Brevet FR2475282A1 — publié le 19810807

La présente invention concerne une nouvelle confi- guration d'un système de bobines électromagnétiques, permettant d'obtenir des images de l'intérieur du corps humain dans de meilleures conditions que précédemment. L'imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) nécessite des temps de pose souvent très longs (jusqu'à une heure). La nouvelle configuration proposée pour le système de bobines électromagnétiques, c'est-à-dire l'électro-aimant d'une part, et la bobine de RMN d'autre part, doit permettre de réduire ces temps de pose d'un facteur supérieur à 2. Elle rend plus pratique l'utili- sation médicale de cette méthode de diagnostic non traumatisant. La méthode d'imagerie par RMN utilise la Résonance Magnétique Nucléaire de noyaux contenus dans le corps humain. Cette méthode est maintenant bien connue en elle-même; elle est par exemple décrite par W. Hinshaw et al. dans la revue "British Journal of Radiology" n0 52,36 (1979). Le plus souvent, l'espèce observée est le noyau de l'hydrogène qui est présent en abondante concentration dans tous les tissus. La quantité observée par RMN est l'aimantation de ces noyaux; elle est proportionnelle au champ magnétique F0 dans lequel le patient est placé. De nombreuses méthodes de construction d'images ont été décrites dans la littérature scientifique, voir par exemple, l'article de P. Brunner et R.R.-Ernst dans la revue "Journal of Magnetic Resonance" n' 33,83 (1979). Leur application à l'imagerie du corps entier (au niveau du thorax ou de l'abdomen) nécessite des temps de pose très longs, allant parfois jusqu'à plusieurs heures. La raison vient essentiellement de la très faible valeur de l'aimantation nucléaire: le rapport signal-sur- bruit Y de chaque élément d'image n'atteint une valeur acceptable qu'au bout de temps d'accumulation ou "temps de pose" assez longs. Il est clair que l'imagerie par RMN ne pourra véritablement être utilisée systématiquement comme méthode de diagnostic médical que si ces temps de pose peuvent être notablement réduits; c'est un des buts de la présente invention dans laquelle une construction et une organisation du système de bobines, différentes de celles de l'art antérieur, vont permettre d'accroître la sensibilité et donc de réduire les "temps de pose". On a cherché, dans l'art antériéur, à augmenter la sensibilité en augmentant la quantité mesurée, c'est-à- dire en augmentant le champ magnétique O appliqué sur le patient par l'électro-aimant dans lequel il est longitu- dinalement situé. En effet, on montre que le rapport signal-sur-bruit est approximativement proportionnel à HO. Il est donc opportun d'utiliser un champ aussi intense que possible. En fait, il faut se limiter à quelques dixièmes de Teslas pour des raisons de détection de la RMN: la fréquence de résonance est proportionnelle à O, et lorsque H0 atteint 0,5 Tesla, elle devient trop élevée pour que les ondes électromagnétiques puissent traverser le corps humain sans atténuation notable; il apparaît alors sur les images de RMN des distorsions difficiles à corriger. Classiquement, dans les dispositifs connus, le champ H est produit par un électro-aimant résistif (pour des valeurs de HO allant jusqu'à 0,2 Tesla) ou supra- conducteur (pour les valeurs plus élevées); le sujet à examiner est placé longitudinalement dans le champ ainsi cree. La présente invention permet d'améliorer considé- rablement la sensibilité des appareils qu'elle équipe sans pour autant utiliser des champs Ho de valeur telle qu'ils conduiraient aux défauts précités. Elle propose pour cela une nouvelle organisation, forme et disposition des deux ensembles de bobines fournissant l'un le champ magnétique et l'autre le champ HF I? la combinaison de de ces deux ensembles permettant d'augmenter la sensibi- lité, notamment en optimisant la détection RMN. Selon l'invention, un système de bobines électro- magnétiques pour l'examen de corps volumineux tels cue le corps humain, au moyen de la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN), comportant un- premier ensemble de bobines dit électro-aimant fournissant un champ magnétique 3 homogène dans lequel est placé le corps à oberver, et un deuxième ensemble de bobines dites de RMN fournissant un champ magnétique (It) haute fréquence (HF) perpendi- culaire au champ H de l'électro-aimant, est caractérisé en ce que: - le premier ensemble de bobines comporte au moins deux bobines symétriques suffisamment espacées pour per- mettre l'introduction du corps à observer entre elles deux en position transversale, c'est-à-dire perpendicu- lairement au champ de l'électro-aimant; - le deuxième ensemble de bobines comporte au moins une bobine solénoldale disposée autour de la partie du corps à examiner. