L’imagerie par résonance magnétique est une technique non invasive et non ionisante permettant de caractériser la structure anatomique des tissus biologiques mous via la localisation des signaux de résonance magnétique nucléaire (RMN) des molécules mobiles. Cependant, l’application de l’IRM pour l’étude des matériaux rigides reste difficile dû aux forts élargissements des raies de résonances inhérents aux matériaux solides qui diminuent la résolution et le rapport signal sur bruit des images obtenues par encodage fréquentiel.La rotation à l’angle magique (MAS) permet de moyenner efficacement les interactions anisotropes de l’état solide par une rotation de l’échantillon, réduisant ainsi la largeur des raies de résonance. Dans ce manuscrit la possibilité de combiner la rotation à l’angle magique et l’IRM pour effectuer de la micro-imagerie multidimensionnelle et multi-nucléaire (¹H, ³¹P, ²⁷Al et ⁵¹V) à très haut champ magnétique (17,6 T) de matériaux solides avec une résolution et un rapport signal sur bruit largement supérieur à ceux obtenus en condition statique est démontrée. Une large gamme de matériaux (polymères, céramiques et tissus calcifiés biologiques) a été étudiée. Des images avec une résolution comprise entre 30 et 300 μm ont pu être obtenues pour des fréquences de rotation MAS allant jusqu’à 20 kHz, en utilisant des séquences IRM d’écho ou à temps d’écho nul. La possibilité d’utiliser un schéma de sous-échantillonnage associé à des algorithmes de reconstruction est aussi abordée.L’utilisation de séquences de RMN solide tels que la polarisation croisée pour augmenter le contraste et ainsi mettre en évidence des variations physico-chimiques localisées dans des tissus calcifiés biologiques est aussi démontrée. L’utilisation de gradients de champ magnétique pulsés combinés à la rotation à l’angle magique rend aussi possible la spectroscopie RMN de haute résolution localisée spatialement. Cette méthode a été utilisée pour étudier in vivo et dans chacun des segments du corps le métabolome de drosophiles modèles de pathologies neurodégénératives. / Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a non-invasive and non-ionizing powerful tool widely used to characterize the structure and function of biological soft tissues through the localization of the NMR signal of mobile species. In contrast, the application of MRI in rigid solids remains challenging as they usually exhibit strong line broadening which decreases both the sensitivity and the resolution obtained with frequency encoding and short transverse relaxation time prohibiting the use of echo MRI sequences.Magic Angle Spinning (MAS) provides an efficient averaging of the an isotropic interactions in the solid statethrough a macroscopic rotation of the sample and allows obtaining narrow resonances. In this manuscript,we show the potentialities of combining MAS and MRI to carry out multi-nuclei (¹H, ³¹P, ²⁷Al or ⁵¹V) multidimensional micro-imaging in rigid solids, at very high magnetic field (17.6 T), with greatly improved SNR and spatial resolution when compared to static conditions. This is exemplified on a wide range of materials(polymers, oxide ceramics, biomaterials and hard tissues) for which the use of MAS at frequencies up to 20 kHz with spin-echo or Zero Echo Time (ZTE) MRI sequences allow obtaining images with spatialre solutions ranging from 30 to 300 μm. It is also demonstrated that solid state NMR sequences such as Cross-Polarization (CP) can be employed to enhance contrast and to further depict spatially localized chemical variations in bones and related materials. The possibility of using under sampled acquisition scheme with reconstruction algorithms is also addressed.The combination between pulsed field gradients and MAS also offers the possibility to perform high resolution localized spectroscopy. This methodology is used to study, in vivo and at the organ level, the metabolism of neuro degenerative pathologies drosophila models.

