Titre de la thèse

« Magnétomètre à pompage optique à hélium 4 : Développement et preuve de concept en magnétocardiographie et en magnétoencephalographie »

La thèse a été encadrée par Gilles CAUFFET (directeur de thèse),  Sophie MORALES (Co-encadrante), et Etienne LABYT (Co-encadrant).


Les membres du jury sont :
- Pr Gérald VANZETTO, professeur des Universités, CHU de Grenoble, Président du Jury
- Pr Franck VIDAL, professeur des Universités, Université Aix-Marseille, Rapporteur
- M. Christophe DOLABDJIAN, professeur des Universités, Université de Caen Basse-Normandie, Rapporteur
- M. Norbert NOURY, professeur des Universités, Université de Lyon, Examinateur
- M. Claude DELPUECH, ingénieur de recherche, INSERM, Examinateur
- M. Gilles CAUFFET, maître de Conférences,  Université Joseph Fourier, Directeur de thèse
- Mme Sophie MORALES, ingénieur de recherche, CEA-LETI, Co-encadrante
- M. Etienne LABYT, ingénieur de recherche, CEA-Clinatec, Co-encadrant


A titre indicatif, le CEA n’est pas libre d’accès. Aussi, pour pouvoir entrer sur le site, les personnes souhaitant assister à la soutenance doivent transmettre les informations suivantes AVANT LE 05/10 à Mme Sophie Morales (sophie.morales@cea.fr ):
- Nom et Prénom
- Date et lieu de naissance
A leur arrivée à l’entrée du CEA (entrée Minatec), les personnes devront être munies d’une pièce d’identité afin de pouvoir rentrer sur le site.  Je suis sincèrement désolée de ces contraintes, mais nous ne pouvons malheureusement pas contourner ces consignes de sécurité imposées.


Abstract

La magnétocardiographie (MCG) et la magnétoencéphalographie (MEG) sont deux techniques d'imagerie non-invasives mesurant respectivement les champs magnétiques cardiaques et cérébraux. Les dispositifs actuels utilisent des capteurs supraconducteurs de haute performance mais nécessitant un dispositif de refroidissement cryogénique, engendrant de fortes contraintes tant techniques que financières. Les magnétomètres à pompage optique (OPM) tendent à constituer une réelle alternative. Parmi eux figurent ceux développés au CEA-LETI, basés sur l'utilisation de l'hélium 4. Cette thèse a pour objectif de développer des magnétomètres vectoriels à 4He (fonctionnant à température ambiante) dédiés aux applications MCG et MEG.
Après une optimisation des paramètres-clés d'un prototype non-miniaturisé préexistant, une sensibilité inférieure à 100fT/sqrt(Hz) a pu être obtenue suivant deux axes. Afin de respecter les besoins spécifiques de la MCG et de la MEG une étape de miniaturisation a dû être menée et une architecture gradient-métrique a été mise en place. Parallèlement, des tests précliniques menés à Clinatec nous ont permis de concevoir un nouveau conditionnement du prototype, ainsi qu'un système réduisant les perturbations magnétiques. Une analyse des principales sources de bruit a révélé que les deux principaux contributeurs au bruit sont le laser et le système de décharge HF. Nous avons ainsi envisagé plusieurs pistes d'amélioration du niveau de bruit dont une nouvelle technique de détection. Le prototype issu de ces travaux comporte une pièce élémentaire (la cellule) d'un centimètre de côté, et présente une sensibilité intrinsèque de 350 fT/sqrt(Hz).
Le dispositif a ensuite été testé avec succès dans le cadre de mesures MCG sur un sujet sain, précédées de tests sur fantôme ayant permis de prouver l'opérabilité de nos capteurs dans un environnement clinique. Par ailleurs, la reproductibilité des résultats ainsi que la possibilité de réduire à 30 s le temps d'acquisition des données ont pu être démontrées. Une optimisation spécifique de la partie optique du prototype a permis d'obtenir une sensibilité de l'ordre de 210 fT/sqrt(Hz) entre 3 et 300 Hz, compatible avec l'application MEG. Après des tests menés avec succès sur fantôme, trois séries d'essais ont été réalisées sur un sujet sain. Nous avons pu ainsi détecter des potentiels évoqués auditifs, visuels ainsi qu'une modulation de l'activité cérébrale spontanée sous l'effet de l'ouverture des paupières. L'ensemble des résultats obtenus constitue les premières preuves de concept cliniques du dispositif en MCG et MEG.