FR2681432A1 - Device for electromagnetic measurement and its use to evaluate the performance of a magnetic resonance probe - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif de mesure électromagnétique et son utilisation pour évaluer l'efficacité d'une sonde de résonance magnétique. Electromagnetic measuring device and its use for evaluating the efficiency of a magnetic resonance probe.
La présente invention concerne un dispositif de mesure électromagnétique pouvant notamment être utilisé pour évaluer l'efficacité d'une sonde de résonance magnétique, et en particulier pour caractériser une antenne destinée à la technique de l'imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM). The present invention relates to an electromagnetic measurement device which can in particular be used to evaluate the efficiency of a magnetic resonance probe, and in particular to characterize an antenna intended for the technique of nuclear magnetic resonance imaging (MRI).
La demande de brevet FR 89 08712 montre le principe de l'imagerie par résonance magnétique nucléaire tandis qu'une antenne
IRM est décrite dans la demande de brevet FR 88 04163. La fonction remplie par une antenne dans la technique d'imagerie par résonance magnétique nucléaire est bien connue des spécialistes du domaine et ne sera pas décrite dans l'exposé de la présente invention.Patent application FR 89 08712 shows the principle of nuclear magnetic resonance imaging while an antenna
MRI is described in patent application FR 88 04163. The function performed by an antenna in the nuclear magnetic resonance imaging technique is well known to specialists in the field and will not be described in the description of the present invention.
Pour une antenne IRM, l'optimisation de son efficacité est déterminante, d'une part pour minimiser la puissance radiofréquence nécessaire à l'excitation, et d'autre part pour obtenir le rapport signalsur-bruit (S/B) maximal à la réception. L'efficacité de l'antenne peut être caractérisée par quatre paramètres suivants
- La fréquence d'accord (v), au voisinage de laquelle l'antenne est généralement utilisée. La fréquence angulaire o) ou pulsation d'accord est:
(o=27tv (1)
- L'inductance équivalente (L), qui représente l'énergie magnétique stockée par unité de courant électrique circulant dans l'antenne. Lorsque l'antenne est accordée au moyen d'une capacité C, son inductance équivalente est définie par la relation:
LC(o2 1 (2)
- Le facteur de qualité (Q), qui exprime la capacité de l'antenne à stocker de l'énergie magnétique à la fréquence angulaire o et est défini par la relation:
Q=Lo/R (3) où R est la résistance équivalente de pertes électriques de l'antenne.For an MRI antenna, the optimization of its efficiency is decisive, on the one hand to minimize the radiofrequency power necessary for excitation, and on the other hand to obtain the maximum signal-to-noise (S / N) ratio at reception . The efficiency of the antenna can be characterized by the following four parameters
- The tuning frequency (v), in the vicinity of which the antenna is generally used. The angular frequency o) or tuning pulse is:
(o = 27tv (1)
- The equivalent inductance (L), which represents the magnetic energy stored per unit of electric current flowing in the antenna. When the antenna is tuned by means of a capacitance C, its equivalent inductance is defined by the relation:
LC (o2 1 (2)
- The quality factor (Q), which expresses the capacity of the antenna to store magnetic energy at the angular frequency o and is defined by the relation:
Q = Lo / R (3) where R is the equivalent resistance of electrical losses of the antenna.
- La sensibilité de réception qui est proportionnelle à l'efficacité d'émission selon le principe de réciprocité connu des spécialistes du domaine. - The reception sensitivity which is proportional to the transmission efficiency according to the principle of reciprocity known to specialists in the field.
L'efficacité d'émission de l'antenne est définie comme le champ magnétique produit par unité de puissance (B1/P) en faisant circuler un courant électrique radiofréquence dans l'antenne et en faisant le rapport entre l'amplitude B1 du champ magnétique induit et la racine carrée de la puissance électrique P dissipée pour produire ce champ. The antenna emission efficiency is defined as the magnetic field produced per unit of power (B1 / P) by circulating a radiofrequency electric current in the antenna and by making the ratio between the amplitude B1 of the magnetic field induced and the square root of the electrical power P dissipated to produce this field.