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante donnée a titre d'exemple non limitatif et illustrée par la figure unique annexée qui représente très schématiquement, et vu en coupe partielle, un exemple de réalisation du système de bobines électromagnétiques de l'invention. L'électro-aimant 1 a été symboliquement représenté ici comme un électroaimant de type résistif comportant I deux bobines de révolution autour de l'axe 4; il produit le champ Ho schématisé par la flèche le long de l'axe 4. Un tel électro-aimant est, généralement, constitué de plus de deux bobines pour obtenir un champ t homogène dans le volume d'examen, et par exemple de deux paires de bobines coaxiales. 2475282- Selon l'invention, les deux bobines les plus rappro- chées (ici les seules représentées) sont suffisamment espacées pour permettre d'introduire le sujet à examiner 2 entre elles deux et de le disposer allongé en position transversale par rapport à l'axe de révolution 4 de l'électro-aimant, dans l'intervalle séparant ces deux, bobines 1. Cette organisation de l'électro-aimant, dont un exemple de réalisation particulièrement intéressant est décrit dans une demande de brevet français déposée par les deux Sociétés Demanderesses le même jour que la présente demande de brevet, permet une construction des bobines du deuxième ensemble, c'est-à-dire des bobines dites de RMN 3, conduisant à une détection optimisée de RMN. En effet, dans les systèmes antérieurs o le sujet- à examiner était allongé longitudinalement dans l'électro-aimant, les bobines de RMW devaient, pour produire un champ haute-fréquence 21 perpendiculaire au champ %, être constituées, pour obtenir une image en coupe du torse ou de l'abdomen, de deux ensembles de spires de part et. d'autre du tronc du patient, chacun ayant une forme dite de "selle de cheval". Cette disposition présentait plusieurs inconvénients nuisant à la sensibilité finale du système. Dans le système de l'invention au contraire, le deuxième ensemble de bobines, c'est-à-dire la (ou les) bobines de RMN produisant le champ haute fréquence H1 est (sont) composées d'une ou de quelques spires solénoldales disposées immédiatement autour du tronc du sujet; le champ el produit est bien perpendiculaire au champ l0. Il est à noter qu'une bobine 3 de RMN à une seule spire permet de minimiser le bruit d'origine diélectri- que généré par le patient. - 5 Par ailleurs, ce deuxième ensemble de bobines (de RMN) peut comprendre des bobines distinctes pour l'émission et la réception HF dans une configuration très semblable à celle illustrée sur la figure. Dans ce cas, il peut être opportun d'utiliser une bobine d'émission HF à plusieurs spires et une bobine de réception à une spire unique, de manière à optimiser l'homogénéité du champ HF émis d'une part ét à diminuer le bruit diélectrique d'autre part.- Enfin, il est encore possible de disposer plusieurs deuxièmes ensembles de bobines de RMN (3) coaxialement autour du sujet à examiner de manière à permettre l'examen de plusieurs parties de ce sujet se trouvant toutes dans le champ magnétique i? de l'électro-aimant. L'utilisation de telles bobines de RMN (3) solé- noldales disposées autour d'un sujet en position trans- versale dans l'électro-aimant présente plusieurs avan- tages conduisant à une amélioration de l'appareil qu'elles équipent. L'homogénéité du champ H1produit par la bobine RMN dans la zone d'examen, ou zone d'image, est meilleure qu'avec les bobines de l'art antérieur en 'selle de cheval"',. La raison essentielle est que la zone à imager, habituellement une mince "tranche" du tronc humain,peut 25. être inscrite à l'intérieur du volume délimité par une spire, ce qui n'est pas le cas pour une bobine en "selle de cheval". Il s'ensuit qu'il est beaucoup plus facile de mettre. en oeuvre-les diverses techniques de RMN par séquences d'impulsions de haute fréquence. En particulier on peut utiliser les méthodes de restauration de l'aimantation nucléaire après sa mesure, techniques