Les lymphocytes T (LT) doivent analyser efficacement un nombre important de cellules présentatrices d'antigène (CPA) afin de détecter un antigène spécifique et d'initier une réponse immunitaire adaptée. La reconnaissance par le récepteur des cellules T (TCR) d'un peptide spécifique associé au complexe majeur d'histocompatibilité (pMHC) doit donc être extrêmement sensible et rapide. Alors que les voies de signalisation en aval du TCR sont largement étudiées, la cinétique de la discrimination des ligands par le TCR et de l'activation initiale du LT reste mal connue. Des surfaces solides recouvertes de ligands du TCR nous ont permis d'étudier les événements cellulaires initiés par la détection d'un antigène. L'utilisation de la microscopie a fluorescence par réflexion totale interne (TIRFM) et la microscopie interférentielle (IRM) nous a permis de montrer que l'interaction initiale entre surface et LT est attribuable à des microvillosités mobiles. La stimulation du TCR active en quelques secondes un mouvement de rétraction de ces microvillosités. Ces mouvements actifs sont régulés par l'activation de la PLC- γ1 et sont dépendants des myosines (IIA, Ic et Ig), de la cofiline et de l'ezrine. Après cette phase d'analyse de l'environnement extracellulaire, la stimulation du TCR entraîne l'étalement rapide et actif de la cellule. L'amplitude et la vitesse d'étalement reflètent l'efficacité activatrice du ligand reconnu par le TCR. En moins de 5 minutes différents pMHC, ayant des propriétés biophysiques proches, sont donc discriminés par les LT et capables d'induire une première réponse cellulaire spécifique. / T lymphocytes need to efficiently probe a large number of antigen-presenting cell (APC) in order to detect an agonist antigen and to initiate an effective immune response. Therefore, engagement of the T-cell receptor (TCR) by peptide-bound major histocompatibility complex (pMHC) is a highly sensitive and rapid process. While signaling pathways downstream the TCR are extensively studied, little is known about antigen discrimination kinetic and initial T-cell response.Model planar surfaces coated with TCR ligand allowed us to study cellular events initiated by antigen detection. Using TIRFM (total internal reflexion microscopy) and IRM (interference reflexion microscopy) we showed that T-cell initial contacts with the surface were mediated by mobile microvilli. TCR engagement triggers a pulling motion of T cell surface microvilli within seconds. Active microvilli movements are dependent on PLC-γ1 activation and on the presence of myosins (IIA, Ic and Ig) as well as cofilin and ezrin. After this extracellular environment probing period, TCR stimulation triggered a rapid and active cell spreading. Cell spreading amplitude and speed reflect the ligand activating efficacity. In less than 5 minutes pMHC with different biophysical properties were discriminated by T-cells and triggered a first specific cellular response.

Les troubles émotionnels sont considérés comme fréquents dans la sclérose en plaque (SEP) et ont été généralement étudiés par la reconnaissance des émotions faciales. En revanche, l’expérience émotionnelle a été très peu analysée dans la SEP, et ses corrélats neuro-anatomiques jamais explorés. De plus, l’intrication des difficultés émotionnelles avec d’autres variables cliniques reste mal comprise, notamment l’alexithymie, qui est fréquente dans cette pathologie et qui est susceptible de modifier le traitement émotionnel.Le but de cette étude est de préciser les difficultés émotionnelles dans la SEP, dans ses composantes de reconnaissance et d’expérience émotionnelle positive et négative. II s’agit également d’explorer les corrélats neuro-fonctionnels de l’expérience émotionnelle dans la SEP en général, et chez des patientes atteintes de SEP alexithymique versus non alexithymique en particulier. Une première étude nous a permis de confirmer l’atteinte de la capacité à reconnaitre les émotions faciales dans un groupe de patientes SEP et ceci de façon plus marquée pour les émotions