cortex. Elles se traduisent par une hausse du (i) NAA/Cr, marqueur de la densité neuronale corrigée par une administration d'AR, et (ii) du GSH/Cr, indicateur du potentiel antioxydant cellulaire dans cette structure. Au plan anatomique, un ralentissement de la croissance cérébrale a été observé dés la 7ème semaine de régime. Une diminution du volume hippocampique et une augmentation des espaces ventriculaires ont été observées à partir de 11 semaines de carence. Au plan moléculaire, aucune modification de l'expression du gène codant pour APP, ou du rapport APP770-751/APP695, considéré comme un indicateur précoce de la MA n'a été observée après 10 semaines de carence. Après 14 semaines de régime dépourvu en vitamine A, de profondes modifications métaboliques sont observées dans les trois structures à savoir le cortex, l’hippocampe et le striatum. Au plan moléculaire, les principaux résultats suggèrent un basculement du processus biochimique de dégradation de la protéine APP en faveur de la voie amyloïdogénique dans le cortex, et par voie de conséquence en faveur de la formation du peptide Aß. Cependant, aucune modification du taux protéique des peptides Aß n'a été mise en évidence dans le cortex et l'hippocampe des rats carencés. Le modèle d'hypothyroïdie que nous avons mis en oeuvre entraine bien une hypoactivité de la voie de signalisation de la T3, observée dans l'hippocampe des animaux et une diminution du taux d'ARNm codant pour RARß observée dans le cortex des rats hypothyroïdiens. Au plan moléculaire, l'augmentation du rapport APP770-751/APP695 a été observée chez les rats rendus hypothyroïdiens par rapport aux rats témoins. Comme chez les rats carencés en vitamine A, les indicateurs de la voie physiologique ne sont que très faiblement affectés chez les rats rendus hypothyroïdiens. / Some data reveal that retinoid hyposignalling, presumably resulting from decreased bioavailability of retinoid ligands naturally, was shown to result in aging-related synaptic plasticity and long term potentiation (LTP) alterations as well as in aging-related decline of cognitive function. Moreover, genetic, metabolic and dietary evidence has been provided for a defective retinoid metabolism in Alzheimer disease (AD). Thus, key steps of the amyloid production process are under the control of proteins whose expression is positively regulated by RA in vitro. In this context, the aims of this work were to better understand neuro-anatomical and functionnal consequences of retinoid signaling brain hypoactivity. Our experimental method uses two animal models: a Vitamin A deficiency model which induce especially an hypoactivity of retinoid pathway, and an hypothyroid model which was also characterized by an hypoactivity of retinoid pathway. In the fisrt model, two main approch were used : (i) an NMR imaging and spectroscopy approach, (ii) a molecular approach to study expression of retinoid target genes implicated in amyloidogenic process. NMR results showed that VAD induces severe anatomic and metabolic disorders in particular a slowing of brain growth, hippocampus atrophy, and a decrease of NAA/Cr, marker of neuronal density which was observed in cortex, hippocampus and striatum. Molecular results reveal a vitamin A deficiency-related dysregulation of the amyloid pathway in the cortex of rats, which is known to be the first brain area altered by AD development. In this area, 14 weeks of deprived diet induces physiological dysregulation in the modulation of RA target genes leading to an increased amount of ADAM10, BACE and PS1, with some modifications in amyloidogenic pathway but without increased amount of Aß peptides. In hypothyroid model, molecular results suggests that adult onset-hypothyroidism may induce the amyloidogenic pathway of APP processing by increasing activity of ß and ?secretases and levels of amyloid peptides mainly in hippocampus. Together these data argue for the idea that hypoactivity of retinoid signalling which occurs naturally with aging could be a factor participating in accelerating aging and that hypothyroidism that become more prevalent with advancing age, could increase, via a hyposignaling of T3 pathway, the vulnerability of amyloidogenic pathway of APP processing as well as of other clinical symptoms of AD.

