EP2979104A1 - Sonde rmn avec une bobine ayant deux enroulements hélicoïdaux dont les spires présentent des angles opposés différents de 0 et 90 degrés par rapport à leur axe - Google Patents

Sonde rmn avec une bobine ayant deux enroulements hélicoïdaux dont les spires présentent des angles opposés différents de 0 et 90 degrés par rapport à leur axe

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EP2979104A1
EP2979104A1 EP14717210.0A EP14717210A EP2979104A1 EP 2979104 A1 EP2979104 A1 EP 2979104A1 EP 14717210 A EP14717210 A EP 14717210A EP 2979104 A1 EP2979104 A1 EP 2979104A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
turns
coil
axis
probe
angle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14717210.0A
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German (de)
English (en)
Inventor
Dimitrios Sakellariou
Javier ALONSO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP2979104A1 publication Critical patent/EP2979104A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32—Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
    • G01R33/34—Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR
    • G01R33/34046—Volume type coils, e.g. bird-cage coils; Quadrature bird-cage coils; Circularly polarised coils
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    • G—PHYSICS
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    • G01R33/34—Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR
    • G01R33/34092—RF coils specially adapted for NMR spectrometers
    • G—PHYSICS
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    • G01R33/30—Sample handling arrangements, e.g. sample cells, spinning mechanisms
    • G01R33/307—Sample handling arrangements, e.g. sample cells, spinning mechanisms specially adapted for moving the sample relative to the MR system, e.g. spinning mechanisms, flow cells or means for positioning the sample inside a spectrometer

Definitions

  • the invention relates to a nuclear magnetic resonance probe and a nuclear magnetic resonance apparatus comprising such a probe.
  • the invention also relates to a radiofrequency coil, which can notably be used in such a probe, as well as to a method for generating a radio frequency magnetic field.
  • a coil 10 and a method of generating a radio frequency magnetic field according to the invention can be used in nuclear magnetic resonance, but also for other applications, for example for the confinement of plasmas.
  • radio frequency 15 any frequency between 3 kHz and 300 GHz, more particularly any frequency between 300 kHz and 3 GHz and more particularly any frequency between 1 MHz and 1 GHz.
  • nuclear magnetic resonance apparatus means a nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) and / or nuclear magnetic resonance imaging (MRI) apparatus.
  • nuclear magnetic resonance probe is understood to mean that part of a nuclear magnetic resonance apparatus intended to generate a radiofrequency magnetic field for exciting the nuclear spins of a sample and / or for detecting a radiofrequency magnetic field emitted by the deexcitation of said nuclear spins.
  • a probe generally comprises an LC type resonant circuit including a coil which couples with an external radio frequency magnetic field, as well as an impedance matching circuit.
  • winding means an element consisting of one or more windings of a wire, cable or conductive strip.
  • winding means a set of turns, or loops, of the same wire, cable or conductive strip, without short circuits.
  • the superconducting magnets used in NMR and RM experiments have a cylindrical geometry and produce a generally stationary magnetic field oriented along the cylinder axis ("axial”, “longitudinal”, or “main” magnetic field This magnetic field polarizes the nuclear spins of the atoms in the sample being studied, which means that there is a population difference (commonly known as polarization) between the upper and lower Zeeman energy levels. these levels are excited using a radio frequency (RF) magnetic field perpendicular to the axial magnetic field, alternatively, an RF magnetic field is used to excite the magnetization of the sample.
  • RF radio frequency
  • Properly designed antennas (coils) generate such an RF magnetic field, the orientation of which may not be perpendicular to the axial magnetic field, but must necessarily include a perpendicular component.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • Spatial uniformity (homogeneity) of the RF field inside the coil is also very important in NMR experiments and may be crucial in MRI experiments.
  • the most widespread antenna which provides the best performance in terms of intensity and homogeneity of the RF field, is a simple coil solenoidal, single coil.
  • a simple coil solenoidal, single coil generates a magnetic field parallel to its axis, and must therefore be arranged perpendicular to the main magnetic field.
  • the sample can not be inserted "from the top" of the superconducting magnet (i.e. in an axial direction) and can not be rotated around the longitudinal axis.
  • a rotation of the sample is very useful for improving the resolution of NMR spectroscopy, especially in the case of a liquid sample.
  • Other common RF coils include Heimhoîtz pairs or saddle coils, but offer lower RF field performance.
  • the main advantage of the seile-shaped coil is that it is wound on a cylindrical surface and can produce an RF magnetic field which is oriented perpendicular to the axis of this cylinder.
  • the axis of such a coil can therefore be aligned with the direction of the main magnetic field, which allows the introduction of the sample in this direction and its rotation around it.
  • a saddle-shaped coil provides a fairly good spatial homogeneity and some convenience of use.
  • the salt-shaped coil is most commonly used in liquid NMR experiments.
  • it has a low inductance and a reduced resistance compared to other types of coils, which is advantageous for high frequency applications.
  • the invention aims to overcome the aforementioned drawbacks of the prior art.
  • the invention aims to provide a probe for nuclear magnetic resonance having a high sensitivity and high homogeneity of the radio frequency magnetic field, while allowing introduction of the sample in a direction parallel to the longitudinal axis of the system, as well as a nuclear magnetic resonance (NMR or MRI) apparatus provided with such a probe.
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • the invention also aims to provide a coil for the efficient generation of a very homogeneous radiofrequency magnetic field having an orientation perpendicular to the axis of said coil.
  • a coil may in particular be used in a probe according to the invention.
  • the invention also aims to provide an efficient method for generating a very homogeneous radiofrequency magnetic field, while allowing access to a region of space where the field is located in a direction perpendicular thereto.
  • a method may in particular be implemented by means of a coil or a probe according to the invention.
  • An idea underlying the invention is to use one or more coils comprising two helical windings whose turns have opposite inclinations with respect to a common longitudinal axis. Coils having such a structure are known from the prior art as the "double helix dipoles" or (DHD, of the English “Double Helix Dipole”), see in this connection;
  • An object of the invention is therefore a probe comprising at least one radiofrequency coil characterized in that said radio frequency coil comprises a first helical winding having turns inclined at an angle ⁇ different from zero and from 90 ° with respect to a axis and a second helical winding coaxiai said first winding, having turns inclined at an angle -a with respect to said axis.
  • Such a probe may comprise at least two radiofrequency coils arranged coaxially and whose windings are oriented so that the planes formed by the axes of their turns and the axis common to the two coils are perpendicular to each other.
  • the turns of said or each said coil may be inclined at an angle between 10 ° and 50 °.
  • Each said helical winding may have a number of turns between 1 and 25.
  • the helical windings of the same coil can be connected in series, so as to be traversed by the same current.