négatives. Cette étude a aussi mis en avant une expérience émotionnelle très variable chez nos patientes avec une intensification du vécu subjectif plaisant et déplaisant. A travers une deuxième étude en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), nous avons montré que cette variabilité de l’expérience émotionnelle était sous-tendue par une grande hétérogénéité des réponses hémodynamiques de nos patientes au niveau de structures cérébrales connues pour leur implication dans la construction du ressenti subjectif plaisant et déplaisant. Des analyses complémentaires en imagerie de diffusion soutiennent l’idée que ces anomalies fonctionnelles soient liées à une atteinte structurelle notamment au niveau des boucles limbiques et des structures fronto-insulaires qui forment le réseau de saillance. Une troisième étude a mis en avant un effet spécifique de l’alexithymie dans les activations cérébrales fonctionnelles des émotions positives, notamment de l’insula, tandis que les émotions négatives semblent être influencées par la maladie et l’alexithymie comorbide. Les analyses en imagerie de diffusion s’avèrent, pour leur part, indépendantes du statut alexithymique. Ainsi les troubles émotionnels dans la SEP concernent tant la capacité à reconnaitre les émotions chez l’autre qu’une modification de leur propre expérience émotionnelle positive et négative. L’alexithymie, dont la comorbidité est fréquente dans la SEP, accentue la présence de tels troubles au même titre que le phénomène lésionnel inhérent à la SEP. Considérant l’implication que de tels troubles peuvent avoir pour les patients et leur entourage familial, social et professionnel, il semble important de prendre en compte ces aspects pour une meilleure prise en charge de cette pathologie. / Emotional disorders in multiple sclerosis (MS) are frequently described as difficulties in recognizing facial expression. Yet, emotional experience is insufficiently studied in MS, and its neurobiological correlates stays never explored. Moreover, interaction between emotional disorder and other variable remains little documented, especially for alexithymia, a very frequent trouble in MS which could also cause emotional disturbances. The scope of this work is to explore positive and negative emotions in MS, with a focus on the recognition and experience dimensions. Concerning the emotional experience, brain functional activation correlates are also explored in MS overall, and in alexithymics versus non alexithymics MS subjects especially. A first study confirmed the difficulty for MS patient in recognizing facial emotions, and those difficulties were more marked for negative emotions. This study also highlights a more scattered emotional experience in MS, with a global exacerbation of their pleasant as well as unpleasant emotional feeling. A second study with fMRI shows that this scattered emotional experience was sustained by more brain functional variability during the emotional task. It takes place in brain structures known for their implication for the subjective feeling construction. Further diffusion imaging analyses support the view of a brain dysconnexion in those functional anomalies centred on limbic loop and fronto-insula network, also called salience network. A third study highlights a specific contribution of alexithymia in brain activity for hedonics experience, centred on insula deactivations whereas anhedonics experience seems to be influenced by the diseases and comorbid alexithymia. Brain diffusion analyses were independent of the alexithymia status. Thus, MS patients show difficulties in identifying emotion and have modifications of their own pleasant and unpleasant emotional experience. The frequent comorbid alexithymia in MS exacerbates those troubles in the same way as the lesion phenomenon of MS. Considering the implications that emotional disorders may have for MS patients as well as their familial, social and professional entourage, it seems essential to take these aspects into account for a better management of MS.

