FR2710253A1 - Système magnétique pour tomographie par résonance magnétique nucléaire. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système magnétique pour tomographie par résonance magnétique nucléaire qui comprend un cryostat pourvu d'un tunnel à température ambiante et un réservoir rempli d'hélium liquide, ainsi qu'un solénoïde supraconducteur qui engendre un champ magnétique statique. Pour l'essentiel, ce système est caractérisé par le fait que l'enveloppe extérieure (6) du cryostat présente, entre l'extrémité (z = 0) du tunnel (2) dans le sens axial et la profondeur z = lm du centre du volume d'homogénéité magnétique (5), une distance minimale par rapport à l'axe (100; r = 0) qui est inférieure ou égale à celle d'une droite passant par les deux points P1 (z = 0, r = he ) et P2 (z = lm , r = h), cependant que l'on a: lm , he < 35 cm, de préférence Application à la tomographie de parties du corps.

Description

D E S C R I P T I ON

L'invention concerne un système pour tomographie par résonance magnétique nucléaire qui comprend un cryostat pourvu d'un tunnel à température ambiante dont le diamètre d est compris entre 20 cm et 50 cm, et de préférence entre 20 cm et 40 cm, et qui comporte un réservoir rempli d'hélium

liquide, ainsi qu'un solénoide supraconducteur à axe horizon-

tal en contact thermique étroit avec l'hélium liquide pour engendrer un champ magnétique statique qui est homogène dans un volume d'homogénéité magnétique, ce volume étant situé

dans le tunnel à température ambiante et son centre se trou-

vant à une distance lm d'une extrémité du tunnel à températu-

re ambiante dans le sens axial.

Un tel système de tomographie par résonance magné-

tique nucléaire est connu par exemple par le prospectus d'en-

treprise "série BIOSPEC" de mars 1992 de la société Bruker

Medizintechnik GmbH à D-76287 Rheinstetten.

Les systèmes magnétiques pour tomographie par réso-

nance magnétique nucléaire qui sont connus servent entre autres à la spectroscopie in vivo et à l'obtention d'images de coupes d'organes en médecine humaine, ainsi qu'à l'examen de petits animaux à des fins de recherche. Tandis que les appareils dans lesquels le tunnel de l'aimant présente un

diamètre très important de l'ordre de 80 à 100 cm sont utili-

sés pour l'examen de la totalité du corps des patients, c'est

principalement pour la recherche que l'on emploie les systè-

mes dont le tunnel magnétique présente des diamètres compris

entre 20 et 60 cm.

Les appareils connus ne conviennent qu'imparfaite-

ment pour l'examen de parties des extrémités du corps humain,

comme par exemple d'une main ou d'un pied, ou même pour l'ob-

tention de l'image d'un genou humain, car la totalité du corps du patient doit être mise en place dans un appareil de tomographie qui est prévu pour le corps entier, de sorte que, dans le cas d'examens de parties du corps, on enregistre généralement en même temps des signaux provenant de parties du corps qui ne sont pas intéressantes. Il est vrai que, dans le cas des très petits aimants, un bras individuel pourrait

être examiné à peu près jusqu'au coude dans des cas particu-

liers, mais un examen d'une partie d'une jambe humaine, en particulier dans la région du genou, n'est pas non plus pos- sible avec les appareils connus du fait de leur géométrie,

car même un patient en bonne santé n'arriverait pas à intro-

duire dans l'étroit tunnel magnétique la jambe qui doit être

examinée en l'étendant horizontalement & angle droit par rap-

port à l'autre. C'est à plus forte raison qu'un homme malade

ou blessé ne saurait le faire.

Il est vrai que l'on connaît par le brevet allemand DE-40 10 032-A1 un système magnétique supraconducteur pour un appareil de tomographie destiné à une partie du corps dans

lequel, grâce & la géométrie en forme de C en section trans-

versale du cryostat associé, il est possible d'accéder sans difficultés depuis le haut au volume du système o la mesure a lieu sans que l'on ne soit gêné, ce qui facilite en effet grandement l'examen d'un patient par résonance magnétique nucléaire. Dans le système connu, ceci n'est toutefois obtenu

qu'au prix d'une construction du cryostat qui est très com-

pliquée et coûteuse à fabriquer, cependant que les forces d'attraction mutuelle des bobines magnétiques dont l'ordre de grandeur peut être de plusieurs tonnes dans de tels aimants doivent être en outre absorbées d'une manière asymétrique, ce qui rend encore plus coûteuse la construction de la partie statique du système, du fait des normes de sécurité qu'il faut respecter. En outre, dans les aimants connus en forme de C, on n'utilise pas de solénoides, mais un système de bobines partiellement opposées, de sorte que, pour le même volume, l'intensité de champ maximale que l'on peut engendrer est

nettement plus faible que dans le cas de systèmes à solénoi-

des. On connait par le document JP 61-17 20 40 (A) dans "Patents Abstracts of Japan"', section P, volume 10 (1986), n

382 (P-529) un appareil de tomographie par résonance magnéti-

que nucléaire qui comprend un cryostat pourvu d'un tunnel &

température ambiante horizontal et dans lequel la paroi exté-

rieure du cryostat est rendue fortement oblique vers le côté de l'utilisateur. Toutefois, on ne peut pas trouver dans ce document des indications plus détaillées quant aux dimensions de la paroi extérieure du cryostat et & celles du tunnel à

température ambiante. En vue de "réduire" l'aimant de réso-

nance magnétique nucléaire, le champ magnétique statique de ce dispositif connu n'est pas engendré par un solénoide

supraconducteur, mais par quatre bobines partielles. L'incli-

naison de la paroi extérieure du cryostat est obtenue en aug-

mentant le diamètre des deux bobines partielles centrales.

