WO1990003583A1 - Machine de rmn a bas champ et a polarisation dynamique - Google Patents

Machine de rmn a bas champ et a polarisation dynamique Download PDF

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WO1990003583A1
WO1990003583A1 PCT/FR1989/000485 FR8900485W WO9003583A1 WO 1990003583 A1 WO1990003583 A1 WO 1990003583A1 FR 8900485 W FR8900485 W FR 8900485W WO 9003583 A1 WO9003583 A1 WO 9003583A1
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polarization
resonance
machine
coils
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PCT/FR1989/000485
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Patrick Le Roux
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General Electric Cgr S.A.
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/445—MR involving a non-standard magnetic field B0, e.g. of low magnitude as in the earth's magnetic field or in nanoTesla spectroscopy, comprising a polarizing magnetic field for pre-polarisation, B0 with a temporal variation of its magnitude or direction such as field cycling of B0 or rotation of the direction of B0, or spatially inhomogeneous B0 like in fringe-field MR or in stray-field imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
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    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/381—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets

Definitions

  • the phase dispersion of the different contributions to the NMR signal of the signals emitted by the different particles can be combated by the use of two techniques.
  • spin echo In the latter, with an additional electromagnetic excitation pulse, after the application of the excitation pulse, a reflection of the phase dispersion is caused so that the NMR signal is reborn after a double period from that which separates the excitation pulse from the reflection pulse (called the echo pulse).
  • This technique has a drawback in that it condemns the use of spin echo pulses.
  • the object of the invention is to remedy these drawbacks by proposing a generation of different NMR machines in which, essentially, the polarizing and resonance effects of the orienting field are dissociated.
  • the particles are subjected to a strong polarizing field, for example of 1 Tesla, then this field is canceled.
  • the magnetization imparted to magnetic moments will therefore tend to dampen.
  • the cancellation of the polarizing field will be faster than the decrease in the magnetization of the particles of the body.
  • resonance can be much weaker but on the other hand much more homogeneous. Because the polarizing field is strong, the usable magnetization is strong despite its decrease. The detectable signal is therefore strong.
  • the invention therefore relates to an NMR machine comprising
  • - means for measuring an electromagnetic wave re-emitted in response by the body characterized in that it also comprises - means for creating a resonance field significantly weaker than the polarization field
  • FIG. 1 an NMR machine according to the invention
  • FIG. 2a to 2f temporal diagrams of signals used in an imaging sequence with the machine of the invention
  • FIG. 4 an improved generator for supplying a coil for producing a magnetic polarization field according to the invention
  • FIG. 1 shows an NMR machine comprising a set of coils 1 and 2 supplied by a generator 3 to subject a body 4 to be analyzed to an intense magnetic field of polarization B2.
  • the field B 2 is oriented along Y.
  • the machine also includes an antenna 5 supplied by a generator 6 to excite the body 4 with an electromagnetic wave.
  • the reception circuit 7 also performs processing so as to represent on a display device 9 an image of a section of the body 4.
  • the NMR imaging experiment undertaken must include a series of excitation-measurement sequences during which additional magnetic field pulses are applied to the body 4 by a set of gradient coils 10 supplied by a generator 11 of gradient coils.
  • the definition of the NMR machine described so far is conventional.
  • the generator 3 is designed to be cut.
  • Another set of coils 12 to 15, supplied by a generator 16, is provided for subjecting the body 4 to a magnetic field of resonance Bo clearly weaker than the field B2.
  • the induction Bo will be maintained permanently without disadvantage.
  • the field Bo produced by the coils 12 to 15 is, in an examination area 17 opposite the antenna 5, relatively much more homogeneous than the field B 2 -
  • the intensity of the switched B2 field is of the order of 2 Tesla when this field is present, and of course zero when it closes.
  • the Bo field is of the order of 100 Gauss.
  • all of the equipment of the machine operates under the command of a sequencer 18 which organizes the functional and temporal dependence of all these organs. To cause the periodic control of the generator 3, it suffices to connect this generator, functionally, to the sequencer 18.
  • coils are chosen with the fewest turns possible. These coils thus have the least possible self so as not to oppose the birth of this polarization induction field as well as its cutting.
  • the field B 2 can also preferably exert an influence only in the imaging volume 17. Under these conditions the coils 1 and 2 are small.
  • FIG. 2 represents the time diagrams of signals usable in the invention.
  • FIG. 2a shows that the resonance field Bo is preferably maintained permanently.
  • the polarization field B2 is established during a period 20, it persists for a period 21, and is cut off during a period 22. It remains cut for a period 23.
  • a growth time 100 ms for the establishment of a nominal B2 field at 2 Teslas.
  • the switched powers are of the order of 200 JcVA for plates 21 of the order of 2 Teslas in 100 ms. These powers are multiplied by 3 to 4 if the diameter of the useful area 17 increases to 30 cm.
  • FIGS 2c to 2f show such an imaging sequence with a 2DFT type imaging method with spin echoes.
  • a radio frequency electromagnetic excitation 25 is applied to the body 4 by the antenna 5 in the presence of a pulse 26 of a cutting selection gradient along the axis Z.
  • a pulse 27 of a phase coding gradient oriented along the Y axis is applied.
