Study of magnetic susceptibility effects in magnetic resonance imaging for the characterization of alveolar products in food processes | Compréhension et maîtrise des effets de susceptibilité magnétique air/matière en imagerie par résonance magnétique. Application à la caractérisation des produits alvéolés dans les procédés agroalimentaires.

[Departement_IRSTEA]EA [TR1_IRSTEA]TEPSA / IRMFOOD

English. The original idea of the present thesis is to use magnetic susceptibility effects as a mean to characterize food products containing air/water interfaces. While methods exist to correct these artefacts, we considered magnetic susceptibility as an interesting contrast agent as dependent of field inhomogeneities induced by the object itself. A dual approach was conducted by comparing simulated and experimental results. First step was to integrate intravoxel dephasing modeling in the MRI simulator. Validation was then quantitatively done on a single air-filled cylinder and on a network of small interacting air-filled cylinders. Signal loss in presence of air bubbles was studied in simulation. We could model the signal decay constant as a function of porosity and bubble radius. These results lead to a MRI method based on magnetic susceptibility effects to estimate bubble size in alveolar products. This was applied to bread dough at rest and during proving. Finally, an original method, based on spin echo and gradient echo sequences, was developed to quantify porosity in tomato tissues.

French. L'idée originale de cette thèse est d'utiliser les effets de susceptibilité magnétique pour caractériser les matrices alimentaires renfermant des interfaces de susceptibilité air/eau. Ainsi, on sort d'une logique de correction pour un autre type de contraste et moyen de quantification. On pense la susceptibilité magnétique comme un paramètre utile de caractérisation dans la mesure où elle est intrinsèque au produit étudié, modifie localement les intensités selon certains paramètres d'acquisition et peut donc constituer une signature du milieu d'intérêt. Pour cela, nous avons mené une étude frontale pendant cette thèse : à l'aide de la simulation IRM et d'expériences IRM. Une première partie du travail a consisté à intégrer dans le simulateur la modélisation du déphasage intravoxel puis à valider quantitativement le simulateur dans le cas d'un objet simple (cylindre d'air entouré d'eau) et d'un objet plus complexe (ensemble de petits cylindres d'air entourés d'eau) en confrontant résultats de simulation et expérimentaux. Nous avons ensuite étudié et modélisé en simulation le signal en présence d'ensembles de bulles. Ces résultats ont permis de définir une stratégie d'estimation de la taille des bulles dans la pâte à pain. Les objets d'étude ont été la pâte juste pétrie (sans ferment) et la pâte en cours de fermentation qui présentent des effets de susceptibilité dus aux nombreuses bulles de gaz. Enfin, nous avons étudié la porosité dans les tissus de la tomate qui renferment de petites bulles d'air.