L’efficacité de la stimulation cérébrale profonde subthalamique dans certains cas de maladie de Parkinson est maintenant bien établie. Toutefois, des progrès restent possibles, à la fois en terme de contrôle du geste chirurgical et en terme de définition de la cible chirurgicale. Dans la première partie de ce travail, nous nous sommes intéressés à l’optimisation du contrôle de l’implantation des électrodes de stimulation cérébrale profonde. Nous avons tout d’abord analysé rétrospectivement les résultats obtenus en réalisant une imagerie tridimensionnelle per-opératoire pour le contrôle de positionnement des électrodes. Nous nous sommes ensuite intéressés à la possibilité d’utiliser un repère de visée radiologique per-opératoire. Nous avons revu pour cela une série de patients ayant subi une réimplantation d’électrodes, pour lesquels l’électrode déjà en place était utilisée comme point de repère à la fois pour définir la cible de la réimplantation et pour contrôler radiologiquement l’implantation de la nouvelle électrode. Dans la seconde partie, nous avons travaillé à l’optimisation de la cible subthalamique. Nous avons tout d’abord évalué la pertinence du repérage du faisceau mamillo-thalamique sur des coupes IRM axiales comme marqueur de la coordonnée y du bord antérieur du noyau subthalamique. Ensuite, nous avons tâché de proposer une normalisation tridimensionnelle de l’espace stéréotaxique à partir de données recueillies dans une série de volontaires sains. Enfin, pour une série de patients opérés avec un bon résultat, nous avons cherché à corréler la position des contacts actifs en stimulation chronique avec des points de repères profonds visibles en IRM. Nous avons pu proposer ainsi une cible normalisée dont les coordonnées sont : x = 0,44xbord latéral du V3 + 10,71mm; y = 0,69xfaisceau mamillothalamique + 1,62 mm ou 0,34 distance CACP + 2,52 mm; z = 0,72 hauteur du thalamus – 16 mm. Cette cible sera évaluée dans une future étude prospective. / The clinical efficacy of subthalamic deep brain stimulation is now well established. Nevertheless, progress is possible, regarding especially (1) the accuracy of electrodes implantation and (2) the definition of the surgical target. In the first part of this work, we worked on the optimization of DBS electrodes implantation. First, we analyzed retrospectively the results obtained by using intra-operative 3D imaging for the control of microelectrodes and definite leads placement. Thereafter, we considered the possibility to use a radiological landmark for intraoperative controls. To this end, we studied the cases of patients who underwent reimplantation of DBS electrodes. The initial electrode (still implanted) was used as a landmark: (1) for the deifntion of the reimplantation target and (2) for the radiological control of the new lead positioning. In the second part, we worked on the optimization of the surgical target. First, we assessed the interest of the mamillothalamic tract as a landmark of the anteroposterior coordinate of the anterior border of the STN in MR axial images. Thereafter, we tried to identify MR landmarks for tridimensionnal normalization of the stereotactic space. Finally, we tried to correlate the coordinates of active contacts with MR-defined landmarks in a series of patients that had been operated with good clinical results. Based on our results, we can propose the following coordinates for a new normalized subthalamic target : x = 0.44xlat edge 3rd ventricle + 10.71mm; y = 0.69xmamillo-thalamic tract + 1.62 mm or 0.34 ACPC length + 2.52 mm; z = 0.72xthalamus height – 16 mm. We will assess this target in a future prospective study.