Dans un article (document I) paru dans JOURNAL OF MAGNETIC
RESONANCE Vol 24, pp 71-85 (1976), il a été démontré que le signal-sur-bruit (S/B) fourni par l'antenne est proportionnel à la sensibilité de l'antenne.In an article (document I) published in JOURNAL OF MAGNETIC
RESONANCE Vol 24, pp 71-85 (1976), it has been shown that the signal-to-noise (S / N) provided by the antenna is proportional to the sensitivity of the antenna.
En général, dans les applications biologiques, le facteur de qualité et la sensibilité de l'antenne sont modifiés par la présence de l'échantillon (ou du patient en IRM). Dans ce cas, on parle de facteur de qualité et de sensibilité "à vide" de l'antenne en l'absence d'échantillons, et de facteur de qualité et de sensibilité "en charge" en la présence d'échantillons. L'introduction d'échantillons conducteurs dans l'antenne amène des pertes supplémentaires qu'on peut évaluer en faisant le rapport entre les valeurs à vide et les valeurs en charge de ces paramètres. In general, in biological applications, the quality factor and the sensitivity of the antenna are modified by the presence of the sample (or of the patient on MRI). In this case, we speak of quality factor and sensitivity "empty" of the antenna in the absence of samples, and of quality factor and sensitivity "in charge" in the presence of samples. The introduction of conductive samples into the antenna leads to additional losses which can be evaluated by making the relationship between the no-load values and the loaded values of these parameters.
Dans l'état actuel de la technique, la méthode de mesure considérée comme la plus fiable pour caractériser une antenne IRM est décrite dans un document II intituté "BIOMEDICAL MAGNETIC
RESONANCE TECHNOLOGY" (Medical Science Series, C-N Chen &
DI Hoult, IOP Publishing Ltd 1989).In the current state of the art, the measurement method considered to be the most reliable for characterizing an MRI antenna is described in a document II entitled "BIOMEDICAL MAGNETIC
RESONANCE TECHNOLOGY "(Medical Science Series, CN Chen &
DI Hoult, IOP Publishing Ltd 1989).
Comme illustrée sur les figures 6 et 7, la méthode consiste à positionner une antenne 20 à une distance d'au moins cinq fois sa dimension par rapport à tout élément conducteur important environnant. Ensuite deux bobines 21,22 de flux identiques, de réactance de l'ordre de 5 Q, sont placées de part et d'autre de l'antenne. L'une des bobines 21 est reliée à un générateur de fréquence variable sous 50 Q d'impédance de source, non représenté. L'autre 22 est reliée à un oscilloscope dont l'impédance d'entrée égale 50 Q également non représenté. Les deux bobines sont alors écartées symétriquement de l'antenne. As illustrated in FIGS. 6 and 7, the method consists in positioning an antenna 20 at a distance of at least five times its dimension with respect to any surrounding important conducting element. Then two coils 21, 22 of identical flux, of reactance of the order of 5 Q, are placed on either side of the antenna. One of the coils 21 is connected to a generator of variable frequency under 50 Q of source impedance, not shown. The other 22 is connected to an oscilloscope whose input impedance equals 50 Q, also not shown. The two coils are then spaced symmetrically from the antenna.
La fréquence d'accord vO correspond alors au maximum de la réponse obtenue sur l'oscilloscope. On peut en déduire la valeur de l'inductance équivalente L à cette fréquence à partir de la valeur de la capacité d'accord C selon les équations (1) et (2) précédentes. The tuning frequency v0 then corresponds to the maximum of the response obtained on the oscilloscope. We can deduce the value of the equivalent inductance L at this frequency from the value of the tuning capacity C according to equations (1) and (2) above.
Le facteur de qualité de l'antenne est donné par la relation:
Q=v0/AV, (4) où Av est la bande passante égale à l'écart entre les deux fréquences pour lesquelles la réponse sur l'oscilloscope est atténuée d'un facteur 0,707 (-3 dB) par rapport à son maximum.The quality factor of the antenna is given by the relation:
Q = v0 / AV, (4) where Av is the bandwidth equal to the difference between the two frequencies for which the response on the oscilloscope is attenuated by a factor of 0.707 (-3 dB) from its maximum.