On connaît par le brevet européen EP-O.350.267-A1 un aimant supraconducteur de résonance magnétique nucléaire

qui est construit en forme de cuvette, qui permet une inter-

vention latérale aisée sur le patient & examiner, mais qui nécessite à nouveau un cryostat dont la construction est très

compliquée par rapport à la construction classique en cylin-

dre creux. Du fait de la forme spéciale de la bobine de l'ai-

mant connu en forme de cuvette, on obtient à nouveau, con-

trairement aux aimants à solénoides, une utilisation extrême-

ment défectueuse de l'intensité du champ, et donc une résolu-

tion nettement plus faible pour les images de résonance mag-

nétique nucléaire qui sont engendrées. Des structures fines,

comme celles qui sont précisément importantes pour les ortho-

pédistes, ne peuvent donc pas être observées avec une préci-

sion suffisante.

On connaît enfin par le brevet des Etats-Unis n 5.117.188 une configuration magnétique pour l'imagerie par résonance magnétique nucléaire qui est pratiquement ouverte et que l'on appelle un aimant "retourné" (inside out) dans

lequel la bobine magnétique présente un diamètre très impor-

tant et une profondeur extrêmement faible, le volume destiné à l'examen étant disposé à une faible distance au-dessous de la bobine magnétique. Par rapport à des solénoïdes, un tel système magnétique présente toutefois les inconvénients que constituent un champ parasite fort qui rayonne dans l'espace extérieur, une homogénéité nettement plus faible pour le champ, une zone d'homogénéité magnétique beaucoup plus petite et une intensité maximale nettement plus faible pour le champ qui peut être engendré, de sorte que la résolution des images obtenues par résonance magnétique nucléaire est bien moins bonne que dans le cas des systèmes magnétiques classiques précités à solénoides, tels qu'ils sont connus par exemple

par le programme BIOSPEC précité de la société Bruker Medi-

zintechnik GmbH. Pour une longueur donnée du fil supraconduc-

teur qui contribue d'une façon considérable au coût d'un tel système magnétique, une bobine magnétique "retournée" est en

outre très peu économique.

Au contraire, le but de la présente invention est de créer un système magnétique pour tomographie par résonance

magnétique nucléaire destiné à l'examen de parties des extré-

mités du corps humain qui puisse être fabriqué en présentant une structure simple et compacte et en étant économique, qui permette une résolution élevée et qui engendre en outre un champ parasite relativement faible, le patient pouvant être

examiné dans une position du corps qui soit confortable.

Selon l'invention, ce but est atteint d'une manière aussi simple qu'efficace grâce au fait que, du moins dans une région angulaire entourant l'axe horizontal, l'enveloppe extérieure du cryostat présente, entre l'extrémité (z = O) du

tunnel à température ambiante dans le sens axial et la pro-

fondeur z = lm du centre du volume d'homogénéité magnétique, une distance minimale par rapport à l'axe (r = O) qui est inférieure ou égale à celle d'une droite passant par les deux points Pi (z = O, r = he) et P2 (z = lm, r = h), chaque fois que O 4 z \ lm, cependant que l'on a:

lm, ho < 35 cm, de préférence < 30 cm, et h < 50 cm.

Cette disposition géométrique du cryostat permet d'introduire dans le tunnel à température ambiante du système

magnétique la jambe à examiner d'un patient en position cou-

chée dont il s'agit d'examiner par exemple une jambe dans la région du genou, tandis que la jambe qu'il n'y a pas lieu

d'examiner est posée sur le côté extérieur du tunnel à tempé-

rature ambiante, et ce, dans la région angulaire qui présente la distance minimale entre l'enveloppe extérieure du cryostat et le côté intérieur du tunnel à température ambiante, de sorte que la position est confortable et que l'on n'a pas besoin de faire un grand écart ou d'autres contorsions. On conserve dans le dispositif selon l'invention la construction en forme de solénoide de la bobine magnétique, ainsi que la

conformation pour l'essentiel cylindrique du cryostat asso-

cié, de sorte que, contrairement aux dispositions spéciales citées plus haut, la construction peut être réalisée avec des

complications techniques et des coûts nettement plus faibles.

