Memoire Online - Conception d'antenne radiofréquence dédiée à l'imagerie par résonance magnétique

L'examen dure en général de 15 à 30 minutes, mais pour un examen plus complet la durée peut aller jusqu'à une heure. Le patient après avoir enlevé ses vêtements, est allongé sur un lit, l'appareil (antenne) est alors disposé sur la zone à examiner, puis le lit coulisse doucement dans le mini-tunnel; c'est à l'intérieur de ce mini-tunnel qu'est produit le champ magnétique (voir figure 2.3). Durant l'examen, le patient doit rester parfaitement immobile mais dispose, si quelque chose ne va pas, d'une sonnette pour prévenir le manipulateur. L'examen est totalement indolore et ne présente aucun risque pour le patient, il doit cependant avoir retiré absolument tous les objets métalliques (montres, ceinture, bijoux, etc...). Il doit aussi signaler à son médecin le port d'une pile cardiaque, valve ou prothèse qui pourraient perturber le déroulement de l'examen et présenter des risques chez le patient. Le seul inconvénient est le bruit de la machine et la sensation d'enfermement qui peuvent perturber certains patients. Une fois les images prises, celles-ci vont être interprétées par un radiologue.

2.2.4 Principe de la RMN

Le principe de fonctionnement de l'IRM consiste d'abord à aimanter le corps humain par le biais d'un champ magnétique statique uniforme très intense (de l'ordre du Tesla), auquel vient s'ajouter une onde radiofréquence (20-400 MHz) accordée sur la fréquence de résonance des atomes d'hydrogène (fréquence de Larmor). Le noyau généralement utilisé lors des applications en IRM est celui d'hydrogène en raison de sa grande abondance dans le corps humain (celui-ci contient environ 75⁰0 d'eau). En l'absence de champ magnétique extérieur, le spin d'un noyau d'hydrogène est orienté de façon aléatoire. Sous l'influence d'un champ magnétique statique et uniforme ^~E0, le spin du noyau d'hydrogène effectue un mouvement de rotation autour de la direction du vecteur ^~E0 ; on dit que le spin effectue un mouvement de précession. La fréquence de rotation, appelée fréquence de Larmor, est

caractéristique du noyau étudié et proportionnelle à l'intensité du champ

^~B0 :

Où ã est le rapport gyromagnétique de l'espèce considérée (le rapport gyromagnétique de l'hydrogène vaut 42,58 MHz/T). Les atomes d'hydrogènes entrent en résonance et lorsque le champ alternatif est brutalement interrompu il est possible de mesurer la perturbation du champ magnétique due aux vibrations de ces atomes. Pour obtenir des images localisées, on joue sur le fait que cette fréquence de résonance dépend de l'intensité du champ magnétique. On superpose alors un gradient statique de champ pour moduler cette fréquence, selon l'endroit où l'on souhaite mettre en résonance les atomes. Une antenne dite émettrice génère un champ radio-fréquence noté ^~B1 perpendiculaire au champ ^~B0 et effectuant un mouvement de rotation à la fréquence de Larmor des noyaux d'hydrogènes. Une fois l'émission du champ radio-fréquence finie, les protons retournent à l'équilibre en émettant à leur tour un signal radio-fréquence à la fréquence de Larmor. Celui-ci est capté par des antennes dites réceptrices. C'est ce signal qui, une fois numérisé, traité puis analysé permet d'obtenir les propriétés physiques et chimiques de l'échantillon étudié. La qualité des résultats obtenus lors de la RMN est donc en partie liée à la qualité d'émission et de réception des antennes. Pour avoir une bonne qualité, le champ émis doit être aussi homogène que possible dans la région étudiée et effectuer un mouvement de rotation à une fréquence la plus proche possible de la fréquence de Larmor afin d'exciter uniformément les noyaux voulus. De plus, les antennes réceptrices doivent avoir un rapport signal sur bruit élevé. Pour cela, il faut rendre la résistance de ces antennes la plus faible possible. C'est pourquoi les antennes sont composées de matériaux ayant une bonne conductivité tel que le cuivre ou l'or.

2.2.5 Le signal RMN

2.2.5.1 Détection du signal RMN

Lors du retour à l'équilibre, si une bobine de réception d'axe perpendiculaire à

^~B0 est

placée à proximité du système de spin, la composante transversale du signal RF émis peut induire dans la bobine une tension sinusoïdale amortie de pulsation ù0. L'amplitude de ce signal, appelé signal de précession libre (FID), décroît exponentiellement avec le temps (Figure 2.1).

En ce qui concerne l'instrumentation, le champ statique est créé à l'aide d'un aimant dont l'intensité varie selon les applications (de 0,5 à 17 T). Une antenne RF d'émission génère

le pulse du champ

^~B1 et une antenne RF de réception détecte le signal émis lors du retour

à l'équilibre thermique de l'aimantation macroscopique. Notons qu'une seule et unique antenne peut jouer les deux rôles à la fois. Pour une bonne efficacité, ces antennes doivent être finement accordées à la fréquence de résonance fo des spins des noyaux analysés. Afin de reconstruire une image à partir du signal capté, il est nécessaire de localiser le plus précisément possible son origine spatiale. La méthode mise en oeuvre est basée sur une discrimination des éléments de volumes (voxels) par leur fréquence de résonance. Pour cela, un système de gradient de champ est utilisé. Le signal acquis est ensuite traité par un système informatique afin de reconstruire les images en 2 ou 3 dimensions.

L'application du principe de réciprocité qui stipule: <qu'une antenne, en régime stationnaire, dans un milieu linéaire et isotrope, présente les mêmes caractéristiques magnétiques (sensibilité, champ généré) lorsq'elle est utilisée en émission ou en réception > permet alors de calculer la valeur du signal RMN perçu par une antenne en mode réception à partir du champ magnétique ^~B1 créé par cette antenne en mode émission par unité de courant I. Alors, le signal S émis par les spins contenus dans un élément de volume 8v et capté par l'antenne de réception est une force électromotrice d'expression :

Le rapport B' I est appelé coefficient d'induction de l'antenne. C'est un critère d'efficacité de l'antenne IRM puisqu'il traduit l'aptitude de l'antenne à générer un champ par unité de courant circulant dans celle-ci.

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2.2.3 Déroulement de l'examen

2.2.4 Principe de la RMN