Ces travaux ont pour objectif, à partir de l’analyse en ciné-IRM du processus de déglutition salivaire chez un sujet sain, d’optimiser le rendement clinique de cette technique pour les dysphagies. Un protocole d’imagerie rapide et une grille d’évaluation (D-GRID) ont été conçus. Leur application a été étudiée chez des patients présentant une tumeur des voies aéro-digestives supérieures, et chez des patients porteurs de Prothèses Intra-Laryngées (PIL). LaD-GRID permet de mesurer et d’évaluer le mécanisme de protection des voies aériennes, de concevoir des programmes de réhabilitation et de suivre l’évolution des dysphagies. L’analyse de la déglutition en ciné-IRM est limitée par l’absence de bolus et la position de decubitus dorsal, mais nos résultats montrent sa fiabilité. La ciné-IRM définit des modèles du déplacement normal ou anormal des structures anatomiques au cours de la déglutition.Les données de l’imagerie dynamique contribuent au développement des PIL. / The aim of this study was to develop the use of fast imaging to assess the swallowing mechanism in healthy volunteers, and to optimize its clinical use in case of oro-pharyngeal dysphagia. A fast imaging protocol during dry swallowing and an evaluation grid (D-GRID) were designed. Healthy subjects, patients with head and neck canceror patients implanted with intra-laryngeal prostheses under went kinetic MRI. True-FISP sequences provide accurate information about morphological aspects of the oro-pharyngo-larynx and displacements of anatomical structures involved in the normal or impaired swallowing mechanism. The analysis of the swallowing process with cine-MRIis restricted because of the lack of bolus and the supine position, but our outcomes are reliable. Patterns of normal orabnormal anatomical structures movements during swallowing are determined by cine-MRI. The development ofIntra-Laryngeal Prostheses represents a therapeutic solution partly based on dynamic MRI data.

O processo de formação do território gera conflitos entre os atores sociais presentes em cada região. No Brasil, tanto o mercado de terras quanto a cobrança do uso da água são criações estatais que respondem a diferentes demandas sociais e criam marcações temporais que permitem analisar o processo de dominação e apropriação de um território em que classes sociais e atores sociais evidenciam o controle social que visa influenciar, atingir ou controlar relacionamentos e pessoas exercido sobre os recursos terra e água ao longo do tempo. O objetivo deste trabalho é descrever e analisar como Estado e sociedade exercem, em um processo histórico, o controle sobre os recursos terra e água. Para realizar esse objetivo, realiza-se um estudo de caso dos processos históricos de territorialização envolvendo terra e água no município de Pereira Barreto/SP, interior do Estado de São Paulo. Desde a constituição do mercado de terras, os recursos hídricos são fundamentais para potencializar estratégias de privadas de valorização do solo, tentando auferir ganhos monetários por meio da posse da água. A propriedade da terra se mistura à propriedade da água. A imbricação entre terra e água coloca a gestão dos recursos hídricos sob os cuidados dos proprietários de terra. Com a construção e enchimento dos reservatórios da Usinas Hidroelétricas (UHEs) Jupiá, Ilha Solteira e, principalmente, Três Irmãos, a dinâmica territorial e a gestão dos recursos hídricos no município de Pereira Barreto e na região experimentam profundas alterações na estrutura fundiária, alagando terras produtivas e partes da área urbana municipal. O controle social da terra e da água é, então, exercido pela UHE Três Irmãos no território do município de Pereira Barreto. Os Comitês de Bacia Hidrográfica do Estado de São Paulo surgem como atores sociais com o controle social da água que buscam, pela gestão dos recursos hídricos, controle sobre a terra, revertendo em parte o quadro inicial apontado. Por fim, discutimos a perspectiva de descontrole social da água advindo da interpretação das barragens como um risco socialmente fabricado / The process of forming territory generates conflicts among the social actors who want social control of key resources such as land and water. In Brazil, the land market as well as levying for the use of water are state created mechanisms that respond to different social demands and create arranged timetables that allow to analyze the process of domination and ownership of a territory in which social classes and social actors demonstrate a social control - aiming to influence, reach or control relationships and people that is applied to land and water resources over time. The study herein describes and analyzes how State and society exert, in a historic process, the control over land and water resources. To achieve this goal, a case study is conducted on the historical processes of territorialization that involves land and water in the city of Pereira Barreto, in the state of São Paulo, Brazil. Since the incorporation of land markets, water resources have been key strategies to