  • the particularity of this phase coding excitation is that, from one sequence to another of the series of sequences serving to make the image, the value of this pulse 27 varies.
  • a radiofrequency electromagnetic pulse 28 called spin echo 28 is applied in the presence of a reselection pulse 29 of the same cut with the cut coding gradient. G 2 .
  • the resurgent NMR signal 30 is measured, in the presence of a read pulse 31 on a reading gradient G x .
  • the cut selection pulse 26 comprises a consecutive pulse 32 for cutting recoding, and pulse 31 is itself preceded by a read precoding pulse 33.
  • the duration 23 is of the order of 100 ms, it can even be envisaged to indulge during this duration 23 in several successive sequences similar to those of FIGS. 2c to 2f. For example, if such a sequence lasts on the order of 25 ms, it can be repeated four times. In this case, however, one chooses to carry out an image in another cut, with another cut selection pulse than the pulse 26. It is interesting to note that during this period 23 one can ultimately engage in all the methods excitation and apply all the imaging methods already known from the prior art.
  • Figure 3 shows that the magnetization M, that the magnetic moments of the particles, keep their values appreciably during the breaking of the polarization field B 2 • Only their orientations change.
  • this change in orientation, this vector rotation of M is only possible if the rotation of the vector B resulting from the algebraic composition of B2 and Bo, is small compared to the resonance frequency, the precession frequency, magnetic moments.
  • This precession frequency is itself proportional to B on the one hand and to Y on the other hand, being the gyromagnetic ratio associated with the particles examined (with hydrogen particles in medical imaging). It is therefore ultimately the angular velocity of B is lower much to B.
  • Now there ⁇ > is even limited her bottom by B 0- Indeed when B2 is no B becomes the same Ybo.
  • FIG. 5 shows orders 0 ⁇ , 02, O3 and O4 applicable on bridges 41, 42, 48, 49 respectively.
  • the ADD signal is the signal produced, for example by the sequencer 18, and which is added in the adder 56 to the voltage 0 Volts produced by the batteries.
  • the signal ADD is applied while the conduction of bridges 42 (O2) and 48 (O 3 ) neutralizes the two voltages equal V supplied by each of the batteries 54 and 55.
  • the ADD signal is cut, the bridge 42 (O2) is blocked while the bridge 41 (0) is conductive, the bridge 48 (0 3 ) remains conductive. Under these conditions a voltage +2 V (typically 320 volts) is applied to the coils 1 and 2.
  • BQ is at least equal to twice B.
  • this proposition is more easily fulfilled if with a low resonance field Bo we also use weak gradients.
  • the fact of using too powerful gradients would no longer make it possible to consider as negligible the component, which is not oriented longitudinally with this resonant field of the magnetic fields of the gradients.
  • the impedance of the antenna 5 is no longer negligible compared to the impedance presented by the body of a patient, the impedance of this antenna must be relatively reduced.
  • an antenna of superconductive type In this case, this antenna is coupled to a cooled amplifying head, of the type used in space communications.

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Abstract

On résout les problèmes d'homogénéité du champ résonnant d'une machine de RMN en différenciant les fonctions de polarisation (B2) et de résonance (B0) attribuées à des bobines (1-2, 12-15) du champ de cette machine. On utilise pour créer une aimantation une bobine (1, 2) de polarisation produisant un champ élevé (B2). Ce champ de polarisation n'a pas besoin d'être homogène. Avant de faire des mesures, au cours de séquences d'excitation-mesure, de l'onde électromagnétique dans le corps examiné on commute (18-3) pour l'annuler le champ de polarisation, et on soumet le corps (4) à un champ de résonance (B0). Ce champ de résonance peut être beaucoup plus faible, il est par contre beaucoup plus homogène. On montre, en utilisant ainsi une commutation du champ orientateur, qu'on conserve le signal sur bruit du signal (5, 7) détecté.

Description

MACHINE DE RMN A BAS CHAMP ET A POLARISATION DYNAMIQUE
La présente invention a pour objet une machine de résonance magnétique nucléaire (RMN) à bas champ et à polarisation dynamique. Les machines de RMN concernées sont plus particulièrement des machines d'imagerie par RMN utilisables notamment dans le domaine médical. La machine de l'invention a pour objet, en améliorant le rapport signal sur bruit du signal détecté, de rendre plus nettes les images obtenues. Par ailleurs elle peut contribuer notablement à réduire le coût de telles machines par simplification de leurs bobines de correction d'homogénéité.
Classiquement une machine de RMN comporte essentiellement un aimant, ou une bobine jouant le même rôle, pour soumettre un corps à examiner à un champ magnétique orientateur intense et permanent. Soumis à cette influence le corps est ensuite excité électromagnétiquement par une onde électromagnétique haute fréquence. A l'issue de l'excitation, on mesure une onde électromagnétique de désexcitation émise par le corps et qui renseigne sur la nature intime de ce corps. On sait que l'amplitude du signal électromagnétique détectable dans de telles machines est du type Bo2. Dans cette expression (_ est la susceptibilité magnétique du corps à examiner, Bo étant l'intensité du champ orientateur de la machine.
