Développement de l'IRM ultra-rapide pour la mesure des temps de relaxation : Apllication à la thérapide guidée par IRM – FastRelaxMRI

Afin d'obtenir des cartes de temps de relaxation précises très rapidement et dans des conditions difficiles, nous allons baser notre travail sur des séquences Echo de Gradient (GRE). Contrairement aux séquences Spin Echo, il n'y a pas besoin d'impulsions de refocalisation qui allongent le temps d'acquisition et peuvent être difficiles à mettre en œuvre, notamment à des champs magnétiques élevés. Des encodages non cartésiens de l'espace de Fourier, en particulier ceux qui permettent d'atteindre un temps d'écho ultra-court (UTE), seront implémentés. Cela devrait élargir l'application des séquences GRE aux organes mobiles du corps, aux tissus durs, aux tissus à T2* courts et aux champs magnétiques élevés.
Nos stratégies devront également être compatibles avec les techniques d'accélération standards et innovantes (comme le Compressed Sensing). Nous concentrerons nos développements sur les stratégies d'acquisition 2D, du fait de leur rapidité.
Ces méthodologies seront mises en œuvre dans le cadre de deux stratégies. La méthode MP2RAGE (Magnetization Prepared Two RApid Gradient Echoes) permet d'obtenir des cartes 3D T1 et T2* du cerveau humain. Néanmoins, elle n'est adaptée ni aux mesures de temps de relaxation ultra-rapides (elle n'a jamais été appliqué en 2D), ni à l'acquisition sur des tissus à T2* courts. En parallèle, la séquence Triple Echo Steady State (TESS) peut générer des cartes T2 en3D et potentiellement des cartes T1. En raison de sa sensibilité à l'intensité du signal, de longues durées sont nécessaires, rendant cette séquence incompatible avec la cartographie en temps réel dans l'état actuel. De plus, elle est intrinsèquement sensible au mouvement.

Le premier objectif de ces développements méthodologiques sera d'obtenir simultanément deux cartes 2D (soit T1 et T2* soit T1 et T2 selon la séquence utilisée) en moins de 5 secondes.
Le deuxième objectif est d'implémenter un module de correction de mouvement et une stratégie d'accélération au sein des séquences précédemment développées, afin d'obtenir des cartes T1, T2 et T2* très rapidement sur des zones immobiles (cerveau, genou), des organes affectés par le mouvement (foie), et des organes à T2* courts (poumons) affectés par le mouvement dans des organismes vivants (humains et lapins).
Enfin, nous avons l'intention d'appliquer la nouvelle méthodologie à l'un des nouveaux traitements contre le cancer qui suscite un intérêt croissant : la cryo-ablation.

Après de multiples développements méthodologiques que nous avons développés sur des systèmes précliniques petits animaux (TRL 1-3), nous avons l'intention de transférer notre méthodologie à l'imagerie humaine (TRL 4-5). Ce projet devrait permettre d'obtenir des cartes paramétriques de volontaires humains dans un temps d'acquisition similaire à celui des images IRM pondérées actuellement obtenues en clinique. Notre objectif ultime est d'appliquer notre nouvelle méthodologie dans les cliniques (TRL 6-7). Grâce au constructeur d'IRM, nous inclurons la relaxométrie dans les protocoles cliniques du monde entier, pour un diagnostic, un pronostic et une réponse plus précis à l'évaluation du traitement et à l'imagerie IRM interventionnelle. Par conséquent, la subvention permettra d'aller plus loin dans le transfert de méthodologies.
Les nouvelles séquences paramétriques ultra-rapides pourraient être utiles pour un large éventail d'applications, y compris les pathologies cérébrales, comme la sclérose en plaques et l'ischémie cérébrale, mais aussi les pathologies abdominales comme l'ischémie rénale ou la cirrhose du foie, et les thérapies guidées par IRM comme la cryo-ablation.
De plus, grâce à la diminution du temps d'acquisition et de reconstruction, les nouveaux développements pourraient conduire (1) à réduire les coûts liés à l'IRM et (2) à dépister beaucoup plus de patients. Pour les patients, ces avancées devraient limiter leurs inconforts, et permettre des examens plus répétitifs afin de suivre les réponses au traitement ou de maintenir la surveillance des patients, comme chez les patients cancéreux à risque de développer des métastases. D'un point de vue fondamental, ces améliorations pourraient aider à optimiser l'IRM interventionnelle, mais aussi les protocoles cliniques. Cela pourrait devenir la méthode de référence pour guider quantitativement les cryoablations.

