Design and implementation of 13C hyper polarization from para-hydrogen, for new MRI contrast agents

The order within proton pairs in organic molecules, resulting from hydrogenation with para-hydrogen, can be transferred in great part to nearby carbon-13 spins through adequate field manipulations. The molecules with hyperpolarized 13C thus obtained can be used as new contrast agents of high efficiency in MRI. After a brief presentation of the hydrogenation process and apparatus, and a summary of the order transfer to the 13C spins through field-cycling, we describe the use of radio-frequency irradiation, by CW and by pulses, to produce such an order transfer. We consider in turn the various steps involved, their rationale and their optimization. The final polarizations expected from both methods in the absence of relaxation are compared. Finally, some MRI pictures observed in vivo on animals are shown as an illustration of the contrast capacity of these methods. To cite this article: M. Goldman et al., C. R. Chimie 9 (2006).

RésuméL'ordre dans les paires de protons de molécules organiques, résultant de l'hydrogénation par de l'hydrogène para, peut être transféré en grande partie à des atomes de 13C voisins par des manipulations de champ appropriées. Les molécules contenant du 13C ainsi obtenues peuvent être utilisées comme de nouveaux agents de contraste en IRM. Après une brève présentation du processus et de l'appareillage d'hydrogénation et un résumé du transfert d'ordre aux spins de 13C par cyclage de champ, nous décrivons l'utilisation d’irradiations de radiofréquence, en continu et en impulsions, pour produire un tel transfert d'ordre. Nous considérons tour à tour les différentes étapes, leur logique et leur optimisation. Nous prédisons les polarisations finales prédites pour les deux méthodes en l'absence de relaxation. Finalement, quelques images IRM observées in vivo sur des animaux sont présentées comme illustration de la capacité de contraste de ces méthodes. Pour citer cet article : M. Goldman et al., C. R. Chimie 9 (2006).