Or l'amplitude du bruit réémis par un corps est proportionnel à V, ( j étant la pulsation de résonance des moments magnétiques des particules du corps quand ce corps est soumis à l'influence du champ orientateur. Il en résulte immédiatement que le rapport signal sur bruit de l'onde électromagnétique détectable est proportionnel à Bo puisque uû est lui-même proportionnel à Bo. Cette constatation a conduit dans l'état de la technique à réaliser des machines de RMN avec un champ orientateur Bo le plus grand possible. Cette incitation est d'autant plus grande que, à haut champ, la résistance apportée par l'antenne, en parallèle avec la résistance présentée par le corps, devient négligeable.
Dans une machine haut champ l'aimantation donnée aux particules d'un corps à analyser est importante. Cette aimantation est liée à la force polarisante de ce champ. Celle-ci est d'autant plus forte que le champ est élevé. En outre au moment de l'excitation, les spins des particules se mettent à résonner à une fréquence proportionnelle, elle également, au champ orientateur Bo- Au moment de l'excitation le champ orientateur joue donc, en plus de son rôle de champ polarisant, un deuxième rôle : un rôle de champ de résonance. Autant l'utilisation d'un champ orientateur intense est utile en ce qui concerne la polarisation, l'aimantation, puisqu'il augmente l'amplitude du signal détectable, autant l'utilisation d'un champ élevé au moment de la résonance est délicate.
En effet si le champ orientateur n'est pas parfaitement homogène il en résulte deux types d'inconvénients. Des conséquences peu importantes se manifestent d'abord en ce qui concerne l'aimantation
(dans la mesure ou l'inhomogénéité n'est quand même pas trop importante) . En effet cette aimantation différente en différents endroits de la machine provoque un défaut d'homogénéité de la luminosité de l'image dont on peut s'arranger. Mais d'autres conséquences plus critiques affectent le signal électromagnétique détectable. En effet si le champ de résonance est de l'ordre de 1 Tesla, et si les particules examinées sont des particules d'hydrogène (présentes dans l'eau, et donc en grande quantité dans les corps humains) , la fréquence de résonance des spins est de l'ordre de 40 MHz. Une inhomogénéité de 1 millionième de la valeur du champ de résonance provoque donc un écart de résonance d'environ 40 Hz. Ceci signifie qu'au bout d'une durée de 12,5 ms des contributions au signal de RMN global apportées par des particules voisines, mais soumises à des champs de résonance différents l'un de l'autre de 1 millionième, se retrouvent en opposition de phase. Il en résulte immédiatement que le signal électromagnétique global, le seul détectable, est alors annulé.
La dispersion de phase des différentes contributions au signal de RMN des signaux émis par les différentes particules peut être combattue par la mise en oeuvre de deux techniques. Premièrement on peut utiliser une technique dite d'écho de spin. Dans celle-ci, avec une impulsion d'excitation électromagnétique supplémentaire, on provoque après l'application de l'impulsion d'excitation une réflexion de la dispersion de phase de telle manière que le signal de RMN renaisse au bout d'une durée double de celle qui sépare l'impulsion d'excitation de l'impulsion de réflexion (dite d'écho) . Cette technique présente un inconvénient en ce qu'elle condamne à l'utilisation des impulsions d'écho de spin. Ceci à pour inconvénient premièrement de multiplier par deux la durée des séquences de RMN, et d'autre part d'interdire l'utilisation de séquences particulières, par exemple de type SSFP, où on recherche, pour avoir un niveau de signal détectable suffisant, un équilibre dynamique de l'aimantation des particules au cours d'une série de séquences. Une autre technique ne concerne pas le procédé d'excitation, mais concerne plutôt la technologie de fabrication. Dans cette technique on associe aux aimants, aux bobines de production du champ orientateur, des bobines de correction d'inhomogénéité appelées bobines de shim dans la littérature anglo-saxone. La mise en oeuvre de ces bobines est très complexe. L'obtention d'inhomogénéités de l'ordre du millionième n'est que très difficilement obtenue. Les machines de RMξî existantes sont donc délicates à construire, à régler, et à utiliser.
L'invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en proposant une génération de machine de RMN différentes dans laquelle, essentiellement, on dissocie les effets polarisant et de résonance du champ orientateur. Pour l'essentiel dans une machine selon l'invention on soumet les particules à un champ polarisant important, par exemple de 1 Tesla, puis on annule ce champ. L'aimantation conférée aux moments magnétiques aura donc tendance à s'amortir. Mais l'annulation du champ polarisant sera plus rapide que la décroissance de l'aimantation des particules du corps. Pendant la décroissance de cette aimantation des particules du corps, on utilise les effets d'un autre champ dit de résonance qui peut être beaucoup plus faible mais par contre beaucoup plus homogène. Du fait que le champ polarisant est fort l'aimantation utilisable est forte malgré sa décroissance. Le signal détectable est donc fort.