Les résultats seront publiés dans des revues scientifiques internationales à comité de lecture, comme European Radiology, MRM, JMRI. Aussi, les résultats seront présentés dans des conférences internationales, comme l'ISMRM, afin d'obtenir des retours de nos pairs sur notre méthodologie et ensuite d'améliorer nos expérimentations avant publication.
Tous les codes qui seront développés pour l'acquisition et la reconstruction des données IRM seront disponibles en ligne via Gadgetron. De plus, les données MR seront disponibles sur demande.

L'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) permet d'obtenir des images avec de forts contrastes. Néanmoins, il est nécessaire de développer des méthodes quantitatives pour obtenir une échelle non subjective et évaluer l'évolution d'une maladie, mesurer avec précision l'efficacité d'un traitement et surveiller les procédures peu invasives. Les méthodes actuelles de relaxométrie sont longues, peu précises, sensibles au mouvement respiratoire ou inapplicables dans les zones à T2* courts (poumons, os, près d’implants métalliques). Par conséquent, ce projet est axé sur le développement de la mesure des temps de relaxation dans ces conditions difficiles. Cet objectif devient encore plus ambitieux, car nous avons l'intention de les appliquer aux thérapies guidées par IRM, dont la spécificité est l’acquisition et la reconstruction des images en temps réel.
Par conséquent, l'objectif de notre projet est de développer des séquences multi-paramétriques pour obtenir des mesures relaxométriques précises sur chaque organe du corps et de manière ultra-rapide pour des applications variées. Ce projet est crucial avant une utilisation clinique pour réduire le coût des examens, l’inconfort des patients, les listes d’attente et d’accroître la précision des diagnostics, pronostics et du suivi des patients. En outre, le projet présente un intérêt considérable pour le guidage interventionnel par IRM, en particulier des thérapies par cryoablation, qui manquent de données quantitatives en temps réel pour garantir leur sécurité, leur efficacité et leur utilisation optimale.

Le projet impliquera la mise en place d’encodages 2D non Cartésiens de l'espace de Fourier et de temps d'écho ultra-court (UTE) dans des séquences d'écho de gradient sur un système 3T de recherche humaine. Une séquence innovante permettant de mesurer simultanément les temps de relaxation T1, T2 et T2* sera développée.
Des techniques d'accélération, comprenant l’acquisition simultanée de plusieurs coupes (SMS) et le Compressed Sensing, parallèlement aux méthodes de correction de mouvement (utilisant un module d'auto-synchronisation et un post-traitement dans le domaine image) seront mises en œuvre. Des algorithmes de reconstruction ultra-rapides seront également développés via le logiciel open source Gadgetron.
Ces développements méthodologiques auront lieu au cours des deux premières années, avant toute application sur volontaires. Ensuite, des cartes paramétriques à haute résolution spatiale de chaque zone du corps (cerveau, thorax, abdomen, genoux) devraient être obtenues en moins de 3 min; ce qui est plus rapide que le temps requis pour obtenir des images pondérées à des résolutions spatiales similaires.
Les nouvelles méthodes seront ensuite appliquées à un modèle de tumeur du poumon chez le gros animal (lapin). La résolution spatiale souhaitée sera de 0,5 mm dans le plan afin d’obtenir des cartes multi-paramétriques de tumeurs naissantes.
Les dernières années du projet porteront sur la mesure de la chute de température lors d’une cryoablation percutanée des tumeurs du poumon de lapin in vivo. Les valeurs de température de la tumeur et de la région pulmonaire environnante devraient être obtenues à partir des cartes paramétriques toutes les ˜10s.

En résumé, l'originalité du projet FastRelaxMRI réside dans la combinaison de plusieurs techniques et leur incorporation au sein d'une seule séquence multi-paramétrique, de sorte qu'elle puisse être appliquée en recherche sur plusieurs organes et pour différentes applications sur l'homme et en routine clinique. Les développements au sein de chaque technique (encodages, correction de mouvement, accélération) et ceux pour les coordonner sont les nouveautés du projet.
Les améliorations obtenues dans le cadre de ce projet constitueront un atout considérable pour le diagnostic, le pronostic et la surveillance de multiples pathologies, et pourraient devenir la méthode de référence pour le guidage quantitatif par IRM des cryoablations.