On dispose ainsi d'un système à résonance magnétique nucléai-

re qui est compact, économique et spécialement adapté ou con-

sacré aux examens de parties du corps et qui, contrairement aux appareils de tomographie pour le corps entier, offre un "facteur de remplissage" nettement meilleur dans le domaine

des examens de parties du corps, en étant donc particulière-

ment rentable. Du fait que l'intensité du champ d'un solénoi-

de est particulièrement élevée par rapport au volume, on peut obtenir une excellente résolution pour les images obtenues

par résonance magnétique nucléaire, cependant que des struc-

tures fines, en particulier dans le domaine d'utilisation que

constitue l'orthopédie, ressortent avec une précision suffi-

sante. Dans une forme de réalisation préférée du système

magnétique pour tomographie par résonance magnétique nucléai-

re selon l'invention, la région angulaire entourant l'axe horizontal du cryostat o se trouvent les distances minimales h., h entre l'enveloppe extérieure du cryostat et le côté intérieur du tunnel à température ambiante est disposée à la

verticale au-dessus du tunnel à température ambiante ou laté-

ralement par rapport à celui-ci. Cette disposition présente l'avantage d'offrir une position très confortable au patient à examiner, en particulier lors d'un examen d'une partie d'une jambe. Le patient peut en effet reposer sur le dos et plier vers le haut la jambe qui n'est pas examinée, ou encore

il peut l'écarter vers le côté d'un angle relativement fai-

ble. C'est en particulier pour de tels examens des jam- bes, par exemple dans le domaine de l'orthopédie, et dans une autre forme de réalisation favorable de l'invention, qu'un

support destiné à la jambe d'un patient qui n'est pas & exa-

miner est prévu au voisinage de l'enveloppe extérieure du cryostat dans la région angulaire entourant l'axe horizontal du cryostat o se trouvent les distances minimales ha, h entre l'enveloppe extérieure du cryostat et le côté intérieur

du tunnel à température ambiante.

On préfère également une forme de réalisation dans laquelle la surface frontale du cryostat est inclinée, du moins dans la région angulaire entourant l'axe horizontal du cryostat o se trouvent les distances minimales ha, h entre l'enveloppe extérieure du cryostat et le côté intérieur du tunnel à température ambiante. Dans le cas de l'examen d'une jambe, c'est grâce à cela aussi que l'on obtient ou que l'on améliore, respectivement, le confort de l'appui de la jambe

du patient qui n'est pas examinée.

On préfère particulièrement une forme de réalisa-

tion du système de tomographie par résonance magnétique

nucléaire selon l'invention dans laquelle le solénoïde supra-

conducteur présente une répartition asymétrique de ses spires dans la direction axiale, et ce, d'une manière telle que le

volume d'homogénéité du champ magnétique qui peut être engen-

dré par le solénoïde présente une distance lm par rapport à l'extrémité du tunnel à température ambiante dans le sens axial, tandis que la longueur du solénoïde dans le sens axial est supérieure à 2.1m. Grâce & cela, le volume d'homogénéité

magnétique, et donc le volume o la mesure a lieu, se dépla-

cent vers l'avant dans la direction de l'extrémité du tunnel à température ambiante dans le sens axial dans laquelle est enfoncée l'extrémité du patient qui doit être examinée. On peut alors donner une valeur encore plus faible à la distance lm pour la même intensité du champ qui peut être atteinte, pour le même diamètre d du tunnel & température ambiante et pour la même distance minimale faible h entre l'enveloppe extérieure du cryostat et le côté intérieur du tunnel à tem-

pérature ambiante. C'est justement dans le cas de l'utilisa-

tion du système pour tomographie par résonance magnétique nucléaire dans le domaine de l'examen de parties du corps que ceci présente l'avantage que le volume o la mesure a lieu peut être plus facilement atteint depuis le côté frontal du cryostat et qu'il n'est pas nécessaire d'enfoncer tout d'abord à travers un tube long et étroit la partie du corps qu'il s'agit d'examiner. En outre, la construction d'ensemble

peut être rendue encore plus compacte grâce à cela.

Dans une forme de réalisation particulièrement pré-

férée du système magnétique pour tomographie par résonance magnétique nucléaire selon l'invention, le réservoir qui est rempli d'hélium liquide est disposé d'une manière asymétrique

par rapport à l'axe du solénoide supraconducteur.

Dans une autre forme de réalisation préférée, le

réservoir rempli d'hélium liquide peut être disposé, par lui-

même ou en supplément, d'une manière asymétrique par rapport au plan perpendiculaire à l'axe du solénoide supraconducteur qui est situé à la distance lm d'une extrémité du tunnel à

température ambiante dans le sens axial.

On préfère particulièrement une forme de réalisa-

tion dans laquelle le cryostat présente, dans la région d'une extrémité dans le sens axial qui est pourvue d'un accès au tunnel à température ambiante destiné au patient, un diamètre

extérieur qui est inférieur à celui de la région de l'extré-

mité opposée dans le sens axial. Un avantage important des

modes de disposition asymétrique précités du réservoir d'hé-

lium, lesquels sont déjà connus en eux-mêmes par le brevet allemand DE- 37 24 562-A1, consiste en ce que la distance minimale h entre l'enveloppe extérieure du cryostat et le côté intérieur du tunnel à température ambiante peut être

rendue encore plus faible du fait que le dispositif est con-

formé d'une manière telle que c'est à peine si une partie du réservoir d'hélium est encore présente tout autour de la

bobine magnétique.