Pour obtenir une précision de l'ordre de 1 % sur la mesure de Q, il est nécessaire d'obtenir un couplage maximale de -40 dB, c'est à dire une atténuation du signal du générateur par un facteur supérieur à cent au niveau de l'entrée de l'oscilloscope. D'autre part, il faut que le couplage direct entre les deux bobines de flux 21,22 (en l'absence de l'antenne 20) soit au moins dix fois inférieur (-20 dB) au couplage maximum obtenu en présence de l'antenne. n faut donc a priori que la distance entre les bobines de mesure soit grande par rapport à leur diamètre. To obtain an accuracy of the order of 1% on the measurement of Q, it is necessary to obtain a maximum coupling of -40 dB, that is to say an attenuation of the signal of the generator by a factor greater than one hundred at the level of the oscilloscope input. On the other hand, the direct coupling between the two flux coils 21,22 (in the absence of the antenna 20) must be at least ten times lower (-20 dB) than the maximum coupling obtained in the presence of l 'antenna. It is therefore a priori necessary that the distance between the measuring coils is large relative to their diameter.
On peut remarquer que la méthode de mesure précédemment décrite permet de déterminer non seulement la fréquence d'accord et l'inductance équivalente de l'antenne, mais également le facteur de qualité de l'antenne de façon simple selon l'équation (4) au lieu de passer par l'équation théorique (3) qui nécessite la détermination difficile sur le plan pratique, de la résistance équivalente R de pertes électriques de l'antenne. It can be noted that the previously described measurement method makes it possible to determine not only the tuning frequency and the equivalent inductance of the antenna, but also the quality factor of the antenna in a simple manner according to equation (4). instead of going through the theoretical equation (3) which requires the difficult determination on the practical level, of the equivalent resistance R of electrical losses of the antenna.
Cependant, la particularité de deux bobines 21,22 symétriquement mobiles par rapport à l'antenne 20 rend la méthode délicate et lente pour sa mise en oeuvre, car il faut non seulement de l'espace pour permettre le déplacement des bobines de mesure mais également des moyens pour positionner l'antenne (par suspension selon le document II) et de maintenir les deux bobines symétriques dans leur déplacement par rapport à l'antenne. En outre, la méthode précédemment décrite n'est pas applicable pour déterminer la sensibilité d'antenne. However, the particularity of two coils 21, 22 symmetrically movable relative to the antenna 20 makes the method delicate and slow for its implementation, since not only space is required to allow the displacement of the measurement coils but also means for positioning the antenna (by suspension according to document II) and for maintaining the two symmetrical coils in their displacement relative to the antenna. In addition, the method previously described is not applicable for determining the antenna sensitivity.
Actuellement la sensibilité peut être évaluée en envoyant une puissance connue P dans l'antenne grâce à une source radiofréquence et en mesurant l'amplitude du champ B1 produit à la fréquence v. Currently the sensitivity can be evaluated by sending a known power P into the antenna using a radio frequency source and by measuring the amplitude of the field B1 produced at the frequency v.
Pour connaître la puissance P, il faut étalonner le niveau de la source et le degré de couplage inductif entre la source et l'antenne. To know the power P, it is necessary to calibrate the level of the source and the degree of inductive coupling between the source and the antenna.
Selon le document I, la mesure de l'amplitude B1 peut être effectuée par la technique de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN), c'est à dire en calibrant l'angle de basculement o: que l'aimantation nucléaire d'un échantillon effectue en présence du champ radiofréquence: a=7Bl T où T est la durée d'application du champ radiofréquence. n est commode de rechercher la durée X qui correspond à un basculement de 1800, car elle se traduit par une annulation du signal RMN issu de l'échantillon. According to document I, the measurement of the amplitude B1 can be carried out by the technique of Nuclear Magnetic Resonance (NMR), that is to say by calibrating the tilt angle o: which the nuclear magnetization of a sample performs in the presence of the radiofrequency field: a = 7Bl T where T is the duration of application of the radiofrequency field. It is convenient to search for the duration X which corresponds to a tilting of 1800, because it results in a cancellation of the NMR signal coming from the sample.
