Brevet FR2655157A1 — publié le 19910531

La présente invention concerne un procédé d'amèlioration du facteur de qualité des antennes et plus particulièrement des bobines de surface utilisées dans les applications médicales de la résonance magnétique nucléaire ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. Dans ce qui va suivre, le terme général d'antenne s'appliquera plus particulièrement aux bobines de surface, sans qu'il en resulte nullement une limitation à la portée de l'invention. L'utilisation de bobines de surface dans les applications médicales de la RMN est bien connue, que ce soit en imagerie ou en spectromètrie. Cette technique permet d'améliorer les qualités d'une image ou d'un spectre en s'intéressant à une région plus petite et correspondant parfaitement à la région d'intérét. J. Bruce Kneeland et James S. Hyde dans un article publié dans DIAGNOSTIC IMAGING, Octomber 1989, pp 143-145 décrivant le mode d'action de ces bobines et soulignent toute leur importance. Les bobines de surface actuellement utilisées sont constituées d'une ou plusieurs spires d'un métal très conducteur amagnétique tel que le cuivre ou l'argent. Une capacité en parallele permet de réaliser l'accord en fréquence L'accord en impédance est réalisé soit par une capacité en série (couplage capacitif) soit par une boucle non accordée à distance réglable du circuit résonnant (couplage selfique) reliée a un conducteur coaxial qui véhicule le signal électrique vers un spectromètre classique. Ce signal électrique recueilli par la bobine de surface ou l'antenne est une sornrrfe de sinus amortis appelée précession libre Ce signal est faible et même très faible dans le cas de la spectromètrie réalisée avec des noyaux peu abondants dans l'organisme comme le 31P, le 13C, le 23Na... On conçoit donc facilement toute l'importance que l'on accorde a la réalisation de capteurs présentant un facteur de qualité Q le plus élevé possible pour obtenir un rapport signal sur briut le plus élevé possible. Ce facteur de qualité est donné par la formule: Q = L#/Ref dans la quelle: L'est l'impedance est ia pulsation de l'onde électromagnétique et Ref est la résistance effective. Ref est composé de deux termes: Rc qui est la résistance pure du circuit résonnant dans l'air et Rb qui est la résistance due au couplage du circuit résonnant avec les milieux biologiques conducteurs. Aux fréquence utilisées dans les applications de la RMN en biologie (4 a 300Mhz), le terme Rb est très supérieur au terme Rc. Le facteur de qualité se dégrade donc considérablement lorsque l'antenne est placée en position de travail à proximité immédiate d'un milieu biologique conducteur (bras, jambe, tête...). La présente invention s'est donné pour but de diminuer fortement (ou mème de supprimer) cette dégradation du facteur de qualité constatée entre le fonctionnement dans l'air et en charge, c'est-à-dire avec couplage avec milieu biologique. Au cours de ses recherches, l'inventeur a découvert que l'on pouvait atteindre ce but en augmentant la self L du système, sans augmenter de façon correspondante la résistance effective Ref. Le procédé d'amélioration du facteur de qualité des antennes et plus particulièrement des bobines de surface utilisées dans les applications médicales de la resonance magnétique nucléaire selon l'invention est donc caractérisé en ce qu'il consiste a augmenter la self L du système sans augmenter de façon correspondante la résistance effective dudit système. Cette augmentation est réalisée par adjonction dans le circuit résonnant de l'anetnne d'un ou plusieur moyens selfiques couplés à ladite antenneet placés à une distance telle qu'il n'y ait pas couplage avec le milieu biologique. Il est ainsi possible d'augmenter la self sans que la résistance Rb soit augmentée; on augmente le fecteur de qualité de la bobine de surface qui devient peu sensible au couplage avec le milieu biologique. Le dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé, du type comportant au moins une bobine de surface constituée d'une ou plusieurs spires d'un même conducteur associée à au moins une capacité en parallèle et dans laquelle l'accord en impédance est réalisé soit par couplage capacitif soit par couplage selfique est caractérisé en ce que qu'il comporte au moins un