Dans une forme de réalisation particulièrement favorable, le solénoide supraconducteur est largement entouré par une matière bonne conductrice de la chaleur qui présente pour sa part une liaison bonne conductrice de la chaleur avec

les régions les plus basses du réservoir qui est rempli d'hé-

lium liquide. De cette manière, plus aucune partie du réser-

voir d'hélium n'est pratiquement nécessaire autour de la

bobine. Grâce à cela, la distance minimale h entre l'envelop-

pe extérieure du cryostat et le côté intérieur du tunnel à

température ambiante peut atteindre le minimum que l'on puis-

se théoriquement imaginer. En outre, même lorsque le niveau

de l'hélium liquide est bas dans le réservoir, la bobine mag-

nétique supraconductrice est encore suffisamment bien refroi-

die.

On préfère particulièrement une forme de réalisa-

tion du système pour tomographie par résonance magnétique nucléaire selon l'invention dans laquelle il est prévu un système de bobines à champ variable destiné à engendrer au moins un gradient de champ magnétique qui est constant, du

moins approximativement, à l'intérieur du volume d'homogénéi-

té du champ magnétique statique engendré par le solénoïde supraconducteur, cependant qu'un sous-système de bobines à champ variable transversal est construit en étant asymétrique

par rapport au plan bissecteur E du volume d'homogénéité mag-

nétique qui est perpendiculaire à l'axe du solénoïde, mais en étant symétrique pour l'essentiel par rapport à un plan qui contient cet axe et qui est également un plan bissecteur pour le volume d'homogénéité magnétique, et qu'il n'est constitué que par deux bobines partielles dont les spires présentent chacune le même sens d'enroulement par rapport à l'axe qui

est prédéterminé par la direction du gradient, et/ou cepen-

dant qu'il est prévu un sous-système de bobines à champ vari-

able axial, lequel est symétrique de révolution par rapport & l'axe du solénoïde et totalement asymétrique par rapport au plan bissecteur E du volume d'homogénéité magnétique qui est perpendiculaire & l'axe du solénoide, et cependant que les bobines à champ variable axial sont constituées par au moins

deux bobines partielles qui sont disposées sur des côtés dif-

férents du plan E, que les bobines partielles situées de l'un des côtés présentent d'une manière prépondérante un sens

d'enroulement qui est l'inverse de celui des bobines partiel-

les qui sont situées de l'autre côté du plan E, et que le nombre des spires présentant un sens d'enroulement déterminé

est différent du nombre des spires présentant le sens d'en-

roulement opposé.

De telles bobines & champ variable asymétriques que l'on appelle "cervicales" sont connues en elles-mêmes par le brevet allemand DE-41 42 263-A1. Les bobines à champ variable

cervicales asymétriques contribuent à une utilisation optima-

le de l'espace par l'ensemble du dispositif, et elles permet-

tent de donner un diamètre intérieur important au tunnel à température ambiante sur le côté frontal du cryostat qui est

situé du côté du patient, l'épaisseur de la paroi étant rela-

tivement faible. C'est en particulier dans le cas d'un patient à examiner dont la jambe est de forme conique et dont la cuisse présente un fort diamètre que cette disposition

géométrique est très avantageuse.

On préfère aussi particulièrement une forme de réa-

lisation du système magnétique pour tomographie par résonance magnétique nucléaire selon l'invention dans laquelle il est

prévu un système de bobines & champ variable à section car-

rée, lequel est destiné à engendrer au moins un gradient de

champ magnétique qui est constant, du moins approximative-

ment, à l'intérieur du volume d'homogénéité du champ magnéti-

que statique engendré par le solénoïde supraconducteur, sys-

tème constitué par au moins quatre bobines partielles en for-

me de selles, identiques pour l'essentiel, qui sont disposées symétriquement à une certaine distance dans le sens radial et dans le sens axial d'une origine des coordonnées supposée au centre du volume d'homogénéité magnétique et qui comprennent chacune deux segments conducteurs de l'électricité, lesquels s'étendent dans la direction périphérique autour d'un axe des z coincidant avec l'axe du solénoide, l'un de ces segments présentant une distance ri par rapport & l'axe des z qui est

aussi faible que possible dans le sens radial et l'autre seg-

ment présentant une distance r2 par rapport à l'axe des z qui est aussi grande que possible dans le sens radial, cependant que chaque bobine partielle comporte plusieurs spires, et que

les deux segments périphériques présentent entre eux une cer-

taine distance axiale dans la direction de l'axe des z, et cependant que le segment qui est à l'extérieur dans le sens radial et qui présente la distance r2 dans le sens radial par

rapport à l'axe des z est plus proche de l'origine des coor-

données, en ce qui concerne l'axe des z, que le segment qui

est à l'intérieur dans le sens radial et qui présente la dis-

tance ri dans le sens radial par rapport à l'axe des z, que

les deux segments sont reliés entre eux par des sections con-

ductrices, et qu'ils se trouvent tous deux sur une surface

r(z) qui est symétrique de révolution ou ellipsoidale.