La rigidité artérielle est un critère clé dans l'analyse de plusieurs maladies cardiovasculaires comme l'athérosclérose. Cette maladie est l'une des causes principales de mortalité dans les pays de l'OCDE. L'analyse des propriétés mécaniques des artères in vivo permettrait d'améliorer le diagnostic de ce type de pathologie. L'originalité de ce travail de recherche est de s'intéresser à la problématique de l'identification non invasive des propriétés mécaniques des artères in vivo en utilisant l'IRM. Une nouvelle méthode d'identification adaptée à la résolution spatiale de l'IRM a été développée. Celle-ci se base sur la minimisation d'une fonction coût caractérisant l'écart entre une image expérimentale déformée et une image recalée numériquement. Cette dernière consiste à utiliser une image expérimentale au repos et à recaler celle-ci à l'aide d'un champ de déplacements issu d'un calcul éléments finis.Cette méthodologie a été appliquée pour identifier les propriétés élastiques d'artères carotides communes de plusieurs sujets sains et de patients atteints d'athérosclérose. Ces travaux ont permis de mettre en évidence la rigidification des artères carotides avec l'âge et l'évolution de la rigidité des artères lors de l'évolution du cycle cardiaque, ainsi que les effets de la mesure de la pression sanguine et des propriétés mécaniques du milieu extérieur à l'artère sur les résultats de l'identification.Cette étude offre de grandes promesses quant à la possibilité d'identifier les propriétés non linéaires hétérogènes d'artères sclérosées en utilisant l'IRM. / Arterial stiffness is a key criterion for the analysis of several cardiovascular diseases such as atherosclerosis. This disease is one of the major causes of mortality in OECD countries. The analysis of the in vivo mechanical properties of arteries could improve the diagnosis of this type of pathology. The originality of this research is to contribute to the non-invasive identification of the in vivo mechanical properties of arteries from MRI images.A new identification method adapted to the spatial resolution of MRI has been developed. It is based on the minimisation of a cost function which measures the similarity between an experimental deformed image, and a numerical registered image. This registered image is calculated from the non-deformed experimental image using a displacements field obtained by finite elements analysis.This methodology has been applied to identify the elastic properties of the common carotid arteries of several healthy subjects and of patients with atherosclerosis. This work highlighted the stiffening of carotid arteries with age and the evolution of the stiffness of arteries throughout the cardiac cycle. An extensive parametric study has underlined the effect of the measurement of blood pressure and the influence of the mechanical properties of the surrounding tissue on the results of the identification.Promising perspectives exist for identifying the non-linear and heterogeneous mechanical properties of sclerosed arteries from MRI.

Cette thèse présente une méthodologie appliquée à la caractérisation de la dynamique de structures déformables sur des séquences temporelles (2D+t). Des indicateurs sont proposés pour estimer la mobilité de formes non-rigides, à partir de leurs contours. Deux approches complémentaires sont développées: En premier lieu, les descripteurs de forme sont utilisés pour quantifier les déformations globales des formes, et pour estimer des repères géométriques spécifiques. La deuxième approche repose sur l'appariement difféomorphique pour déterminer une paramétrisation unifiée des formes, afin de décrire les déformations. Une évaluation permet d'apprécier la qualité des indicateurs en termes de coût algorithmique, de robustesse face aux données altérées, et de capacité à différencier deux séquences.Cette approche de caractérisation est appliquée à des séquences IRM dynamiques de la cavité pelvienne, où les principaux organes pelviens (vessie, utérus-vagin, rectum) ont une grande variabilité morphologique, ils se déplacent et se déforment. Cette caractérisation est validée dans le cadre de deux applications. L'analyse statistique effectuée sur un ensemble de séquences permet de mettre en évidence des comportements caractéristiques des organes, d'identifier des références anatomiquement significatives, et d'aider à l'interprétation des diagnostics des organes. Aussi, dans le contexte de la réalisation d'une modélisation de la dynamique pelvienne patiente-spécifique, la caractérisation vise à évaluer quantitativement la précision de la modélisation, en utilisant l'IRM dynamique comme vérité-terrain. Ainsi, elle apporte des indications sur la correction des paramètres du modèle. / This thesis presents a methodology for the characterization of the dynamics of deformable structures on time-series data (2D+t). Some indicators are proposed in order to estimate non-rigid shape variations from their contours. Two complementary approaches are developed : First, shape descriptors are used to quantify the global deformations of the shapes, and to estimate specific geometric references. The second approach relies on the diffeomorphic mapping to determinate a unified parametrization of the shapes. Then, features are used to describe the deformations locally. Furthermore, the methodology has an evaluation step which consists in the assessment of the quality of the indicators in the algorithmic complexity, in the stability against data with a small variability, and in the ability to differentiate two sequences.The characterization is applied to dynamic MRI sequences of the pelvic cavity, where the main pelvic organs (bladder, uterus-vagina, rectum) have a high morphological variability, they undergo displacements and deformations. The characterization is validated within the context of two applications. Firslty, a statistical analysis is carried out on a set of sequences. It allows to highlight some properties of the organ behaviors, and to identify meaningful anatomical landmarks. The analysis helps also for the automatic interpretation of the organ diagnoses. Secondly, within the context of the development of a patient-specific pelvic dynamics modeling system, the characterization aims at assessing quantitatively the modeling precision. It uses the dynamic MRI as a ground truth. Thereby, it brings some clues about the correction of the model parameters.