  • Said helical windings may have the same number of turns.
  • Another object of the invention is a nuclear magnetic resonance apparatus comprising:
  • a magnet for generating, in a so-called interior volume, a stationary magnetic field oriented in a so-called longitudinal direction;
  • said probe may comprise one or more coils whose axis is parallel to said longitudinal direction of said stationary magnetic field.
  • said probe may comprise one or more coils whose axis is inclined at an angle ⁇ ⁇ - arctan ⁇ 1) ("magic angle") with respect to said longitudinal direction of said stationary magnetic field.
  • Yet another object of the invention is a coil comprising a first helical winding having turns inclined at an angle ⁇ different from zero and 90 ° with respect to an axis and a second helical winding, coaxial with said first winding, having turns inclined at an angle -a with respect to said axis, characterized in that said helical windings have a number of turns between 1 and 25.
  • each said helical winding may have the same number of turns.
  • Yet another object of the invention is a method for generating a radio frequency magnetic field comprising feeding, by a radiofrequency current source, a coil comprising a first helical winding having turns inclined at an angle. a different from zero and 90 ° with respect to an axis and a second helical winding, coaxial with said first winding, having turns inclined at an angle -a with respect to said axis.
  • Said angle may be between 10 ° and 50 °.
  • Each said helical winding may have a number of turns between 1 and 25.
  • FIG. 2 a current distribution producing a magnetic field of maximum homogeneity
  • FIG. 4A a radiofrequency coil according to a first embodiment of the invention
  • FIGS. 4B and 4C contour plots illustrating the magnetic flux generated by the coil of FIG. 4A;
  • FIG. 5A a radiofrequency coil according to a second embodiment of the invention
  • FIGS. 5B and 5C contour plots illustrating the magnetic flux generated by the coil of FIG. 5A;
  • FIGS. 6A and 6B respectively, a nuclear magnetic resonance probe according to a third embodiment of the invention and its adaptation circuit
  • FIGS. 8A-8C the results of an NMR experiment demonstrating a technical advantage afforded by the invention with respect to a probe according to the prior art
  • FIG. 9 the arrangement of a sample inside a probe according to said third embodiment of the invention.
  • such a magnetic dipole DHD is a coil consisting of two superimposed superposed self-windings E1 and E2, of length considered as infinite, whose turns S are inclined respectively by an angle + and -a relative to to an axis z.
  • the angle is substantially different from 90 ° and 0 °, and often close to 45 °.
  • Each winding generates, when traversed by an electric current, a magnetic field Bi, B 2 having a longitudinal (solenoidal) component B z i, B Z 2 and a transverse (dipole) component B y , i, B y 2.
  • a coil consisting of such windings would have an extremely high inductance and could not, in practice, be used in radiofrequency applications, and in particular in a nuclear magnetic resonance probe, which must be resonant at a frequency which is generally of several MHz.
  • the present inventors have therefore considered the case of a coil having a structure similar to that of a DHD dipole but a finite length, a limited number of turn and therefore an inductance sufficiently low for its use at radio frequency can be considered (and a small enough space for it to be used in a nuclear magnetic resonance probe).
  • the law of Biot and Savart makes it possible to calculate the density of the magnetic flux B at the point
  • the magnetic flux generated by a winding consisting of
  • N> 1 turns is obtained in the same way, simply by varying the angle
  • the two windings ET, E2 ' are traversed by the same current, which can be obtained by connecting them in series with each other and by connecting them to the same current generator.
  • the ratio of length to diameter (considering the diameter of the coil, or equivalently that of the windings, and not that of each turn considered individually) is L / (2a-sinoc) "4.15, which is very far from the infinite length approximation on which the double helix dipole theory is based. More generally, the length / diameter ratio of a coil according to the invention is advantageously between 1 and 10, preferably between 2 and 5 and more preferably between 2 and 3.
  • the two windings can be powered by separate and independent current generators. As has been explained above, this makes it possible to adjust the orientation of the radio frequency magnetic field.
  • the y-direction magnetic flux component has a maximum value of 1.9 T / mA, while the other components are at least an order of magnitude smaller, which means that the magnetic field is essentially transverse.
  • An almost perfect homogeneity is obtained over the entire internal volume of the coil, at the level of the superposition of the two windings.
  • the inductance of the coil can also be calculated numerically: a value of about 1.06 ⁇ is found which is suitable for Larmor's "low" frequency magnetic resonance applications, ie at frequencies between 20 MHz and 200 MHz for 1 H spectra.
  • FIG. 5A shows a radio frequency coil BRF2 according to another embodiment of the invention, suitable for higher frequency applications.
  • the windings E1 ", E2" each comprise a single elliptical turn, made with a 0.25 mm diameter conductor wire.
  • the turn of winding E1 " has a large axis of 3.8 mm and a small axis of 2.5 mm
  • the turn of winding E2" arranged around your previous, has a major axis of 4.5 mm and a small axis of 3 mm.
  • the angle a is 33.5 °
  • the length L of the coil is about 5 mm and its largest transverse dimension is 3 mm, giving an aspect ratio (length over greater transverse dimension) of 1, 7.
  • the region of homogeneity is defined as the region within which the intensity of the field Magnetic flux varies by up to ⁇ 0.5% from its value at the center of the coil.
  • the component of the magnetic flux in the direction y takes a maximum value of 0.28 T / mA and the inductance of the coil is about 35 nH, which is suitable for high frequency operation (of the order of 500 MHz).
  • a saddle coil having an identical internal volume in which the diameter and the length of the wire are chosen so as to give an equally identical electrical resistance, makes it possible to obtain a homogeneity region having a similar volume, but a transverse component of the magnetic flux of only 0.017 mT / A, This means that, to provide the same intensity of the magnetic field, the saddle-shaped coil (inductance of the order of 20 nH) requires a current of approximately 16 times larger than a coil according to the invention.
  • FIG. 6A shows two views of an SRMN magnetic resonance probe according to one embodiment of the invention.
  • the coil is located inside a glass tube T, carried by an ST rod structure for its introduction into a spectrometer RN; the distal end of the tube (opposite to the stem structure) is open to allow the introduction of a sample.
  • the probe also comprises an impedance matching circuit comprising: a tuning capacitor C t having a capacitance adjustable between 1 ⁇ F and 10 ⁇ F, an inductive coupling L c (winding around the tube) and an adaptation capacitor of impedance C m having an adjustable capacitance between 3pF and 23pF connected in parallel with a capacitor of 47 pF.
  • This circuit the electrical diagram of which is illustrated in FIG. 6B, allows a good impedance matching in the range 29 MHz - 41 MHz.