Par contre du fait que le champ de résonance est faible, la fréquence de résonance du signal de RMN associée aux excitations est faible, et le bruit est faible également. En outre comme la fréquence du signal de résonance est faible, l'influence des inhomogénéités est, pour des durées d'expérimentation du même ordre que précédemment, proportionnellement beaucoup plus faible. En effet si au lieu d'un Tesla on choisit un champ de résonance de 100 Gauss, la fréquence de résonance sera divisée par 100, et la durée au bout de laquelle les signaux provenant de régions de l'espace, où régnent des inhomogénéités du millionième, ne viendront plus opposer leur contributions qu'au bout d'une durée 100 fois plus grande. Donc on conserve le même rapport signal sur bruit à polarisation donnée mais en plus on gagne en ce qui concerne la nécessité dé réduire les inhomogénéités du champ de résonance. Par ailleurs une inhomogénéité élevée du champ polarisant peut être tolérée, même si elle vaut, par exemple de l'ordre de 3 dB parce qu'elle ne retentit que comme une pondération peu gênante du signal détecté.
L'invention a donc pour objet une machine de RMN comportant
- des moyens pour soumettre un corps à analyser à un champ magnétique intense de polarisation, ~ des moyens pour exciter ledit corps avec une onde électromagnétique,
- des moyens de mesure d'une onde électromagnétique réémise en réponse par le corps, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre - des moyens pour créer un champ de résonance nettement moins fort que le champ de polarisation,
- et des moyens pour annuler le champ de polarisation avant la mesure de l'onde électromagnétique dans le corps. De préférence l'annulation du champ magnétique polarisant se produira même avant 1' xcitation électromagnétique. Etant donné que l'homogénéité du champ de polarisation intense n'a pas à être parfaite, on choisit pour simplifier la construction une bobine de production de ce champ de polarisation qui n'a pas beaucoup de self, et qui n'est en conséquence pas très homogène. Par contre l'homogénéité du champ de résonance sera bien plus élevée que celle du champ polarisant. Par ailleurs, compte tenu de ce que le champ de résonance est faible, de ce que la fréquence de l'onde électromagnétique de résonance est faible également, il devient nécessaire d'utiliser des antennes dont la résistance apportée en parallèle avec celle du corps soit faible. De préférence les antennes d'excitation et de détection du signal électromagnétique seront de type supraconducteur. De préférence l'invention est mise en oeuvre dans une machine d'imagerie par RMN. Avec cette machine d'imagerie on met en oeuvre des séries de séquences d'excitation-mesure de l'onde électromagnétique dans le corps, et de préférence le champ de polarisation sera rétabli périodiquement.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à 1•examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont données qu'a titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent :
- Figure 1 : une machine de RMN conforme à l'invention; - Figures 2a à 2f des diagrammes temporels de signaux utilisables dans une séquence d'imagerie avec la machine de l'invention;
- Figure 3 : un diagramme représentatif de l'évolution de l'aimantation au cours de la commutation du champ de polarisation;
- Figure 4 : un générateur perfectionné pour alimenter une bobine de production d'un champ magnétique de polarisation selon l'invention;
- Figure 5 : des diagrammes temporels montrant le fonctionnement du circuit d'alimentation dé la figure 4. La figure 1 montre une machine de RMN comportant un jeu de bobines 1 et 2 alimentées par un générateur 3 pour soumettre un corps 4 à analyser à un champ magnétique intense de polarisation B2. Dans 1'exemple représenté le champ B2 est orienté selon Y. La machine comporte également une antenne 5 alimentée par un générateur 6 pour exciter le corps 4 avec une onde électromagnétique. Un récepteur 7, couplé par exemple par un duplexeur 8 à l'antenne 5, permet de mesurer l'onde électromagnétique réémise en réponse par le corps 4. Dans une expérience d'imagerie le circuit de réception 7 effectue également un traitement de manière à représenter sur un dispositif de visualisation 9 une image d'une coupe du corps 4. D'une manière connue pour réaliser ces images 1'expérimentation d'imagerie par RMN entreprise doit comporter une série de séquences d'excitation-mesure au cours desquelles des impulsions de champs magnétiques supplémentaire sont appliquées au corps 4 par un jeu de bobines de gradient 10 alimentées par un générateur 11 de bobines de gradient. La définition de la machine de RMN décrite jusque ici est classique.
Dans l'invention le générateur 3 est prévu pour être coupé. Un autre jeu de bobines 12 à 15, alimentées par un générateur 16, est prévu pour soumettre le corps 4 à un champ magnétique de résonance Bo nettement plus faible que le champ B2. De manière préférée, et compte tenu de ce qu'elle est faible, l'induction Bo sera maintenue en permanence sans inconvénient. Egalement de manière préférée, le champ Bo produit par les bobines 12 à 15 est, dans une zone d'examen 17 en regard de l'antenne 5 relativement bien plus homogène que le champ B2- Dans un exemple l'intensité du champ commuté B2 est de l'ordre de 2 Tesla quand ce champ est présent, et bien entendu nulle quand il coupé. Le champ Bo est de l'ordre de 100 Gauss. D'une manière connue l'ensemble des équipements de la machine fonctionne sous le commandement d'un séquenceur 18 qui organise la dépendance fonctionnelle et temporelle de tous ces organes. Pour provoquer la commande périodique du générateur 3 il suffit de relier ce générateur, fonctionnellement, au séquenceur 18.
