FR3128792A1 - Radiofrequency device for a magnetic resonance imaging system - Google Patents

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Gianfranco Andia Vera
Mathieu COSKER
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Abstract

L’invention concerne un dispositif radiofréquence pour un système d’imagerie par résonance magnétique, le dispositif radiofréquence comprenant : - une bobine principale configurée pour transmettre une impulsion radiofréquence et recevoir des signaux radiofréquence ; - une bobine secondaire disposée intérieurement à la bobine principale, de sorte que la bobine primaire et la bobine secondaire soient couplées de manière inductive, la bobine secondaire formant par ailleurs un circuit passif. La bobine secondaire forme un chaussette souple destinée à être enfilée sur un corps ou une section d’un corps en vue de l’exécution d’une imagerie dudit corps par résonance magnétique. Figur e 2A radio frequency device for a magnetic resonance imaging system, the radio frequency device comprising: - a main coil configured to transmit a radio frequency pulse and receive radio frequency signals; - a secondary coil arranged inside the main coil, so that the primary coil and the secondary coil are coupled inductively, the secondary coil also forming a passive circuit. The secondary coil forms a flexible sock intended to be slipped over a body or a section of a body with a view to performing imaging of said body by magnetic resonance. Figure 2

Description

Dispositif radiofréquence pour un système d’imagerie par résonance magnétiqueRadiofrequency device for a magnetic resonance imaging system

DOMAINE DE L’INVENTIONFIELD OF THE INVENTION

La présente invention se rapporte au domaine de l’imagerie par résonance magnétique. Plus particulièrement, la présente invention concerne un dispositif d’imagerie par résonance magnétique, et notamment un dispositif radiofréquence, permettant d’améliorer la qualité des images dès qu’un relativement faible champ magnétique statique doit être considéré.The present invention relates to the field of magnetic resonance imaging. More particularly, the present invention relates to a magnetic resonance imaging device, and in particular a radiofrequency device, making it possible to improve the quality of the images as soon as a relatively weak static magnetic field must be considered.

La présente invention trouve notamment son intérêt dès lors qu’il s’agit de considérer un système d’imagerie par résonance magnétique portable.The present invention finds particular interest when it comes to considering a portable magnetic resonance imaging system.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTIONTECHNOLOGICAL BACKGROUND OF THE INVENTION

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est aujourd’hui largement mise en œuvre pour imager, de manière non invasive, l’intérieur de corps et notamment de corps humains. En particulier, l’imagerie par résonance magnétique permet de sonder les noyaux d’hydrogène, et notamment leur spin nucléaire, des molécules d’eau formant pour partie le corps sous examen.Magnetic resonance imaging (MRI) is now widely used to image, in a non-invasive way, the inside of bodies and in particular human bodies. In particular, magnetic resonance imaging makes it possible to probe the hydrogen nuclei, and in particular their nuclear spin, water molecules forming part of the body under examination.

A cet égard, un dispositif IRM est pourvu d’un aimant destiné à imposer au corps un champ magnétique statique (dit « champ magnétique principal »), sous l’effet duquel, les spins nucléaires associés aux noyaux d’hydrogène contenus dans les molécules d’eau formant pour partie ce corps se polarisent.In this respect, an MRI device is provided with a magnet intended to impose on the body a static magnetic field (called "main magnetic field"), under the effect of which, the nuclear spins associated with the hydrogen nuclei contained in the molecules of water forming part of this body become polarized.

Notamment, les moments magnétiques associés à ces spins s'alignent préférentiellement selon un axe, dit axe z, déterminé par l’orientation du champ magnétique principal de manière à créer une magnétisation du corps.In particular, the magnetic moments associated with these spins align preferentially along an axis, called the z axis, determined by the orientation of the main magnetic field so as to create magnetization of the body.

Un dispositif IRM comprend également des bobines à gradient configurées pour produire des champs magnétiques de petite amplitude et variant dans l'espace lorsqu'un courant leur est appliqué. Plus particulièrement, les bobines à gradient sont conçues pour produire une composante de champ magnétique qui est alignée parallèlement au champ magnétique principal, et qui varie linéairement en amplitude avec la position le long de l'un des axes x, y ou z (les axes x, y et z étant perpendiculaires deux à deux).An MRI device also includes gradient coils configured to produce small amplitude, spatially varying magnetic fields when current is applied thereto. Specifically, gradient coils are designed to produce a magnetic field component that is aligned parallel to the main magnetic field, and that varies linearly in magnitude with position along one of the x, y, or z axes (the axes x, y and z being perpendicular two by two).