maximize the value of private lands, with the intent of profiting financial gains through the ownership of water. The ownership of land merges with the ownership of water. The overlapping of land and water places the management of water resources under the care of land owners. With the construction and filling of the reservoirs of (UHEs) Jupiá, Ilha Solteira and, especially, Três Irmãos hydroelectric plants, the regional dynamics and management of water resources in the city of Pereira Barreto and region have undergone profound agrarian land structure changes, with the flooding of productive lands and parts of the city. The social control of land and water is then put into practice by UHE Três Irmãos in the city of Pereira Barreto. The Water Basin Committees of the State of São Paulo emerge as social actors who have the social control of water resources and who seek, by means of water resource management, to have control of lands, thus reversing in part the aforementioned initial scenario. Lastly, the prospect of social non-controlled water resulting from the interpretation of dams as a socially manufactured risk is discussed

Cette thèse présente le développement de nanoparticules hybrides avec un coeur inorganique et une couronne organique pour des applications médicales. Des nanoparticules d’oxyde de fer ont été obtenues par synthèse polyol, en contrôlant leurs cristallinités, leurs morphologies (monocoeur ou multicoeur) et leurs tailles (de 4 à 37 nm). Leurs propriétés ont été évaluées et comparées pour de possibles applications théranostiques : en thérapie pour le traitement du cancer par hyperthermie magnétique, pour le diagnostic en tant qu’agents de contraste pour l’IRM. Les surfaces des nanoparticules ont été modifiées par greffage de polymères/polypeptides pour apporter de la stabilité en milieux biologiques et de nouvelles fonctionnalités. Le poly(éthylène glycol) (PEG) a été greffé pour ses propriétés de furtivité, le poly(2-dimethylaminoethyl methacrylate) (PDMAEMA) et des polypeptides dérivés de l’élastine (ELPs) pour leurs propriétés thermosensibles, et la sonde fluorescente DY700 pour permettre le suivi des nanoparticules in vitro et in vivo. Les propriétés magnétiques et thermosensibles de ces nanoparticules coeur-couronne ont été étudiées avec un instrument unique combinant l’hyperthermie magnétique et un système de diffusion dynamique de la lumière. Ainsi, les variations de température, de diamètre et d’intensité diffusée ont pu être mesurées simultanément. Les propriétés de nanoparticules monocoeur et multicoeur greffées avec du PEG, et des nanoparticules monocoeur greffées avec un ELP contenant un peptide pénétrant ont d’abord été évaluées in vitro. Leurs internalisations dans des cellules de tumeur cérébrale humaine (glioblastome) ont permis d’étudier leurs cytotoxicités après traitement par hyperthermie magnétique, et ont montré une baisse de viabilité cellulaire jusqu’à 90 %. In vivo, l’injection intraveineuse de ces nanoparticules dans des souris a abouti à une accumulation dans les tumeurs. L’injection intratumorale suivie du traitement par hyperthermie magnétique a conduit à des élévations de température locales d’environ 10 °C, avec un effet significatif sur l’activité des tumeurs. / This thesis reports the development of hybrid nanoparticles made of an inorganic iron oxide core and an organic shell for medical applications. Iron oxide nanoparticles (IONPs) were produced by the polyol pathway, leading to a good control over their crystallinity and morphology (monocore or multicore). IONPs with diameters in the range of 4 to 37 nm were produced. Their properties as MRI contrast agents were assessed and compared, for possible theranostic applications. They can be used for treating cancer by magnetic hyperthermia, and as contrast agents for MR imaging. The surface of the IONPs was modified to bring stability in biological conditions, as well as new functionalities. Poly(ethylene glycol) was grafted for its stealth property, poly(2-dimethylaminoethyl methacrylate) (PDMAEMA) and elastin-like polypeptides (ELPs) for their thermosensitive capabilities, and a DY700 fluorescent probe was grafted for tracking nanoparticles in vitro and in vivo. The magnetic and thermosensitive properties of the nanoparticles were studied using a unique set-up combining magnetic hyperthermia with dynamic-light scattering. This set-up allowed measuring the elevations of temperature of the samples as well as variations in diameter and backscattered intensity. Monocore and multicore IONPs grafted with PEG, and monore IONPs grafted with a diblock ELP were tested in vitro. Their interactions with glioblastoma cells were studied, from the internalization pathway inside the cells to their cytotoxic effect (up to 90 %) under magnetic hyperthermia. In vivo, nanoparticles intravenously injected in mice accumulated in the tumors. Intratumoral administration followed by magnetic hyperthermia treatment led to elevations of temperature of up to 10 °C, with a significant effect on the tumor activity.