Pour obtenir un champ Bo très homogène on peut se contenter d'une solution consistant à placer une bobine de production de ce champ très loin de la zone 17. Dans ces conditions le champ induit par cette bobine dans cette zone 17 sera faible mais par contre très homogène. De préférence on peut utiliser des bobines déjà développées précédemment pour des machines de RMN classiques. Dans ce cas ces bobines sont parcourues par un courant bien plus faible que celui qui y circulait. La raison en est qu'on ne recherche plus, avec ces mêmes bobines, à induire en même temps un champ de polarisation lui même fort. En définitive il peut suffire d'utiliser pour le champ Bo les bobines des machines déjà construites et de faire parcourir ces bobines par des courants par exemple deux cent fois moins forts.
Pour la production du champ magnétique intense B2 de polarisation, compte tenu du fait qu'il doit être commutable très rapidement, on choisit des bobines avec le moins de spires possible. Ces bobines ont ainsi le moins de self possible pour ne pas s'opposer à la naissance de ce champ d'induction de polarisation ainsi qu'à sa coupure. On peut retenir une telle solution puisque le champ B2 doit essentiellement être de forte amplitude, commutable relativement rapidement, mais qu'il n'a pas besoin d'être très homogène. Le champ B2 peut aussi de préférence n'exercer d'influence que dans le volume d'imagerie 17. Dans ces conditions les bobines 1 et 2 sont petites. Dans le but d'assurer la plus grande nullité du champ B2 celui-ci est orienté de telle façon que, dans la zone d'image 17,- il soit perpendiculaire à Bo» Outre que ceci concourt au moment de son annulation à le rendre négligeable cette solution permet de placer facilement les bobines 1 et 2 dans le tunnel de la machine de RMN, de telle façon que le champ B2 soit perpendiculaire à la direction allongée du corps 4. Le champs Bo dans ce cas est longitudinal.
La figure 2 représente les diagrammes temporels de signaux utilisables dans l'invention. La figure 2a montre que le champ de résonance Bo est de préférence maintenu en permanence. Par contre, figure 2b, le champ de polarisation B2 est établi au cours d'une période 20, il persiste pendant une période 21, et subit une coupure pendant une période 22. Il reste coupé pendant une période 23. Compte tenu d'une norme imposée, dans les expérimentations sur des humains limitant à 20 Teslas par seconde la croissance des champs magnétiques, on peut choisir une durée de croissance de 100 ms pour l'établissement d'un champ B2 nominal à 2 Teslas. Pour des volumes d'intérêt 17 de l'ordre de 20 cm de diamètre, les puissances commutées sont de l'ordre de 200 JcVA pour des plateaux 21 de l'ordre de 2 Teslas en 100 ms. Ces puissances sont multipliées par 3 à 4 si le diamètre de la zone utile 17 passe à 30 cm.
On va supposer que pendant la période 22 1•aimantation M des moments magnétiques des particules bascule comme l'indique la figure 3 pour s'aligner avec le champ BQ de résonance. L'aimantation M est au début de la période 22 alignée selon la composition vectorielle des champs B2 et Bo ensemble pendant la période 21. Du fait que B2 est bien plus grand que Bo au début de la période 22, l'aimantation M est quasiment colinéaire à B2. On note qu'au cours de la période 22, l'aimantation M décroît naturellement un peu. Cette décroissance est faible. Pendant la période 23, lorsque l'aimantation M est colinéaire à Bo, il est possible de soumettre la partie contenue dans la zone 17 du corps 4 à une séquence d'imagerie.
Les figures de 2c à 2f montrent une telle séquence d'imagerie avec une méthode d'imagerie de type 2DFT avec échos de spins. Ainsi une excitation électromagnétique radiofréquence 25 est appliquée au corps 4 par l'antenne 5 en présence d'une impulsion 26 d'un gradient de sélection de coupe selon l'axe Z. Dans cet exemple on fait des coupes transverses. Après l'excitation on applique une impulsion 27 d'un gradient codeur de phase orienté selon l'axe Y. La particularité de cette excitation de codage de phase est que, d'une séquence à l'autre de la série de séquences servant à faire l'image, la valeur de cette impulsion 27 varie. Pour provoquer la réflexion de la dispersion de phase des signaux de RMN réémis par le corps on applique une impulsion électromagnétique radiofréquence 28 dite d'écho de spin en présence d'une impulsion 29 de resélection de la même coupe avec le gradient de codage de coupe G2. Au bout d'une durée double 2 T de celle qui sépare les deux impulsions d'excitation 25 et 28 on mesure le signal de RMN renaissant 30, en présence d'une impulsion de lecture 31 sur un gradient de lecture Gx.
Ces séquences sont connues, notamment l'impulsion de sélection de coupe 26 comporte une impulsion 32 consécutive de recodage de coupe, et d'impulsion 31 est elle même précédée par une impulsion 33 de précodage de lecture. Si la durée 23 est de l'ordre de 100 ms, il peut même être envisagée de se livrer pendant cette durée 23 à plusieurs séquences successives semblables à celles des figures 2c à 2f. Par exemple si une telle séquence dure de l'ordre de 25 ms on peut la répéter quatre fois. On choisit cependant dans ce cas d'effectuer une image dans une autre coupe, avec une autre impulsion de sélection de coupe que 1'impulsion 26. Il est intéressant de noter que pendant cette durée 23 on peut en définitive se livrer à toutes les méthodes d'excitation et appliquer tous les procédés d'imagerie déjà connus de l'état de la technique.