  • FIG. 7 represents a probe probe inserted into a nuclear magnetic resonance spectroscopy (RN) apparatus comprising a magnet A for generating a so-called longitudinal magnetic field Bo, a transmission circuit Tx (generally comprising a signal generator, a transmitter , a radio frequency amplifier), a reception circuit Rx (generally comprising a preamplifier, a receiver and an analog digital converter) and an ORD computer.
  • the transmission circuit Tx uses the SRMN probe as the transmitting antenna, to generate the radiofrequency magnetic field exciting the nuclear spins of the protons of a sample placed inside the coil.
  • the reception circuit Rx uses said probe as receiving antenna to detect the nuclear magnetic resonance signal emitted by said nuclear spins.
  • the ORD computer controls these circuits and takes care of the processing of the acquired signals.
  • the z axis of the coil is parallel to the direction of the magnetic field B (indicated by ⁇ in the figure).
  • the z and ⁇ axes may form an arbitrary angle.
  • the use of a probe whose coil is not aligned in the direction ⁇ can be advantageous, in particular to allow a rotation of the sample at "magic angle" according to a technique known to those skilled in the art.
  • the angle formed by the z and ⁇ axes must be equal to ⁇ ⁇ - arctan ⁇ l).
  • the probe described above was used in a simple nuclear magnetic resonance experiment to assess its performance - in particular, the duration of a 90 ° pulse and the homogeneity of the field - and to compare them with those of a probe commercial comprising a saddle coil.
  • sample S a solution of diluted H2O and O12SO4 was used to minimize the relaxation time Ti, placed in a Shigemi TS tube with a sample length of approximately 13 mm; this arrangement is illustrated in FIG. 9. Nutation measurements were made for three levels of radio frequency excitation power: 5W, 2W and 0.5W.
  • FIGS. 8A, 8B and 8C show - for excitation powers of 5W, 2W and 0.5W respectively, the peak intensity of the signal FiD (more precisely: of the Fourier transform of the signal FID expressed as a function of the frequency v) detected at the Larmor frequency as a function of the duration of the excitation pulse tp; in these figures, the circles correspond to the values measured using the reference Bruker probe 200 and the squares to that obtained with the probe of the invention.
  • the first maximum of the signal makes it possible to identify the value of tp which corresponds to a pulse at 90 °: it may be noted that this value is lower for the probe of the invention, which confirms that the latter has an efficiency (intensity magnetic field compared to that of the feed current) higher than the commercial probe.
  • the ratio between the first and the second maximum of the signal provides a measure of the inhomogeneity of the radio frequency magnetic field: this ratio would be about 1 in the case of perfect homogeneity, and takes a value that is all the smaller as the homogeneity is important. This indirect and qualitative measure of homogeneity is used because it would be very difficult to map the magnetic field inside the coil, because of its small size. In any case, it can be verified that the probe of the invention makes it possible to obtain a more homogeneous field than the commercial probe.
  • a probe according to the invention is therefore particularly advantageous for "low frequency" nuclear magnetic resonance applications (20-200 MHz). Such a probe is particularly suitable for the study of liquid samples and the implementation of techniques such as the aforementioned Magic Angle Spinning technique.
  • the winding number may be greater than two, as in the case of the DHD coil described in the aforementioned article by A. Akhmeteli et al.
  • the two windings may have a different number of turns, provided that the electric currents flowing therethrough are adapted accordingly.
  • the length / diameter ratio of the coil of a probe according to the invention may be less than 1 or greater than 10, it is important that its inductance is sufficiently low to allow its use at radio frequency.
  • Coils according to the invention can be used in probes having a structure different from that described.
  • the probe comprises two coaxial coils BRFx (in black in the figure) and BRFy (in gray), each having two coils.
  • the inner coil, BRFx has turns inclined with respect to the x and z axes, so as to generate a radiofrequency field oriented in the x direction (or, more generally, in a direction lying in the x-z plane).
  • the outer coil, BRFy has a structure rotated 90 ° about the z axis, and thus turns inclined relative to the y and z axes so as to generate a radiofrequency field oriented in the y direction (or, more generally , according to a direction lying in the plane yz).
  • the plane formed by the axes of the turns of the coil BRFx and the axis z is orthogonal to the plane formed by the axes of the turns of the coil BRFy and this same axis z.
  • the two coils are identical, except that they have diameters slightly different for reasons of mechanical bulk (for example, in the case of FIG. 10, the coil BRFx has an outside diameter of 5.2 mm and the coil BRFy, arranged outside the preceding one, has an outside diameter of 5.6 mm).
  • they are advantageously powered by currents in quadrature, so as to generate radia-frequency magnetic fields which are also in quadrature (i.e. with a time shift of a quarter period) and which have orthogonal spatial orientations to each other and to relative to the axis of the coil, It improves the report signa!
  • On noise of a factor V2 it is also possible to envisage an embodiment in which the two coils generate transverse fields forming between them an angle less than 90 °, but this is generally less advantageous.

Abstract

Sonde pour résonance magnétique nucléaire comportant au moins une bobine à radiofréquence (BRF3) caractérisé en ce que ladite bobine à radiofréquence comprend un premier enroulement hélicoïdal (Ε1 "') présentant des spires (S) inclinées d'un angle a différent de zéro et de 90° par rapport à un axe (z) et un deuxième enroulement hélicoïdal (E2"')f coaxial audit premier enroulement, présentant des spires inclinées d'un angle -a par rapport audit axe. De préférence lesdits enroulements hélicoïdaux présentent un rapport longueur sur diamètre compris entre 1 et 10 et un nombre de spire compris entre 1 et 25. Appareil pour résonance magnétique nucléaire comprenant une telle sonde. Procédé de génération d'un champ magnétique à radiofréquence au moyen d'une telle bobine.

Description

SONDE RMN AVEC UNE BOBINE AYANT DEUX ENROULEMENTS HÉLICOÏDAUX
DONT LES SPIRES PRÉSENTENT DES ANGLES OPPOSÉS DIFFÉRENTS DE 0 ET 90 DEGRÉS PAR RAPPORT À LEUR AXE
5 L'invention porte sur une sonde pour résonance magnétique nucléaire et sur un appareil pour résonance magnétique nucléaire comprenant une telle sonde. L'invention porte également sur une bobine à radiofréquence, pouvant notamment être utilisée dans une telle sonde, ainsi que sur un procédé de génération d'un champ magnétique à radiofréquence. Une bobine 10 et un procédé de génération d'un champ magnétique à radiofréquence selon l'invention peuvent être utilisés en résonance magnétique nucléaire, mais également pour d'autres applications, par exemple pour le confinement des plasmas.