L’adaptation à la vie extra-utérine requiert la résorption rapide du liquide pulmonaire, la création de la capacité fonctionnelle résiduelle (FRC), ainsi que l’augmentation du débit pulmonaire. Bien que ces mécanismes aient été largement étudiés, leurs cinétiques restent mal connues faute de méthode d’étude non invasive in vivo. L’échec de l’adaptation cardiorespiratoire à la naissance est la principale cause de mortalité et de morbidité de la période néonatale, malgré l’utilisation de stratégie préventive comme la corticothérapie anténatale, et l’amélioration des techniques de réanimation néonatale. Les acides gras polyinsaturés oméga 3 (AGPI n3) que l’on retrouve dans les huiles de poisson ont des effets cardiovasculaires et respiratoires qui pourraient améliorer la transition périnatale. Par ailleurs, leurs propriétés anti-inflammatoires peuvent réduire les conséquences des effets iatrogènes des techniques de réanimation dont la mise en oeuvre est nécessaire en cas de maladaptation cardiorespiratoire à la naissance. Les objectifs de ce travail ont été de : Mettre au point et valider une méthode d’exploration de la cinétique de réabsorption du liquide pulmonaire à la naissance par résonnance magnétique nucléaire Etudier les effets des AGPI n3 sur : l’adaptation ventilatoire à la naissance la circulation pulmonaire périnatale la prévention des lésions pulmonaires induites par une hyperoxie prolongée Les études ont été réalisées sur les modèles expérimentaux de foetus de brebis et de ratons nouveau-nés exposés à une hyperoxie prolongée. Nous montrons que la technique par IRM permet d’évaluer la cinétique de clairance du liquide pulmonaire in vivo en situations physiologique et pathologique. Alors que les AGPI n3 améliorent la circulation pulmonaire, ils n’ont pas d’effet sur la clairance du liquide pulmonaire. Par contre, ils réduisent les lésions pulmonaires induites par l’oxygène. Ces résultats expérimentaux suggèrent que les AGPI n3 pourraient prévenir les échecs d’adaptation cardiorespiratoire à la naissance et ses conséquences à long terme. / Perinatal transition requires clearance of pulmonary fluid, creation of functional respiratory capacity (FRC), and the multiplication of pulmonary blood flow by ten, to ensure gas exchange and blood oxygenation. Physiology of perinatal transition has been broadly studied but the kinetics of its evolution is less known. The aim of our study was to assess the kinetics of the respiratory transition. Besides, we supposed that polyunsaturated fatty-acids omega 3 (n3 PUFA) would improve this transition. To study the kinetic of respiratory transition, we used the MRI in 3 groups of lambs: premature group (Preterm) with a term of 122-124 days, two groups of late preterm lambs (134-136 days), including one group who received antenatal steroids (Late preterm + steroids), and a group without steroids (Late preterm). Surprisingly, we observed a rapid increase of lung fluid in preterm lambs reaching 30% at the end of the experimentation. Creation of FRC was also impaired in this group. In the Late preterm group, clearance of pulmonary fluid was slowed down with a moderate fall of 10%, whereas, in the Late preterm + steroids group, lung fluid dropped by 50% (p<0.05). Similarly, FRC in the Late preterm + steroids group was higher than the other 2 groups (p <0.05). Respiratory functions were closely related to lung fluid content and to FRC. We hypothesized that n3 PUFA would improve perinatal transition using two models: - An acute model: in a chronically instrumented model, catheters were introduced in the jugular and the carotid vessels of lamb fetuses at 122 days of gestation. Lamb fetuses received either Omegaven (n3 PUFA), or Intralipide (n6 PUFA), or isotonique physiological serum (SSI) for 4 days. Respiratory transition was explored