Visualisation des aiguilles en IRM 111 

Les aiguilles recouvertes d'hydrogel ont été visualisées en IRM (Figure 86). Diverses séquences ont été utilisées en modulant les paramètres, tel que décrit dans le Tableau 10 de la section 3.3.4. La séquence d'écho de spin en pondération T1 (Spin Echo, SE) a été choisie car elle est celle la plus fréquemment utilisée

pour confirmer la position de l'aiguille.[231, 232] _{La séquence gradient d'écho (Gradient Echo, GRE), quant à elle,} a été sélectionnée pour sa rapidité. En effet, les images sont acquises plus vite mais auront un faible SNR (rapport signal sur bruit) et une plus grande sensibilité à la susceptibilité magnétique donc aux artéfacts causés par les aiguilles métalliques.[233] _{De plus, un faible SNR peut conduire à une perte de contraste} entre les tissus et le nodule à prélever. La séquence SE est un peu plus longue, mais a un SNR plus élevé et minimise la sensibilité à la susceptibilité magnétique.

Weight percent of fumed silica [%]

9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 Thi ckness [µ m ] 0 10 20 30 40 50 60 70 y = 18.0x - 166.1 R² = 0.962 y = 6.7x -33.6 R² = 0.912

Figure 86. Images IRM d'aiguilles recouvertes d'hydrogel avec un diamètre de 1.6 mm (ligne supérieure), 1.05 mm (ligne  du milieu) et 0.51 mm (ligne inférieure). Deux séquences, écho de spin (a, b, c et d) et gradient d'écho (e, f et g) ainsi que  trois matrices, 128x128 (b et e), 200x200 (c et f) et 400x400 (a, d et g) ont été utilisées. 

Le rehaussement de contraste des hydrogels a été calculé et reporté dans le Tableau 19. On constate, sur la Figure 86 et dans le Tableau 19, que la couche d'hydrogel n'est pas la même suivant le diamètre de l'aiguille et que l'augmentation de contraste change aussi. En effet, l'évolution du diamètre de l'aiguille va induire une évolution du ménisque formé par la suspension, ce qui implique une évolution de la tension de surface et donc, selon l'Équation 11, de l'épaisseur du dépôt. Les paramètres de trempage-retrait ont été optimisés pour des aiguilles de diamètre 1.05 mm. De ce fait, pour les aiguilles de diamètre inférieur, on constate qu'il est difficile de les visualiser, l'augmentation du contraste n'a pu être calculée que pour la plus haute résolution (matrice de 400x400) et cette dernière n'est pas aussi forte que pour les aiguilles de 1.05 mm. Pour les aiguilles de 1.6 mm, l'augmentation de contraste est plus élevée, similaire à l'aiguille de 1.05 mm, mais la modification de la tension de surface a conduit à des inhomogénéités dans le recouvrement, visibles entre le premier échantillon et les deux autres (Figure 86). Les paramètres de trempage-retrait mènent donc à un recouvrement non reproductible pour les aiguilles de 1.6 mm. Si le rehaussement de contraste est significatif pour les aiguilles de 0.51 mm et 1.6 mm, les paramètres de trempage-retrait doivent être ajustés pour optimiser le recouvrement et le rendre reproductible.

Tableau  19.  Augmentation  du  contraste  des  hydrogels  paramagnétiques  à  la  surface  des  aiguilles  en  fonction  des paramètres IRM (séquences et matrices) ainsi que du diamètre des aiguilles. S'il n'y a pas d'écart‐type, cela signifie  que le dépôt d'hydrogel n'est perceptible que sur une seule aiguille. 

Sequence Matrix Needles diameter

0.51 mm 1.05 mm 1.6 mm SE 128x128 n.p.* _{84 ± 6 % 112 %} 200x200 n.p. 106 ± 9 % 121 % 400x400 102 % 108 ± 4 % 115 % GRE 128x128 n.p. 155 ± 6 % 153 ± 18 % 200x200 n.p. 168 ± 2% 168 ± 9 % 400x400 66 ± 15 % 178 ± 3 % 175 ± 5% *_{n.p.: non-perceptible}