D'une manière générale on entend par « radiofréquence » 15 toute fréquence comprise entre 3 kHz et 300 GHz, plus particulièrement toute fréquence comprise entre 300 kHz et 3 GHz et plus particulièrement encore toute fréquence comprise entre 1 MHz et 1 GHz.
On entend par « appareil pour résonance magnétique nucléaire » un appareil de spectroscopie par résonance magnétique nucléaire 20 (RMN) et/ou d'imagerie pour résonance magnétique nucléaire (IRM).
On entend par « sonde pour résonance magnétique nucléaire » la partie d'un appareil pour résonance magnétique nucléaire destinée à générer un champ magnétique à radiofréquence pour exciter les spins nucléaires d'un échantillon et/ou pour détecter un champ magnétique à 25 radiofréquence émis par la désexcitation desdits spins nucléaires. Une telle sonde comprend généralement un circuit résonant de type LC incluant une bobine qui assure le couplage avec un champ magnétique à radiofréquence externe, ainsi qu'un circuit d'adaptation d'impédance.
On entend par « bobine » un élément constitué d'un ou 30 plusieurs enroulements d'un fil, câble ou ruban conducteur. On entend par « enroulement » un ensemble de spires, ou boucles, d'un même fil, câble ou ruban conducteur, sans courts-circuits. Les aimants supraconducteurs utilisés dans des expériences de RMN et !RM ont une géométrie cylindrique et produisent un champ magnétique, généralement stationnaire, orienté le long de l'axe du cylindre (champ magnétique « axial », « longitudinal », ou encore « principal »}. Ce champ magnétique polarise les spins nucléaires des atomes de l'échantillon à l'étude. Cela signifie qu'il y a une différence de population (communément appelé polarisation) entre les niveaux d'énergie Zeeman supérieur et inférieur. Des transitions entre ces nivaux sont excitées à l'aide d'un champ magnétique à radiofréquence (RF) perpendiculaire au champ magnétique axial ; en variante, un champ magnétique RF est utilisé pour exciter l'aimantation de l'échantillon.
Des antennes (bobines) conçues de manière appropriée génèrent un tel champ magnétique RF, dont l'orientation peut ne pas être perpendiculaire au champ magnétique axial, mais doit nécessairement comprendre une composante perpendiculaire. Plus la composante perpendiculaire du champ RF par unité de courant est élevée, plus grande est l'efficacité de l'excitation et, par réciprocité, plus grand est le rapport signal sur bruit (SNR) du signal de résonance magnétique - on parle de « sensibilité » de la bobine. L'uniformité spatiale (homogénéité) du champ RF à l'intérieur de la bobine est également très importante dans les expériences de RMN et peut être crucial dans des expériences d'IRM.
L'antenne la plus répandue, et qui fournit les meilleures performances en termes d'intensité et d'homogénéité du champ RF, est une simple bobine soîénoïdaie, à un seul enroulement. Cependant, une telle bobine génère un champ magnétique parallèle à son axe, et doit donc être agencée perpendiculairement au champ magnétique principal. Cela signifie que l'échantillon ne peut être inséré « par le haut » de l'aimant supraconducteur (c'est-à-dire suivant une direction axiale) et ne peut être mis en rotation autour de l'axe longitudinal. Or, une telle mise à rotation de l'échantillon est très utile pour améliorer la résolution de la spectroscopie RMN, notamment dans le cas d'un échantillon liquide. D'autres bobines RF communes comprennent les paires de Heimhoîtz ou des bobines en forme de selie (« saddle coils »), mais eiies offrent des performances moindres du champ RF. Le principaf avantage de la bobine en forme de seile est qu'elle est enroulée sur une surface cylindrique et peut produire un champ magnétique RF qui est orienté perpendiculairement à l'axe de ce cylindre. L'axe d'une telle bobine peut donc être aligné avec la direction du champ magnétique principal, ce qui permet l'introduction de l'échantillon suivant cette direction et sa mise en rotation autour d'elle. Même si sa sensibilité est moins bonne que celle d'une bobine solénoïdale, une bobine en forme de selle fournit une homogénéité spatiale assez bonne et une certaine commodité d'utilisation. Pour ces raisons, la bobine en forme de selie est la plus couramment utilisée dans les expériences de RMN à l'état liquide. En outre, elle présente une faible inductance et une résistance réduite par rapport à d'autres types de bobines, ce qui est avantageux pour les applications à haute fréquence.
Dans les systèmes d'IRM on utilise d'autres géométries de bobines pour générer un champ magnétique perpendiculaire à l'axe longitudinal du système (et donc au champ magnétique principal). On peut citer, à titre d'exemples non limitatifs, les bobines à cage d'oiseau et les bobines Alderman-Grant. Elles offrent de plus grands volumes d'homogénéité, au détriment de la sensibilité et au prix d'une inductance plus élevée.
L'invention vise à surmonter les inconvénients précités de l'art antérieur.
Plus précisément, l'invention vise à procurer une sonde pour résonance magnétique nucléaire présentant une grande sensibilité et une grande homogénéité du champ magnétique à radiofréquence, tout en permettant une introduction de l'échantillon selon une direction parallèle à l'axe longitudinal du système, ainsi qu'un appareil de résonance magnétique nucléaire (RMN ou IRM) pourvu d'une telle sonde.
L'invention vise également à procurer une bobine permettant la génération efficace d'un champ magnétique à radiofréquence très homogène et présentant une orientation perpendiculaire à l'axe de ladite bobine. Une telle bobine peut notamment être utilisée dans une sonde selon l'invention.
L'invention vise également à procurer un procédé efficace pour la génération d'un champ magnétique à radiofréquence très homogène, tout en permettant d'accéder à une région d'espace où est localisé ce champ par une direction perpendiculaire à ce dernier. Un tel procédé peut notamment être mis en œuvre au moyen d'une bobine ou d'une sonde selon l'invention.
Une idée à la base de l'invention consiste à utiliser une ou plusieurs bobines comprenant deux enroulements hélicoïdaux dont les spires présentent des inclinaisons opposées par rapport à un axe longitudinal commun. Des bobines présentant une telle structure sont connues de l'art antérieur sous le nom de « dipôles à double hélice » ou (DHD, de l'anglais « Double Hélix Dipole »), voir à ce propos ;
- A. Akhmeteli, A. Gavrïlin et W. Marshall, « Superconducting and résistive tilted coil magnets for génération of high and uniform transverse magnetic field », IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 15 , 1439 - 1443 (2005) ;
- C. Goodzeit, M. Bail et R. Meinke, « The Double-Helix Dipole. A Novel Approach to Accelerator Magnet Design », IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 13, 1365-1368, (2003);
- US 6,921 ,042 ;
S. Farinon et P. Fabbricatore, « Refined modeling of superconducting double helical coiis using finite élément analysis », Supercond. Sci. Technol. 25 (2012).