by MRI. There was no significant difference between these three groups. Total lung fluid increased by about 20% in Omegaven group and 18% in SSI group (p> 0.05). - A model of Bronchopulmonary dysplasia: pups were exposed to hyperoxia for 10 days, and feeding rats received supplementation by either n3 PUFA (Omacor), n6 PUFA (sunflower oil), or SSI, with control groups that received the same feeding supply but which were exposed to air. Histological studies showed bronchopulmonary dysplasia lesions in the Hyperoxia groups, characterized by decrease of alveolar number, decrease in the number of secondary alveolar septa, and widening of the interstitial space. These lesions were similar in SSI and n6 PUFA groups, whereas n3 PUFA improved these lesions (p <0.05). To assess the effects of n3 PUFA in pulmonary vascular resistances (PVR), we studied their effects on fetal circulation characterized by elevated RVP using a chronically instrumented experimental model of lamb fetus. Lamb fetuses received either n3 PUFA (Omegaven), or n6 PUFA (Intralipid). We then explored the action mechanisms of n3 PUFA: 1) NO pathway using L-Nitro Argenine (LNA), 2) potassium channels pathway using Tetraethylamonium (TEA) and 3) epoxides produced by cytochrome P450 using MS-PPOH. Finally, we investigated the effect of Eicosapentaenoic Acid (EPA) perfusion, or Docosahexaenoic Acid (DHA) perfusion in pulmonary circulation. We showed that, unlike Intralipid, Omegaven induced pulmonary vasodilation, and an increase in pulmonary flow. An identical effect was reproduced by EPA infusion, while DHA did not modify PVR. This response was not modified by LNA. But it was reduced by MS-PPOH, and abolished by TEA. These results indicate that n3 PUFA induced pulmonary vasodilation, mediated by epoxides which act on potassium channels. To conclude, we demonstrated that respiratory transition in preterm lambs even in late preterm ones is altered with the presence of pulmonary edema. n3 PUFA did not improve lung fluid clearance but should be considered in the tretment of pulmonary hypertension, and in the prevention of brochopulmonary dysplasia of the newborns.

Résumé : L'imagerie par résonance magnétique pondérée en diffusion est une modalité unique sensible aux mouvements microscopiques des molécules d'eau dans les tissus biologiques. Il est possible d'utiliser les caractéristiques de ce mouvement pour inférer la structure macroscopique des faisceaux de la matière blanche du cerveau. La technique, appelée tractographie, est devenue l'outil de choix pour étudier cette structure de façon non invasive. Par exemple, la tractographie est utilisée en planification neurochirurgicale et pour le suivi du développement de maladies neurodégénératives. Dans cette thèse, nous exposons certains des biais introduits lors de reconstructions par tractographie, et des méthodes sont proposées pour les réduire. D'abord, nous utilisons des connaissances anatomiques a priori pour orienter la reconstruction. Ainsi, nous montrons que l'information anatomique sur la nature des tissus permet d'estimer des faisceaux anatomiquement plausibles et de réduire les biais dans l'estimation de structures complexes de la matière blanche. Ensuite, nous utilisons des connaissances microstructurelles a priori dans la reconstruction, afin de permettre à la tractographie de suivre le mouvement des molécules d'eau non seulement le long des faisceaux, mais aussi dans des milieux microstructurels spécifiques. La tractographie peut ainsi distinguer différents faisceaux, réduire les erreurs de reconstruction et permettre l'étude de la microstructure le long de la matière blanche. Somme toute, nous montrons que l'utilisation de connaissances anatomiques et microstructurelles a priori, en tractographie, augmente l'exactitude des reconstructions de la