Brevet FR2793882A1 — publié le 20001124

DISPOSITIF PORTABLE DE DETECTION PAR RMN DESCRIPTION Domaine technique La présente invention concerne un dispositif portable de détection par RMN permettant de caractériser un objet ou un produit renfermant des composants contenant des protons identifiables à partir du phénomène de résonance magnétique nucléaire (RMN). Etat de la technique antérieure Des dispositifs de mesure RMN ont été développés pour des utilisations relatives à différents domaines techniques. Les applications principales actuelles concernent les mesures de porosités dans le domaine pétrolier et tous les domaines tels que le domaine agro-alimentaire, le domaine du béton ... où la quantité d'eau est une caractéristique importante. L' article intitulé The NMR MOUSE, a Mobile Universal Surface Explorer de G. Eidmann, R. Savelsberg, P. Blümler et B. BlUmich (Journal of Magnetic Resonance, Series A122, pages 104 à 109, 1996) décrit un scanner RMN mobile de surface, qui a été développé pour l'investigation non destructrice d'objets arbitrairement grands. Tandis que la génération RF et les programmes d'impulsion sont contrôlés par une console RMN à base de PC, la sonde fournit à la fois le champ radiofréquence RF B, et le champ de polarisation statique Bo. Dans les dispositifs RMN dits ouverts l'objet ou le produit à caractériser se trouve à l'extérieur du volume du dispositif, contrairement par exemple aux imageurs médicaux pour lesquels le patient est situé à l'intérieur du système magnétique. Dans ce cas en particulier, les paramètres critiques des dispositifs RMN sont la puissance d'émission RF et le niveau de l'induction de polarisation produite par un système magnéto-statique : électro-aimant en général ou aimants permanents dans le cas de systèmes mobiles. A partir de l'hypothèse simplifiée où la source magnétique est assimilée à un dipôle 10, la recherche de la valeur d'induction utile maximale conduit à situer le volume d'intérêt en première position de Gauss il, c'est-à-dire dans la direction de l'aimantation 12, comme illustré sur la figure 1. Dans le cas d'un positionnement en deuxième position de Gauss 13, la valeur de l'induction pour une même distance par rapport au centre du dipôle est égale à la moitié de celle de la première position. Elle paraît donc moins favorable. L'un des critères essentiels d'une telle source est la distance entre celle-ci et le volume d'intérêt. En général, les distances les plus importantes sont recherchées, ce qui a pour effet de réduire la valeur de l'induction utile. Ce qui va donc à l'encontre de l'efficacité. En ce qui concerne le caractère portable du dispositif de l'invention, rendre un dispositif RMN portable implique des contraintes sur l'encombrement de la source magnétique et des pièces polaires. Il faut alors maximiser l'efficacité de la structure. La présente invention a pour objet un dispositif RMN ouvert qui soit portable, c'est-à-dire qui présente une résolution spatiale de quelques CM3# un poids minimal et une puissance d'alimentation minimale afin de le rendre aisément manoeuvrable, autonome et d'un prix de revient minimal. Exposé de l'invention La présente invention propose un dispositif portable de détection par RMN de protons résonants contenus dans un objet ou un produit, comprenant des moyens à aimants permanents de production d'un champ magnétique statique et homogène élevé dans une région située à l'extérieur du dispositif, dans laquelle est positionné l'objet ou le produit, et des moyens d'émission d'un signal électromagnétique vers ladite région et de réception d'un signal électromagnétique envoyé par ladite région en réponse au signal émis, caractérisé en ce que : - lesdits moyens à aimants permanents comprennent au moins un aimant permanent présentant un axe de symétrie longitudinal ; - ladite région est située en deuxième position de Gauss ; - lesdits moyens permettant l'émission et la réception de signaux électromagnétiques comportent au moins une antenne entourant au moins en partie ledit aimant. on a de plus la relation suivante : L/d>3, L étant la longueur de l'aimant et d la dimension transverse de l'aimant. Avantageusement l'aimant permanent est de forme cylindrique ou parallélépipédique et présente localement une diminution de sa section extérieure de façon à loger au moins une antenne, qui peut être un solénoïde, dans ce volume libéré. Brève description des dessins La figure 1 illustre les première et deuxième positions de Gauss avec une source magnétique assimilée à un dipôle. Les figures 2 et 3 illustrent une source magnétique de forme cylindrique ou parallélépipédique, le volume d'intérêt étant situé respectivement en première et en deuxième positions de Gauss. Les figures 4A et 4B illustrent respectivement une source magnétique selon l'invention et la courbe d'induction correspondante. Les figures 5A et 5B