Des bobines à champ variable à section carrée de ce

genre sont décrites dans la demande de brevet allemand anté-

rieure de la même Demanderesse qui porte le numéro de dépôt P 42 30 145.9-33 et au contenu de laquelle on se réfère dans son intégralité. Une disposition comprenant une bobine A

champ variable à section carrée de ce genre permet une utili-

sation de l'espace qui est encore meilleure, ainsi qu'une meilleure accessibilité, en particulier pour les patients dont les cuisses sont volumineuses, par exemple pour des sportifs présentant des blessures à la jambe qui doivent être examinés à des fins orthopédiques au moyen du système de

tomographie destiné à une partie du corps.

Dans les deux dispositions des bobines à champ

variable qui ont été citées plus haut, il s'avère particuliè-

rement avantageux que les bobines à champ variable reçoivent une protection active d'un système de bobines de protection dont la symétrie est la même que celle des bobines à champ variable qu'il s'agit de protéger. Grâce à cela, les champs variables parasites peuvent être rendus encore plus faibles au moyen d'un dispositif de protection extrêmement compact.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion résultent de la description suivante d'exemples de réa-

lisation en regard du dessin qui montre des détails impor-

tants pour l'invention. Les figures représentent: La figure 1 une vue en coupe schématique d'ensemble d'un appareil de tomographie pour une partie du corps selon l'invention, vue sur laquelle le patient est indiqué; La figure 2 une vue en coupe schématique du système magnétique de tomographie par résonance magnétique nucléaire selon l'invention comprenant un réservoir d'hélium et une bobine magnétique supraconductrice; La figure 3 le système de la figure 2 comprenant un écran supplémentaire de protection contre les rayonnements;

La figure 4 un agencement de bobine supraconductri-

ce asymétrique pourvu d'un revêtement bon conducteur de la chaleur;

La figure 5 une vue en coupe schématique d'un sys-

tème magnétique selon l'invention comprenant des bobines à

champ variable asymétriques et une ouverture d'entrée en for-

me d'entonnoir;

Les figures 6 à 8 des systèmes de bobines partiel-

les pourvus de bobines à champ variable asymétriques selon le brevet allemand DE-41 42 263-A1;

La figure 9 une vue en coupe schématique d'un sys-

tème magnétique selon l'invention pourvu de bobines à champ

variable à section carrée et d'une ouverture d'entrée en for-

me d'entonnoir; La figure 10 une vue en perspective d'une bobine

partielle du système de la figure 9 selon la demande de bre-

vet allemand antérieure n P 42 30 145.9-33; et:

La figure 11 une représentation en coupe schémati-

que de l'ensemble des quatre bobines partielles d'une bobine à champ variable transversal sur un corps porteur qui est pourvu de bobines & champ variable à section carrée comme

celles de la figure 10.

Le dessin d'ensemble schématique de la figure 1 représente un système de tomographie par résonance magnétique nucléaire 1 selon l'invention, et il montre un patient qui est seulement esquissé et qui a introduit sa jambe & examiner dans un tunnel & température ambiante 2 du cryostat d'un mètre de long environ de l'appareil de tomographie 1, tandis que son autre jambe repose commodément dans une position

pliée, au-dessus de la partie supérieure de l'enveloppe exté-

rieure 6 du cryostat, sur un support 7 qui peut être aussi

réalisé par exemple sous la forme d'une boucle (non représen-

tée) dans laquelle est maintenue la jambe à examiner. Du fait que la surface frontale 8 du cryostat est inclinée du côté tourné vers le patient, on peut réduire encore plus l'angle qui est formé par les axes des deux cuisses du patient dans

la position o la mesure a lieu.

L'introduction aisée de la jambe à examiner du patient est rendue possible grâce au fait que l'enveloppe extérieure 6 du cryostat présente une distance minimale h par rapport au côté intérieur du tunnel à température ambiante 2 à la profondeur lm mesurée depuis l'extrémité axiale (z = 0) du tunnel à température ambiante 2 qui est située du côté du patient, du moins dans une zone angulaire autour de l'axe horizontal 100 du cryostat (r = 0), cependant que c'est à cette distance lm que se situe à peu près le centre du volume d'homogénéité 5 du champ magnétique homogène B qu'engendre

l'aimant de champ principal 4 du système à résonance magnéti-

que nucléaire 1. Le tunnel à température ambiante 2 présente un diamètre d qui est compris entre 20 cm et 50 cm, et de préférence entre 20 cm et 40 cm, et on a:

lm, ha < 35 cm, de préférence < 30 cm, et h < 50 cm.

La figure 2 représente d'une manière plus détail-

lée, en une vue en coupe, le système magnétique de tomogra-

phie par résonance magnétique nucléaire 1 selon l'invention.

Il comprend un solénoide supraconducteur 4 qui est logé dans un réservoir 3, celui-ci étant rempli d'hélium liquide et comprenant une paroi tubulaire extérieure 3" et une paroi tubulaire intérieure 3', et qui est en contact thermique étroit avec l'hélium liquide du réservoir. Le solénoïde supraconducteur 4 présente un axe horizontal 100, et il engendre dans le volume d'homogénéité magnétique 5, dans une zone à peu près sphérique d'un diamètre de 18 cm environ, un champ magnétique statique B dont l'homogénéité AB/B est

inférieure à 20 ppm.