matière blanche du cerveau. / Abstract : Diffusion-weighted magnetic resonance imaging is a unique imaging modality sensitive to the microscopic movement of water molecules in biological tissues. By characterizing the movement of water molecules, it is possible to infer the macroscopic neuronal pathways of the brain. The technique, so-called tractography, had become the tool of choice to study non-invasively the human brain's white matter in vivo. For instance, it has been used in neurosurgical intervention planning and in neurodegenerative diseases monitoring. In this thesis, we report biases from current tractography reconstruction and suggest methods to reduce them. We first use anatomical priors, derived from a high resolution T1-weighted image, to guide tractography. We show that knowledge of the nature of biological tissue helps tractography to reconstruct anatomically valid neuronal pathways, and reduces biases in the estimation of complex white matter regions. We then use microstructural priors, derived from the state-of-the-art diffusion-weighted magnetic resonance imaging protocol, in the tractography reconstruction process. This allows tractography to follow the movement of water molecules not only along neuronal pathways, but also in a microstructurally specific environment. Thus, the tractography distinguishes more accurately neuronal pathways and reduces reconstruction errors. Moreover, it provides the means to study white matter microstructure characteristics along neuronal pathways. Altogether, we show that anatomical and microstructural priors used during the tractography process improve brain's white matter reconstruction.

Disposer d’un modèle numérique de doigt permettant de simuler le contact de façon réaliste serait un atout pour les domaines d’applications de la réalité virtuelle et de l’aide à la conception adaptée de matériel. De plus, savoir simuler un contact « biofidèle » entre les doigts et un objet permettrait de répondre à des questions de recherche fondamentale concernant la préhension (évaluation de la qualité d’une prise, choix de stratégies de préhension…).Les modèles existants dans la littérature sont variés en termes de propriétés matériaux et de géométrie mais aucun modèle ne s’impose pour prédire de façon satisfaisante le comportement mécanique de la pulpe des doigts. Cette thèse a pour objectif de proposer des lignes directrices pour le développement d’un modèle éléments finis de l’extrémité du doigt orienté vers la simulation de la manipulation fine.Dans un premier temps, la loi de comportement la plus simple possible mais rendant bien compte du comportement hyperélastique des tissus est identifiée. Ensuite, l’étude de modèles géométriques simplifiés permet de proposer un jeu de marqueurs géométriques permettant de construire un modèle idéalisé. Enfin, une campagne expérimentale innovante de chargements mécaniques sur le doigt sous IRM (8 sujets) permet d’enrichir la base de données des essais existants et de valider les hypothèses de modélisation faites en termes de loi de comportement et de géométrie / A fingertip model enabling realistic contact simulations would be an attractive feature in the virtual reality field and could help the design process of new products. Furthermore, such a tool would allow investigating fundamental research questions associated with prehension (assessment of the efficiency of a grasp, choice of a grasping strategy,…).Existent fingertip models exhibit various material properties and geometries but none of them stand out in the prediction of the mechanical behavior of the fingertip.The main topic of this PhD work is to propose general guidelines for the development of fingertip models dedicated to fine manipulation tasks. First a hyperslastic behavior law is identified, being both as simple as possible and enough complex to reproduce the non-linear behavior of the soft tissue. Then, a geometrical study permits to determine a set of geometric markers enabling the development of an idealized geometrical model. Finally, an MRI innovative experimental campaign of fingertip loading tests is performed (on 8 subjects) to expand the existent experimental database and validate the modeling assumptions made concerning the behavior law and the geometrical approach