La détermination de la sensibilité est ainsi très complexe et longue et n'est pas appropriée sur le plan industriel pour évaluer la sensibilité d'un grand nombre d'antennes. The determination of the sensitivity is thus very complex and time-consuming and is not suitable on the industrial level to assess the sensitivity of a large number of antennas.
L'objet de la présente invention est de proposer un dispositif de mesure pouvant déterminer l'ensemble des quatre paramètres caractéristiques d'une sonde de Résonance Magnétique ou d'une antenne IRM. The object of the present invention is to provide a measuring device capable of determining all of the four parameters characteristic of a magnetic resonance probe or an MRI antenna.
L'invention a également pour objet un dispositif de mesure fiable, de structure simple et compacte, facile à utiliser et peu coûteux. The invention also relates to a reliable measurement device, of simple and compact structure, easy to use and inexpensive.
Un autre objet de l'invention est de déterminer la répartition spatiale de la sensibilité de l'antenne de façon simple et rapide. Another object of the invention is to determine the spatial distribution of the sensitivity of the antenna in a simple and rapid manner.
Le dispositif de mesure électromagnétique selon l'invention comprend un émetteur et un récepteur reliés respectivement à un générateur de fréquence variable et à un oscilloscope. L'émetteur et le récepteur sont constituées chacun d'une petite bobine sous forme d'une boucle conductrice. Les deux boucles formant l'émetteur et le récepteur sont en couplage inductif l'une avec l'autre et se recouvrent au moins partiellement, de façon à minimiser l'interaction magnétique directe entre les deux boucles. The electromagnetic measurement device according to the invention comprises a transmitter and a receiver connected respectively to a variable frequency generator and to an oscilloscope. The transmitter and receiver each consist of a small coil in the form of a conductive loop. The two loops forming the transmitter and the receiver are in inductive coupling with each other and overlap at least partially, so as to minimize the direct magnetic interaction between the two loops.
Dans un article (document m) paru dans MAGNETIC
RESONANCE IN MEDECINE vol 16, pp 192-225 (1990) signé de
Roemer et al., il a été proposé une méthode de réception simultanée de signaux de résonance magnétique nucléaire au moyen d'une multitude d'antennes de réception disposées de façon très rapprochée et se chevauchant mutuellement. Selon l'article, le chevauchement entre les antennes permet d'éliminer l'inductance mutuelle des antennes et de supprimer le problème de résonance parasitaire.In an article (document m) published in MAGNETIC
RESONANCE IN MEDECINE vol 16, pp 192-225 (1990) signed by
Roemer et al., A method has been proposed for the simultaneous reception of nuclear magnetic resonance signals by means of a multitude of reception antennas arranged very closely together and overlapping each other. According to the article, the overlap between the antennas eliminates the mutual inductance of the antennas and eliminates the problem of parasitic resonance.
Pour trouver le fondement scientifique de la présente invention, l'inventeur s'est posé la question de savoir si le principe posé dans le document III relatif à plusieurs antennes de réception toutes passives pouvait être appliqué pour minimiser le couplage magnétique direct entre une bobine émettrice de champ magnétique qui est active, et une bobine réceptrice passive en les plaçant de façon très rapprochée l'une de l'autre. En effet, pour caractériser une antenne IRM, le dispositif de mesure ne doit pas perturber de façon significative les mesures à effectuer. Il faut donc minimiser l'interaction entre l'émetteur et le récepteur du dispositif de façon à la rendre négligeable devant l'interaction entre l'antenne et chacune des bobines émettrice et réceptrice. To find the scientific basis for the present invention, the inventor asked himself the question of whether the principle laid down in document III relating to several all passive receiving antennas could be applied to minimize the direct magnetic coupling between a transmitting coil active magnetic field, and a passive take-up coil by placing them very close to each other. Indeed, to characterize an MRI antenna, the measurement device must not significantly disturb the measurements to be made. It is therefore necessary to minimize the interaction between the transmitter and the receiver of the device so as to make it negligible compared to the interaction between the antenna and each of the transmitting and receiving coils.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'émetteur et le récepteur sont chacun réalisés sous forme d'une boucle conductrice qui peut être multispire, les deux boucles se trouvant dans des plans très rapprochés et parallèles de préférence en se chevauchant au moins partiellement. Suivant les tailles respectives de l'antenne et du dispositif, il est possible de faire un ajustement de la position relative des deux boucles de façon à minimiser l'interaction mutuelle directe des deux boucles par rapport à l'interaction entre l'antenne et chacune des deux boucles du dispositif. La distance entre les deux boucles émettrice et réceptrice qui sont maintenues fixes l'une par rapprt à l'autre doit être inférieure à leur dimension de façon à pouvoir fournir des mesures significatives. According to a preferred embodiment of the invention, the transmitter and the receiver are each made in the form of a conductive loop which can be multispire, the two loops being in very close and parallel planes preferably overlapping at the less partially. According to the respective sizes of the antenna and the device, it is possible to make an adjustment of the relative position of the two loops so as to minimize the direct mutual interaction of the two loops with respect to the interaction between the antenna and each of the two loops of the device. The distance between the two transmitting and receiving loops which are kept fixed with respect to each other must be less than their dimension so as to be able to provide significant measurements.