Ces bobines connues de l'art antérieur, cependant, ont un nombre de spires par enroulement très importants (48 dans l'article précité de S. Farinon et P. Fabbricatore), justifiant une approximation de longueur infinie. Elles présentent par conséquent une inductance élevée, qui interdit une utilisation à radiofréquence (elles sont, en effet, alimentées en courant continu pour la génération de champs magnétiques statiques) et un encombrement important les rendant très peu pratiques pour une utilisation en résonance magnétique nucléaire. Les présents inventeurs ont découvert de manière inattendue que des bobines présentant une structure à double hélice inclinée peuvent être dimensionnées de manière à permettre leur utilisation à radiofréquence et dans un environnement confiné.
Un objet de l'invention est donc une sonde comprenant au moins une bobine à radiofréquence caractérisé en ce que ladite bobine à radiofréquence comprend un premier enroulement hélicoïdal présentant des spires inclinées d'un angle a différent de zéro et de 90° par rapport à un axe et un deuxième enroulement hélicoïdal coaxiai audit premier enroulement, présentant des spires inclinées d'un angle -a par rapport audit axe.
Selon des modes de réalisation avantageux :
Une telle sonde peut comporter au moins deux dites bobines à radiofréquence agencées de façon coaxiaie et dont les enroulements sont orientés de teîle sorte que les plans formés par [es axes de leurs spires et l'axe commun aux deux bobines soient perpendiculaires entre eux.
Les spires de ladite ou de chaque dite bobine peuvent être inclinées d'un angle compris entre 10° et 50°.
Chaque dit enroulement hélicoïdal peut présenter un nombre de spires compris entre 1 et 25.
- Les enroulements hélicoïdaux d'une même bobine peuvent être connectés en série, de manière à être parcourus par un même courant.
Lesdits enroulements hélicoïdaux peuvent présenter un même nombre de spires.
Un autre objet de l'invention est un appareil pour résonance magnétique nucléaire comprenant :
un aimant pour générer, dans un volume dit intérieur, un champ magnétique stationnaire orienté selon une direction dite longitudinale ;
une sonde selon Tune des revendications précédentes, agencée dans ledit volume intérieur; et
un générateur à radiofréquence alimentant la bobine de ladite sonde. Selon un premier mode de réalisation d'un tel appareil pour résonance magnétique nucléaire, ladite sonde peut comprendre une ou plusieurs bobines dont l'axe est parallèle à ladite direction longitudinale dudit champ magnétique stationnaire.
Selon un second mode de réalisation d'un tel appareil pour résonance magnétique nucléaire, ladite sonde peut comprendre une ou plusieurs bobines dont l'axe est incliné d'un angle φΜ - arctan{ l) (« angle magique ») par rapport à ladite direction longitudinale dudit champ magnétique stationnaire.
Encore un autre objet de l'invention est une bobine comprenant un premier enroulement hélicoïdal présentant des spires inclinées d'un angle a différent de zéro et de 90° par rapport à un axe et un deuxième enroulement hélicoïdal, coaxial audit premier enroulement, présentant des spires inclinées d'un angle -a par rapport audit axe, caractérisé en ce que lesdits enroulements hélicoïdaux présentent un nombre de spire compris entre 1 et 25. Avantageusement, chaque dit enroulement hélicoïdal peut présenter un même nombre de spires.
Encore un autre objet de l'invention est un procédé de génération d'un champ magnétique à radiofréquence comportant l'alimentation, par une source de courant à radiofréquence, d'une bobine comprenant un premier enroulement hélicoïdal présentant des spires inclinées d'un angle a différent de zéro et de 90° par rapport à un axe et un deuxième enroulement hélicoïdal, coaxial audit premier enroulement, présentant des spires inclinées d'un angle -a par rapport audit axe.
Selon des modes de réalisation avantageux d'un tel procédé :
Ledit angle a peut être compris entre 10° et 50°.
Chaque dit enroulement hélicoïdal peut présenter un nombre de spires compris entre 1 et 25.
- Lesdits enroulements hélicoïdaux peuvent présenter un même nombre de spires et être connectés en série, de manière à être parcourus par un même courant. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et qui représentent, respectivement :
la figure 1 , un dipôle à double hélice ;
la figure 2, une distribution de courant produisant un champ magnétique d'homogénéité maximale ;
la figure 3 une spire inclinée ;
la figure 4A, une bobine à radiofréquence selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
les figures 4B et 4C, des tracés de contour illustrant le flux magnétique généré par la bobine de la figure 4A ;
la figure 5A, une bobine à radiofréquence selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
les figures 5B et 5C, des tracés de contour illustrant le flux magnétique généré par la bobine de la figure 5A ;
les figures 6A et 6B, respectivement, une sonde pour résonance magnétique nucléaire selon un troisième mode de réalisation de l'invention et son circuit d'adaptation ;
la figure 7, un appareil de RMN utilisant une telle sonde ; les figures 8A - 8C, les résultats d'une expérience de RMN démontrant un avantage technique procuré par l'invention par rapport à une sonde selon l'art antérieur ;
la figure 9, l'agencement d'un échantillon à l'intérieur d'une sonde selon ledit troisième mode de réalisation de l'invention ; et
ia figure 10, une bobine à radiofréquence selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.
Avant de procéder à ia description détaillée de l'invention, il convient de rappeler ia théorie des dipôles à double hélice.
Comme représenté schématiquement sur la figure 1 , un tel dipôle magnétique DHD est une bobine constituée de deux enroulements soiénoïdaux superposés E1 et E2, de longueur considérée comme infinie, dont les spires S sont inclinées respectivement d'un angle + et -a par rapport à un axe z. Contrairement à un solénoïde « ordinaire » dans lequel les spires sont perpendicuiaires à l'axe, dans un dipôle à double hélice l'angle est sensiblement différent de 90° et de 0°, et souvent proche de 45°.
Chaque enroulement génère, lorsqu'il est parcouru d'un courant électrique, un champ magnétique Bi, B2 comportant une composante longitudinale (solénoïdale) Bzi, BZ2 et une composante transversale (dipolaire) By,i, By,2. Si les enroulements sont identiques et sont parcourus d'un même courant électrique, BZ2= - Bzi et By2= Byi ; en d'autres termes les composantes longitudinales s'annulent tandis que les composantes transversales s'additionnent, ce qui conduit à un champ résultant purement transversal. En faisant varier le rapport entre les courants parcourant les deux enroulements, ii est possible de modifier la direction du champ magnétique résultant, entre une direction purement longitudinale et une direction purement transversale.