Dans ce mémoire, nous décrivons le travail effectué pour étendre nos connaissances sur les sources d’instabilité instrumentales en imagerie de résonance magnétique, en particulier dans le domaine anatomique par une étude où cinq adultes ont été scannés quatre fois dans la même plate-forme IRM, deux fois avant et deux fois après une mise à niveau importante d’un scanner 3T de Siemens. Les volumes de l’hippocampe droit et gauche de chaque sujet ont été mesurés avec une segmentation manuelle. Nous avons analysé la fiabilité test-retest avant et après la mise à niveau du système d’IRM. Dans le domaine fonctionnel, cinq adultes ont été scannés quatre fois dans la même plate forme IRM deux fois avant et deux fois après la même mise à niveau du scanneur. Les acquisitions du signal BOLD sont faites dans deux différentes résolutions spatiales (2x2x2mm et 4x4x4mm) pour évaluer la sensibilité du signal BOLD sous conditions de haute et basse SNR. Une dernière étude fonctionnelle sur fantôme avait pour but d’étudier la stabilité de la machine pour les images fonctionnelles et détecter les sources de bruit de type machine. La séquence EPI (Echo Planar Imaging) d’écho de gradient à deux dimensions a été utilisée. Des analyses comme le pourcentage des fluctuations et l’analyse de Fourier des résidus ont également été réalisées. Nous résultats indiquent que les différences dans le matériel provenant d’une importante mise à niveau ne peuvent pas compromettre la validité des études structurelles et fonctionnelles faites à travers la mise à niveau du scanneur. Les acquisitions quotidiennes ont permis de suivre l’évolution de la stabilité et de détecter toute source de bruit qui peut détériorer la détection des activations dans les images fonctionnelles. / In this thesis, we describe work we carried out to extend our knowledge on instrumental sources of MRI variability, in both anatomical and functional imaging. The anatomical study involved five adults scanned four times in the same platform MRI twice before and twice after a major update of a 3T Siemens scanner. The volumes of left and right hippocampus of each subject were measured with a manual segmentation. We then analyzed the test-retest reliability before and after updating the MRI system. In the functional study, five adults were scanned four times on the same MRI system twice before and twice after a major hardware update. Blood oxygenation level- dependent (BOLD) acquisitions were made at two different spatial resolutions (2x2x2mm and 4x4x4mm) to assess the reproducibility of BOLD measurements under conditions of high and low SNR. A final functional study using a gel phantom was used to study the stability of the machine for functional images and isolate the sources of noise arising from hardware. Two-dimensional gradient-echo EPI (Echo Planar Imaging) signals were analyzed to assess the percentage variability and Fourier analysis of residual error performed. Our results indicate that the differences in hardware from a major upgrade do not significantly affect the reliability of structural and functional studies spanning a major hardware upgrade. Daily quality assurance acquisitions on phantoms can be used to monitor the stability of the machine, which may aid in the early detection of hardware faults.

La spectroscopie par résonance magnétique permet de manière non invasive, de caractériser et suivre l'évolution du métabolisme cérébral in vivo chez l’Homme. Néanmoins, de nombreux biais empêchent l’obtention d’une caractérisation métabolique cérébrale complète, un prérequis essentiel pour mieux comprendre une pathologie diffuse comme la Sclérose en Plaques (SEP).Mon premier projet a donc consisté à transposer une technique de spectroscopie rapide en 3 dimensions, acquise dans deux orientations spatiales. Cette comparaison a mis en évidence des diminutions de métabolites reliés à la viabilité et à l’activité neuronale, dans des régions fonctionnelles motrices et cognitives, mais également une activité gliale accrue dans les lésions de substance blanche mais aussi en dehors. La deuxième étude a visée à caractériser d'un point de vue métabolique, les accumulations cérébrales de sodium observées chez les patients atteints de SEP par IRM du 23Na. Nous avons pu mettre en évidence des corrélations significatives entre les accumulations de sodium et les diminutions de NAA mettant en lumière un lien fort entre ces accumulations et les phénomènes de souffrance neuronale.Enfin, le dernier projet a eu pour but d'améliorer la résolution spatiale de l'imagerie spectroscopique du proton en tirant partie des avantages d'un imageur clinique 7 Tesla. Après avoir corrigé différents problèmes comme les inhomogénéités B0 et B1 ainsi que l’artefact de déplacement chimique, nous avons obtenu le profil du NAA, de la Choline et de la Créatine pour 4 gros noyaux thalamiques. De plus, l’analyse statistique a mis en évidence des différences métabolique entre les noyaux Thalamiques. / Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS) allows to characterize, in vivo and non-invasively, the cerebral metabolism in Human. Nevertheless, use MRS in clinical routine is marginal and it is impossible to obtain whole brain metabolic topography, mandatory step in order to understand diffuse pathology like Multiple Sclerosis (MS).First of all, we aimed to transpose a fast 3D-MRSI sequence acquired in two different orientations. We observed significant decrease in metabolites linked with neuronal health and activity, in important motor and cognitive areas, and also increase in glial activation, inside white matter T2 lesions but also outside in normal appearing white and grey matter.Secondly, we aimed to characterize the metabolic counterpart of cerebral sodium accumulations observed, using 23Na MRI, in MS patients. We observed significant correlations between sodium accumulations and decrease in NAA highlighting a strong link between sodium accumulations and neuronal suffering.Finally, we attempted to improve spatial resolution of proton MR spectroscopy using 7 Tesla scanner. We also addressed ultra-high field artifacts like B0 and B1 inhomogeneities as well as chemical shift displacement error. We obtained metabolic profiles of NAA, Choline and Creatine for 4 big thalamic nuclei. Moreover, statistical analysis evidencing metabolic differences between nuclei in same hemisphere but also for some nuclei left/right differences.