Grâce à l'invention, il est possible de réaliser un dispositif de mesure intégré dans un seul corps solide, ce qui est très pratique contrairement à ce que prévoit le document II, bien que Ia fréquence d'accord, l'inductance équivalent et le facteur de qualité soient évalués en respectant les mêmes règles que dans le document II respectivement par les équations (1), (2) et (4). Thanks to the invention, it is possible to produce a measuring device integrated in a single solid body, which is very practical contrary to what is provided in document II, although the tuning frequency, the equivalent inductance and the quality factor are evaluated by respecting the same rules as in document II respectively by equations (1), (2) and (4).
Pour ce qui est de la mesure de la sensibilité de l'antenne, l'inventeur a démontré pour la première fois que la valeur du couplage entre l'émetteur et le récepteur en présence de l'antenne est proportionnelle au carré de la sensibilité de l'antenne à l'endroit où est placé le dispositif de mesure. En déplaçant le point de mesure, il est donc possible d'obtenir une cartographie ou la répartition spatiale de la sensibilité d'une antenne, et également de comparer rapidement la sensibilité de différentes antennes. On peut obtenir des mesures absolues de la sensibilité des antennes en étalonnant la mesure à partir d'une antenne IRM de référence de sensibilité connue. La détermination de la sensibilité de l'antenne de référence peut être obtenue par la technique classique. With regard to the measurement of the sensitivity of the antenna, the inventor has demonstrated for the first time that the value of the coupling between the transmitter and the receiver in the presence of the antenna is proportional to the square of the sensitivity of the antenna where the measuring device is placed. By moving the measurement point, it is therefore possible to obtain a map or the spatial distribution of the sensitivity of an antenna, and also to quickly compare the sensitivity of different antennas. Absolute measurements of antenna sensitivity can be obtained by calibrating the measurement from a reference MRI antenna of known sensitivity. The determination of the sensitivity of the reference antenna can be obtained by the conventional technique.
Pour effectuer des mesures, le dispositif de l'invention peut être positionné indifféremment à l'intérieur ou à l'extérieur de l'antenne, sous réserve d'une distance minimale avec le conducteur de l'antenne le plus proche soit respecté, la distance minimale peut être de deux à trois fois le diamètre des bobines du dispositif. To carry out measurements, the device of the invention can be positioned either inside or outside the antenna, subject to a minimum distance with the conductor of the nearest antenna being respected, the minimum distance can be two to three times the diameter of the device coils.
Dans la pratique, la dynamique de mesure est limitée par la valeur du couplage direct entre les deux bobines de flux du dispositif. Pour améliorer l'isolation entre les deux bobines, un écran électrostatique est de préférence disposé entre les deux boucles de bobines. L'écran électrostatique peut être formé de lignes conductrices parallèles reliées électriquement entre elles en un seul point. L'écran électrostatique est relié au point froid de chaque bobine, lesdits points froids étant reliés respectivement à la masse du générateur de fréquence variable et de l'oscilloscope. Avec le dispositif de l'invention, il est possible d'obtenir un couplage direct entre l'émetteur et le récepteur (en absence de l'antenne) inférieur à -100 dB. In practice, the measurement dynamic is limited by the value of the direct coupling between the two flux coils of the device. To improve the insulation between the two coils, an electrostatic screen is preferably arranged between the two coil loops. The electrostatic screen can be formed of parallel conductive lines electrically connected to each other at a single point. The electrostatic screen is connected to the cold point of each coil, said cold points being connected respectively to the mass of the variable frequency generator and the oscilloscope. With the device of the invention, it is possible to obtain a direct coupling between the transmitter and the receiver (in the absence of the antenna) of less than -100 dB.
