L’accident vasculaire cérébral ischémique (AVCi) représente un véritable enjeu de santé publique avec des taux de mortalité et des coûts de prise en charge élevés. L’établissement d’un diagnostic rapide et précis basé sur les signes cliniques et les résultats de l’imagerie médicale est nécessaire pour la prise de décision thérapeutique (thrombolyse ou plus récemment la thrombectomie mécanique). Conformément aux recommandations actuelles, l’IRM est la modalité d’imagerie de première intention à réaliser pour confirmer la suspicion d’AVCi. La réalisation d’une thrombolyse est notamment guidée par l’existence d’une discordance (ou « mismatch ») diffusion-perfusion, déterminée à partir de deux séquences distinctes, associée à un meilleur pronostic pour le patient. La séquence IVIM (« Intravoxel Incoherent Motion») permet l’étude simultanée de la diffusion et de la microcirculation à partir de l’analyse biexponentielle du signal issu d’une unique séquence de diffusion sensibilisée à la perfusion. Par conséquent, cette séquence présente un fort potentiel pour le diagnostic de l’AVCi. Le travail méthodologique de cette thèse a consisté en l’optimisation des acquisitions et des traitements de données pour l’imagerie quantitative simultanée de la diffusion et de la perfusion cérébrale avec la méthode IVIM. Dans un premier temps, le modèle biophysique conventionnel et les acquisitions de la séquence IVIM ont été validés dans le cadre d’une étude sur sujet sain, en comparaison aux mesures de perfusion obtenues avec l’ASL (Arterial Spin Labeling). Dans un deuxième temps, le modèle conventionnel a été modifié pour la prise en compte du comportement non-gaussien de la diffusion dans le parenchyme cérébral à l’aide d’un paramètre quantitatif supplémentaire, le kurtosis (modèle DKI-IVIM). Ce modèle a été validé expérimentalement avec une étude sur sujet sain en comparaison au modèle standard biexponentiel IVIM. Enfin, la méthodologie développée a été mise en œuvre dans un cadre clinique sur cinq patients souffrant d’AVCi. Les résultats préliminaires obtenus démontrent l’efficacité de la méthode DKI-IVIM pour le diagnostic de l’AVCi en phase aigüe, en comparaison avec la méthode conventionnelle diffusion-perfusion ASL avec l’estimation du paramètre supplémentaire du kurtosis permettant une meilleure caractérisation de l’atteinte parenchymateuse.