Bien qu'outil de référence pour le diagnostic et le suivi de la SEP, l'IRM conventionnelle ne reste que modérément corrélée à l'état clinique du patient. Afin de mieux caractériser les altérations pathologiques, nous employons dans ce travail les techniques d'IRM dites non conventionnelles que sont la spectroscopie par résonance magnétique (SRM) et l'IRM de diffusion. Un premier suivi hebdomadaire, a permis de mettre en évidence la sensibilité des métriques de diffusion et la spécificité de la SRM pour détecter les processus initiaux de la formation d'une lésion.Un second suivi a permis de mettre en évidence des modifications de la diffusivité dans plusieurs faisceaux de substance blanche, avec notamment une diminution de la fraction d'anisotropie et une augmentation de diffusivité radiale, s'aggravant avec l'avancée de la maladie et plus marquée dans les formes progressives.Enfin, l'application de la théorie des graphes a permis de caractériser la connectivité cérébrale dans les quatre formes cliniques et d'étudier leur évolution. Cette étude a permis de mettre en évidence des altérations dans tous les phénotypes cliniques, avec notamment une diminution de la densité du réseau cérébral, plus importante dans les formes progressives de la maladie et tendant à s'accentuer avec la progression de la maladie.Ce travail montre la sensibilité des techniques avancées d'IRM pour la caractérisation des altérations pathologiques et de leur évolution dans la SEP / While conventional MRI is the reference tool for the diagnosis and monitoring of MS, it remains only moderately correlated with the patient’s clinical status. In order to better characterize pathological alterations occurring in MS, we use in this work non-conventional MRI techniques, namely magnetic resonance spectroscopy (MRS) and diffusion MRI.A first weekly follow-up revealed the sensitivity of the diffusion metrics and the specificity of the SRM to detect the initial processes of lesion formation.A second follow-up revealed changes in diffusivity in several white matter fiber bundles, including a decrease in fraction of anisotropy and an increase in radial diffusivity, worsening with advancing disease and more marked in the progressive forms.Finally, the application of graph theory allowed to characterize the brain connectivity in the four clinical forms and to study their evolution. This study allowed us to highlight alterations in all the four clinical phenotypes, including a decrease in the cerebral network density, more marked in the progressive forms of the disease and tending to increase with its progression.This work shows the sensitivity of advanced MRI techniques for the characterization of pathological alterations and their evolution in MS

L'IRM de perfusion et de spectroscopie restent encore peu utilisées en raison de leur mise en oeuvre difficile et de leur manque de quantification. L'objectif de ces travaux a été d'optimiser et de valider des techniques IRM totalement non invasives chez l'Homme en vue d'applications cliniques permettant une exploration sur un large volume cérébral et une quantification absolue des paramètres de perfusion et du métabolisme cérébraux. Concernant la perfusion, 3 séquences de type marquage de spins,PASL PICORE, PASL FAIR et pCASL, ont été comparées en termes de sensibilité et de reproductibilité. pCASL a ensuite été intégrée dans un protocole de recherche sur des patients atteints de sclérose en plaques ou SEP. Quant au métabolisme cérébral, un protocole a été mis en place afin d'accéder à une quantification absolue et pseudo absolue des métabolites par la normalisation du signal de l'eau issue de la CSI par la densité de protons acquise en IRM. Cette technique a été validée en CSI 2D puis transposée en 3D avec la séquence EPSI sur deux orientations différentes : CACP et CACP+15°afin de constituer des valeurs normatives fiables des métabolites principaux sur tout le cerveau. L'élaboration de ces techniques en spectroscopie a abouti à une étude sur des patients souffrant de SEP démontrant la faisabilité de l'utilisation de ces techniques en clinique. Ces travaux démontrent que la quantification absolue en IRM de perfusion et en IRM de spectroscopie peut être obtenue sur un large volume cérébral de manière fiable sur un système IRM disponible en environnement clinique dans un temps d'acquisition acceptable à travers les corrections diverses spécifiques à chaque imagerie. / Conventional MRI's lack of specificity in clinical routine limits our ability to perform correct diagnoses or follow-ups of