La grande quantité de données issues des l'imagerie médicale contribue au succès des méthodes supervisées pour l'annotation sémantique des images. Notre étude porte sur la détection de lésions cérébrales dans les images par résonance magnétique (IRMs) en utilisant un outil générique et efficace: les forêts aléatoires. Trois contributions majeures se distinguent. D'abord, la segmentation des lésions cérébrales, essentielle pour établir diagnostics, pronostics et le traitement. La conception d'une forêt aléatoire intégrant le contexte spatial cible particulièrement la segmentation automatique de lésions de sclérose en plaques et des gliomes dans les IRMs. La méthode intègre l'information multi-séquences des IRMs, les atlas de répartition des tissus. Deuxième contribution : l'estimation de la densité de cellules tumorales à partir des IRMs. Une méthode de couplage de modèles génératifs et discriminatifs est conçue pour apprendre la densité de cellules tumorales latente à partir de modélisations associées à des images synthétiques. Le modèle génératif est un simulateur bio-physiologique de croissance tumorale en libre accès. Le modèle discriminatif est une forêt aléatoire pour la régression multi-variée de la densité de cellules tumorales à partir des IRMs. Enfin, nous présentons les “forêts aléatoires spatialement adaptables” regroupant les avantages des approches multi-échelles avec ceux de forêts aléatoires, avec une application aux scénarios de classification et de segmentation précédemment cités. Une évaluation quantitative des méthodes proposées sur des bases de données annotées et librement accessibles démontre des résultats comparables à l'état de l'art. / The large size of the datasets produced by medical imaging protocols contributes to the success of supervised discriminative methods for semantic labelling of images. Our study makes use of a general and efficient emerging framework, discriminative random forests, for the detection of brain lesions in multi-modal magnetic resonance images (MRIs). The contribution is three-fold. First, we focus on segmentation of brain lesions which is an essential task to diagnosis, prognosis and therapy planning. A context-aware random forest is designed for the automatic multi-class segmentation of MS lesions, low grade and high grade gliomas in MR images. It uses multi-channel MRIs, prior knowledge on tissue classes, symmetrical and long-range spatial context to discriminate lesions from background. Then, we investigate the promising perspective of estimating the brain tumor cell density from MRIs. A generative-discriminative framework is presented to learn the latent and clinically unavailable tumor cell density from model-based estimations associated with synthetic MRIs. The generative model is a validated and publicly available biophysiological tumor growth simulator. The discriminative model builds on multi-variate regression random forests to estimate the voxel-wise distribution of tumor cell density from input MRIs. Finally, we present the “Spatially Adaptive Random Forests” which merge the benefits of multi-scale and random forest methods and apply it to previously cited classification and regression settings. Quantitative evaluation of the proposed methods are carried out on publicly available labeled datasets and demonstrate state of the art performance.

