Contribution à l’étude de systèmes multispire dérivés des bobines de Helmholtz : application à l’imagerie par résonance magnétique

Contribution to the study of multi-coils systems derived from Helmholtz pairs : Application to Magnetic Resonance Imaging

• Auteur / Autrice : Sidi Mohamed Ould Ahmed Ghaly
• Direction : Ahcène Hedjiedj
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation et micro-électronique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiofréquences

Imagerie par résonance magnétique

Résumé

Ce travail de thèse est consacré à l’étude de sondes radiofréquence destinées à l’imagerie par résonance magnétique, présentant une certaine simplicité de mise en œuvre et ayant des performances intéressantes en termes d’homogénéité de champ magnétique B1. Le premier chapitre donne une description générale sur les principes de la RMN et de l’IRM. Ces aspects sont suivis d’une description des caractéristiques indispensables à la technique de construction des antennes RMN (facteur de qualité, S/B, etc. ). Sont ensuite décrites plusieurs structures d'antennes de base utilisées en RMN, en particulier les bobines de Helmholtz. Le second et le troisième chapitre sont consacrés aux différentes structures d’antennes qui ont été développées. Ainsi, l’étude et la réalisation d’antennes symétriques à quatre spires circulaires coaxiales sur une surface sphérique et ellipsoïdale sont présentées. Outre le cas classique de géométrie sphérique, le cas d’une enveloppe ellipsoïdale est aussi considéré de façon à parvenir à une homogénéité effective à l’ordre 6. De même, différents couplages et accords originaux sont considérés amenant à des structures à 4 ou à 2 éléments accordés (ou libres). La modélisation électrique complète de l’antenne prenant en compte tous les couplages magnétiques entre spires est présentée. Les ésultats d’essais comparatifs, en espace libre et (en champ) dans un spectro-imageur, entre une antenne de Helmholtz (de référence) et nos antennes sont présentés, et se révèlent être en bon accord avec les prédictions théoriques. Globalement, ce travail se veut être une contribution à l’étude et à la compréhension des systèmes RF à 4 éléments dérivés des bobines de Helmholtz.

This work of thesis is dedicated to the study of radiofrequency probes with high B1 field homogeneity for Magnetic Resonance Imaging. Compared to Helmholtz pair which presents a 2nd-order homogeneity, the aim is first an improvement of the field homogeneity, while preserving the simplicity of design. The first chapter gives a basic introduction to the NMR and MRI. These aspects are followed by the essential characteristics of the NMR probes design (quality factor, SNR, …). Then, several basic structures of NMR coils are described, particularly the Helmholtz coils. The second and third chapter are dedicated to the design and test of prototype probes, comprising four coaxial rings of wire in a symmetric arrangement on a spherical and on an ellipsoidal surface. Thus, beyond the traditional case of spherical geometry, an original wiring on an ellipsoidal surface is also considered. The aim is to provide a fourth-order or in the optimum case a sixth-order homogeneous field. Moreover, different couplings and original tuning are presented, bringing the structures to four or two tuned (or free) elements. A complete electrical model of the four-coil system taking into account all coupling is presented. Results of comparison tests, in free space and in a NMR spectro-imager, between a Helmholtz pair and our prototype probes are presented, and appear to be in good agreement with theoretical predictions. Globally, this work claims to be a contribution to the study and the comprehension of the four-coil RF systems derived from the Helmholtz pairs.