Entailing of phosphorus exchanges in most bio-chemicals as a key factor in disease,
increases researcher’s interest to develop the technologies capable of detecting this
metabolite. Phosphorus magnetic resonance spectroscopy is able to detect key metabolites
in a non-invasive manner. Particularly, it offers the ability to measure the dynamic
rate of phosphocreatine(PCr) degeneration through the exercise and recovery. This metric
as a valid indication of mitochondrial oxidative metabolism in muscle, differentiate
between normal and pathological state.
To do magnetic resonance imaging and spectroscopy, clinical research tools provide a
wide variety of anatomical and functional contrasts, however they are typically restricted
to the tissues containing water or hydrogen atoms and they are still blind to the biochemicals
of other atoms of interests.
Through this project we intended to obtain the phosphorus spectrum in human body
– specificadenerativelly in muscle – using 31P spectroscopy. To do so a double loop
RF surface coil, tuned to phosphorus frequency, is designed and fabricated using bench
work facilities and then validated through in vitro spectroscopy using 3 Tesla Siemens
scanner.
We acquired in vitro as well as in vivo phosphorus spectrum in a 100 mM potassium
phosphate phantom and human calf muscle in rest-exercise-recovery phase in a 3T
MR scanner. The spectrum demonstrates the main constituent in high-energy phosphate
metabolism. We also observed the dynamic variation of PCr for five young healthy subjects
who performed planter flexions using resistance band during exercise and recovery.
The took steps in this project pave the way for future application of spectroscopic
quantification of phosphate metabolism in patients affected by carotid artery disease as
well as in age-matched control subjects. / L’importance des échanges de phosphore liés à l’apparition de troubles et de maladies
neurodégénèratives a suscité l’intérêt des chercheurs en ce qui concerne le développement
de technologies pouvant détecter ces composés métaboliques. Á l’aide de la
spectroscopie en résonance magnétique du phosphore, il est possible de détecter ces métabolites
d’une manière non-invasive. Cette technique permet plus particulièrement de
mesurer le taux de degénération de la phosphocréatine (PCr) lors de périodes d’exercice
et de récupération post-activité.
Cette dernière métrique agit en tant qu’indicateur valide du métabolisme oxydatif mitochondrial
dans le muscle et permet de différentier un muscle sain d’un muscle pathologique.
Pour effectuer l’imagerie ou la spectroscopie par résonance magnétique, de nombreux
outils cliniques peuvent être utilisés afin de générer des images comprenant une
variété de contrastes anatomiques et fonctionnels. Par contre, ces contrastes ne peuvent
être habituellement produits qu’à partir des molécules d’eau ou des atomes d’hydrogène
renfermés dans les tissus biologiques et les outils permettant de générer les images
correspondantes demeurent, pour la plupart, insensibles à la présence d’autres atomes
d’intérêt.
Au cours de ce projet, il a été question d’obtenir un spectre du phosphore à partir
de l’activité musculaire chez l’humain in vivo en se servant de la technique de spectroscopie
de type 31P. Pour ce faire, une antenne radiofréquence à deux canaux, devant être
syntonisée à la fréquence de résonance du phosphore, a d’abord été conçue et fabriquée
en laboratoire pour ensuite être validée lors d’expériences sur une plateforme IRM 3T de
marque Siemens. Les spectres du phosphore furent acquis sur un fantôme, une solution
de phosphate de potassium à une concentration de 100 mM, ainsi que sur le mollet d’un
sujet humain au cours d’une période de repos, d’exercice et de récupération. Le spectre
obtenu à la suite de cette dernière expérience démontre la présence accrue du phosphore
lors de procédés métaboliques à haute teneur énergétique impliquant la dégradation de
phosphates. Par la suite, il a été question d’observer la variation des niveaux de PCr durant
des périodes d’exercice et de récupération chez 5 jeunes adultes effectuant une série
iv
de flexions plantaires ayant un élément résistif attaché à leurs pieds.
La démarche entreprise au cours de ce projet permettra l’utilisation future des techniques
quantitatives en spectroscopie pour l’évaluation du métabolisme des phosphates
chez des patients souffrant de maladies coronariennes ainsi que chez des sujets contrôles
sains provenant du même ensemble démographique.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/12114 |
| Date | 12 1900 |
| Creators | Sabouri, Bahare |
| Contributors | Hoge, Richard |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse ou Mémoire numérique / Electronic Thesis or Dissertation |
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