Cette thèse décrit le développement et de la caractérisation de sondes moléculaires répondant à des analytes chimiques en solution par le passage d’un état diamagnétique à un état paramagnétique (mode off-on).Dans le but de concevoir de tels outils, nous avons focalisé notre attention sur les chélates de fer(II) avec des ligands de type bispidine bicyclique puisqu’ils présentent, entre autres, une stabilité suffisante même en milieux compétitifs comme l’eau. Ce manuscrit décrit des protocoles synthétiques robustes pour leurs préparations à grande échelle. Les complexes synthétisés ont été entièrement caractérisé en solution (RMN 1D/2D, MS, UV-Vis, CV) et dans l’état solide (rayon X et SQUID). Je suis notamment parvenu à synthétiser le premier exemple de complexe bispidine-fer(II) diamagnétique, bas spin, ainsi qu’à proposer des paires de chélates diamagnétique-paramagnétique aux structures connexes. Nous avons donc à notre disposition un système magnétique off-on valide, qui permet le design de sondes répondant à un stimulus (bio)-chimiques (biomarqueurs enzymatiques par ex.) par fonctionnalisation d’un synthon clé en une seule étape. Les deux premières sondes de ce type sont décrites ici, une répondant à la présence d’anions particuliers et l’autre répondant au pH.Au cours de ce travail, nous avons également mis au point la préparation du tout premier complexe de fer(II) radioactif avec un ligand insoluble en milieu aqueux et nous l’avons utilisé pour faire une étude préliminaire de biodistribution chez la souris. Ce protocole original pourrait être adapté pour virtuellement toute sonde à base de complexes de fer(II). Les données de relaxivité obtenues pour les modes silencieux et actif en IRM en conjonction avec le comportement in vivo de la forme active chez la souris semblent être prometteuses quant à la création d’une sonde IRM fonctionnant sur le principe du mode off-on.Les méthodologies et designs moléculaires présentés ici ouvrent le champ au développement de sondes moléculaires magnétogéniques opérationnelles en solution, qui n’avait, pour l’heure, jamais été synthétisé. L’avènement de tels outils présente de nombreuses perspectives pour des applications dans les domaines technologiques, environnementales et biomédicales. / This work concerns the development and characterization of molecular probes that respond to a chemical analyte in a liquid sample by turning from a diamagnetic to a paramagnetic state (off-on mode).With the aim of designing these tools, we focused on iron(II) chelates of bicyclic bispidines as they promised, among others, sufficient probe stability, even in competitive media like water. This manuscript describes new robust synthetic protocols for their large-scale preparation. Synthesized bispidine-iron(II) complexes were thoroughly characterized in solution (1D/2D NMR, MS, UV-Vis, CV) and in the solid state (X-ray and SQUID). In particular, I report here the first diamagnetic, low spin examples thereof, as well as pairs of structurally related diamagnetic-paramagnetic chelates. It now enables the design of responsive probes for various (bio)-chemical targets (including enzyme biomarkers), accessible by one-step functionalization of a key synthetic intermediate with suitable trigger moieties. The first two such probes are described herein, which respond to the presence of a particular kind of anion or a change in the pH.In addition in the course of my work, the unprecedented radioactive iron(II) (Fe-59 isotope) complex of a model water-insoluble ligand was prepared and used in an initial biodistribution study in mice. This original protocol can now be directly adapted to virtually all iron(II)-based probe candidates. Furthermore, the relaxivity data obtained for model MRI-silent and MRI-active chelates, in conjunction with the in vivo behavior of the active form in mice, bode well for a creation of an MRI probe functioning in a true off-on mode.Methodologies and molecular designs described herein enable the development of solution-operating magnetogenic molecular probes, which until now have not been synthesized. The availability of such tools would open up numerous perspectives for technological, environmental and biomedical applications.