La figure 3 montre que l'aimantation M, que les moments magnétiques des particules, gardent sensiblement leurs valeurs pendant la coupure du champ de polarisation B2• Seules leurs orientations changent. Cependant ce changement de l'orientation, cette rotation vectorielle de M, n'est possible que si la rotation du vecteur B résultant de la composition algébrique de B2 et de Bo, est faible devant la fréquence de résonance, la fréquence de précession, des moments magnétiques. Cette fréquence de précession est elle même proportionnelle à B d'une part et à Y d'autre part, étant le rapport giromagnetique associé aux particules examinées (aux particules d'hydrogène en imagerie médicale) . Il faut donc en définitive que la vitesse angulaire de B soit inférieure de beaucoup à y B. Or Ε> est lui même limité inférieurement par B0- En effet quand B2 est nul B devient identique à yBo. Avec un Bo de 100 Gauss comme évoqué jusqu'ici, et en choisissant un rapport de mille entre la vitesse angulaire de B et la fréquence de résonance, on obtient une durée minimum de la décroissance, une durée minimum de la période 22, égale à 25 ms. En fait le problème n'est pas aussi simple. En effet au début de la décroissance, par exemple linéaire, de B2, du fait que B2 est très grand par rapport à Bo, l'orientation de l'aimantation M reste pratiquement inchangée. Ce n'est que vers la fin de la période 22, lorsque B2 devient de l'ordre de Bo, qu'il devient nécessaire de ralentir la décroissance de B2. On peut indiquer que la vitesse angulaire de M devient maximum au moment, ou B2 est nul est quelle est alors égale à
(dB2/dt)/B0. En conséquence il faudra donc freiner plus progressivement à la fin de la décroissance de B2 pendant la période 22. Le même phénomène jouant à la croissance, il faudra faire croître plus lentement au début, mais plus rapidement à la fin, la remontée de B2 pendant la durée 20.
La question est donc de savoir à partir de quel moment pendant la décroissance 22 il faut commencer à faire décroître moins rapidement. La réponse est la suivante : il faut ralentir la décroissance lorsque B2 décroissant devient de l'ordre de Bo. Ainsi, pendant une période 22 de l'ordre de 100 ms il est intéressant de faire décroître B2, avec une pente de 20 Teslas par seconde, pendant une durée de 99 ms. Pendant une durée suivante, par exemple de 5 ms on fait décroître le champ B2 de la valeur de 200 Gauss qu'il avait atteint jusqu'à 0. On peut montrer que dans ces conditions l'orientation de l'aimantation M des moments magnétiques ne décroche pas par rapport à l'orientation de la composition vectorielle Bo + B2.
Pour réaliser cette décroissance en deux temps on pourra utiliser une alimentation comportant un circuit de commutation 35 (figure 4) capable de produire + V ou + V volts pendant des durées 34 de la période 22, ou 38 de la période 20, ou encore une tension 0 volts pendant les périodes 21 et 23. Ce circuit 35 est un circuit flottant. Il soumet à une tension constante les selfs 1 et 2. De préférence ces selfs sont des bobines supraconductrices. Ces selfs 1 et 2 laissent donc passer un courant croissant linéairement quand . elles sont soumises à une tension constante. Elles produisent donc un champ croissant linéairement. Le circuit 35 comporte deux doubles ponts de transistors en série. Un premier double pont 40 comporte les ponts 41 et 42. Le pont 41 comporte les transistors 43 et 46. Le pont 42 comporte les transistors 44 et 45. Le deuxième double pont 47 comporte les ponts 48 et 49. Le pont 48 comporte les transistors 50 et 53. Le pont 49 comporte les transistors 51 et 52. Tous les transistors sont munis d'une diode de déstockage en inverse. Les deux doubles ponts sont montés en série, dans leur point milieu, chacun avec une batterie, respectivement 54 et 55. Selon le sens de conduction du courant dans les ponts, les tensions délivrées par ces batteries s'additionnent ou se neutralisent. En outre, en série avec les doubles ponts et les bobines 1 et 2, est placé un additionneur 56. Cet additionneur produites un échelon de tension utilisable pour créer les petites rampes pendant les périodes 39 et 37.
La figure 5 montre des ordres 0χ, 02, O3 et O4 applicables sur les ponts 41, 42, 48, 49 respectivement. Le signal ADD est le signal produit, par exemple par le séquenceur 18, et venant s'additionner dans l'additionneur 56 à la tension 0 Volts produite par les batteries. Ainsi pendant la période 39 le signal ADD est appliqué tandis que la mise en conduction des ponts 42(O2) et 48 (O3) fait se neutraliser les deux tensions égales V fournies par chacune des batteries 54 et 55. Pendant la période 38 le signal ADD est coupé, le pont 42 (O2) est bloqué tandis que le pont 41 (0 ) est conducteur, le pont 48(03) reste conducteur. Dans ces conditions une tension +2 V (typiquement 320 Volts) est appliquée aux bobines 1 et 2. Pendant la période 21, les ponts 41 et 42 sont à nouveau inversés. Aussi un courant constant continue à passer dans les bobines 1 et 2. Pendant la période 34 les ponts 48(03) et 49(04) sont inversés. Une tension -2V est dispensée : le courant dans les bobines 1 et 2 décroît. Pendant la période 37 les ponts 48 et 49 sont à nouveau inversés (les tensions des batteries se neutralisent) tandis qu'un signal ADD de polarité inversée est appliqué par l'intermédiaire de l'additionneur 56. Le courant dans les bobines 1 et 2 chute jusqu'à zéro. Pendant la période 23 le circuit 35 est dans la même configuration que pendant la période 21 (mais pendant cette période aucun courant ne circule plus dans les bobines 1 et 2) . Si, comme cela est possible, on choisit d'orienter B2 comme Bo les problèmes d'aimantation ne se posent plus. Il faut néanmoins tenir compte alors du couplage entre les bobines 1 et 2 et 12 à 15.
