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

Magnetic resonance imaging (MRI) is one of the most important diagnostic tools of modern healthcare. The signal in medical MRI predominantly originates from water and fat molecules. Separation of the two components into water-only and fat-only images can improve diagnosis, and is the premier non-invasive method for measuring the amount and distribution of fatty tissue. Fat-water imaging (FWI) enables fast fat/water separation by model-based estimation from chemical shift encoded data, such as multi-echo acquisitions. Qualitative FWI is sufficient for visual separation of the components, while quantitative FWI also offers reliable estimates of the fat percentage in each pixel. The major problems of current FWI methods are long acquisition times, long reconstruction times, and reconstruction errors that degrade image quality. In this thesis, existing FWI methods were reviewed, and novel fully automatic methods were developed and evaluated, with a focus on fast 3D image reconstruction. All MRI data was acquired on standard clinical scanners. A triple-echo qualitative FWI method was developed for the specific application of 3D whole-body imaging. The method was compared with two reference methods, and demonstrated superior image quality when evaluated in 39 volunteers. The problem of qualitative FWI by dual-echo data with unconstrained echo times was solved, allowing faster and more flexible image acquisition than conventional FWI. Feasibility of the method was demonstrated in three volunteers and the noise performance was evaluated. Further, a quantitative multi-echo FWI method was developed. The signal separation was based on discrete whole-image optimization. Fast 3D image reconstruction with few reconstruction errors was demonstrated by abdominal imaging of ten volunteers. Lastly, a method was proposed for quantitative mapping of average fatty acid chain length and degree of saturation. The method was validated by imaging different oils, using gas-liquid chromatography (GLC) as the reference. The degree of saturation agreed well with GLC, and feasibility of the method was demonstrated in the thigh of a volunteer. The developed methods have applications in clinical settings, and are already being used in several research projects, including studies of obesity, dietary intervention, and the metabolic syndrome.

HINTERGRUND/ ZIELSETZUNG: Vom idiopathischen Parkinsonsyndrom (IPS) können so genannte „atypische“ Parkinsonsyndrome (APS) mit einem Anteil von ca. 20% bezogen auf die Gesamtinzidenz unterschieden werden. Neben zusätzlichen Krankheitssymptomen und einem progredienteren Verlauf zeichnen sie sich durch eine schlechtere Prognose aus, die häufig auf einem Nichtansprechen auf eine dopaminerge Therapie beruht. Eine frühzeitige, korrekte Diagnose ist daher sehr entscheidend, aber im Einzelfall auch für Spezialisten äußerst schwierig. Trotz anerkannter klinischer Diagnosekriterien gibt es besonders im Frühstadium eine hohe Rate an Fehldiagnosen. Das zur Zeit vorherrschende Verfahren in der bildgebenden Diagnostik ist die Magnetresonanztomographie, wobei die konventionelle, qualitative MRT bislang keine zufriedenstellenden Ergebnisse bezüglich ihrer Spezifität und Sensitivität gezeigt hat. Die vorliegende Arbeit untersucht in einer direkten Vergleichsstudie das differenzialdiagnostische Potential der sogenannten „erweiterten“ quantitativen MRT-Verfahren. MATERIAL UND METHODEN: Ein Gesamtkollektiv von insgesamt 44 Probanden (IPS/ APS/ gesunde Kontrollen) durchlief ein umfassendes quantitatives MRT- Protokoll (R1/R2(*)-, DTI-, MTR- Mapping) um in manuell bilateral markierten, definierten Regionen (ROIs) in den Basalganglienkernen quantitative Parameter zu erheben. ERGEBNISSE: Die beste hochsignifikante Trennung der MSA-P- Patienten sowohl von IPS- Patienten (p = 0,001) als auch von Kontrollen (p = 0,004) konnte anhand des R2 * - Mappings im Putamen erreicht werden. Es zeigte sich eine Vorhersagekraft AUC von > / = 0,96 mit einer Sensitivität von 77,8 % (bei einer Spezifität von 100 %). Dies bestätigt die große Bedeutung der Eisensensitivität des R2*-Mappings bei der Identifizierung von MSA-P- Patienten. Auch anhand des MTR-Mappings konnte eine MSA-P anhand der putaminalen (p = 0,005) und nigralen (p = 0,003) Signalveränderungen signifikant vorhergesagt werden. Die beste signifikante Abgrenzung der PSP- Patienten von den Kontrollen gelang anhand der DTI- Messungen in der Substantia nigra (p = 0,001) sowie im Globus pallidus (p = 0,004). Für die diagnostische Vorhersage eines IPS konnten keine nutzbaren Signalunterschiede festgestellt werden. Insbesondere in der Substantia nigra zeigten sich gegenüber Kontrollen keine signifikanten Gruppenunterschiede. FAZIT: Unter den angewandten MRT- Verfahren zeigt das R2*-Mapping die beste Vorhersagekraft zur Differenzierung der MSA von IPS- Patienten und das DTI- Mapping zur Identifizierung der PSP- Patienten. Das Besondere unseres Arbeitsansatzes war, im Gegensatz zu vorherigen Studien, die Durchführung der Untersuchung an nur einer Kohorte. Dadurch konnte die Güte der verschiedenen MRT-Verfahren direkt und quantitativ miteinander verglichen werden. Insgesamt unterstreichen die Erkenntnisse dieser Arbeit den Stellenwert und die mögliche klinische Relevanz der quantitativen MRT, insbesondere bei der Identifizierung atypischer Parkinsonsyndrome.