Le cryostat comporte au moins une tour d'alimenta-

tion 9 qui est pourvue d'un goulot 12 débouchant dans le réservoir d'hélium 3 et qui est destinée au remplissage ou à la vaporisation de l'hélium liquide, respectivement, ainsi qu'à l'introduction d'une canne d'amenée du courant, celle-ci servant à charger le solénoide supraconducteur 4, mais sans

être représentée sur le dessin.

Afin d'obtenir une géométrie aussi favorable que

possible pour l'introduction d'extrémités du corps à exami-

ner, la construction du système magnétique de tomographie 1 étant aussi simple que possible, la zone angulaire autour de l'axe horizontal du cryostat qui correspond à la distance

minimale h entre l'enveloppe extérieure 6 et le côté intéri-

eur du tunnel à température ambiante 2 est située à la verti- cale au-dessus du tunnel à température ambiante 2 dans l'ex-

emple de réalisation que montrent les figures 1 à 3. Toute-

fois, elle pourrait être aussi située latéralement, à côté du tunnel à température ambiante 2. Dans ce cas, le patient devrait écarter, vers le côté correspondant et de la distance

minimale h. la jambe qui n'est pas examinée.

La disposition asymétrique du réservoir 3 rempli

d'hélium liquide par rapport & l'axe 100 du solénoide supra-

conducteur 4, ainsi que par rapport au plan perpendiculaire à l'axe 100 du solénoide supraconducteur 4 à la distance lm de l'extrémité du tunnel à température ambiante 2 qui est située

du côté du patient dans le sens axial, disposition que mon-

trent les figures 1 à 3, produit un déplacement du volume d'homogénéité magnétique 5 dans la direction de l'extrémité du dispositif qui est située du côté du patient. Ceci rend encore plus accessible le volume d'homogénéité magnétique 5, et ce dernier peut être utilisé par exemple sans difficultés pour l'examen par résonance magnétique nucléaire d'un genou d'un patient, comme cela est indiqué sur la figure 1. De plus, le cryostat que montre la figure 1 présente du côté du patient un diamètre extérieur nettement plus faible qu'à l'extrémité du dispositif qui est à l'opposé dans le sens

axial, ce qui améliore encore l'utilisation de la place dis-

ponible et facilite l'accès au volume 5 o les mesures ont lieu. Dans des cas extrêmes, la cavité qui est nécessaire

pour recevoir l'hélium liquide peut être intégralement dispo-

* sée du côté opposé au patient ou, respectivement, en un

endroit diamétralement opposé & la jambe qui n'est pas exami-

née, de sorte que la distance h peut être réduite jusqu'au

voisinage du minimum théorique.

Il est particulièrement avantageux que le solénolde supraconducteur 4 soit largement entouré par un matériau bon

conducteur de la chaleur qui comporte pour sa part une liai-

son bonne conductrice de la chaleur 10, par exemple au moyen d'une tresse en cuivre, avec le fond du réservoir 3 qui est rempli d'hélium liquide. Ceci fait en sorte que le solénoide supraconducteur 4 soit suffisamment refroidi, même lorsque le

niveau de l'hélium liquide est bas dans le réservoir 3.

Un bon refroidissement est en outre assuré par le fait que des écrans 11 qui protègent du rayonnement et qui sont indiqués sur la figure 3 sont prévus sous la forme d'une plaque latérale 11', d'une enveloppe extérieure 11" et d'une enveloppe tubulaire intérieure 11''' qui est disposée autour du tunnel à température ambiante 2. On pourrait aussi prévoir plusieurs écrans protégeant du rayonnement, mais il devrait

exister au moins un écran qui entoure complètement le solé-

noide 4 et qui protège du rayonnement à une température com-

prise entre 4,2 K et la température ambiante. Cet écran 11

protégeant du rayonnement est généralement maintenu à la tem-

pérature de l'azote liquide. Son refroidissement peut être assuré par l'intermédiaire d'un réservoir d'azote qui n'est pas représenté sur le dessin, ou par l'intermédiaire d'un réfrigérateur qui peut être disposé sans gêner à une certaine

distance du système magnétique de tomographie 1.

De préférence, il est prévu un écran supplémentaire protégeant du rayonnement à une température comprise entre

4 K et 70 K, lequel peut être refroidi par exemple par l'in-

termédiaire de l'hélium gazeux froid qui est vaporisé à par-

tir de l'hélium liquide et/ou également par l'intermédiaire

d'un réfrigérateur.

La figure 4 représente une bobine à champ variable asymétrique 4' qui comporte une enveloppe bonne conductrice

de la chaleur 13, par exemple en tôle de cuivre ou d'alumi-

nium. Du fait que les enroulements de la bobine supraconduc-

trice 4' sont répartis sur le porte-bobine 14 d'une manière asymétrique dans la direction axiale, le volume d'homogénéité du champ magnétique engendré par le solénoide 4' peut être déplacé plus avant dans la direction de l'extrémité du tunnel à température ambiante 2 qui est située du côté du patient, ce qui le rend plus accessible. Ceci améliore encore plus la facilité de maniement du système de tomographie par résonance

magnétique nucléaire 1 selon l'invention.