La Spectroscopie de Résonance Magnétique (SRM) constitue un outil non-invasifunique pour l’exploration biochimique du métabolisme des organismes vivants. Cependant,en raison des champs magnétiques couramment utilisés chez l’homme etle petit animal, la SRM in vivo du proton ne permet pas de quantifier précisémentla concentration de tous les métabolites présents dans le cerveau. La SRM à deuxdimensions spectrales (SRM 2D), technique utilisée en routine en chimie, permetde séparer efficacement les signatures spectrales des métabolites facilitant ainsi leuridentification et leur quantification en termes de concentrations. Les travaux réalisésdans le cadre de cette thèse concernent le développement de méthodes d’acquisitionet de quantification de spectres RMN 2D J-résolus in vivo et sont présentéssuivant deux axes majeurs. Le premier axe concerne les travaux relatifs à la SRM2D J-résolue conventionnelle qui ont fait l’objet du développement d’une séquenceJ-PRESS sur un imageur 7 T pour l’acquisition de spectres 2D sur le cerveau de rat.Les données acquises sont traitées avec une méthode d’analyse spectrale développéeet optimisée spécifiquement pour la quantification de données SRM 2D J-résolues,reposant sur une connaissance a priori et un ajustement numérique dans le domainetemporel. Le second axe concerne les travaux relatifs à la réduction de la duréed’acquisition en SRM 2D avec le développement de techniques basées sur le conceptrécent de RMN ultrarapide. Une nouvelle séquence de SRM 2D J-résolue ultrarapidea été développée et validée sur un imageur 7 T et a permis l’acquisition de spectres2D complets avec une durée d’acquisition de l’ordre de la seconde. / In vivo proton Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS) is a powerful tool for metabolicprofiling because this technique is non-invasive and quantitative. However,conventional localized spectroscopy presents important in vivo metabolic informationthrough overlapped spectral signatures greatly affecting the quantification accuracy.Two-dimensional (2D) MRS, originally developed for analytical chemistry,has great potential to unambiguously distinguish metabolites. Therefore, metabolitequantification is improved allowing accurate estimation of their concentrations. Inthis thesis, the research findings are presented under two main headings. The firstline of research focuses on conventional 2D MRS J-resolved. A J-PRESS sequencewas developed allowing the acquisition of in vivo 2D MRS spectra, which were processedby a dedicated quantification method. Experiments were performed on therat brain using a 7 T imaging system and different sampling strategies were evaluated.The quantification method, specifically developed to handle 2D J-resolved MRSdata quantification in time domain, is based on a strong prior-knowledge. However,2D MRS suffers from long acquisition times due to the collection of numerous incrementsin the indirect dimension. Therefore, the second line of research focuseson the reduction of acquisition time using recently developed methods based on theultrafast NMR concept. A new pulse sequence was designed, allowing 3D localizedultrafast 2D J-resolved spectroscopic acquisition on a 7T small animal imaging system. This breakthrough allows the acquisition of a complete 2D spectrum in a singlescan, resulting in acquisition times of a few seconds.

