Brevet FR2557351A1 — publié le 19850628

DISPOSITIF A BOBINES A GRADIENT La présente invention concerne des systèmes de formation d'images qui utilisent la résonance de noyaux atomiques, en vue de diagnostics médicaux. Les principes en cause pour amener les noyaux à résonner en les soumettant à des champs magnétiques sont déjà bien établis. Les noyaux atomiques, quand on les fait passer dans un champ magnétique puissant, et quand ils sont stimulés par une fréquence radioélectrique particulière, émettent des signaux radioélectriques mesurables. Ce phénomène caractérise tous les noyaux atomiques stables comprenant un nombre impair de protons ou de neutrons, ou les deux. Ces particules présentent deux propriétés vitales, un moment de spin et un moment magnétique, et on peut les comparer à un gyroscope magnétique qui tourne. Les deux tiers environ de tous les noyaux atomiques stables présentent des moments de spin et magnétique. Le noyau d'hydrogène ou proton est le plus simple de ce type. I1 constitue également l'élément le plus abondant dans le corps humain, dont les deux tiers environ sont de l'eau. Quand on forme des images en utilisant la résonance de noyaux induite magnétiquement, le patient est soumis simultanément à trois sources d'énergie différentes 1) Un champ magnétique statique de forte puissance, 2) Un champ magnétique variant dans le temps ou à gradient, de force beaucoup plus faible, et 3) Le champ magnétique de radiofréquence. 1) Le champ magnétique de forte puissance agit sur les protons du corps humain. Sans ce champ, les protons seraient orientés au hasard; dans ce champ magnétique, les protons sont alignés dans le sens du champ ou en sens inverse (sans qu'il y ait d'état intermédiaire). Il y a un plus grand nombre de protons alignés sur le champ qu'en sens inverse du fait que leur état d'énergie favorise cette disposition. Comme il existe plus de protons alignés sur le champ qu'en sens inverse, une magnétisation se manifeste dans la direction générale du champ magnétique, et dans un état d'équilibre la magnétisation s'aligne sur le champ magnétique d'une manière similaire à celle de l'aiguille d'une boussole s'alignant sur le champ terrestre.Si les protons sont infléchis hors de la direction du champ magnétique, ils ne reviennent pas directement à l'état d'équilibre, mais tournent sur des cercles qui diminuent chaque fois autour de la direction du champ magnétique, de la même manière qu'un gyroscope effectue un mouvement de précession sous l'influence d'une force d'impulsion. Le comportement des protons, quand la précession diminue, fournit une information sur 1 type de substance contenue dans la coupe examinée, et c'est cette information qui est reproduite sous forme d'une image en vue d'un examen médical. Le champ magnétique de grande puissance est obtenu au moyen d'un aimant superconducteur. L'ensemble consiste en un récipient cylindrique creux contenant l'aimant, fermé hermétiquement et à l'intérieur duquel l'aimant su- perconducteur fonctionne dans de l'hélium liquide à la température d'environ 4 degrés Kelvin. 2) Le champ magnétique variable dans le temps ou à gradient est obtenu par des enroulements permettant au champ à gradient d'être superposé au champ principal et permettant-ainsi à des images planes ou à des tranches d'être prises dans des parties du corps du patient. Ces enroulements comprennent habituellement des bobines de gradient X, Y et Z, et lestenroulements nécessaires peuvent engendrer un gradient de champ perpendiculaire au plan de la tranche recherchée. Lorsque le signal de radiofréquence est appliqué, les conditions de résonance nécessaires à la stimulation des noyaux ne sont remplies que dans l'unique plan où l'on désire effectuer l'examen, alors que dans le reste du corps du patient le champ magnétique et la fréquence nécessaires à la résonance sont soit trop importants, soit trop faibles. 3) Le champ magnétique à radiofréquence est obtenu par d'autres enroulements. On choisit la fréquence de manière à faire résonner les noyaux et, comme décrit cidessus, ce champ infléchit les noyaux en les éloignant du champ magnétique principal, pour provoquer la précession. Les enroulements de radiofréquence sont disposés sur un gabarit cylindrique et cet ensemble se loge à l'intérieur de la forme cylindrique des bobines X, Y et Z. Les enroulements de gradient reçoivent un courant continu pulsé de forme d'onde approximativement carrée, la durée pendant laquelle le courant passe étant différente de la durée pendant laquelle le courant est nul. Ce courant est pulsé à une fréquence située dans la plage com- prise entre 1Nz et 20 Hz, la fréquence effective étant réglée par l'ensemble du système de contrôle