Eventuellement, on pourra utiliser deux écrans électrostatiques séparés connectés chacun respectivement au point froid de chacune des bobines du dispositif.Optionally, two separate electrostatic screens may be used, each connected respectively to the cold point of each of the coils of the device.
Selon l'invention, le dispositif comprend un support isolant sur lequel sont fixées les bobines d'émission et de réception. Le support isolant peut être constitué de deux parties sous forme de plaques parallèles réglables angulairement l'une par rapport à l'autre, de façon à pouvoir ajuster le recouvrement partiel des deux boucles du dispositif. According to the invention, the device comprises an insulating support on which the transmission and reception coils are fixed. The insulating support may consist of two parts in the form of parallel plates which can be adjusted angularly with respect to each other, so that the partial overlap of the two loops of the device can be adjusted.
Grâce à l'invention, il est possible de caractériser complètement une antenne de façon rapide, simple et précise à l'aide d'un dispositif simple, compact et peu coûteux. Thanks to the invention, it is possible to completely characterize an antenna quickly, simply and precisely using a simple, compact and inexpensive device.
L'invention sera mieux comprise dans l'étude de la description détaillée de deux modes de réalisation particuliers pris à titres nullement limitatifs et illustrés par des dessins annexés sur lesquels
la figure 1 est une vue schématique de dessus du dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention,
la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1,
la figure 3 est une vue schématique de dessus du dispositif selon un second mode de réalisation de l'invention,
la figure 4 est une vue en coupe du dispositif selon IV-IV de la figure 3,
la figure 5 est une vue schématique montrant l'utilisation du dispositif de l'invention pour caractériser une antenne IRM,
la figure 6 est une vue schématique pour illustrer la technique antérieure selon le document II et,
la figure 7 est une courbe de-réponse correspondant à la technique de la figure 6.The invention will be better understood in the study of the detailed description of two particular embodiments taken by way of non-limiting titles and illustrated by appended drawings in which
FIG. 1 is a schematic top view of the device according to a first embodiment of the invention,
FIG. 2 is a sectional view along II-II of FIG. 1,
FIG. 3 is a schematic top view of the device according to a second embodiment of the invention,
FIG. 4 is a sectional view of the device according to IV-IV of FIG. 3,
FIG. 5 is a schematic view showing the use of the device of the invention for characterizing an MRI antenna,
FIG. 6 is a schematic view to illustrate the prior art according to document II and,
FIG. 7 is a response curve corresponding to the technique of FIG. 6.
Selon l'invention, le dispositif de mesure électromagnétique comprend un émetteur 1 réalisé sous forme d'une boucle conductrice 2 et un récepteur 3 formé également d'une boucle conductrice 4. Les boucles émettrice 2 et réceptrice 4 se trouvent sur deux plans rapprochés parallèles et peuvent être formées d'une ou d'une pluralité de spires de fils conducteurs électriques. According to the invention, the electromagnetic measurement device comprises a transmitter 1 produced in the form of a conductive loop 2 and a receiver 3 also formed of a conductive loop 4. The emitter 2 and receiver 4 loops are located on two parallel close planes and can be formed by one or a plurality of turns of electrically conductive wires.