On remarque qu'il est aussi possible d'utiliser les bobinages 1 et 2 en remplacement de l'antenne 5.
Le champ Bo de résonance ne peut pas être aussi faible qu'on le voudrait. En effet les gradients provoquent une variation du champ magnétique auquel sont soumis les particules pendant l'expérimentation. Si pour un gradient d'une force donnée, on obtient une variation
B en limite de la zone d'image, il est nécessaire, pour éviter des phénomènes de repliement en fréquence des signaux radio-fréquence détectés au moment du traitement, que BQ soit au moins égale au double de B. En pratique cette proposition est plus aisément rempli si avec un champ de résonance Bo faible on utilise également des gradients peu puissants. En effet, le fait d'utiliser des gradients trop puissants ne permettrait plus de considérer comme négligeable la composante, non orientée longitudinalement avec ce champ résonnant des champs magnétiques des gradients. Dans ce cas on peut choisir en limite de la zone d'exploration 17 une influence des gradients ayant une importance, vis à vis du champ résonnant, du même ordre que celle que, dans l'état de la technique, les gradients possédaient vis à vis du champ de polarisation et de résonance. Cependant pour bénéficier au maximum de l'avantage procuré par la machine de l'invention, on utilise de préférence des gradients relativement plus fort. Utilement on limite 1*effet maximum des gradients au dixième de la valeur du champ de résonance Bo- On est donc ainsi amené à fabriquer des gradients moins puissants (avec des alimentations moins fortes) qui paradoxalement vont avoir un effet de différenciation plus grand entre les différentes composantes fréquentielles du signal de RMN. Non seulement ces gradients avec leurs alimentations associées sont moins cher mais ils sont même pius performants. En pratique on conserve les gradients existant, avec leur alimentation et leur mode d'utilisation, et on choisit un champ Bo dix fois plus fort que le champ créé par les gradients en limite de leur zone d'influence. Ceci permet de conserver toutes les contraintes liées à la création des images. Compte tenu du fait qu'a basse fréquence de résonance 1'impédance de 1'antenne 5 n' st plus négligeable devant l'impédance présentée par le corps d'un patient, on doit diminuer relativement l'impédance de cette antenne. De préférence on choisit une antenne de type supraconducteur. Dans ce cas cette antenne est accouplée à une tête amplificatrice refroidie, du type de celle utilisée dans les communications spatiales.
Tandis que le champ Bo est maintenu de préférence en permanence le champ B2 est établi périodiquement. La durée du cycle périodique d'établissement du champ B2 est de préférence choisie égale à un temps de répétition Tr lui-même déterminé pour un procédé d'imagerie particulier. Par exemple si on veut faire des images en temps de relaxation spin-spin (T2) , il est intéressant de choisir des temps de répétition Tr de l'ordre de 1 ou 2 secondes. Si on veut faire des images en temps de relaxation spin-réseau (Ti) , il est préférable de choisir, selon la nature des matériaux à examiner, des temps de répétition Tr de l'ordre de 200 à 400 ms. Ces derniers sont tout à fait compatibles avec les indications données jusqu'ici.
On remarque que l'aimantation moyenne des moments magnétiques n'est pas égale à celle qu'ils auraient si les plateaux 21 étaient maintenus en permanence. Elle est plutôt égale ou inférieure à celle qu'ils auraient pour la moitié de cette valeur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine de RMN comportant
- des moyens (1-3) pour soumettre un corps (4) à analyser à un champ magnétique (B2) intense de polarisation,
- des moyens (5,6) pour exciter ledit corps avec une onde (25) électromagnétique,
- des moyens (5,7) de mesure d'une onde électromagnétique (30) réémise en réponse par le corps, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre
- des moyens (12,16) pour créer un champ de résonance (Bo) nettement moins fort que le champ de polarisation,
- et des moyens (35,36) pour annuler le champ de polarisation avant la mesure (7) de l'onde électromagnétique.
2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (18,23) pour annuler le champ de polarisation avant l'excitation.
3. Machine selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que les moyens pour annuler le champ de polarisation comporte des moyens pour amortir (35,36) l'annulation.
4. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (12,15) pour que champ de résonance soit, relativement, nettement plus homogène que le champ de polarisation.
5. • Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour produire un champ de polarisation (Y) orthogonal au champ de résonance (Z) .
6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que les moyens d'excitation et de mesure de l'onde électromagnétique comportent une antenne supraconductrice.