de formation d'images pour s'adapter aux nécessités de fonctionnement du système. Quand on fait passer un courant pulsé le long d'un conducteur disposé au travers d'un champ magnétique, une force pulsante est appliquée au conducteur; il est possible qu'il soit nécessaire de supporter mécaniquement ce conducteur pour qu'il résiste à cette force. Dans le cas des bobines à gradient, les forces engendrées par le courant pulsant sont suffisantes pour faire osciller les bobines et infléchir le gabarit en le faisant osciller. Cette action tend à produire un bruit dont la fréquence est celle du courant pulsant et est donc située dans la gamme audible, bien qu'à l'extrémité inférieure, et elle est souvent gênante et incommode pour les patients et les opérateurs. La présente invention permet de donner au dispositif à bobines à gradient une forme qui réduit sensiblement le bruit provenant de cette source. Selon la présente invention, il est proposé un gabarit pour un dispositif à bobines à gradient prévu pour être utilisé dans un système de formation d'images utilisant la résonance des noyaux, comprenant une pluralité de bagues annulaires qui sont chacune capables de supporter l'un des principaux bras effectifs d'une bobine à gradient, et une pluralité d'organes s'étendant généralement en direction axiale de l'aimant, et fixant l'ensemble des cerceaux les uns aux autres. Une caractéristique de l'invention est la fourniture de supports flexibles du gabarit à bobines de gradient qui réduit la transmission des bruits. Une autre caractéristique de l'invention est la fabrication du gabarit à bobines à gradienten un matériau qui absorbe les bruits. Un mode de réalisation de l'invention est ci-après décrit en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue en bout d'un dispositif à aimant utilisé en diagnostic médical, Les figures 2, 3 et 4 sont respectivement des vues en élévation par bout, en élévation frontale et en plan d'un dispositif à bobines à gradient destiné à l'aimant de la figure 1, et La figure 5 est une vue schématique en perspective des enroulements des bobines à gradient du dispositif des figures 2 à 4. En référence à la figure 1, le dispositif à aimant comprend un corps cylindrique creux (10) qui contient un aimant superconducteur fonctionnant dans de l'hélium liquide à la température d'environ 4 degrés Kelvin. Quand l'aimant superconducteu-r a été excité et quand le courant circule au travers, un champ magnétique compris entre environ 0,2 T et 0,5 T est engendré, en fonction de la conception et des conditions de fonctionnement du dispositif. Un dispositif à bobines à gradient (11) est disposé concentriquement à l'intérieur du récipient (10), et une bobine à radiofréquence (12) est disposée concentriquement dans le dispositif (11). En référence aux figures 2 à 4, le dispositif (11) comprend un gabarit cylindrique (15) sur lequel est enroulé un jeu de bobines X(16), un jeu de bobines Y(17) et un jeu de bobines Z(18). Les bobines X et les bobines Y comprennent chacune deux jeux d'enroulements diamétralement opposés; les bobines X et Y sont sensiblement identiques par leur forme et leur amplitude magnétique, et elles ne diffèrent que du fait qu'elles sont séparées circonférentiellement de 90 . La figure 3 est une vue en élévation montrant les bobines X, alors que les bobines Y ont été éliminées pour plus de clarté. On peut voir un enroulement (20) des deux jeux diamétralement opposés des enroulements des bobines X. L'enroulement (20) consiste en une longueur unique d'un conducteur de section rectangulaire enroulé de manière à former deux jeux sensiblement rectangulaires de spires (21) et (22) espacées axialement le long du gabarit. Les spires du conducteur sont conformes à la forme cylindrique du gabarit (15). Les spires rectangulaires (21) comprennent des sections latérales droites opposées (23) et (24) où les spires du conducteur sont adjacentes les unes des autres. Les spires (22) comprennent également des sections latérales similaires (25) et (26). Ces sections latérales (23) à (26) du conducteur forment les bras principaux effectifs de la bobine et déterminent le champ à gradient de la bobine X quand elles sont combinées avec les bras principaux effectifs de l'autre jeu diamétralement opposé d'enroulements X. Sur les autres sections opposées (27) et (28), et (29) et (30), les spires sont parallèles à l'axe de l'aimant et espacées les unes des autres. Elles ne contribuent qu'à la formation d'un effet magnétique parallèle à l'axe de l'aimant et ne contribuent donc pas au champ à gradient transversal. Les extrémités du conducteur sortent en (31) et on peut voir les extrémités (32) des autres enroulements X diamétralement