pathological diseases. Two forms of NMR imaging, perfusion weighed and spectroscopic imaging provide information about two closely related characteristics :cerebral perfusion and metabolism. However, these techniques are not widely used due to the complexity of implementation and a lack of quantification.The general aim was to optimize and validate completely non-invasive NMR techniques for further human clinical applications in the context of exploring large cerebral volumes and determining absolute or pseudo-absolute quantification of cerebral perfusion and metabolism. Concerning perfusion, three arterial spin labeling sequences, PASL PICORE, PASL FAIR and pCASL, were compared in terms of sensitivity and reproducibility. The pCASL sequence was then integrated to a protocol applied to patients suffering from multiple sclerosis. In relation to metabolism, a protocol was applied in order to access absolute and pseudo-absolute metabolite quantification by water SI normalization from MRI proton density. This technique was validated on 2D CSI and then on 3D with EPSI sequence with two orientations, AC-PC and AC-PC+15 in order to generate reliable normative values of metabolites for the whole brain. The use of those spectroscopic techniques on patients suffering from multiple sclerosis allowed demonstrating the feasibility in clinic.This work demonstrates that reliable absolute quantification in perfusion weighted and spectroscopic imaging can be obtained with extensive coverage and with an acquisition time compatible with the reality of clinical exams.

Des troubles cognitifs sévères peuvent apparaître de façon précoce au cours de la sclérose en plaques(SEP). Nous avons analysé les modifications de connectivité fonctionnelle de repos au sein des réseauxcérébraux et les modifications structurelles cérébrales qui les sous-tendent.Nous avons inclus des patients atteints de SEP dont la durée de la maladie est comprise entre 3 et 5ans, sans trouble cognitif (n=20) et avec un trouble cognitif (n=15) ainsi que des sujets contrôles(n=20). Après une évaluation neuropsychologique approfondie, les patients et contrôles ont eu uneIRM multimodalité à 3T comportant des séquences anatomiques T1 et T2, une séquence en tenseur dediffusion pour l’évaluation de la connectivité anatomique, et une IRM fonctionnelle de repos pourl’évaluation de la connectivité fonctionnelle.Les patients avec atteinte cognitive ont des performances diminuées pour l’ensemble des domainesneuropsychologiques testés en dehors du stockage mnésique. La connectivité fonctionnelle est altéréechez les patients avec atteinte cognitive au sein des réseaux impliqués dans les processus cognitifscomme le réseau du mode par défaut et les réseaux attentionnels. Ces modifications fonctionnelles nereflètent pas de façon stricte la connectivité anatomique évaluée par l’IRM de diffusion. En revanche,les patients avec atteinte cognitive ont une atrophie marquée de la SG dans des régions connectées auréseau du mode par défaut.La diminution de connectivité fonctionnelle au sein des réseaux impliqués dans la cognition pourraitlimiter les mécanismes de compensation fonctionnelle en réponse à l’atteinte structurelle cérébrale. / Severe cognitive impairment involving multiple cognitive domains can occur early during the course of multiple sclerosis (MS). We investigated resting state functional connectivity changes in large-scale brain networks and related structural damage underlying cognitive dysfunction in patients with early MS.We included MS patients with 3 to 5 years of disease duration, either without cognitive impairment (n=20), or with cognitive impairment (n=15), and 20 controls. After a standardized neuropsychological evaluation, all subjects underwent a multimodal 3T MRI including anatomical T1 and T2 images, diffusion imaging to assess anatomical connectivity and resting state functional MRI to assess functional connectivity.Patients with cognitive dysfunction were impaired in all cognitive domains tested except for mnesic storage. Functional connectivity was altered in patients with cognitive impairment only, within associative networks relevant for cognition, especially the default mode and the attentional networks. This functional disconnection did not parallel diffusion abnormalities in white matter tracts. In patients with cognitive impairment, atrophy was localized in cortical regions connecting the default mode network. Disconnection in these networks may deprive the brain of compensatory mechanisms required to face widespread structural damage.