C'est en particulier lorsque l'on utilise un solé-

noide asymétrique 4' de ce genre qu'il est recommandé d'uti-

liser un système 15 de bobines à champ variable également asymétrique pour engendrer des gradients de champ magnétique qui sont constants, du moins approximativement, à l'intérieur du volume d'homogénéité 5 du champ magnétique statique B

qu'engendre le solénoïde supraconducteur 4'. Une telle dispo-

sition est indiquée sur la figure 5. De telles "bobines à champ variable cervicales" asymétriques sont déjà connues en elles-mêmes par le brevet allemand DE-41 42 263-A1. La figure

6 montre un sous-système asymétrique qui est destiné à engen-

drer des gradients transversaux. Le volume d'homogénéité mag-

nétique 5 de la bobine coincide avec le volume de mesure dans lequel un gradient de champ magnétique s'étendant à peu près

linéairement dans la direction y est engendré par les cou-

rants des bobines à champ variable transversal asymétriques qui s'écoulent dans la direction de la flèche. En faisant tourner les bobines & champ variable transversal de 90' autour de l'axe des z, on obtient une disposition qui permet

d'engendrer un gradient selon l'axe des x.

Dans la disposition asymétrique des bobines à champ variable transversal que montre la figure 6, les parties de

retour en forme de selles 23', 23" des parties utiles en for-

me de selles associées 22', 22" des bobines partielles 21', 21" sont renvoyées vers la partie du volume de mesure 5 qui

est à droite pour l'observateur. Par rapport & une disposi-

tion symétrique classique, les autres bobines partielles 21''', 21'''' qui sont également disposées & droite du plan z = O restent inchangées. Pour des raisons géométriques, les parties en forme de selles des bobines partielles modifiées 21', 21" entourent ces bobines partielles inchangées 21''', 21''''. Ainsi, les bobines partielles 21', 21''' constituent dans leur ensemble une bobine partielle 20', et les bobines partielles 21", 21'''' constituent dans leur ensemble une

bobine partielle 20". En conséquence, la disposition d'ensem-

ble des bobines asymétriques à champ variable transversal est uniquement construite à partir de deux bobines partielles ', 20" qui sont symétriques l'une de l'autre par rapport au

plan y = 0. On peut tenir compte du fait que les bobines par-

tielles utiles 21', 21" engendrent une répartition du champ légèrement différente de celle des bobines partielles utiles 22''', 22'''' qui sont un peu plus petites, et ce, grâce à un

nombre de spires différent pour les bobines partielles cor-

respondantes, et à une adaptation des positions axiales pré-

cises des parties en forme de selles 21', 21". Il est ainsi possible d'engendrer dans le volume de mesure 5 un gradient de champ dont l'allure est approximativement linéaire. On voit clairement sur la figure 6 que l'accès au volume de mesure dans le sens axial, c'est-à- dire selon l'axe des z, a été amélioré d'une manière décisive sur le côté du dispositif

qui est situé à gauche du plan z = O pour l'observateur, grâ-

ce au "renvoi vers l'intérieur" des parties de retour en for-

me de selles 23', 23".

Le sous-système asymétrique de bobines à champ variable transversal que la figure 7 montre lorsqu'il est développé sur un plan est à nouveau constitué uniquement par deux bobines partielles opposées 30', 30", parmi lesquelles les parties de retour en forme de selles 33', 33", 33''',

33'''' qui appartiennent aux parties utiles en forme de sel-

les 32', 32", 32''', 32'''' sont renvoyées vers le côté du

plan z = 0 qui est opposé aux parties utiles en forme de sel-

les. Sur le côté des bobines en doubles selles asymétriques

représentées sur la figure 7 qui est à gauche pour l'observa-

teur, on obtient à nouveau de ce fait un accès au volume de mesure 5 dans le sens axial, c'est-à-dire selon l'axe des z, qui est rendu nettement plus aisé, car la distance zo entre l'extrémité du système de bobines à champ variable qui est située du côté du patient et le centre de la zone d'examen

linéaire a été rendue nettement plus faible que dans le sys-

tème classique.

Le même effet se produit aussi dans le système asy-

métrique de bobines à champ variable axial 16 qui est repré-

senté schématiquement sur la figure 8 en coupe transversale.

On a indiqué en outre sur la figure 8 la bobine de champ 4' et une bobine protectrice active 17. Avec cette disposition, on peut diminuer considérablement la distance lm, mesurée par

rapport à l'extrémité frontale du tunnel à température ambi-

ante 2, à laquelle on peut engendrer un gradient de champ linéaire à peu près constant dans la direction de l'axe des z. La figure 9 montre schématiquement un autre système de gradients transversaux 18 qui permet également de disposer une ouverture d'entrée en forme d'entonnoir & une extrémité frontale du tunnel à température ambiante 2. Les bobines &

champ variable transversal 18 sont des bobines à champ varia-

ble à section carrée, telles qu'elles sont décrites dans la

demande de brevet allemand n P 42 30 145.9-33. Elles permet-

tent une utilisation encore meilleure de la place disponible

et un accès encore plus facile au volume d'examen 5.