L'émetteur 1 est relié à la sortie d'un générateur de fréquence variable non représenté. Le point froid 5 de l'émetteur 1 est relié à la masse du générateur de fréquence. Le récepteur 3 est connecté à l'entrée d'un oscilloscope non représenté. Le point froid 6 du récepteur 3 est relié à la masse de l'oscilloscope. La connexion électrique entre l'émetteur et le générateur de fréquence ainsi que entre le récepteur et l'oscilloscope sont de préférence réalisés à l'aide d'un câble coaxial. The transmitter 1 is connected to the output of a variable frequency generator, not shown. The cold spot 5 of the transmitter 1 is connected to the ground of the frequency generator. The receiver 3 is connected to the input of an oscilloscope not shown. The cold point 6 of the receiver 3 is connected to the ground of the oscilloscope. The electrical connection between the transmitter and the frequency generator as well as between the receiver and the oscilloscope is preferably made using a coaxial cable.
Selon la variante illustrée sur les figures 1 et 2, le dispositif comprend un support isolant électrique 7 sous forme d'une plaque, les boucles émettrice 2 et réceptrice 4 sont rendues solidaires des deux faces du support 7 avec un recouvrement entre elles. Le dispositif peut comporter un écran électrostatique, par exemple sous forme d'une grille conductrice noyée dans le support isolant 7, les points froids 5 et 6 des boucles émettrice 2 et réceptrice 4 étant reliés électriquement à la grille formant écran électrostatique. According to the variant illustrated in FIGS. 1 and 2, the device comprises an electrical insulating support 7 in the form of a plate, the emitting 2 and receiving 4 loops are made integral with the two faces of the support 7 with an overlap between them. The device may include an electrostatic screen, for example in the form of a conductive grid embedded in the insulating support 7, the cold spots 5 and 6 of the emitting 2 and receiving 4 loops being electrically connected to the grid forming an electrostatic screen.
Selon la variante de réalisation illustrée sur les figures 3 et 4, le dispositif de l'invention comprend un support isolant en deux parties 7a et 7b sous forme de plaques parallèles. L'une des plaques 7a peut pivoter dans son plan par rapport à l'autre plaque 7b autour d'un axe 8, de façon à pouvoir ajuster le recouvrement entre les boucles émettrice 2 et réceptrice 4. Le support comprend en outre un moyen de maintien en positon non représenté, permettant de fixer les deux plaques 7a et 7b en interdisant leur mouvement mutuel. According to the variant embodiment illustrated in Figures 3 and 4, the device of the invention comprises an insulating support in two parts 7a and 7b in the form of parallel plates. One of the plates 7a can pivot in its plane relative to the other plate 7b about an axis 8, so as to be able to adjust the overlap between the emitting 2 and receiving 4 loops. The support further comprises a means of holding in position not shown, allowing the two plates 7a and 7b to be fixed while preventing their mutual movement.
Un écran électrostatique 9 est monté entre les plaques isolantes 7a, 7b, et rendu solidaire d'une face de l'une des plaques 7a. De préférence, l'écran électrostatique 9 est réalisé sous forme de fils conducteurs parallèles reliés électriquement entre eux en un seul point. Les points froids 5 et 6 des boucles émettrice 2 et réceptrice 4 sont de préférence reliés électriquement à l'écran électrostatique 9. An electrostatic screen 9 is mounted between the insulating plates 7a, 7b, and made integral with one face of one of the plates 7a. Preferably, the electrostatic screen 9 is produced in the form of parallel conducting wires electrically connected to one another at a single point. The cold spots 5 and 6 of the transmitter 2 and receiver 4 loops are preferably electrically connected to the electrostatic screen 9.
La figure 5 montre l'utilisation du dispositif de l'invention pour caractériser une antenne d'imagerie par résonance magnétique nucléaire. L'antenne 10 est schématisée par une boucle de dimension importante par rapport à la taille du dispositif de l'invention. Figure 5 shows the use of the device of the invention to characterize a nuclear magnetic resonance imaging antenna. The antenna 10 is shown diagrammatically by a loop of large size relative to the size of the device of the invention.