7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que les moyens pour soumettre le corps à analyser à un champ de polarisation et les moyens pour annuler ce champ de polarisation comportent une alimentation à thyristor (24).
8. Machine selon 1•une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce qu'elle est une machine d'imagerie mettant en oeuvre une série (Tr) de séquences d'excitation (25)-mesure (30) de l'onde électromagnétique et qu'elle comporte des moyens pour que le champ de polarisation soit rétabli périodiquement.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0465068A2 (fr) * 1990-06-29 1992-01-08 The Regents Of The University Of California Imagerie par résonance magnétique avec des champs commutés
US5307015A (en) * 1990-06-29 1994-04-26 The Regents Of The University Of California NMR relaxometry using variable initial flip angle

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5659629A (en) * 1995-04-07 1997-08-19 General Electric Company Visualization of a multi-dimensional data set acquired with a surface receive coil
DE19911043A1 (de) * 1999-03-12 2000-09-14 Philips Corp Intellectual Pty MR-Verfahren
ITSV20000009A1 (it) * 2000-02-25 2001-08-25 Esaote Spa Metodo, attrezzo e sistema per l'esecuzione di misure di verifica e correzioni dei campi magnetici nei magneti per macchine per il rilevamen
NZ534963A (en) * 2002-02-06 2006-02-24 Univ California SQUID Detected NMR and MRI at ultralow fields
DE102008020574B4 (de) * 2008-04-24 2011-06-01 MRB Forschungszentrum für Magnet - Resonanz - Bayern e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Magnetresonanztomographiegeräts
JP5662420B2 (ja) * 2009-04-30 2015-01-28 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 磁性粒子に影響し及び／又は磁性粒子を検出し、磁気共鳴撮像のための装置及び方法
US8970217B1 (en) 2010-04-14 2015-03-03 Hypres, Inc. System and method for noise reduction in magnetic resonance imaging
ITRM20130711A1 (it) * 2013-12-20 2015-06-21 Imaging Technology Abruzzo S R L Apparato e metodo di imaging simultaneo tramite risonanza di spin elettronico e risonanza di spin nucleare

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3125502A1 (de) * 1981-06-29 1983-01-13 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Geraet zur ausmessung der kernspinresonanz von proben
GB2128745A (en) * 1982-08-31 1984-05-02 Asahikawa Medical College Method of measuring internal information from a body by using nuclear magnetic resonance
EP0117042A2 (fr) * 1983-01-13 1984-08-29 Albert Macovski Procédé et dispositif pour la production d'images au moyen de résonance magnétique nucléaire à champ principal pulsé
JPS61176842A (ja) * 1985-02-01 1986-08-08 Mitsubishi Electric Corp 核磁気共鳴装置
EP0198748A1 (fr) * 1985-03-26 1986-10-22 General Electric Cgr S.A. Procédé et dispositif d'imagerie par résonance magnétique nucléaire
GB2210982A (en) * 1987-10-08 1989-06-21 Instrumentarium Corp Apparatus and method for the nmr examination of an object

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5940245A (ja) * 1982-08-31 1984-03-05 Asahikawa Ika Daigaku 被測定体内部情報測定用磁場発生方法
GB8701695D0 (en) * 1987-01-27 1987-03-04 Smith J A S Detecting compounds
US5057776A (en) * 1989-12-08 1991-10-15 Albert Macovski Pulsed field MRI system with non-resonant excitation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3125502A1 (de) * 1981-06-29 1983-01-13 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Geraet zur ausmessung der kernspinresonanz von proben
GB2128745A (en) * 1982-08-31 1984-05-02 Asahikawa Medical College Method of measuring internal information from a body by using nuclear magnetic resonance
EP0117042A2 (fr) * 1983-01-13 1984-08-29 Albert Macovski Procédé et dispositif pour la production d'images au moyen de résonance magnétique nucléaire à champ principal pulsé
JPS61176842A (ja) * 1985-02-01 1986-08-08 Mitsubishi Electric Corp 核磁気共鳴装置
EP0198748A1 (fr) * 1985-03-26 1986-10-22 General Electric Cgr S.A. Procédé et dispositif d'imagerie par résonance magnétique nucléaire
GB2210982A (en) * 1987-10-08 1989-06-21 Instrumentarium Corp Apparatus and method for the nmr examination of an object

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Volume 10, No. 389 (P-531) (2446), 26 Decembre 1986; & JP-A-61176842 (Mitshubishi ELectric Corp.) 8 Aout 1986 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0465068A2 (fr) * 1990-06-29 1992-01-08 The Regents Of The University Of California Imagerie par résonance magnétique avec des champs commutés
EP0465068A3 (en) * 1990-06-29 1992-08-19 The Regents Of The University Of California Switched field magnetic resonance imaging
US5281913A (en) * 1990-06-29 1994-01-25 The Regents Of The University Of California NMR relaxometry using fixed RF frequency band
US5307015A (en) * 1990-06-29 1994-04-26 The Regents Of The University Of California NMR relaxometry using variable initial flip angle
US5629624A (en) * 1990-06-29 1997-05-13 The Regents Of The University Of California Switched field magnetic resonance imaging

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0620437B2 (ja) 1994-03-23
US5208533A (en) 1993-05-04
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JPH03504342A (ja) 1991-09-26

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