Development of a micro-device to control the resonance frequency of a small high - sensitivity coil for MRI

Développement d'un micro-dispositif intègre pour le contrôle de la fréquence de résonance d'une antenne à haute sensibilité pour l'IRM

Jean-Clément Guisiano (1, 2)

1 IEF - Institut d'électronique fondamentale
2 U2R2M - Unite de recherche en résonance magnétique médicale

The use of miniature transmission lines coils, in the study of diseases in humans or small animals, has allowed for significant improvements in Micro Magnetic Resonance Imaging (MRI). The high sensitivity of such coils combined with their small size, however, leads to critical problems in treating and conditioning the detected Nuclear Magnetic Resonance (NMR) signal. In particular, the adjustment of the resonant frequency of these detection coils, during a MRI experiment, cannot be achieved using reported components, as is the case of conventional MRI coils, in order not to degrade their performances.We have developed two original tuning techniques for such coils. These techniques are based on the micrometric displacement of a tuning element near the coil surface, which modifies the electromagnetic environment of the coil by coupling, resulting in a change of the resonant frequency. The obtained results have enabled the design and construction of a micro-displacement device responsible for the fine tuning of the coil, through the displacement of a tuning element.The tuned coil and micro-device have been implemented in a 4.7 T MRI. Sample images were obtained and validated, showing the relevance and feasibility of using an auto-tuning resonant system, dedicated to high sensitivity MRI.

L’utilisation d’antennes miniatures à haute sensibilité basées sur le principe des lignes de transmission a permis, lors de l’étude de pathologies chez l’Homme ou le petit animal , une amélioration significative de la qualité des images obtenues en micro Imagerie par Résonance Magnétique (IRM). Les performances élevées de ces antennes et leurs dimensions réduites entrainent cependant des difficultés critiques pour traiter et conditionner le signal de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) détecté. Plus particulièrement, le réajustement de la fréquence de résonance de l’antenne de détection, au cours d’une expérience d’IRM, ne peut être réalisé à l’aide de composants rapportés, comme c’est le cas avec les antennes d’IRM conventionnelles, ceci afin de ne pas dégrader leurs performances.Notre étude a consisté à développer deux techniques d’accord originales et dédiées aux antennes miniatures à lignes de transmission. Ces techniques sont basées sur le déplacement micrométrique d’un élément d’accord à proximité de l’antenne entrainant une variation de l’environnement électromagnétique de celle-ci, et donc de la fréquence de résonance, par couplage (diélectrique ou inductif). L’ensemble des résultats obtenus (par des caractérisations expérimentales, des simulations numériques et des modélisations analytiques) a servi de base à la conception et la réalisation d’un dispositif de micro-déplacement chargé d’assurer le réglage fin de la fréquence de résonance à travers le déplacement de l’élément d’accord.La mise en œuvre d’une antenne accordée à l’aide du dispositif a été réalisée au sein d’un imageur à 4,7 T. Des images de démonstration sur fantôme ont été obtenues et validées, montrant ainsi la pertinence d’un tel dispositif et la faisabilité de systèmes résonants auto-accordés dédiés à l’IRM haute sensibilité.

Mots clés: Magnetic Resonance Imaging (MRI); Frequency tuning; Micro coils

Mots clés: Micro antennes; Imagerie par Résonance Magnétique (IRM); Accord en fréquence

Domaines: Autre [cond-mat.other]

Jean-Clément Guisiano. Développement d'un micro-dispositif intègre pour le contrôle de la fréquence de résonance d'une antenne à haute sensibilité pour l'IRM. Autre [cond-mat.other]. Université Paris Sud - Paris XI, 2011. Français. ⟨NNT : 2011PA112163⟩. ⟨tel-00635971⟩