Ainsi, les effets combinés des champ magnétiques imposés par les bobines à gradient permettent de coder spatialement chacune des positions du corps destiné à être sondé.Thus, the combined effects of the magnetic fields imposed by the gradient coils make it possible to spatially code each of the positions of the body intended to be probed.

Un dispositif IRM comprend également au moins une bobine radiofréquence (RF) destinée à jouer un rôle d’émetteur récepteur RF. Notamment, l’au moins une bobine radiofréquence est configurée pour émettre des impulsions d’énergie RF d’une fréquence égale ou voisine de la fréquence de résonance des spins des noyaux d’hydrogène et qui est au moins en partie absorbée par ces noyaux.An MRI device also includes at least one radio frequency (RF) coil intended to act as an RF transceiver. In particular, the at least one radiofrequency coil is configured to emit RF energy pulses of a frequency equal to or close to the resonance frequency of the spins of the hydrogen nuclei and which is at least partly absorbed by these nuclei.

Dès lors que l’émission RF est interrompue, les spins nucléaires relaxent afin de retrouver leur état d’énergie initial et émettent à leur tour un signal RF susceptible d’être collecté par au moins une bobine RF. Ce signal RF est ensuite traité à l’aide d’un ordinateur et d’algorithmes de reconstruction afin d’obtenir une image du corps.As soon as the RF emission is interrupted, the nuclear spins relax in order to regain their initial energy state and in turn emit an RF signal capable of being collected by at least one RF coil. This RF signal is then processed using a computer and reconstruction algorithms to obtain an image of the body.

Le champ magnétique principal, généralement compris entre 1,5 Tesla et 3 Tesla, permet d’atteindre des rapports de signal sur bruit relativement raisonnables et par voie de conséquence de former des images du corps humain d’une qualité suffisante sur des durées de l’ordre de la minute ou plus.The main magnetic field, generally between 1.5 Tesla and 3 Tesla, makes it possible to achieve relatively reasonable signal-to-noise ratios and consequently to form images of the human body of sufficient quality over periods of l order of the minute or more.

Toutefois, il est des circonstances pour lesquelles il n’est pas possible de mettre en œuvre un champ magnétique principal d’une telle intensité. Les dispositifs IRM portables en sont un exemple. Ces derniers comprennent en général un aimant permanent ou des électro-aimants d’une capacité limitée, et ne peuvent imposer un champ magnétique principal d’une intensité supérieure à 60 mT, voire supérieure à 200 mT, sans pénaliser la masse ou l’encombrement du dispositif IRM considéré.However, there are circumstances for which it is not possible to implement a main magnetic field of such intensity. One example is portable MRI devices. The latter generally include a permanent magnet or electromagnets of limited capacity, and cannot impose a main magnetic field with an intensity greater than 60 mT, or even greater than 200 mT, without penalizing the mass or the size. of the MRI device under consideration.

Cette limitation en termes d’intensité de champ magnétique principal affecte directement les performances du dispositif IRM. Notamment, les images obtenues avec un tel dispositif IRM sont susceptibles de présenter une qualité fortement dégradée par un rapport signal sur bruit défavorable. Ce rapport signal sur bruit défavorable est la conséquence de la forte diminution de l’aimantation présente dans les tissus du fait de la considération d’un champ magnétique principal de faible amplitude.This limitation in terms of main magnetic field intensity directly affects the performance of the MRI device. In particular, the images obtained with such an MRI device are likely to have a quality that is greatly degraded by an unfavorable signal-to-noise ratio. This unfavorable signal-to-noise ratio is the consequence of the strong reduction in the magnetization present in the tissues due to the consideration of a main magnetic field of low amplitude.

Un but de la présente invention est de proposer une bobine RF susceptible d’être mise en œuvre dans un dispositif IRM et permettant d’améliorer l’amplitude du signal reçu au sein du volume de ladite bobine RF.An object of the present invention is to provide an RF coil capable of being implemented in an MRI device and making it possible to improve the amplitude of the signal received within the volume of said RF coil.

Un autre but de la présente invention est de proposer une bobine RF présentant une sensibilité au bruit réduite au regard des bobines RF connues de l’état de la technique.Another object of the present invention is to provide an RF coil having reduced sensitivity to noise compared to the RF coils known from the state of the art.

Un autre but de la présente invention est de proposer un système IRM susceptible de fonctionner à faible champ magnétique principal, notamment d’une intensité inférieure à 100 mT, voire 50 mT.Another object of the present invention is to provide an MRI system capable of operating with a weak main magnetic field, in particular with an intensity of less than 100 mT, or even 50 mT.