L'antenne 10 est accordée au moyen d'une capacité C. Pendant la mesure, le générateur de fréquence variable non représenté envoie un signal à l'émetteur I du dispositif. Par couplage inductif entre la boucle émettrice 2 et l'antenne 10, un premier courant induit circule dans l'antenne 10. Ledit courant induit génère à son tour un champ magnétique produit par l'antenne 10 qui par couplage inductif avec la boucle réceptrice 4 du récepteur 3 génère un second courant induit dans la boucle réceptrice 4. Le signal correspondant du récepteur 3 alimente l'oscilloscope non représenté.The antenna 10 is tuned by means of a capacitor C. During the measurement, the variable frequency generator, not shown, sends a signal to the transmitter I of the device. By inductive coupling between the transmitting loop 2 and the antenna 10, a first induced current flows in the antenna 10. Said induced current in turn generates a magnetic field produced by the antenna 10 which by inductive coupling with the receiving loop 4 of the receiver 3 generates a second current induced in the receiving loop 4. The corresponding signal of the receiver 3 feeds the oscilloscope not shown.
Pour mesurer la fréquence d'accord de l'antenne 10, il suffit de faire varier la fréquence du générateur et de trouver la fréquence de résonance de la réponse fournie à l'oscilloscope. Ladite fréquence de résonance dans la réponse est la fréquence d'accord de l'antenne 10. To measure the tuning frequency of the antenna 10, it suffices to vary the frequency of the generator and to find the resonance frequency of the response supplied to the oscilloscope. Said resonant frequency in the response is the tuning frequency of the antenna 10.
Pour la détermination de l'inductance équivalente de l'antenne 10, il suffit d'appliquer les équations (1) et (2) précédentes.For the determination of the equivalent inductance of the antenna 10, it suffices to apply equations (1) and (2) above.
Pour la détermination du facteur de qualité de l'antenne 10, il suffit d'appliquer l'équation (4) précédente en mesurant la bande passante Av dans la courbe de réponse sur l'oscilloscope. For the determination of the quality factor of the antenna 10, it suffices to apply the above equation (4) by measuring the bandwidth Av in the response curve on the oscilloscope.
Pour la détermination de la sensibilité de l'antenne 10, il suffit d'appliquer la relation démontrée par l'inventeur selon laquelle la valeur du couplage, c'est à dire le rapport des signaux entre le récepteur 3 et l'émetteur 1 en présence de l'antenne 10 est proportionnelle au carré de la sensibilité de l'antenne à l'endroit où est placé le dispositif de mesure. Autrement dit, la sensibilité de l'antenne à l'emplacement du dispositif de mesure est proportionnelle à la racine carrée du rapport entre les signaux du récepteur 3 et de
L'émetteur 1. 11 est possible ainsi de tracer une cartographie de la sensibilité de l'antenne 10 ou de comparer la sensibilité de différentes antennes en mesurant la valeur du couplage entre le récepteur 3 et l'émetteur 1 en présence de l'antenne sans se préoccuper du coefficient de proportionnalité dans la relation ci-dessus énoncée. Dans le cas où des mesures absolues de la sensibilité de l'antenne 10 doivent être obtenues, il suffit d'étalonner la mesure à partir d'une antenne de référence de sensibilité déjà connue.For the determination of the sensitivity of the antenna 10, it suffices to apply the relationship demonstrated by the inventor according to which the value of the coupling, that is to say the ratio of the signals between the receiver 3 and the transmitter 1 in presence of the antenna 10 is proportional to the square of the sensitivity of the antenna at the place where the measuring device is placed. In other words, the sensitivity of the antenna at the location of the measuring device is proportional to the square root of the ratio between the signals of the receiver 3 and of
The transmitter 1. 11 is thus possible to draw a map of the sensitivity of the antenna 10 or to compare the sensitivity of different antennas by measuring the value of the coupling between the receiver 3 and the transmitter 1 in the presence of the antenna regardless of the proportionality coefficient in the above relationship. In the case where absolute measurements of the sensitivity of the antenna 10 must be obtained, it suffices to calibrate the measurement from a reference antenna of already known sensitivity.
A partir de la sensibilité, il est facile d'obtenir le rapport signalsur-bruit de l'antenne "à vide" selon l'enseignement du document I. From the sensitivity, it is easy to obtain the signal-to-noise ratio of the "no-load" antenna according to the teaching of document I.
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| FR9111280A FR2681432A1 (en) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | Device for electromagnetic measurement and its use to evaluate the performance of a magnetic resonance probe |
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| FR2681432A1 true FR2681432A1 (en) | 1993-03-19 |
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