Il peut être démontré que, dans le cas d'une bobine DHD de longueur infinie, le champ magnétique transverse à l'intérieur de la bobine est parfaitement homogène (ne dépend pas de la distance de Taxe z) lorsque le courant électrique dépend de l'angle azimutal Θ (coordonnée polaire dans un plan perpendiculaire à la direction axiale z) selon une loi cosinusoïdale ; ι(θ)=Ιο cos(6), io étant le courant total circulant dans îa bobine. Comme démontré dans l'article précité de A. Akhmeteli et al., chacun des deux enroulements E1 , E2 de la bobine DHD de la figure 1 peut être décrit par une densité de courant dont la composante longitudinale Jz suit précisément une loi de ce type :
Jz " l° a h d tan * - 'z W + Vz
où a est le rayon de l'enroulement, h son pas et d le diamètre du fil. Cette situation est illustrée sur ta figure 2. Le terme Jz so' est responsable du champ magnétique soiénoïdal, c'est-à-dire orienté selon l'axe de îa bobine. Les champs magnétiques solénoïdaux longitudinaux des deux enroulements de la bobine s'annulent mutuellement, la valeur de Jz so/ n'a donc que peu d'importance. I! convient de rappeler encore une fois que ce résultat repose sur l'hypothèse d'un enroulement de longueur « infinie » par rapport à son rayon, constitué d'un nombre « infini » de spires. Une bobine constituée de tels enroulements aurait cependant une inductance extrêmement élevée et ne pourrait pas, en pratique, être utilisée dans des applications à radiofréquence, et en particulier dans une sonde pour résonance magnétique nucléaire, qui doit être résonante à une fréquence qui est généralement de plusieurs MHz.
Les présents inventeurs ont donc considéré le cas d'une bobine présentant une structure analogue à celle d'un dipôle DHD mais une longueur finie, un nombre de spire limité et donc une inductance suffisamment faible pour que son utilisation à radiofréquence puisse être envisagée (et un encombrement assez réduit pour qu'elle puisse être utilisée dans une sonde de résonance magnétique nucléaire). Pour étudier une telle bobine, il faut commencer pour considérer le cas d'une spire S isolée, représentée sur la figure 3. Comme expliqué plus haut a=2,5 mm représente le rayon du cylindre sur laquelle la spire est enroulé, et donc le demi-axe mineur de la spire qui a une forme elliptique en raison de son inciinaison par rapport à l'axe dudit cylindre, et h=1 mm son pas, c'est-à-dire la distance entre ses extrémités suivant ia direction z. La spire est inclinée d'un angle =35,3° par rapport à ladite direction z. La loi de Biot et Savart permet de calculer la densité du flux magnétique B au point
où I est le courant électrique, dl est l'élément de longueur de
→
la spire et r le vecteur reliant un point de ia spire au point M. Pour effecteur le calcul il convient d'utiliser l'expression paramétrique de la spire (et donc du chemin d'intégration) par rapport à l'angle Θ :
χ(θ) = a cos #
y{6) = a sin O h a s\u 9 h
ζ(θ) - ~~θ + -—- Θ + acot(a) sin(0)
2π tan a 2π
Le flux magnétique généré par un enroulement constitué de
N>1 spires est obtenu de ia même façon, simplement en faisant varier l'angle
Θ entre 0 et 2Νπ. Considérant les effets d'un deuxième enroulement coaxiai au premier, disposé autour de lui et présentant des spires d'inclinaison opposée (-a) on obtient : où les indices « 1 » et « 2 » désignent le premier et le deuxième enroulement, respectivement.
L'équation ci-dessus permet de calculer numériquement le champ magnétique en tout point à l'intérieur (ou même à l'extérieur, mais cela présente moins d'intérêt) de la bobine.
La figure 4A montre une bobine à radiofréquence BRF1 selon un premier mode de réalisation de l'invention. Elle présente une longueur L=12 mm et comprend deux enroulements de 12 spires enroulées sur un cylindre de rayon a=2,5 mm avec une inclinaison de +35,3° (ce qui leur donne une forme elliptique, même si ledit cylindre a une section circulaire) et un pas h=1 mm. Les deux enroulements ET, E2' sont parcourus par un même courant, ce qui peut être obtenu en les reliant en série entre eux et en les connectant à un même générateur de courant. Le rapport longueur sur diamètre (on considère le diamètre de la bobine, ou de manière équivalente celui des enroulements, et pas celui de chaque spire considérée individuellement) vaut L/(2a-sinoc)«4,15, ce qui est très loin de l'approximation de longueur infinie sur laquelle se base la théorie de dipôles à double hélice. Plus généralement, le rapport longueur/diamètre d'une bobine selon l'invention est avantageusement compris entre 1 et 10, de préférence entre 2 et 5 et de manière encore préférée entre 2 et 3.
En variante, les deux enroulements peuvent être alimentés par des générateurs de courant distincts et indépendant. Comme cela a été expliqué plus haut, cela permet de régler l'orientation du champ magnétique à radiofréquence.
Les figures 4B et 4C montrent des tracés de contour du flux magnétique généré par cette bobine, normalisé à sa valeur centrale (au point x=0, y=0, z=0), respectivement dans le pian YZ et dans te pian XY.
La composante du flux magnétique selon la direction y prend une valeur maximale de 1 ,9 T/mA, tandis que les autres composantes sont inférieures d'au moins un ordre de grandeur, ce qui signifie que le champ magnétique est essentiellement transversai. Une homogénéité pratiquement parfaite est obtenue sur tout le volume intérieur de la bobine, au niveau de la superposition des deux enroulements. L'inductance de la bobine peut également être calculée numériquement : on trouve une valeur d'environ 1 ,06 μΗ, qui convient à des applications de résonance magnétique à « basse » fréquence de Larmor, c'est-à-dire à des fréquences comprises entre 20 MHz et 200 MHz pour des spectres 1H.
La figure 5A montre une bobine à radiofréquence BRF2 selon un autre mode de réalisation de l'invention, convenant à des applications à plus haute fréquence. Dans cette bobine les enroulements E1 ", E2" comprennent chacun une seule spire elliptique, réalisée avec un fil conducteur de 0,25 mm de diamètre. La spire de l'enroulement E1" présente un grand axe de 3,8 mm et un petit axe de 2,5 mm ; la spire de l'enroulement E2", agencée autour de ta précédente, présente un grand axe de 4,5 mm et un petit axe de 3 mm. L'angle a étant de 33, 5°, la longueur L de la bobine vaut environ 5 mm et sa plus grande dimension transversale vaut 3 mm, ce qui donne un rapport d'aspect (longueur sur plus grande dimension transversale) de 1 ,7.