opposés. Sont aussi représentées les extrémités (33)(34) des deux jeux d'enroulement de la bobine Y et les extrémités (35),(36) des deux jeux d'enroulements de la bobine Z qui sera décrite plus loin. L'une seulement des bobines X est montrée à la figure 3; l'autre bobine qui est diamétralement opposée constitue une image symétrique de celle qui est montrée, et les deux bobines Y sont identiques aux bobines X sauf qu'elles sont décalées de 90". -En référence à la figure 5, celle-ci montre de façon schématique le parcours du courant électrique par l'un des enroulements des bobines X. Les sections successives du conducteur sont numérotées de (40) à (51). Le conducteur d'entrée est la section (40), et les sections (41), (44) représentent six spires du conducteur sur la bobine effective; la section (45) est utilisée pour transporter le courant vers la seconde partie de la bobine où les sections (46)-(50) représentent six nouvelles spires du conducteur sur la bobine effective; la section (51) constitue la connexion de retour. Le gabarit (15) est fondamentalement cylindrique. Cependant, ce gabarit comprend quatre bagues annulaires espacées axialement (55) à (58) et chacune de ces bagues constitue le support mécanique nécessaire aux deux bras principaux effectifs diamétralement opposés de la bobine X et aux deux bras principaux effectifs diamétralement opposés des bobines Y. Les bagues sont reliées en un ensemble d'un seul tenant par des éléments d'écartement longitudinaux tels qu'en (59), de manière que le gabarit (15) puisse être facilement réalisé à partir d'un unique tube cylindrique comportant des trous approximativement rectangulaires découpés pour déterminer les bagues (55) à (58) et les éléments d'écartement (59). Le gabarit est réalisé en un matériau non magnétique et rigide, tel qu'en fibres de verre imprégnées de résine, du papier enroulé en spirales et imprégné de résine, ou une matrice constituée par un tissu imprégné de résine.Le matériau du gabarit doit être résistant en flexion et présenter un module de Young élevé Le support mécanique des enroulements est réalisé par les montures non métalliques qui fixent les enroulements au gabarit. Grâce à la conception du gabarit de la présente invention, les forces magnétiques oscillantes engendrées dans les enroulements des bobines X et Y ne propagent aucune quantité significative de bruit. De plus, le gabarit est réalisé en un matériau qui absorbe le bruit, et celà aide à réduire tout bruit engendré pendant le fonctionnement. L'ensemble du dispositif à bobine à gradient est également monté à l'intérieur de l'aimant principal sur des montures flexibles, ce qui aide également à atténuer les bruits produits. Les bobines Z comprennent chacune une série de spires enroulées circonférentiellement et disposées centralement par rapport au centre de chacune des bobines X et Y. Chaque bobine Z est constituée par l'enroulement d'un unique conducteur et les connexions d'entrée et de retour sont montées comme indiqué en (60) et (61). Ces bobines produisent un champ magnétique en direction axiale; elles n'exercent aucune force mécanique diamétrale sur le gabarit, et elles ne contribuent pas non plus à la production d'un bruit engendré mécaniquement. - REVENDICATIONS 1. Dispositif à bobines à gradient destiné à être utilisé dans un système de formation d'images utilisant la résonance de noyaux, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de bagues annulaires (55)à (58), aptes chacune à supporter au moins l'un des bras principaux effectifs d'une bobine à gradient (11), et une pluralité d'organes (59) s'étendant de façon générale en direction axiale de l'aimant fixant lesdites bagues les unes aux autres. 2. Gabarit pour bobines à gradient selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bagues (55) à (58) forment des supports flexibles pour lesdits bras. 3. Dispositif à bobines à.gradient selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les bagues (55)à (58) et les organes,(59) sont formés intégralement à partir d'un unique élément cylindrique. 4. Dispositif à bobines à gradient selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend quatre bagues (55)à (58). 5. Dispositif à bobines à gradient selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les bagues (55) à (58) et les organes (59) forment entre eux des ouvertures sensiblement rectangulaires. 6. Dispositif à bobines à gradient selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les bagues (55) à (58) sont constituées en un matériau qui absorbe le bruit. 7. Dispositif à bobines à gradient selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits bras sont supportés de façon flexible sur lesdites bagues.