MR imaging of the metacarpophalangeal joints of the fingers: evaluation of 38 patients with chronic joint disability

Objective: To report the MR imaging findings of painful injured metacarpophalangeal (MCP) joints of the fingers. Design and patients: MR imaging of 39 injured MCP joints in 38 patients was performed after a mean delay of 8.8months. The MR images were obtained with the fingers in extended and flexed positions using T2-weighted and T1-weighted sequences before and after intravenous injection of a gadolinium compound. Ten patients were treated surgically. Mean clinical follow-up was 1.8years. Results: Tears of the collateral ligaments were the most common lesion (30/39), most being radial in location. Contrast-enhanced axial T1-weighted images with the MCP joint in a flexed position showed these lesions optimally. Ten tears were partial and 20 were complete. In 13 patients, MR images showed 17 associated lesions including injuries of the extensor hood (10/17), interosseous tendon (3/17), palmar plate (3/17), and an osteochondral lesion (1/17). Sagittal MR images were essential to highlight palmar plate tears. Conclusion: Partial or complete tears of the collateral ligaments are prevalent MR imaging findings in patients with chronic disability resulting from injuries to the MCP joints. Although conservative treatment generally is sufficient for isolated injuries of the collateral ligaments, surgical repair is often required in cases of more extensive injuries. MR imaging may clearly delineate associated lesions of and about the MCP joint

Etudes des shunts artério-veineux cérébraux en imagerie par résonance magnétique (IRM) de perfusion

Introduction : Les shunts artérioveineux cérébraux provoquent céphalées, épilepsie et déficits neurologiques. Nous avons étudié la physiopathologie de ces affections en IRM de perfusion cérébrale à 1.5 T, afin d'essayer de corréler les symptômes cliniques avec les anomalies hémodynamiques. Matériels et Méthodes : 39 patients et de 10 volontaires sains, ont été imagés en IRM de perfusion à 1.5 T, avec injection pulsée de Gadolinium. Les séries d'images IRM ont été analysées en utilisant la méthode de dilution des indicateurs. Les paramètres CBV et CBF ont été mesurés dans deux zones cérébrales spécifiques chez tous les sujets, en estimant quatre fonctions d'entrée artérielle (AIF) : Locale , Régionale , Régionale Proportionnelle , et Globale . La meilleure méthode d'estimation de l'AIF a été déterminée en utilisant la méthode statistique NGS (No Gold Standard). Nous avons ensuite analysé les valeurs de CBV et CBF chez les témoins et les patients afin de relier signe clinique et anomalies de perfusion, en utilisant des tests statistiques de Fisher, V de Cramer, du Chi deux et Phi. Résultats : Les CBV et CBF des patients étaient différents de ceux des témoins quelle que soit la méthode d AIF. Trois types d'anomalies de perfusion étaient présentes à distance de la zone de shunt (hyperperfusion, hypoperfusion et congestion veineuse) chez 91 % des patients. La meilleure méthode d'estimation selon NGS était la Régionale Proportionnelle , permettant seule d'identifier une relation significative entre hyperperfusion et épilepsie. Conclusion : Nous avons observé une relation liant l'hyperperfusion et l'épilepsie, et proposé des hypothèses physiopathologiques.Introduction: Brain Arteriovenous shunts are diseases that induce seizures, headaches and focal deficits. We studied their pathophysiology using 1.5 T Perfusion MR trying to relate hemodynamics abnormalities and symptoms. Material and Methods: 39 patients and 10 healthy subjects were included. We performed perfusion MRI on a 1.5 T scanner with Gd bolus injection. MRI series were processed using indicator dilution theory CBV and CBF parameters were estimated in two specific brain areas using four arterial input function estimations: "Local", "Regional", "Regional Scaled", and 'Global". Best of these AIF estimates was assessed using the NGS statistical method. We then compared patients and volunteers CBV and CBF results trying to relate symptoms and perfusion abnormalities using Fisher, Cramer, Chi square and Phi tests. Results: Patients CBV and CBF values were different to those estimated in volunteers in all AIF estimates. Three perfusion abnormalities were observed: hypo, hyperperfusion and venous congestion in 91% of patients. The best AIF estimate assessed using NGS was "Regional Scaled", with significant relation between hyperperfusion and seizures. Conclusion: We observed a significant relation between hyperperfusion and seizures in the AVS patients.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Imagerie dynamique et vélocimétrie IRM des gaz hyperpolarisés

Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet RNTS R-MOD qui visait le développement d'un simulateur morpho-fonctionnel des voies respiratoires. Des méthodes de visualisation et de quantification de flux gazeux pulmonaires par IRM des gaz hyperpolarisés (GHP) ont été développées pour pouvoir valider les résultats du simulateur.Pour atteindre cet objectif, un système adapté à l'environnement spécifique de l'IRM a été développé pour permettre l'administration de GHP de manière contrôlée, et différentes approches d'imagerie du flux de GHP ont été explorées.La 1ère approche est basée sur de l'imagerie dynamique de l'inspiration de GHP. Ce type d'expérience est analysé. L'évolution du phénomène est trop rapide pour être observée correctement avec les techniques actuelles. Néanmoins, un état d'équilibre dynamique de la répartition spatiale de l'aimantation dans les poumons lors d'inspirations en régime stationnaire est observable. Les paramètres dont dépend cet équilibre et une partie de ce qui peut être quantifié par le biais de ce type d'expérience ont été formalisés et les concepts introduits ont été validés par différentes expériences d'imagerie dynamique.La 2ième approche, quantitative, est basée sur la vélocimétrie par contraste de phase combinée à l'imagerie radiale rapide. D'abord validée quantitativement sur des fantômes d'écoulement connus (tube droit, coude, bifurcation), la technique a ensuite été appliquée sur un modèle réaliste d'arbre bronchique et comparée à une simulation numérique des écoulements. Les 3 composantes de la vitesse ont été mesurées en environ 1 s avec une résolution spatiale du mm et une précision du cm·s-1. Enfin, la faisabilité in vivo de la mesure de vitesse dans les voies aériennes pulmonaires a été démontrée dans la trachée lors d'une inspiration.Cet outil de caractérisation des écoulements à l'aide de l'IRM des GHP ouvre des voies prometteuses aussi bien pour la physique des écoulements que pour les applications médicales.This work is part of a French project called R-MOD that aims at the development of a morpho-functional simulator of the upper and central airways. Here, hyperpolarized gas (HPG) MRI methods to visualize and quantify gas flows were developed to test the predictions of the simulator.To reach this goal, a dedicated MR-compatible device was built to administrate HPG in a controlled way and different imaging strategies were evaluated.A first qualitative approach was based on dynamic imaging of a HPG inspiration. An analysis of this type of experiment was achieved. The temporal evolution of the phenomenon is too high to be correctly imaged with the state-of-the-art techniques. Nevertheless, spatial distribution of the magnetization within the lung reaches an equilibrium state during a stationary inspiration. This equilibrium state depends on parameters that were explored both theoretically and experimentally through several dynamic imaging techniques.A second approach, more quantitative, is based on phase-contrast velocimetry combined with rapid radial imaging. The technique was first validated on known flow patterns (straight, curved and bifurcating pipes) and then applied on a realistic bronchial tree reconstructed from medical images and compared to computational fluid dynamics simulations. The 3 velocity components were measured within about 1 s, with 1-mm spatial resolution, and a precision of 1cm·s-1. Finally, in vivo feasibility was shown on a human trachea during an inhalation.This flow characterization technique based on HPG MRI is a promising tool for fluid dynamics studies and for related medical applications.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Evaluation de la spectroscopie RMN in vivo pour l'exploration de processus neurodégénérarifs (suivi longitudinal de l'atteinte striatale dans le modèle 3NP de la maladie de Huntington chez le primate)