Le bois possède des propriétés physiques remarquables mais qui dépendent étroitement du taux d’humidité dans le matériau. Du fait de sa structure multi-échelle et des différents états de l’eau dans le bois, les mécanismes de transferts d’eau dans le bois sont encore mal appréhendés. Nous étudions les phénomènes physiques essentiels à l’origine des propriétés d’imbibition et de séchage du bois de feuillu. On montre d’abord par des expériences macroscopiques classiques, que la dynamique d’imbibition d’eau dans le bois est significativement ralentie (plusieurs ordres de grandeur) par rapport aux prédictions du modèle de Washburn utilisant la perméabilité et la mouillabilité du bois mesurées indépendamment. Les distributions d’eau liée et d’eau libre obtenues par IRM au cours de l’imbibition montrent que l’eau liée adsorbée dans les parois cellulaires progresse en fait (par diffusion) plus vite que l’eau libre dans les pores. Il faut attendre que les parois soient saturées en eau liée pour que l’eau libre avance à son tour dans les lumens du bois. L’analyse des images tomographiques aux rayons X suggèrent que le ralentissement de la pénétration d’eau liquide dans le bois est dû à la modification des conditions de mouillage par la teneur en eau liée dans les parois. Les expériences d’imbibition avec un « bois artificiel » à base d’hydrogel confirment cette hypothèse. Finalement, l’étude du séchage du bois par IRM montre également différentes dynamiques de séchage pour l’eau liée et l’eau libre. Le séchage du bois est contrôlé par l’évaporation d’eau libre à partir d’un front sec à des teneurs en eau élevées. L’évaporation d’eau liée ne devient significative qu’à partir de la disparition totale de l’eau libre / Wood has excellent physical properties which however depend closely on the moisture content in the material. Because of its multi-scale structure and different states of water existing in the material, the mechanisms of water transfers in wood are still poorly understood. The essential phenomena at the origin of imbibition/drying properties of hardwood are studied in this thesis. We first show with classical macroscopic measurements that, water imbibition in wood is significantly damped compared to Washburn’s law which predicts the dynamic of capillary imbibition in the porous medium. The bound water and free water distributions obtained by MRI during imbibition show that, the bound water adsorbed in cell walls diffuses more quickly than the free water located in the pores. Free water cannot penetrate in the pores unless the cell walls have been saturated with bound water. The tomographic image analysis reveals that the damped dynamic of liquid water penetration in wood is due to the modification of wetting conditions by bound water content in the cell walls. Imbibition Tests with a hydrogel-based “artificial wood” confirm our hypothesis. Finally, the observations of wood drying by MRI show also different drying dynamics for bound and free water. At high moisture content, wood drying is controlled by the evaporation of free water from a dry front. Bound water starts to evaporate significantly only after the total disappearance of free water

Les techniques d'imagerie par résonance magnétique de Diffusion (IRMd) et de Perfusion (IRMp) permettent la détection de divers aspects importants et complémentaires en imagerie cérébrale. Le travail effectué dans cette thèse présente des contributions théoriques et méthodologiques sur les modalités d'IRM basées sur des images pondérées en diffusion, et sur des images de perfusion par injection de produit de contraste. Pour chacune des deux modalités, les contributions de la thèse sont liées au développement de nouvelles méthodes pour améliorer la qualité, le traitement et l'exploitation des signaux acquis. En IRM de diffusion, la nature complexe du signal est étudiée avec un accent sur l'information de phase. Le signal complexe est ensuite exploité pour corriger le biais induit par le bruit d'acquisition des images, améliorant ainsi l'estimation de certaines métriques structurelles. En IRM de perfusion, le traitement du signal est revisité afin de tenir compte du biais dû à la dispersion du bolus. On montre comment ce phénomène, qui peut