Un autre but de la présente invention est de proposer un système IRM permettant une meilleure ergonomie pour un patient destiné à subir une examen avec ledit système IRM.Another object of the present invention is to propose an MRI system allowing better ergonomics for a patient intended to undergo an examination with said MRI system.

BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTIONBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

La présente invention concerne un dispositif radiofréquence pour un système d’imagerie par résonance magnétique, le dispositif radiofréquence comprenant :The present invention relates to a radio frequency device for a magnetic resonance imaging system, the radio frequency device comprising:

- une bobine principale configurée pour transmettre une impulsion radiofréquence et recevoir des signaux radiofréquence ;- a main coil configured to transmit a radio frequency pulse and receive radio frequency signals;

- une bobine secondaire disposée coaxialement et intérieurement à la bobine principale, de sorte que la bobine primaire et la bobine secondaire soient couplées de manière inductive, la bobine secondaire formant par ailleurs un circuit passif.- a secondary coil arranged coaxially and internally to the main coil, so that the primary coil and the secondary coil are coupled inductively, the secondary coil also forming a passive circuit.

Cet agencement d’une bobine principale et d’une bobine secondaire, couplées de manière inductive, permet de former un dispositif radiofréquence qui présente un facteur de qualité supérieur à celui de la bobine principale prise seule. Ce dispositif peut alors avantageusement être mis en œuvre dans un système d’imagerie par résonnance magnétique afin d’améliorer le rapport signal sur bruit et par voie de conséquence la qualité des images.This arrangement of a main coil and a secondary coil, inductively coupled, makes it possible to form a radio frequency device which has a quality factor higher than that of the main coil taken alone. This device can then advantageously be implemented in a magnetic resonance imaging system in order to improve the signal-to-noise ratio and consequently the quality of the images.

Selon un mode de mise en œuvre, la bobine principale et la bobine secondaire présentent, respectivement, un diamètre principal D1 et un diamètre secondaire D2, le rapport du diamètre principal D1 sur le diamètre secondaire D2 étant compris entre 1,05 et 4.According to one mode of implementation, the main coil and the secondary coil have, respectively, a main diameter D1 and a secondary diameter D2, the ratio of the main diameter D1 to the secondary diameter D2 being between 1.05 and 4.

Selon un mode de mise en œuvre, la bobine principale et la bobine secondaire présentent, respectivement, une longueur principale L1 et une longueur secondaire L2, le rapport de la longueur principale L1 sur la longueur secondaire L2 étant compris entre 0,5 et 2.According to one mode of implementation, the main coil and the secondary coil have, respectively, a main length L1 and a secondary length L2, the ratio of the main length L1 to the secondary length L2 being between 0.5 and 2.

Selon un mode de mise en œuvre, la bobine principale comprend des condensateurs, dits condensateurs de segmentation principales.According to one mode of implementation, the main coil comprises capacitors, called main segmentation capacitors.

Selon un mode de mise en œuvre, la bobine secondaire comprend des condensateurs, dits condensateurs de segmentation secondaires.According to one mode of implementation, the secondary coil comprises capacitors, called secondary segmentation capacitors.

Selon un mode de mise en œuvre, ledit dispositif radiofréquence comprend en outre des moyens de génération d’impulsions radiofréquences, les moyens de génération d’impulsions radiofréquences étant adaptés pour imposer la circulation d’une impulsion de courant dans la bobine principale.According to one mode of implementation, said radiofrequency device further comprises means for generating radiofrequency pulses, the means for generating radiofrequency pulses being adapted to impose the circulation of a current pulse in the main coil.

Selon un mode de mise en œuvre, ledit dispositif radiofréquence comprend des moyens de traitement radiofréquence, les moyens de traitement radiofréquence étant adaptés pour traiter un signal radiofréquence susceptible d’être reçu par la bobine principale.According to one mode of implementation, said radiofrequency device comprises radiofrequency processing means, the radiofrequency processing means being adapted to process a radiofrequency signal likely to be received by the main coil.

Selon un mode de réalisation, la bobine secondaire forme un chaussette souple destinée à être enfilée sur un corps ou une section d’un corps en vue de l’exécution d’une imagerie dudit corps par résonance magnétique.According to one embodiment, the secondary coil forms a flexible sock intended to be slipped over a body or a section of a body with a view to performing imaging of said body by magnetic resonance.

L’invention concerne également système d’imagerie par résonance magnétique pourvu du dispositif radiofréquence selon la présente invention.The invention also relates to a magnetic resonance imaging system provided with the radiofrequency device according to the present invention.