L OBJECTIF DE CETTE THESE ETAIT DE SUIVRE LONGITUDINALEMENT LES ALTERATIONS STRIATALES CHEZ LE MACAQUE TRAITE PAR LE 3NP A L AIDE D UNE APPROCHE MULTIMODALITES CENTREE SUR LA SPECTROSCOPIE RMN IN VIVO. D ABORD, SUR LA BASE D UNE ANALYSE MORPHOMETRIQUE D IMAGES T1 HAUTE RESOLUTION ET D UNE QUANTIFICATION AUTOMATIQUE DE SPECTRES 1H PRESS A TE COURT, LES CONCENTRATIONS ABSOLUES D UNE DIZAINE DE METABOLITES CEREBRAUX ONT ETE MESUREES DANS LE STRIATUM DE MACAQUES. PUIS, UNE METHODE ORIGINALE DE MESURE DU METABOLISME OXYDATIF CEREBRAL A ETE DEVELOPEE. CETTE APPROCHE A PERMIS DE DETECTER SIMULTANEMENT LES CINETIQUES D ENRICHISSEMENT EN 13C DES POSITIONS C3 ET C4 DU GLUTAMATE LORS D UNE PERFUSION DE [U-13C6]GLUCOSE A PARTIR DE SPECTRES 1H PRESS. LA MODELISATION DE CES CINETIQUES A PERMIS DE MESURER VKREBS AVEC UNE SENSIBILITE OPTIMALE. ENFIN, LE RECALAGE DES DONNEES RMN ET TEP-FDG A ETE UTILISE POUR COMPARER LES MESURES DE VKREBS AVEC CELLES DE CMRGLC. CES DEVELOPPEMENTS METHODOLOGIQUES ONT ETE VALIDES ET ONT PERMIS D ETABLIR DES VALEURS DE REFERENCE POUR LE PROFIL BIOCHIMIQUE ET POUR VKREBS CHEZ 3 SINGES CONTRÔLES. LES MESURES ONT ENSUITE ETE EFFECTUEES AU COURS D UN PROTOCOLE D INTOXICATION AU 3NP, PRÉSENTANT DES BAISSES DE CONCENTRATIONS DU GABA (-64%) ET DE LA GLUTAMINE (-31%) ACCOMPAGNEES DE DIMINUTIONS CONCOMITANTES DE VKREBS (-44%) ET DE CMRGLC (-46%). CES ALTERATIONS PRECEDENT L APPARITION DE LESIONS EN IRM. CES RESULTATS PLAIDENT EN FAVEUR D UN COUPLAGE ENTRE LE METABOLISME ENERGETIQUE ET LA NEUROTRANSMISSION GABAERGIQUE. PAR AILLEURS, ELLES SOULEVENT LA QUESTION D UN ROLE EVENTUEL DE LA NEUROTRANSMISSION GABAERGIQUE DANS LA PATHOGENESE DE LA MALADIE DE HUNTINGTON.THE AIM OF THIS WORK WAS THE LONGITUDINAL STUDY OF STRIATAL ALTERATIONS ASSOCIATED WITH CHRONIC 3NP TREATMENT IN MONKEYS USING A MULTIMODALITY APPROACH CENTERED ON IN VIVO NMR SPECTROSCOPY. FIRST, BASED ON THE COMBINATION OF HIGH RESOLUTION MRI SEGMENTATION AND AUTOMATIC QUANTITATION PROCEDURE OF 1H PRESS SPECTRA, ABSOLUTE CONCENTRATIONS OF UP TO 10 BRAIN METABOLITES HAVE BEEN MEASURED IN THE STRIATUM OF MACAQUE MONKEYS. BESIDES, A NEW METHOD WAS DEVELOPED TO MEASURE OXIDATIVE METABOLISM. THIS APPROACH ALLOWED FOR THE SIMULTANEOUS DETECTION OF GLUTAMATE C3 AND C4 13C-LABELING AT 3 TESLA DURING AN INFUSION [U-13C6]GLUCOSE, USING A SIMPLE 1H PRESS SEQUENCE WITH AN OPTIMAL SENSITIVITY. THE TRICARBOXYLIC ACID CYCLE RATE (VTCA) WAS CALCULATED BY FITTING A METABOLIC MODEL TO THESE KINETIC DATA. FINALLY, CO-REGISTRATION OF NMR AND PET-FDG DATA WAS USED TO ACHIEVED DIRECT COMPARISON OF VTCA AND CMRGLC MEASUREMENTS. THESE METHODOLOGICAL DEVELOPMENTS WERE VALIDATED AND PERMITTED THE DETERMINATION OF CONTROL VALUES FOR THE BIOCHEMICAL PROFILE AND VTCA FOR 3 MONKEYS. THEN, THESE DEVELOPMENTS WERE APPLIED TO CHARACTERIZE STRIATAL DEGENERATION UPON 3NP INTOXICATION. IMMEDIATE ALTERATIONS OF GABA (-64%) AND GLUTAMINE (-31%) LEVELS WERE DETECTED WITH CONCOMITANT DECREASE OF VTCA (-44%) AND CMRGLC (-46%). THESE CHANGES PRECEDE THE APPARITION OF STRIATAL LESIONS ON MRI. THESE RESULTS MIGHT REFLECT AN ALTERATION OF GABAERGIC NEUROTRANSMISSION, ARGUING IN FAVOR OF A COUPLING WITH ENERGY METABOLISM. THE EXTENT TO WHICH GABAERGIC NEUROTRANSMISSION IS ALTERED IN HUNTINGTON S DISEASE REMAINS TO BE EXPLORED.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Imagerie quantitative du dépot d'aérosols dans les voies aériennes par résonance magnétique de l'hélium-3 hyperpolarisé

