Modélisation numérique des champs magnétiques de radiofréquence générés par les bobines IRM du type cage d’oiseau

Intitulé et adresse du laboratoire d’accueil où aura lieu le stage

ICube-IPB, UMR CNRS 7357, équipe « Imagerie Multimodale Intégrative en Santé » (IMIS),
Institut de Physique Biologique (dans l'enceinte des Hôpitaux Universitaires de Strasbourg).
1, place de l'Hôpital, 67000 Strasbourg
Interactions avec le Laboratoire de Mathématiques de Reims et le Laboratoire IADI, à Nancy.

Nom, prénom et adresse email des encadrants

LOUREIRO DE SOUSA, Paulo, ploureiro@unistra.fr
LAMY, Julien, lamy@unistra.fr

Titre du stage

Modélisation numérique des champs magnétiques de radiofréquence générés par les bobines IRM du type cage d’oiseau

Profil du candidat

Scientifique ou ingénieur, avec une bonne base en physique (électromagnétisme).
Le candidat devra également avoir de compétences en programmation scientifique (C++).

Mots-clés

Modélisation numérique, électromagnétisme, méthode des éléments finis, IRM

Contexte

Plusieurs travaux ont montré que certaines maladies provoquent des changements locaux des propriétés électriques (PE) des tissus biologiques : des valeurs modifiées de la conductivité électrique ont été rapportées dans les tumeurs cérébrales et en relation avec un accident vasculaire cérébral. Cartographier in vivo les PE permettrait donc d’accéder à des informations pertinentes sur l'état de santé du tissu.

L’imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM) est une modalité d'imagerie médicale polyvalente qui permet de collecter de nombreuses informations sur les propriétés biophysiques des tissus. En raison de ses principes électromagnétiques sous-jacents, l'IRM est une approche logique pour cartographier, de façon non invasive, les PE tissulaires in vivo, chez l’Homme (Katscher et al., 2013 ; Zhang et al., 2014).

Il existe actuellement deux champs de recherche distincts pour l’investigation des PE par IRM : l’imagerie à basse fréquence (< 10 kHz) et l’imagerie à radiofréquence (RF) (~ 120 MHz, pour une IRM de 3T). Les techniques basées sur les radiofréquences requièrent une estimation précise de la valeur et la distribution des champs magnétiques générés par les bobines de l’IRM. La modélisation numérique des champs de RF constitue ainsi une étape obligatoire dans l’évaluation des méthodes de caractérisation des PE par IRM (Katscher et van den Berg, 2017).

Objectifs du stage

L’objectif principal de ce stage consiste en la modélisation et la simulation électromagnétique (EM) des champs de radiofréquence générés par les bobines du type « cage à oiseaux » d’une IRM de 3 teslas. Les bobines cage à oiseaux sont largement utilisées en IRM car elles peuvent générer un champ magnétique RF très homogène dans un large volume d'intérêt (Gürler and Yusuf, 2012).

L’implémentation logicielle sera réalisée à l’aide du logiciel FreeFem++, un logiciel libre dédié à la résolution des équations aux dérivées partielles par la méthode de type éléments finis. Les codes seront écrits en langage C++.

Laboratoires d'accueil

Ce stage de recherche M2 sera réalisée au sein du laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube), sur le site de l’Hôpital Civil, dans l’équipe « Imagerie Multimodale Intégrative en Santé » en collaboration avec le Laboratoire de Mathématiques de l’université de Reims-Champagne-Ardenne.

Le laboratoire ICube a une large expérience dans le développement de méthodologie IRM, pour des applications en recherche clinique, principalement en neurologie, mais également pour des applications en imagerie interventionnelle. Disposant de trois scanners IRM dédiés à la recherche chez l’Homme (1.5T et 3T SIEMENS) et chez le petit animal (7T Bruker), les travaux en méthodologie du laboratoire ICube se focalisent essentiellement sur les questions liées aux méthodes d’acquisition des données et aux reconstructions des cartes de propriétés des tissus biologiques. Contact : Pour candidater, envoyer une lettre de candidature, un CV, et les relevés de note et classement de licence et master à ploureiro@unistra.fr. Nous vous encourageons à nous contacter par e-mail pour toutes questions ou pour avoir des précisions sur le sujet.

Contact

Pour candidater, envoyez une lettre de candidature, un CV, et les relevés de note et classement de licence et master à ploureiro@unistra.fr.
Nous vous encourageons à nous contacter par e-mail pour toutes questions ou pour avoir des précisions sur le sujet.

Références

• Katscher, U., Kim, D. H., & Seo, J. K. (2013). Recent progress and future challenges in MR electric properties tomography. Computational and mathematical methods in medicine, 2013.
• Zhang, X., Liu, J., & He, B. (2014). Magnetic-resonance-based electrical properties tomography: a review. IEEE reviews in biomedical engineering, 7, 87-96.
• Katscher, U., & van den Berg, C. A. (2017). Electric properties tomography: Biochemical, physical and technical background, evaluation and clinical applications. NMR in Biomedicine, 30(8), e3729
• Gürler, Necip, and Yusuf Ziya Ider. "FEM based design and simulation tool for MRI birdcage coils including eigenfrequency analysis." (2012).