Selon un mode de mise en œuvre, ledit système d’imagerie par résonance magnétique comprend un aimant définissant un espace à l’intérieur duquel le dispositif radiofréquence est disposé.According to one mode of implementation, said magnetic resonance imaging system comprises a magnet defining a space inside which the radiofrequency device is arranged.

Selon un mode de mise en œuvre, l’aimant est un aimant permanent, avantageusement, l’aimant permanent est susceptible de générer un champ magnétique statique inférieur à 100 mT, encore plus avantageusement inférieur à 50 mT.According to one mode of implementation, the magnet is a permanent magnet, advantageously the permanent magnet is capable of generating a static magnetic field of less than 100 mT, even more advantageously less than 50 mT.

Selon un mode de mise en œuvre, ledit système d’imagerie par résonance magnétique comprend également des bobines à gradient.According to one mode of implementation, said magnetic resonance imaging system also comprises gradient coils.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles :Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the detailed description which follows with reference to the appended figures in which:

La est une représentation schématique selon une vue éclatée d’un système d’imagerie par résonnance magnétique ; There is a schematic representation according to an exploded view of a magnetic resonance imaging system;

La est une représentation schématique d’un dispositif radiofréquence selon les termes de la présente invention, le dispositif radiofréquence est notamment représenté en perspective ; There is a schematic representation of a radiofrequency device according to the terms of the present invention, the radiofrequency device is in particular represented in perspective;

La est une cartographie du champ magnétique dans le volume intérieur d’une bobine prise seule et pour laquelle une puissance de 0,5 W est injectée à ces bornes, dans la configuration considérée, la bobine comprend 57 spires faites avec un fil de 1 mm de diamètre, afin de former un cylindre de 250 mm de diamètre ; There is a map of the magnetic field in the interior volume of a coil taken alone and for which a power of 0.5 W is injected at these terminals, in the configuration considered, the coil comprises 57 turns made with a 1 mm thick wire diameter, to form a cylinder 250 mm in diameter;

La est une cartographie du champ magnétique dans le volume intérieur d’une bobine prise seule et pour laquelle une puissance de 0,5 W est injectée à ces bornes, dans la configuration considérée, la bobine comprend 47 spires faites avec un fil de 1 mm de diamètre, afin de former un cylindre de 180 mm de diamètre ; There is a map of the magnetic field in the interior volume of a coil taken alone and for which a power of 0.5 W is injected at these terminals, in the configuration considered, the coil comprises 47 turns made with a 1 mm thick wire diameter, to form a cylinder 180 mm in diameter;

La est une cartographie du champ magnétique dans le volume intérieur de deux bobines agencées selon les principes de la présente invention, plus particulièrement, les deux bobines comprennent une bobine principale et une bobine secondaire, la bobine secondaire étant agencée intérieurement et coaxialement à la bobine principale, la bobine principale comprend 57 spires faites avec un fil de 1 mm de diamètre, afin de former un cylindre de 250 mm de diamètre, tandis que la bobine secondaire comprend 47 spires faite avec un fil de 1 mm de diamètre, afin de former un cylindre de 180 mm de diamètre, dans cette configuration, une puissance de 0,5 W est injectée aux bornes de la bobine principale ; There is a map of the magnetic field in the interior volume of two coils arranged according to the principles of the present invention, more particularly, the two coils comprise a main coil and a secondary coil, the secondary coil being arranged internally and coaxially with the main coil, the main coil has 57 turns made with 1mm diameter wire to form a 250mm diameter cylinder, while the secondary coil has 47 turns made with 1mm diameter wire to form a cylinder 180 mm in diameter, in this configuration, a power of 0.5 W is injected across the terminals of the main coil;

La est une photographie d’une bobine secondaire formée par une chaussette et enfilée sur une tête de mannequin. There is a photograph of a secondary coil formed by a sock and threaded over a mannequin head.

Claims (12)