Pour les aiguilles de 1.05 mm, on observe un rehaussement de contraste significatif et un dépôt homogène, tant visuellement que par le faible écart-type dans le Tableau 19. La séquence choisie, tout comme la résolution, influencent la brillance du dépôt. Usuellement, plus la matrice est petite, plus le voxel est grand et donc plus il y a de signal puisqu'il y a une plus grande quantité de gadolinium dans le voxel. Cependant dans ce cas-ci, avec des épaisseurs de 40 à 50 µm, l'intensité du signal sera au contraire plus grande si le voxel est plus petit à cause de l'effet de volume partiel. Ce phénomène est une réponse inappropriée du signal dans l'image due à des objets plus petits que la résolution paramétrée dans l'IRM. En effet, pour des objets plus petits que la taille du voxel (matrice*épaisseur de tranche), la réponse en niveaux de gris du voxel sera la somme de la contribution de l'objet et de l'environnement autour. Cela va conduire à un signal plus faible que ne devrait être celui de l'objet. Avec les paramètres utilisés pour prendre les images de la Figure 86, la plus faible résolution était obtenue pour la matrice de 400x400 (résolution de 225 µm). L'effet de volume partiel est donc moins présent dans un voxel de 225 µm que dans ceux ayant des résolutions plus élevées pour les matrices de 128x128 et 200x200, ce qui explique que l'on ait une augmentation du signal (et donc du contraste) avec la diminution de la résolution.

Pour une matrice de 400x400, on obtient un excellent rehaussement de contraste de 108 % pour la séquence SE, ce qui permet d'obtenir un bon contraste entre l'aiguille et les tissus environnants pour une séquence de 3 min et 16 s. Avec la séquence GRE, on réduit le temps à 2 min et 36 s avec un rehaussement de signal de 178 % sans artéfact visible qui aurait pu être causé par le titane. Les deux séquences permettent de rapidement visualiser les aiguilles et l'augmentation de contraste est suffisante pour améliorer la précision de la localisation de l'aiguille au cours de la procédure de biopsie.

Améliorer le contraste d'un hydrogel pour une visualisation en l'IRM nécessite l'incorporation d'atomes paramagnétiques tels que le gadolinium ou superparamagnétiques tels que le fer.[234, 235] _{Ces derniers sont des} agents de contraste pour pondération en T2, ce qui apporte des informations plus fonctionnelles d'un point de

vue anatomique, comme par exemple la présence de lésions. En effet, la pondération en T2 permet de voir plus

clairement les tissus contenant beaucoup d'eau et les lésions sont généralement associées à une augmentation de la quantité d'eau dans le tissu. Dans le cas des hydrogels, c'est majoritairement des informations anatomiques et structurelles qui sont recherchées et la pondération T1 offre une plus grande quantité de détails.

Le choix de synthétiser un hydrogel paramagnétique ou superparamagnétique va dépendre des informations recherchées.

L'objectif de ce projet est la localisation des hydrogels grâce à l'IRM. L'insertion d'un agent de contraste "positif" pour une visualisation en pondération T1 a donc été favorisée. Dans la littérature, des

en IRM. Dans ses travaux, Courant et al. rapporte des hydrogels de chitosan et d'acide hyaluronique, encapsulant des complexes de DOTA-Gd, avec un rapport r2/r1 de 2.46.[133] Les analyses relaxométriques effectuées sur l'hydrogel de PEG après polymérisation indique un rapport de r2/r1 de 2.67 pour notre système PEG-MSN-DTPA-Gd. Les rapports sont très similaires et confirment les conclusions de Courant et al. sur la possibilité d'encapsuler des complexes de gadolinium dans des hydrogels.

Berdichevski et al. présente un hydrogel de PEG lié à des protéines et à du gadolinium tri-acétate.[236] La quantification du signal obtenu en IRM pour différentes concentrations de gadolinium permet d'évaluer l'augmentation de contraste par rapport à l'hydrogel sans agent de contraste. Pour une concentration allant de 1.97 mM à 11.8 mM de gadolinium tri-acétate, une augmentation de contraste 146 % à 156 % a été calculée (séquence gradient d'écho en pondération T1 avec un appareil IRM de 1 T). Ces résultats sont similaires à ceux

obtenus dans le cadre de notre projet (Tableau 19) où l'augmentation de contraste en gradient d'écho en pondération T1 varie entre 153 % et 178 %. Cependant ces résultats sont obtenus pour une concentration en

gadolinium de 0.4 mM soit 5 à 30 fois moins que les concentrations rapportées par Berdichevski et al. Cette différence de concentration pour une augmentation de contraste similaire peut s'expliquer par la stratégie de greffage de l'agent de contraste sur des nanoparticules comme expliqué dans la section 1.2.2.3. Par ailleurs, l'utilisation d'une molécule aussi petite que le gadolinium tri-acétate par rapport à des nanoparticules de 100 à 200 nm oblige à lier chimiquement l'agent de contraste au polymère pour le maintenir dans le réseau tridimensionnel. Les travaux de Berdichevski et al., bien que prometteurs pour la visualisation et le suivi de l'évolution des hydrogels par IRM, ne peuvent donc s'appliquer qu'à des hydrogels acrylates. L'avantage d'avoir recours à des nanoparticules contenant l'agent de contraste est la possibilité d'encapsuler ces dernières dans tout réseau polymérique tridimensionnel ayant une distance de réticulation suffisante pour empêcher les nanoparticules de ressortir.