Le paysage des thérapies inhalées connaît de profondes évolutions depuis les deux dernières décennies, avec pour objet la considération nouvelle du poumon comme un site de transfert des agents thérapeutiques vers le compartiment sanguin. Cette approche originale est apparue par la combinaison de développements théoriques et pratiques multiples impliqués dans la mise au point de nombreux médicaments, depuis le traitement de la douleur et du diabète jusqu'à la vaccination et le traitement de certains cancers. La quantité effective de médicament délivrée par aérosols est pondérée par de nombreux facteurs dont le mode et les conditions d inhalation, les propriétés physiques des gaz en jeu, la morphologie des voies respiratoires ou encore les propriétés physico-chimiques des particules véhiculées. Les développements en cours ces quatre dernières années ont été conditionnés par des résultats encore mal compris, soulignant les limites des connaissances sur le transport et le dépôt d'aérosols dans le poumon. Ces manques mettent en avant le besoin d'outils performants pour l'évaluation du dépôt de particules dans les voies respiratoires.Les techniques d imagerie permettent à la fois l évaluation spatiale et quantitative du dépôt, avec pour seules références aujourd hui, les techniques de médecine nucléaire. Outre l aspect ionisant de ces techniques, elles bénéficient d une sensibilité de détection encore inégalée. Elles demeurent néanmoins limitées par des résolutions spatiale et temporelle faibles, rendant le plus souvent difficile tant l interprétation du dépôt que le rôle joué par les principaux mécanismes de clairance dans les voies aériennes. Depuis la fin des années 1990, les techniques de résonance magnétique imagent des noyaux hyperpolarisés (hélium-3 et xenon-129) et établissent de nouveaux standards dans l exploration de la fonction pulmonaire.Cette thèse établit, sur la base de l IRM de l hélium-3 hyperpolarisé, une nouvelle modalité d imagerie pour détecter et quantifier le dépôt d aérosols dans les voies aériennes.Dans un premier temps, et dans un contexte où l imagerie par résonance magnétique ne s était pas encore penchée sur la problématique des aérosols thérapeutiques, un vaste travail d investigation a été mené pour évaluer la sensibilité de l IRM de l hélium-3 hyperpolarisé au dépôt d aérosols marqués à base d oxyde de fer superparamagnétique. Le second volet de ce travail s est porté sur la validation de notre méthode d évaluation, et sur le développement de la quantification du dépôt d aérosols. Nous avons enfin pu tester la reproductibilité de notre méthode d évaluation du dépôt in vivo chez le rat, grâce à la réalisation d une plateforme de ventilation et d administration de gaz et d aérosols dédiée, SAGAS.Inhalation therapy has broadened its field of application over the last two decades by considering the lung not only as an organ to cure, but also as a portal toward systemic circulation. This new approach is being made possible by the emergence of biotherapeutics and a greater understanding of the absorption properties of the lung. Systemic delivery across the oronasal route was then investigated for a number of indications including migraine, diabetes, pain, and cancer. However, progress into the market of systemic aerosolized drug delivery has been slowed down to-date by a number of confounding factors including rapid clearance, instability, long-term toxicity, and dosing issues. Final drug distribution in such complex geometries strongly depends on a variety of parameters like the aerosol administration protocol, particle size, density, and physicochemical properties, as well as the airway geometry. Independently of drug formulation and pharmacokinetic considerations, these parameters determine the deposition distribution throughout the lung. Quantification and spatial localization are primordially needed to better control and optimize drug concentration at specific or less- and nonspecific sites. Nuclear medicine techniques are currently the only available modalities that combine both aerosol quantification and regional localization. They are considered as reference techniques even though they remain limited by their spatial and temporal resolutions as well as by patient exposure to radiations. With regard to lung imaging, hyperpolarized helium-3 MRI has been developed as a powerful tool to quantitatively characterize the parenchyma and the organ function and morphology. The technique is innocuous and provides millimeter and sub-second resolutions with rather high signal to noise ratios. In this thesis, a new imaging modality was developed on the grounds of hyperpolarized helium-3 MRI to probe and quantify aerosol deposition in the airways. In the first part of the thesis, I describe the potential of helium-3 MRI to probe aerosol deposition by using superparamagnetic contrast agents. The second part mainly focuses on the validation of this new modality by comparing it to a reference technique, single photon emission computed tomography (SPECT), and computational fluid dynamics. The last part of the manuscript is dedicated to aerosol administration and in vivo measurements in rat lungs. This experiment was possible by designing and building an MR compatible gas administrator and ventilator dedicated to small animals, SAGAS (Small Animal Gas Administration System). Its complete hardware and software description is presented in the same chapter.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Suites régulières d'impulsions radio-fréquence en résonance magnétique (applications à l'IRM)