illustrent schématiquement une réalisation possible du dispositif de l'invention respectivement dans une vue longitudinale et dans une vue transversale. Exposé détaillé de modes de réalisation Dans les dispositifs de détection par RMN de l'art connu la source magnétique comprend un aimant permanent 15 de forme générale cylindrique ou parallélépipédique avec une direction d'aimantation 16 suivant l'axe de symétrie ou la grande longueur, comme illustré sur la figure 2. La valeur de l'induction Bi en un point, en première approximation, est inversement proportionnelle au cube de la distance entre le centre de la source considéré ici comme un dipôle et ce point, soit : Bi M/ (L/2+D ) 3 avec L longueur de l'aimant, D distance entre l'aimant 15 et le volume ou région d'intérêt 17, M constante qui dépend des caractéristiques du matériau magnétique. La valeur Bi est dépendante de la longueur L qui, en raison de sa valeur comparée à celle de D, peut avoir un effet très négatif, d'où l'idée de considérer le volume d'intérêt en deuxième position de Gauss, comme illustré sur la figue 3. Toujours en première approximation la valeur de l'induction est alors donnée par la relation B2 M/ (2 (d/2 + D ) 3 ) # où d correspond à la dimension transverse de l'aimant (largeur, diamètre). En comparant les valeurs de B, et B2, il apparaît que B2 peut être supérieure à Bl. La structure utilisant la seconde position de Gauss est plus favorable. En première approximation cela correspond à la relation D/L d/l. Afin que D soit positif, il faut L/d>3. Une autre condition concerne l'homogénéité de l'induction qui est nécessaire aux expériences de RmN, pour lesquelles le signal est proportionnel à la bande passante de signal électromagnétique, bande passante définie par l'homogénéité de l'induction dans le volume d'intérêt âf/f=ÔB/B, f étant la fréquence du signal, âf la bande passante et ÔB/B l'homogénéité de l'induction. Un moyen pour homogénéiser l'induction consiste à diminuer la section de l'aimant au voisinage 18 du volume d'intérêt 17, comme illustré sur la figure 4. On obtient alors les courbes d'induction B en fonction de la distance longitudinale x à un point central 0, d'une part (courbe 20) pour un aimant tel qu'illustré sur les figures 2 et 3 et d'autre part, (courbe 21) pour un aimant avec diminution de section comme illustré sur la figure 4A. Cette diminution de section peut se faire sur tout le pourtour de l'aimant ou seulement sur une partie de ce pourtour. Dans un exemple de réalisation on considère les dimensions suivantes (voir figure 4A) - L - 30 cm - d - 10 cm - 1 - 4-5 cm - e - 2 cm avec Bmax - 0,1 tesla (voir figure 4B). Dans le cadre d'une détection par RMN comme dans l'invention, le signal RF est émis et reçu par une ou plusieurs antennes. Dans le dispositif de l'invention on peut implanter cette (ou ces) antenne(s) 22 au niveau de la diminution de section 18, comme illustré sur les figures 5A et 5B. Cette (ou ces) antenne (s) peut (peuvent) être constituée(s) d'un (ou de plusieurs) solénoïde (s) entourant en partie les aimants. Les lignes d'induction RF se ferment préférentiellement en dehors des aimants. Dans le cas de matériaux légèrement conducteurs électriques comme des terres rares et des ferrites, les pertes par courants de Foucault sont limitées. REVENDICATIONS 1. Dispositif portable de détection par RMN de protons résonants contenus dans un objet ou un produit, comprenant des moyens à aimants permanents de production d'un champ magnétique statique et homogène élevé dans une région située à l'extérieur du dispositif, dans laquelle est positionné l'objet ou le produit, et des moyens d'émission d'un signal électromagnétique vers ladite région et de réception d'un signal électromagnétique renvoyé par ladite région en réponse au signal émis, caractérisé en ce que : - lesdits moyens à aimants permanents comprennent un aimant permanent (15) présentant un axe de symétrie longitudinal ; - ladite région (17) est située en deuxième position de Gauss ; - lesdits moyens permettant lémission et la réception de signaux électromagnétiques comportent au moins une antenne (22) entourant au moins en partie ledit aimant. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel on a la relation suivante : L/d>3, L étant la longueur de l'aimant et d étant la dimension transverse de l'aimant. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel laimant permanent est de forme cylindrique ou parallélépipédique. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'aimant permanent présente localement une diminution de sa section extérieure de façon à loger l'antenne dans ce volume libéré. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la diminution de la section extérieure existe sur au moins une partie du pourtour de l'aimant. 6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque antenne (22) comprend un solénoide.