empêcher la correcte estimation des métriques de perfusion, peut aussi donner des informations importantes sur l'état pathologique du tissu cérébral. Les contributions apportées dans cette thèse sont présentées dans un cadre théorique et méthodologique validé sur de nombreuses données synthétiques et réelles. / Diffusion and Perfusion Magnetic Resonance Imaging (dMRI & pMRI) represent two modalities that allow sensing important and different but complementary aspects of brain imaging. This thesis presents a theoretical and methodological investigation on the MRI modalities based on diffusion-weighted (DW) and dynamic susceptibility contrast (DSC) images. For both modalities, the contributions of the thesis are related to the development of new methods to improve and better exploit the quality of the obtained signals. With respect to contributions in diffusion MRI, the nature of the complex DW signal is investigated to explore a new potential contrast related to tissue microstructure. In addition, the complex signal is exploited to correct a bias induced by acquisition noise of DW images, thus improving the estimation of structural scalar metrics. With respect to contributions in perfusion MRI, the DSC signal processing is revisited in order to account for the bias due to bolus dispersion. This phenomenon prevents the correct estimation of perfusion metrics but, at the same time, can give important insights about the pathological condition of the brain tissue. The contributions of the thesis are presented within a theoretical and methodological framework, validated on both synthetical and real images.

L'imagerie par résonance magnétique de diffusion (l'IRMd) est actuellement la seule technique non-invasive pour étudier l'architecture tridimensionnelle des fibres myocardiques du cœur humain à la fois ex vivo et in vivo. Cependant, il est difficile de savoir comment les caractéristiques de diffusion calculées à partir des images de diffusion reflètent les propriétés des microstructures du myocarde à cause de l'absence de la vérité-terrain sans parler de l'influence de divers facteurs tels que la résolution spatiale, le bruit et les artéfacts. L'objectif principal de cette thèse est donc de développer des simulateurs de l'IRM de diffusion basés sur des modèles réalistes afin de simuler, en intégrant différentes modalités d'imagerie, les images pondérées en diffusion des fibres myocardiques à la fois ex vivo et in vivo, et de proposer un outil générique permettant d'évaluer la qualité de l'imagerie et les algorithmes de traitement d'images. Pour atteindre cet objectif, le présent travail se focalise sur quatre parties principales. La première partie concerne la formulation de la théorie de simulation IRMd pour la génération d'images de diffusion et pour les applications sur les modèles simples de fibres cardiaques chez l'homme, et essaie de comprendre la relation sous-jacente entre les propriétés mesurées de la diffusion et les caractéristiques à la fois physiques et structurelles des fibres cardiaques. La seconde partie porte sur la simulation des images de résonance magnétique de diffusion à différentes échelles en s'appuyant sur des données du cœur humain issues de l'imagerie par lumière polarisée. En comparant les propriétés de diffusion à différentes échelles, la relation entre la variation de la microstructure et les propriétés de diffusion observée à l'échelle macroscopique est étudiée. La troisième partie consacre à l'analyse de l'influence des paramètres d'imagerie sur les propriétés de diffusion en utilisant une théorie de simulation améliorée. La dernière partie a pour objectif de modéliser la structure des fibres cardiaques in vivo et de simuler les images de diffusion correspondantes en combinant la structure des fibres cardiaques et le mouvement cardiaque connu a priori. Les simulateurs proposés nous fournissent un outil générique pour générer des images de diffusion simulées qui peuvent être utilisées pour évaluer les algorithmes de traitement d'images, pour optimiser le choix des paramètres d'IRM pour les fibres cardiaque aussi bien ex vivo que in vivo, et pour étudier la relation entre la structure de fibres microscopique et les propriétés de diffusion macroscopiques.