décrites par exemple par D. Jones et H. Sternlicht dans la revue "Journal of Magnetic Resonance" n0 6.167-196 (1972), on évite ainsi une partie des temps d'attente de la _ " 6' restauration par relaxation de l'aimantation. Le temps de pose total peut s'en trouver diminué d'un facteur nettement supérieur à 2. De plus l'homogénéité de é1 vite des distorsions bidimensionnelles.de l'image obtenue, distorsions qui obligeaient, dans l'art antérieur, à des corrections numériques complexes. La distorsion dûe à l'inhomogénéité résiduelle est plus facile à corriger dans le mesure o elle est exclusiVement radiale. Notons de plus que, si on adopte un diamètre de bobine plus grand, l'inho- mogénéité de peut être diminuée dans la mesure du nécessaire. L'intensité du champ est plus forte qu'avec des bobines en "selle de cheval", touteschoses étant égales par ailleurs; elle est en effet-optimale pour une bobine solénoldale. L'émission d'un champ1 donné requiert donc une puissance HF minimale. De plus, la réception-du signal de RMN porteur d'informations est plus efficace: l'amplitude du signal détecté est plus forte et les diverses sources de bruit sont d'autant moins gAnantes. I1 est donc plus facile de diminuer-l'influence des bruits externes du patient: bruit thermique de la bobine et du préamplificateur HF. De plus, le bruit inductif généré par le patient est plus faible que pour une bobine en selle de cheval; la raison en est la moins grande extension spatiale du champ H1. La présente invention trouve son application prin- cipale dans le domaine du diagnostic médical, o- la réduction des temps de pose pour un corps entier est d'un intérêt considérable. D'autres applications sont possibles dans le domaine biologique; par exemple le contrôle non destructif de spécimens organiques de l'industrie pharmaceutique ou agricole, ou dans le domaine industriel général, lecontrôle in situ des conditions d'écoulement d'eau dans une canalisation sans perturbation aucune. -2475282 PREVENDICATIONS 1. Système de bobines électromagnétiques pour- l'examen de corps volumineux tels que le corps humain, au moyen de la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN), comportant un premier ensemble de bobines (1) dit électro-aimant fournissant un champ magnétique 0 homo- o gène dans lequel est placé le corps à observer,' et un deuxième ensemble de bobines (3) dites de RMN fournissant un.champ magnétique () haute fréquence (HF) perpendi- culaire au champ Ho de l'électro-aimant, caractérisé *-10 en ce que: - le premier ensemble de bobines (1) comporte au moins deux bobines symétriques suffisamment espacées pour permettre l'introduction du corps à observer entre elles deux en position transversale, c'est-à-dire perpendiculairement au champ H de l'électro-aimant; - le deuxième ensemble de bobines (3) comporte au ' moins une bobine solénoldale disposée autour de la partie du corps à examiner. 2. Système de bobines selon revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième ensemble de bobines (3) comporte une bobine solénoldale de RMN unique, pour l'émission eût la réception HF. 3. Système de bobines selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite bobine unique du deuxième ensemble (3) comporte une spire circulaire unique. 4. Système de bobines selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième ensemble de bobines (3) comporte deux-bobines solénoidales de RMN coaxiales autour de la partie du corps à examiner, une première de ces bobines fonctionnant en émission du champ HF (1)et la seconde fonctionnant en réception du champ HF porteur d'informations. 5. Système de bobines selon la revendication 4, -caractérisé en ce que.la première bobine de RMN comporte plusieurs spires et la seconde comporte une spire unique de manière à optimiser l'homogénéité du champ HF émis d'une part et à diminuer le bruit diélectrique d'autre part. 6. Système de. bobines selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs deuxièmes. ensembles de bobines (3) disposés coaxialement autour du corps à examiner, de manière à permettre l'examen de plusieurs parties de-ce corps se trouvant toutes dans le champ magnétique bobines (1). 7. Appareil d'imagerie par RMN, caractérisé en ce qu'il utilise, pour examiner des parties d'un corps volumineux tel qu'un corps humain, un système de bobines selon l'une des revendications précédentes.