Les séquences d'impulsions radiofréquence régulièrement espacées en Résonance Magnétique Nucléaire peuvent être abordées par des algorithmes simples de type polynomial (transformée en Z). Une simplification supplémentaire est apportée par l'utilisation de spineurs pour caractériser les rotations. On présente, comme première application, un algorithme de type effeuillage permettant la synthèse d'impulsions radiofréquence sélectives continues, plus particulièrement utilisé en IRM. Cet algorithme permet de s'affranchir de la non linéarité des équations de Bloch. Quelques détails d'implémentation non publiés sont donnés ainsi que quelques compléments théoriques comme la convergence de l'approximation par train d'impulsions dures et la prédiction de l'énergie déposée. On utilise ensuite les mêmes outils pour donner un modèle simplifiée des séquences CPMG et SSFP . On considère la rotation d'écho à écho et on explique la stabilisation naturelle des signaux par la dispersion de phase. Une caractérisation simplifiée mais d'usage assez large des processus de relaxation lors de telles séquences est également donnée. Le lien entre un algorithme polynomial de stabilisation des signaux de la séquence CPMG et une version discrétisée du principe adiabatique est proposée. Enfin un dernier chapitre aborde une séquence non-CPMG, basée sur une modulation quadratique de la phase du train d'impulsions, qui permet de s'affranchir de la sensibilité à la phase initiale de la séquence CPMG.Regular RF pulse trains used in NMR can be studied with simple algorithms of polynomial type using the Z transform. Another simplification is brought by the use of spinors to model the rotations. The first application presented is a peel-off' algorithm which permits the synthesis of selective radiofrequency pulses as the ones used in MRI. This algorithm makes the non linearity of the Bloch equations easy to handle. Some unpublished implementation details are given along with some theoretical results concerning the convergence of the hard pulse train approximation and the prediction of the energy deposition. The same tools are subsequently used to obtain a simplified model of the CPMG and SSFP sequences. The echo to echo rotation is studied and the natural stabilization of the signals is explained by the dispersion of phase. The relaxation processes during such sequences are also modelled in a simplified but widely applicable manner. A previous polynomials stabilization algorithm is explained in terms of a discrete version of the adiabatic principle. The last chapter tackles with a non-CPMG sequence which is insensitive to the initial phase of the magnetization. This sequence is based on a quadratic phase modulation of the RF pulse train.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

L'encephale et l'hypophyse Le Kremlin Bicetre, 9-10 mars 2000

Diplome d'universite d'imagerie par resonance magnetiqueAvailable from INIST (FR), Document Supply Service, under shelf-number : Y 32689 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueSIGLEFRFranc

Computational models of flow in cerebral aneurisms

International audienc