Les figures 5B et 5C montrent des tracés de contour de du flux magnétique généré par cette bobine, normalisé à sa valeur centrale (au point x=0, y=0, z=0), respectivement dans le pian YZ et dans le plan XY. On peut identifier une région d'homogénéité du champ présentant une forme cylindrique d'axe z et un vofume d'environ 43mm3. La région d'homogénéité est définie comme la région à l'intérieur de laquelle l'intensité du champ magnétique varie de ±0,5% au maximum par rapport à sa valeur au centre de la bobine. La composante du flux magnétique selon la direction y prend une valeur maximale de 0,28 T/mA et l'inductance de la bobine est d'environ 35 nH, ce qui convient à un fonctionnement à haute fréquence (de l'ordre de 500 MHz).
A titre de comparaison, une bobine à selle ayant un volume intérieur identique, dans laquelle le diamètre et la longueur du fil sont choisis de manière à donner une résistance électrique également identique, permet d'obtenir une région d'homogénéité ayant un volume semblable, mais une composante transversale du flux magnétique de seulement 0,017 mT/A, Cela signifie que, pour fournir une même intensité du champ magnétique, la bobine en forme de selle (inductance de l'ordre de 20 nH) nécessite d'un courant d'alimentation environ 16 fois plus grand qu'une bobine selon l'invention.
La figure 6A montre deux vues d'une sonde SRMN pour résonance magnétique selon un mode de réalisation de l'invention. La sonde comprend une bobine BRF3 constituée par deux enroulements E1 '", E2'" de 13 spires chacun de fil conducteur de 0,4 mm de diamètre, le diamètre de la bobine étant de 7 mm, l'angle d'inclinaison des spires de ±35,3°, l'inductance 1 ,3 μΗ, la résistance en courant continu Rdc=0,0719Q, une longueur de la région de superposition des deux enroulements de 17 mm ; la longueur totale du fil conducteur est de 528 mm. La bobine est située à l'intérieur d'un tube de verre T, porté par une structure de tiges ST permettant son introduction dans un spectromètre R N ; l'extrémité distale du tube (opposé à la structure de tiges) est ouverte pour permettre l'introduction d'un échantillon. La sonde comprend également un circuit d'adaptation d'impédance comprenant : un condensateur d'accord Ct présentant une capacité réglable entre 1 pF et 10pF, un couplage inductif Lc (enroulement autour du tube) et un condensateur d'adaptation d'impédance Cm présentant une capacité réglable entre 3pF et 23pF connecté en parallèle avec un condensateur de 47 pF. Ce circuit, dont le schéma électrique est illustré sur la figure 6B, permet une bonne adaptation d'impédance dans la plage 29 MHz - 41 MHz. La pièce de 20 centimes d'euros représentée à côté de la sonde permet d'en apprécier les dimensions. La figure 7 représente une teife sonde insérée dans un appareil de spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (R N) comprenant un aimant A de génération d'un champ magnétique dit longitudinal Bo, un circuit de transmission Tx (comprenant généralement un générateur de signaux, un émetteur, un amplificateur à radiofréquence), un circuit de réception Rx (comprenant généralement un préamplificateur, un récepteur et un convertisseur analogique numérique) et un ordinateur ORD. Le circuit de transmission Tx utilise la sonde SRMN comme antenne émettrice, pour générer le champ magnétique à radiofréquence excitant les spins nucléaires des protons d'un échantillon placé à l'intérieur de la bobine. Le circuit de réception Rx utilise ladite sonde comme antenne réceptrice pour détecter le signal de résonance magnétique nucléaire émis par lesdits spins nucléaires. L'ordinateur ORD pilote ces circuits et se charge du traitement des signaux acquis.
Dans l'exemple de la figure 7, l'axe z de la bobine est parallèle à la direction du champ magnétique B (indiquée par ζ sur la figure). D'une manière générale, toutefois, les axes z et ζ peuvent former un angle arbitraire. L'utilisation d'une sonde dont la bobine n'est pas alignée selon la direction ζ peut être avantageuse, notamment pour permettre une rotation de l'échantillon à « angle magique » selon une technique connue de l'homme du métier. Dans ce cas particulier, l'angle formé par les axes z et ζ doit valoir φΜ— arctan{ l).
La sonde décrite plus haut a été utilisée dans une simple expérience de résonance magnétique nucléaire pour en apprécier les performances - en particulier, la durée d'une impulsion à 90° et l'homogénéité du champ - et les comparer à celles d'une sonde commerciale comprenant une bobine en forme de selle. L'expérience a été effectuée dans un champ magnétique longitudinal constant de 0,887 T, correspondant à une fréquence de Larmor v=37,3 MHz pour 1H. Comme échantillon S, il a été utilisé une solution de H2O et O12SO4 dilué pour minimiser le temps de relaxation Ti, placé dans un tube Shigemi TS avec une longueur d'échantillon d'environ 13 mm ; cet agencement est illustré sur la figure 9. Des mesures de nutation ont été effectuées pour trois niveaux de puissance d'excitation à radiofréquence : 5W, 2W et 0,5W. A titre de comparaison, les mesures ont été répétées pour une sonde Bruker 200 du commerce, comprenant une bobine en forme de selle ayant une longueur de 13 mm (à comparer aux 17 mm de îa bobine selon l'invention). Les figures 8A, 8B et 8C montrent - pour des puissances d'excitation de 5W, 2W et 0,5W respectivement, l'intensité de pic du signal FiD (plus précisément : de la transformée de Fourier du signal FID exprimé en fonction de la fréquence v) détecté à la fréquence de Larmor en fonction de la durée de l'impulsion d'excitation tp ; sur ces figures, les cercles correspondent aux valeurs mesurées utilisant la sonde Bruker 200 de référence et les carrés à celle obtenue avec la sonde de l'invention. Le premier maximum du signal permet d'identifier la valeur de tp qui correspond à une impulsion à 90° : on peut noter que cette valeur est plus faible pour la sonde de l'invention, ce qui confirme que cette dernière présente une efficacité (intensité du champ magnétique rapportée à celle du courant d'alimentation) plus élevée que la sonde du commerce. Le rapport entre le premier et le deuxième maximum du signal fournit une mesure de l'inhomogénéité du champ magnétique à radiofréquence : ce rapport vaudrait environ 1 en cas d'homogénéité parfaite, et prend une valeur d'autant plus petite que l'homogénéité est importante. On utilise cette mesure indirecte et qualitative de l'homogénéité car il serait très difficile de réaliser une cartographie du champ magnétique à l'intérieur de la bobine, en raison de ses faibles dimensions. On peut vérifier en tout cas que la sonde de l'invention permet d'obtenir un champ plus homogène que la sonde du commerce.