Dispositif radiofréquence (7) pour un système d’imagerie (1) par résonance magnétique, le dispositif radiofréquence (7) comprenant :
- une bobine principale (8) configurée pour transmettre une impulsion radiofréquence et recevoir des signaux radiofréquence ;
- une bobine secondaire (9) disposée intérieurement à la bobine principale (8), de sorte que la bobine primaire et la bobine secondaire (9) soient couplées de manière inductive, la bobine secondaire (9) formant par ailleurs un circuit passif.Radiofrequency device (7) for a magnetic resonance imaging system (1), the radiofrequency device (7) comprising:
- a main coil (8) configured to transmit a radio frequency pulse and to receive radio frequency signals;
- a secondary coil (9) arranged inside the main coil (8), so that the primary coil and the secondary coil (9) are coupled inductively, the secondary coil (9) also forming a passive circuit. Dispositif radiofréquence (7) selon la revendication 1, dans lequel la bobine principale (8) et la bobine secondaire (9) présentent, respectivement, un diamètre principal D1 et un diamètre secondaire D2, le rapport du diamètre principal D1 sur le diamètre secondaire D2 étant compris entre 1,05 et 4.Radiofrequency device (7) according to claim 1, in which the main coil (8) and the secondary coil (9) have, respectively, a main diameter D1 and a secondary diameter D2, the ratio of the main diameter D1 to the secondary diameter D2 being between 1.05 and 4. Dispositif radiofréquence (7) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la bobine principale (8) et la bobine secondaire (9) présentent, respectivement, une longueur principale L1 et une longueur secondaire L2, le rapport de la longueur principale L1 sur la longueur secondaire L2 étant compris entre 0,5 et 2.Radio-frequency device (7) according to Claim 1 or 2, in which the main coil (8) and the secondary coil (9) have, respectively, a main length L1 and a secondary length L2, the ratio of the main length L1 to the secondary length L2 being between 0.5 and 2. Dispositif radiofréquence (7) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la bobine principale (8) comprend des condensateurs, dits condensateurs de segmentation principales.Radiofrequency device (7) according to one of Claims 1 to 3, in which the main coil (8) comprises capacitors, called main segmentation capacitors. Dispositif radiofréquence (7) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la bobine secondaire (9) comprend des condensateurs, dits condensateurs de segmentation secondaires.Radiofrequency device (7) according to one of Claims 1 to 4, in which the secondary coil (9) comprises capacitors, called secondary segmentation capacitors. Dispositif radiofréquence (7) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel ledit dispositif radiofréquence (7) comprend en outre des moyens de génération d’impulsions radiofréquences, les moyens de génération d’impulsions radiofréquences étant adaptés pour imposer la circulation d’une impulsion de courant dans la bobine principale (8).Radiofrequency device (7) according to one of Claims 1 to 5, in which the said radiofrequency device (7) further comprises means for generating radiofrequency pulses, the means for generating radiofrequency pulses being adapted to impose the circulation of a current pulse in the main coil (8). Dispositif radiofréquence (7) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel ledit dispositif radiofréquence (7) comprend des moyens de traitement radiofréquence (11), les moyens de traitement radiofréquence (11) étant adaptés pour traiter un signal radiofréquence susceptible d’être reçu par la bobine principale (8).Radiofrequency device (7) according to one of Claims 1 to 6, in which the said radiofrequency device (7) comprises radiofrequency processing means (11), the radiofrequency processing means (11) being adapted to process a radiofrequency signal capable of be received by the main coil (8). Dispositif radiofréquence (7) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la bobine secondaire (9) forme un chaussette souple destinée à être enfilée sur un corps ou une section d’un corps en vue de l’exécution d’une imagerie dudit corps par résonance magnétique.Radiofrequency device (7) according to one of Claims 1 to 7, in which the secondary coil (9) forms a flexible sock intended to be slipped over a body or a section of a body with a view to performing a magnetic resonance imaging of said body. Système d’imagerie (1) par résonance magnétique pourvu du dispositif radiofréquence (7) selon l’une des revendications 1 à 8.Magnetic resonance imaging system (1) provided with the radiofrequency device (7) according to one of Claims 1 to 8. Système d’imagerie (1) par résonance magnétique selon la revendication 9, dans lequel ledit système d’imagerie (1) par résonance magnétique comprend un aimant définissant un espace à l’intérieur duquel le dispositif radiofréquence (7) est disposé.A magnetic resonance imaging system (1) according to claim 9, wherein said magnetic resonance imaging system (1) comprises a magnet defining a space within which the radio frequency device (7) is disposed. Système d’imagerie (1) par résonance magnétique selon la revendication 10, dans lequel l’aimant est un aimant permanent (2), avantageusement, l’aimant permanent (2) est susceptible de générer un champ magnétique statique inférieur à 100 mT, encore plus avantageusement inférieur à 50 mT.Magnetic resonance imaging system (1) according to claim 10, in which the magnet is a permanent magnet (2), advantageously, the permanent magnet (2) is capable of generating a static magnetic field of less than 100 mT, even more advantageously less than 50 mT. Système d’imagerie (1) par résonance magnétique selon l’une des revendications 9 à 11, dans lequel ledit système d’imagerie (1) par résonance magnétique comprend également des bobines à gradient (6).Magnetic resonance imaging system (1) according to one of claims 9 to 11, wherein said magnetic resonance imaging system (1) also comprises gradient coils (6).
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