Abstract
The research works on this thesis are based on design of radio
frequency antenna applied in magnetic resonance imaging (MRI). The quality of
examinations due to the sensitivity of antenna or the inhomogeneity of magnetic
field and sometimes the heating of radiating element which can cause skin
burns, is a problem. The originality of our work is to make a mathematical
study of radiofrequency magnetic field of a circular loop of 20 cm of diameter,
at the frequency of 64 MHz relative to a surface antenna. We used magnetostatic
techniques combined with the Gauss-Legendre method to integrate the magnetic
field B of the Biot-Savart equation. This magnetic field simulated in a 3D
space has a good homogeneity; the field per unit of current also simulated on
the axis (oz) informs about the sensitivity of the antenna which gives a better
signal to noise ratio. The results obtained are satisfact and in agreement with
those of certain works of the literature.
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Keywords : radiofrequency antenna,
magnetic resonance imaging
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Introduction générale
Dans le domaine de l'exploration et de l'imagerie
médicale, l'Imagerie par Résonance Magnétique « IRM
» est devenue un outil quasiment incontournable dans de nombreux domaines
cliniques et a connu une avancée considérable tant sur le plan
technologique que sur le plan de ses applications; c'est une technique
d'imagerie qui utilise des champs électromagnétiques induisant un
effet de résonance dans les atomes d'hydrogènes pour visualiser
les organes et structures internes du corps. Un système informatique
dédié enregistre et traite l'énergie
électromagnétique émise en retour par les atomes
d'hydrogène, et produit ainsi des images des structures internes du
corps. Les médecins utilisent ces images pour diagnostiquer diverses
pathologies. A la différence des scanners et des appareils de
radiographie conventionnelle, les appareils IRM n'exposent pas le patient
à des rayonnements ionisants. Mais lors de leur application dans
certains laboratoires cliniques, les problèmes qui subsistent sont
parfois : la qualité des examens qui n'est pas de bonne qualité
soit à cause du faible rapport signal sur bruit (RSB/SNR) et le
phénomène d'échauffement des tissus dû au port
d'implant métallique par le patient causant des brûlures
cutanées. Cet ainsi qu'intervient l'antenne RF qui est un
élément majeur à développer pour palier à
ces problèmes. L'IRM continue de connaitre un développement
important avec l'utilisation de champs magnétiques de plus en plus
intense; deux champs perpendiculaires sont alors à considérer :
le champ fondamental Bo crée par l'aimant principal et le champ
magnétique radiofréquence ou onde radiofréquence B1
crée par l'antenne. Nous y portons souvent peu d'attention sur l'antenne
en IRM, pourtant son rôle est primordial dans la chaîne de
réception. C'est un outil fondamental du système IRM; il a pour
rôle de détecter le signal émis lors du retour à
l'équilibre des noyaux d'atomes d'hydrogènes préalablement
excités par le champ RF. Le signal mesuré étant
très faible, Il est donc important de comprendre le fonctionnement des
antennes et de savoir ce que ce signal y devient. Aussi simples qu'elles
paraissent, les antennes sont de plus en plus complexes, avec une technologie
optimisée afin «d'écouter» le mieux possible les
protons. Dans ce travail, nous nous sommes concentrés sur la
problématique liée aux antennes en particulier l'étude du
champ magnétique radiofréquence en accord avec les
différentes études qui ont été menées.
L'objectif de ce mémoire est de concevoir une antenne RF simple boucle
circulaire capable de produire des images homogènes de qualité et
qui sera en conformité avec les normes sanitaires définies pour
l'IRM. Ce mémoire s'articule autour de trois chapitres, des
exposés précis et concis y sont
Mémoire de Master of science de Physique, par Severin
Didjeu. UYI
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présentés :
Le chapitre 1 résume l'état actuel des
connaissances sur les antennes RF et donne des éclaircissements sur les
problématiques spécifiques à l'IRM.
Le travail de ce mémoire et la démarche
scientifique suivie sont quant à eux détaillés dans le
chapitre 2 divisé en 3 parties, La première partie
s'intéressera à une brève description du fonctionnement de
l'appareil IRM et des outils et environnements logiciels utilisés dans
cette étude; La seconde partie portera sur les antennes
radiofréquence en IRM où nous les aborderons en
énumérant les différents types d'antennes et en
présentant leurs paramètres caractéristiques. La
troisième partie portera sur la conception d'une antenne à boucle
circulaire, où nous présenterons une méthode analytique
exprimant le champ magnétique par unité de courant
(sensibilité de l'antenne) sur l'axe (oz); nous présenterons
également une méthode d'intégration numérique celle
de Gauss-Legendre pour discrétiser le champ magnétique B1 de
l'équation de Biot-savart dans le plan (xoy) généralement
utiliser pour les antennes de formes plus simple. Nous présenterons
enfin quelques méthodes numériques de calculs du champ
électromagnétique (FEM, FDTD et MOM) basée sur des
équations de maxwell pour la conception d'antenne plus complexe.
Le chapitre 3 présente les différents
résultats de simulations réalisés ainsi que les
discussions relatives à ces résultats. Ce chapitre est suivi
d'une conclusion générale dans laquelle, quelques perspectives
pour des travaux ultérieurs y sont proposées.
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