Bobines volumiques à base de métamatériaux pour l’imagerie par résonance magnétique à très haut champ

Volume RF coils based on metamaterials for ultra-high field magnetic resonance imaging

• Auteur / Autrice : Anton Nikulin
• Direction : Abdelwaheb Ourir, Julien de Rosny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 28/09/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Langevin-Ondes et images (Paris ; 1997-....) - Institut Langevin - Ondes et Images
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Éric Lheurette
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdelwaheb Ourir, Julien de Rosny, Éric Lheurette, Christophe Craeye, Jean-Yves Dauvignac, Charlotte Tripon-Canseliet, Redha Abdeddaim, Nikolai AVDIEVITCH
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Craeye, Jean-Yves Dauvignac

Mots clés

Mots clés libres

IRM très haut champ

Cage à oiseaux

Bobine tête

Optimisation des courants

Métamatériaux

UHF MRI

Birdcage coil

Head coil

Optimization of currents

Metamaterials

Résumé

Le travail présenté dans ce manuscrit vise à créer un nouveau type de bobine volumique dédié à l’imagerie par résonance magnétique ultra haut champ (B0 ≥ 7 T) dérivé de la cage à oiseaux bien connue. Son design s'inspire des travaux sur les métamatériaux. Sur la base d’une analyse en termes de lignes de transmission, le champ de la radiofréquence B1 et la géométrie de la bobine peuvent être façonnés de manière presque arbitraire. Dans un premier temps, nous proposons une bobine qui facilite l'accès à son volume intérieur. Cette bobine “ouverte” améliore non seulement le confort des patients lors d’examens IRM, en particulier pour les patients souffrant de claustrophobie, mais elle peut également être utile pour certaines applications spécifiques de l'IRM telles que la correction de mouvements. Un prototype dédié au petit animal et un autre prototype dévolu à l’imagerie de la tête ont été construits et testés sur un IRM 7 T. Ensuite, nous proposons d'appliquer cette approche à base de métamatériaux pour développer des bobines volumiques à double bande qui peuvent être sensibles simultanément à deux noyaux. Enfin, nous introduisons une nouvelle méthode de façonnage du champ B1 fondée sur la technique de conjugaison de phase. Nous étudions théoriquement cette méthode pour développer une bobine pour l'imagerie à 7 T de la tête et développons un prototype pour l'imagerie des rongeurs dans un scanner 17,2 T.

This manuscript aims to create new kinds of volume radiofrequency coils for UHF MRI (B0≥ 7 T) derived from the well-known birdcage coil. Their designs are inspired frommetamaterials. Based on transmission line analysis, the radiofrequency B1 field and coil’s geometry can be shaped almost as will in order to obtain coils with unique features. At first, we propose a volume coil that eases access to its inner volume. This “opencage” coil does not only improve the comfort during MRI examinations, especially for patients suffering from claustrophobia but it can also be useful for some specific applications of MRI such as motion correction. A small-animal and a head-size prototypes working at 7 T have been built and tested. Then we propose to apply this metamaterial approach to develop dualband birdcages that are sensitive simultaneously to two nuclei. Finally, we introduce a new method of passive B1 shimming based on phase conjugation technique. We theoretically investigate this method for developing a head coil for 7 T imaging, whereas later we build a prototype for imaging of rodents in a 17.2 T scanner.