Une sonde selon l'invention s'avère donc particulièrement avantageuse pour les applications de résonance magnétique nucléaire à « basse fréquence » (20 - 200 MHz). Une telle sonde convient tout particulièrement à l'étude d'échantillons liquides et à la mise en œuvre de techniques telles que îa technique précitée de rotation à l'angle magique (« Magic Angle Spinning »).
L'invention admet plusieurs variantes. Par exemple, le nombre d'enroulement peut être supérieur à deux, comme dans le cas de la bobine DHD décrite dans l'article précité de A. Akhmeteli et ai. De même, les deux enroulements peuvent comporter un nombre de spires différent, à condition que les courants électriques les parcourant soient adaptés en conséquence.
Le rapport longueur/diamètre de !a bobine d'une sonde selon l'invention peut être inférieur à 1 ou supérieur à 10, seul importe que son inductance soit suffisamment faible pour permettre son utilisation à radiofréquence.
Jusqu'ici on a considéré uniquement des bobines à section circulaire ou elliptique, mais cela n'est pas essentiel ; on peut envisager par exemple des bobines à section polygonale.
Des bobines selon l'invention peuvent être utilisées dans des sondes présentant une structure différente de celle décrite. En particulier, dans un mode de réalisation alternatif illustré sur ia figure 10, la sonde comporte deux bobines coaxiales BRFx (en noir sur la figure) et BRFy (en gris), ayant chacune deux enroulements. La bobine interne, BRFx, présente des spires inclinées par rapport aux axes x et z, de façon a générer un champ à radiofréquence orienté selon la direction x (ou, plus généralement, selon une direction gisant dans le plan x-z). La bobine externe, BRFy, présente une structure tournée de 90° autour de l'axe z, et donc des spires inclinées par rapport aux axes y et z de façon à générer un champ à radiofréquence orienté selon ia direction y (ou, plus généralement, selon une direction gisant dans le plan y-z). En d'autres termes, le plan formé par les axes des spires de la bobine BRFx et l'axe z est orthogonal au plan formé par les axes des spires de la bobine BRFy et ce même axe z.
Avantageusement les deux bobines sont identiques, sauf en ce qu'elles présentent des diamètres légèrement différents pour des raisons d'encombrement mécanique (par exemple, dans la cas de la figure 10, ia bobine BRFx présente un diamètre extérieur de 5,2 mm et la bobine BRFy, agencée à l'extérieur de la précédente, présente un diamètre extérieur de 5,6 mm). En outre, elles sont avantageusement alimentées par des courants électriques en quadrature, de manière à générer de champs magnétiques à radie-fréquence qui sont également en quadrature (c'est-à-dire avec un décalage temporel d'un quart de période) et qui présentent des orientations spatiales orthogonales entre elles et par rapport à l'axe de la bobine, Cela permet d'améliorer ie rapport signa! sur bruit d'un facteur V2, On peut également envisager un mode de réalisation dans lequel les deux bobines génèrent des champs transversaux formant entre eux un angle inférieur à 90°, mais cela est généralement moins avantageux.

Claims

REVENDICATIONS
1. Sonde pour résonance magnétique nucléaire comportant au moins une bobine à radiofréquence (BRF3) caractérisé en ce que ladite bobine à radiofréquence comprend un premier enroulement hélicoïdal (El"') présentant des spires (S) inclinées d'un angle a différent de zéro et de 90° par rapport à un axe (z) et un deuxième enroulement hélicoïdal (Ε2"'), coaxial audit premier enroulement, présentant des spires inclinées d'un angle -a par rapport audit axe,
2. Sonde selon l'une des revendications précédentes, comportant au moins deux dites bobines à radiofréquence (BRFx, BRFy) agencées de façon coaxiale et dont les enroulements sont orientés de telle sorte que les plans formés par les axes de leurs spires et l'axe commun aux deux bobines soient perpendiculaires entre eux.
3. Sonde selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les spires de ladite ou de chaque dite bobine sont inclinées d'un angle compris entre 10° et 50°.
4. Sonde selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle chaque dit enroulement hélicoïdal présente un nombre de spires compris entre 1 et 25.
5. Sonde selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle tes enroulements hélicoïdaux d'une même bobine sont connectés en série, de manière à être parcourus par un même courant.
6. Sonde selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle îesdits enroulements hélicoïdaux présentent un même nombre de spires.
7. Appareil pour résonance magnétique nucléaire comprenant :
un aimant (A) pour générer, dans un volume dit intérieur, un champ magnétique stationnaire (Bo) orienté selon une direction (ζ) dite longitudinale ;
une sonde (SRMN) selon l'une des revendications précédentes, agencée dans ledit volume intérieur; et
un générateur à radiofréquence alimentant la bobine de ladite sonde.
8. Appareil pour résonance magnétique nucléaire selon la revendication 7, dans lequel ladite sonde (SRMN) comprend une ou plusieurs bobines dont l'axe est parallèle à ladite direction longitudinale dudit champ magnétique stationnaire.
9. Appareil pour résonance magnétique nucléaire selon la revendication 7, dans lequel ladite sonde (SRMN) comprend une ou plusieurs bobines dont l'axe est incliné d'un angle φΜ = par rapport à ladite direction longitudinale dudit champ magnétique stationnaire.
10. Bobine (BRF1 , BRF2) comprenant un premier enroulement hélicoïdal (Ε1', E1") présentant des spires inclinées d'un angle a différent de zéro et de 90° par rapport à un axe (z) et un deuxième enroulement hélicoïdal (Ε2', E2"), coaxîal audit premier enroulement, présentant des spires inclinées d'un angle -a par rapport audit axe, caractérisé en ce que iesdits enroulements hélicoïdaux présentent un nombre de spire compris entre 1 et 25.
11. Bobine selon la revendication 10 dans laquelle chaque dit enroulement hélicoïdal présente un même nombre de spires.
12. Procédé de génération d'un champ magnétique à radiofréquence comportant l'alimentation, par une source de courant à radiofréquence, d'une bobine (BRF1 , BRF2) comprenant un premier enroulement hélicoïdal (Ε1 ', E1") présentant des spires inclinées d'un angle différent de zéro et de 90° par rapport à un axe (z) et un deuxième enroulement hélicoïdal {E2\ E2"), coaxial audit premier enroulement, présentant des spires inclinées d'un angle -a par rapport audit axe.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel ledit angle a est compris entre 10° et 50°.
14. Procédé selon l'une des revendications 12 ou 13, dans lequel chaque dit enroulement hélicoïdal présente un nombre de spires compris entre 1 et 25. 5. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, dans lequel lesdits enroulements hélicoïdaux présentent un même nombre de spires et sont connectés en série, de manière à être parcourus par un même courant.
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