Le terme élastographie désigne les techniques d'imagerie dédiées à l'étude des propriétés mécaniques des tissus biologiques in vivo. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à deux de ces techniques. La première est l'élastographie quasi-statique par ultrasons permettant de mesurer les déformations locales induites dans un tissu sous l'action d'une contrainte globale. La seconde est l'élastographie par résonance magnétique (ERM) permettant d'accéder localement à une estimation du module de cisaillement. Pour cette dernière technique, une onde de cisaillement est générée au sein du milieu puis imagée a l'aide d'une séquence IRM spécifique. Les images d'ondes acquises permettent la reconstruction du module de cisaillement local. Dans le cadre de ces travaux, une nouvelle technique d'acquisition de l'image d'onde de cisaillement a été proposée, ainsi qu'une méthode de reconstruction du module de cisaillement basée sur l'estimation locale de fréquence par rapport de filtres. Un autre axe de recherche a consisté en l'étude de l'effet d'une précontrainte appliquée à un milieu sur son module de cisaillement mesuré par ERM. Cet effet a tout d'abord été étudié sur des milieux homogènes puis avec des milieux test hétérogènes. Dans ce dernier cas, l'utilisation de l'élastographie quasi-statique par ultrasons s'avère nécessaire pour accéder à la déformation locale du milieu. Cette dernière information a été combinée avec les informations obtenues en ERM pour extraire pour chaque région d'intérêt une courbe déformation/module de cisaillement / The term elastography refers to imaging techniques dedicated to the in vivo investigation of the mechanical properties of biological tissues. During this thesis, we focused on two elastography techniques. The first one is quasi-static ultrasound elastography, able to locally estimate tissue strain induced by a global deformation of a medium. The second one is Magnetic Resonance Elastography (MRE), able to measure the local shear modulus. In MRE, a shear wave is generated within the medium and imaged using a specific MRI sequence. The resulting wave images are then processed to estimate the local shear modulus. A new acquisition scheme of the shear wave images was proposed during this thesis. A method, based on local frequency estimation, was also developed for the estimation of the local shear modulus using the properties of a ratio of filters. Another research axis was the study of the effect of a prestrain application on the measured shear modulus. This effect was first studied with homogeneous media and then with heterogeneous test objects. In this last case, the use of quasi-static ultrasound elastography was necessary to locally access to the medium strain. This information was then combined with the information obtained using MRE to extract, for each region of interest, a strain/shear modulus curve

Cette thèse présente un nouveau concept pour l’évaluation des déformations cardiaques à partir de ciné-IRM standard sans avoir recours aux images IRM marquées. Nous avons adapté la méthode des ensembles de niveaux afin de segmenter le myocarde et évalué le déplacement des contours endo et épicardique. Le processus de segmentation est appliqué directement sur un ensemble d’images pseudo-volumique 2D + t. Cela conduit à une méthode de segmentation efficace tenant compte à la fois des contraintes de continuité spatiale et temporelle. Puis, nous avons évalué le déplacement des contours endo et épicardique détectés avec une technique de mise en correspondance fondée sur les ensembles de niveaux. La vitesse de déplacement au sein de la paroi myocardique est évaluée par une méthode de flot optique, contrainte avec le déplacement des contours. Enfin, de ce champ de vitesses du myocarde, nous tirons des mesures pertinentes de la contraction cardiaque. La validation de la méthode proposée est effectuée sur des séquences d'images synthétiques, et en comparant sur les mêmes patients nos mesures à celles obtenues avec la méthode de référence HARP appliquée sur des images IRM taggées correspondantes. Les résultats de la méthode sont encourageants, ils sont pratiquement identiques à ceux de l’approche HARP. Cette méthode présente deux avantages principaux: premièrement elle exploite les ciné-IRM standard non taggées, deuxièmement elle permet des évaluations des déformations à haute résolution spatiale. Cette méthode est déjà disponible et peut rendre accessible l’évaluation des déformations du ventricule gauche du myocarde en routine clinique à partir des séquences ciné-IRM / This thesis presents a new concept for the assessment of cardiac deformation from standard cine-MRI without requiring tagged MRI. We have adapted the level set method to segment the myocardium and to evaluate the endocardial and epicardial velocity contours. The segmentation process is directly applied on a pseudo-volumic 2D+t set of images. This leads to an efficient segmentation method that both take into account spatial and temporal continuity constraints. Then, we evaluated the displacement of detected endocardial and epicardial contours by a levelset based matching procedure. The velocity flow in the myocardial wall is assessed by an optical flow method constrained with the contour displacement. Finally, from the velocity flow, we derive relevant measurements of the cardiac contraction. The validation of the method is performed on synthetic image sequences, and by comparing our measurements to those obtained on the same patients with the HARmonic Phase reference (HARP) method applied on matched tagged MR images. The results of this method are encouraging, they are practically identical to those HARP approach. This method presents two main advantages: first it exploits standard untagged cine-MRI, secondly it leads to high spatial resolution strain assessments. This method is readily available and has potential to make the assessment of left ventricular myocardial deformation accessible for clinical use from a set of cardiac cine MR acquisitions