moyen selfique dispose en serie dans le circuit résonnant de la bobine et non couplé au milieu biologique. Dans le cas ou la bobine de surface et le moyen selfique sont situés dans des plans paralléles, la distance séparant ces deux éléments est au moins égale à 0,7 fois la plus grande dimension du moyen selfique. Selon un autre mode de réalisation, le moyen selfique et la bobine de surface sont placés dans des plants perpendiculaires. La self est ainsi augmentée sans que la résistance Rb augmente et le racteur de qualité de la bobine de surface est amèlioré et est peu sensible au couplage avec le milieu biologique. Selon un mode de réalisation, le (ou les moyens selfiques) est constitué par une ou plusieurs selfs en série avec la bobine de surface. Selon Lin aulre mode de réalisation, et plus particulièrement dans le cas ou l'on utilise une fréquence supérieure a environ tu mHZ, il est avantageux d'utiliser, comme moyen selfique, au moins un circuit résonnant mobile par rapport au circuit résonnant de la bobine de surface, accordé a la me fréquence que le circuit de la bobine et donc couplé de façon selfique à celle-ci. La bobine de couplage selfique est avantageusement située à l'extérieur du susterrre. Selon un autre mode de réalisation, les dimensions et les formes des moyens selfiques sont différentes se celles de la bobine de surface. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages ressortiront bien de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé dans lequel: Figure i représente un mode Cive réalisation du dispositif selon l'invention, dans le cas où les moyens selfiques sont constitués d'une self en série avec la bobine de surface. Figure 2 représente un deuxième mode de rèalisation du dispositif selon L#invention, dans le cas où les moyens selfiques sont constitués d'un circuit résonnant mobile par rapport au circuit réssonant de la bobine et Figure 3 représente un trosième mode de réalisation combinant les modes de réalisation des deux figures précédentes. Sur les figures, i ne désigne le milieu biologique et et le spectromètre prévu pour recueillir . le signal Dans le mode de réalisation représente à la figure 1, le circuit résonnant de la bobine de surface est constitué, de façon classique, d'une self L1 placée en position de travail contre le milieu biologique a étudier, et d'une capacité Ci Selon l'invention une self L2, de valeur supérieur, non couplée avec le milieu biologique est adjointe en serie.La self L2 est placée a une distance du milieu biologique telle qu'il n'y ait pas de couplage avec ce milieu biologique cette distance est égale au moins à 0,7 fois le diamétre de ladite self L2. Dans le mode de réalisation réprésenté à la figure 2, le circuit résonnant de la bobine de surface est constitué d'une self L1 et d'une capacité C1 placées en position de travail contre le milieu biologique à étudier. Selon l'invention, il est prévu un deuxième L2C2, mobile par rapport au premier, accordé à la même fréquence ; ce circuit est placé à une distance du milieu biologique telle qu'il n ait pas de couplage avec le milieu biologique mais qu'il existe un couplage avec le circuit L1C1 ; cette distance est supérieure à 0,7 fois le diamètre du circuit L2C2. De façon classique, la longueur du conducteur de L1C1 n'est pas supérieure au dixième de la longueur d'onde de la fréquence de résonance. Il est bien entendu possible, selon un mode de réalisation non représenté au dessin, d'utiliser plusieurs systèmes résonnants, ce qui permet d'obtenir plusieurs fréquences de résonance et d'améliorer encore le facteur de qualité. Enfin, le mode de réalisation représenté à la figure 3 combine les deux modes de réalisation précédents; on augmente la self d'une part adjonction d'une self L2 en série dans le circuit résonnant LI Cl comme dans le mode de réalisation de figure 1, et d'autre part par adjonction de circuits résonnant comportant des selfs LN et des capacités CN, constituant des circuits mobiles par rapport aux circuits Li L2Ci. Dans les trois modes de réalisation représentés au dessin, l'accord en impedance est réalisé soit par une capacité en série soit, de préférence et comme répresenté sur les figures, par une boucle mobile et non accordée et non accordée de couplage selfique L3. Cette capacité ou cette boucle est reliée à un conducteur coaxial non représenté) qui véhicule le signal recueilli vers un spectromètre 1 O, de type classique. L'accord en impédance est réalisé en déplaçant cette boucle L3. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, la distance séparant le circuit mobile du milieu biologique est réglée par déplacement de L2C2 pour obtenir le facteur de qualité le meilleur possible. Le déplacement de L2C2 permet également un ajustement fin des fréquences de résonance du couple L1C1L2C2. L'exemple suivant ullustre l'invention telle qu'elle est représentée à la figure 2: Une bobine de surface de 40 mm de diamétre constituée de deux tours de tube de cuivre de 4 mm de diamètre extérieur et de 3 mm de diamètre intérieur est associée à une bobine identique, située à 70 mm de distance, et à une boucle de couplage de même diamètre située à 25 mm de la bobine de surface ; ce dispositif permet d'obtenir un facteur de qualité de 520 dans l'air et de 450 en charge, contre 200 en charge dans le cas d'un dispositif classique. Plusieurs variantes peuvent bien entendu être prévues sans sortir du domaine de l'invention. Les moyens selfiques peuvent avoir des dimensions et des formes différentes de la bobine de travail Li Cl. II est ainsi possible de réaliser une antenne présentant Cieux diamètres différents, chaque bobine extrême étant utilisée indiféremment comme bobine de travail ou comme moyen selfique. Le dispositif selon l'invention peut également s'adapter aux antennes utilisées dns l'exploration de la téte ou du corps entier les moyens selfiques étant placés facilement à l'extérieur de l'antenne de façon à ce qu'il n'y ait pas de couplage biologique. REVENDICATIONS 1- Procédé d'amélioration du facteur de qualité des antennes et plus particulièrement des bobines de surface utilisèes dans les applications mèdicales de la résonance magnétique nucléaire caractérisé en ce qu'il consiste a augmenter la self L du système sans augmenter de façon correspondante la résistance effective dudit système. 2 - Procédé selon la revendication 1. caractérisé en ce que cette augmentation est réalisée par adjonction dans le circuit résonnant de l'antenne d'un vu plusieurs moyens selfiques plus a ladite antenne et placés a une distance telle qu'il n'y alt pas couplage avec le milieu biologique. 3 # Eiispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, du type comportant au moins une bobine de surface constituée d'une ou plusieurs spires d'un même conducteur (L1) associée à au moins une capacité en parallèle (C1) et dans laquelle l'accord en impédance est réalisé soit par couplage capacitif soit par couplage selfique, caractérisé en ce que qu'il comporte au moins un moyen selfique (L2, L2C2, LNCN) disposé en série dans le circuit résonnant de la bobine et non couplé au milieu biologique (10). 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans le cas ou la bobine de surface et le moyen selfique sont situés dans des plans parallèles, la distance séparant ces deux éléments est au moins égale à 0,7 fois la plus grande dimension du moyen selfique. 5 - Dispositif selon la tevendication 3, caractérisé en ce que le moyen selfique et la bobine de surface placés dans des plans perpendiculaires. ri - Dispositif selon l'une des revendications 3 a 5, caractérisé en ce que le (ou les moyens selfiques) est constitué par une ou plusieurs selfs en série (L2). 7 - Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'on utilise comme moyen selfique au moins un circuit résonnant (L2C2), mobile par rapport au circuit résonnant de la bobine de surface L1 C Ci), accordé â la même fréquence que le circuit de la bobine et donc couplé de façon selfique a celle-ci. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que les moyens selfiques sont constitués à la fois par une ou plusieurs selfs en serie (L2) et par au moins un circuit résonnant (LNCN), mobile par rapport au circuit résonnant de la bobine de surface. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3à 8, caractérisé sn ue guu le mye selfique est situé a l'extérieur du systeme. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 a Y, caractérisé en ce que les dimensions et les formes des moyens selfiques sont différentes de celles de la bobine de surface.