Les bobines partielles 40 du système à champ varia-

ble 18 à section carrée sont réalisées en forme de selles, comme on le constate sur la figure 10. Les diverses bobines partielles 40 présentent chacune deux segments conducteurs de

l'électricité 41, 42 qui s'étendent dans la direction péri-

phérique autour de l'axe des z et parmi lesquels le segment 41 qui est à l'intérieur dans le sens radial présente une distance rl par rapport à l'axe des z, tandis que le segment 42 qui est à l'extérieur dans le sens radial présente une distance r2 par rapport à cet axe. Les deux segments 41, 42

sont distants l'un de l'autre dans le sens axial correspon-

dant à l'axe des z, le segment 42 qui est à l'extérieur dans le sens radial étant plus près de l'origine des coordonnées

que le segment 41 qui est à l'intérieur dans le sens radial.

Les deux segments 41, 42 sont reliés entre eux par des sec-

tions conductrices 43.

Les bobines partielles 40 peuvent être constituées par des fils, et de préférence par des fils en cuivre, ou par des bandes conductrices de l'électricité comme le montre la figure 10. Une autre possibilité consiste à réaliser les bobines partielles 40 sous la forme de bobines qui suivent

les lignes de champ.

Dans la forme de réalisation que montre la figure , les segments 41, 42 des bobines partielles 40 sont situés sur des surfaces cylindriques autour de l'axe des z. Dans des formes de réalisation non représentées, les segments peuvent être en tout cas situés aussi sur des surfaces coniques qui

s'ouvrent dans la direction de l'origine des coordonnées.

Pour compenser les couples qui sont produits lors du passage du courant à travers la bobine partielle 40, il peut être prévu des bobines de compensation qui ne sont pas

représentées sur le dessin et qui ressemblent pour l'essen-

tiel aux bobines partielles 40 quant à leur constitution. En

particulier, les bobines de compensation peuvent aussi pré-

senter des segments périphériques intérieurs et des segments périphériques extérieurs dont la distance & l'axe des z est

supérieure à celle des segments intérieurs.

La figure 11 montre enfin une vue en coupe du sys-

tème de bobines à champ variable à section carrée qui est situé dans le perçage axial de l'aimant de champ principal selon le plan x-z. Le système qui est montré comprend quatre bobines partielles 40 qui sont disposées symétriquement par rapport à l'origine des coordonnées et qui sont noyées, en présentant un perçage axial, dans un corps porteur 45 en matière plastique. Les quatre bobines partielles 40 de la figure 11 engendrent dans leur ensemble un gradient qui affecte la composante axiale du champ magnétique dans la

direction de l'axe des x et qui est constant pour l'essen-

tiel, tout autour de l'origine des coordonnées, dans le volu-

me o l'examen a lieu. Le dessin ne montre pas un système engendrant un gradient selon l'axe des y qui est déduit du système représenté engendrant un gradient selon l'axe des x par une rotation de 90 autour de l'axe des z et qui présente pour le reste la même structure que le système engendrant un

gradient selon l'axe des x, lequel est représenté.

Aussi bien les systèmes asymétriques de bobines à champ variable qui sont représentés sur les figures 5 à 8 que ceux qui sont représentés sur les figures 9 à 11 peuvent être protégés activement par un système de bobines de protection

47 qui sont indiquées sur la figure 11, les bobines de pro-

tection 47 présentant avantageusement la même symétrie que les bobines à champ variable qu'il s'agit de protéger. Les bobines de protection 47 servent à affaiblir les composantes radiales résiduelles du champ magnétique qui est engendré par

les bobines à champ variable.

Le système magnétique de tomographie par résonance magnétique nucléaire 1 selon l'invention est équipé de tous les autres composants habituels qui trouvent également une utilisation dans les appareils connus à résonance magnétique

nucléaire, comme un système de bobines émettrices et récep-

trices à haute fréquence, un ordinateur qui est destiné à commander la mesure, ainsi qu'à enregistrer et à traiter les

valeurs mesurées, un système de compensation de la températu-

re ambiante et, le cas échéant, un système de compensation supraconducteur pour les bobines magnétiques, etc.

Claims (12)

- REVENDICATIONS -

1. Système magnétique pour tomographie par résonance magnétique nucléaire qui comprend un cryostat pourvu d'un tunnel à température ambiante dont le diamètre d est compris entre 20 cm et 50 cm, et de préférence entre 20 cm et 40 cm, et qui comporte un réservoir rempli d'hélium liquide, ainsi qu'un solénoide supraconduoteur à axe horizontal (100; r = O) en contact thermique étroit avec l'hélium liquide pour engendrer un champ magnétique statique qui est homogène dans un volume d'homogénéité magnétique, ce volume étant situé

dans le tunnel à température ambiante et son centre se trou-

vant à une distance lm d'une extrémité (z = O) du tunnel à température ambiante dans le sens axial, caractérisé par le fait que, du moins dans une région angulaire entourant l'axe

horizontal (100), l'enveloppe extérieure (6) du cryostat pré-

sente, entre l'extrémité (z = O) du tunnel à température ambiante (2) dans le sens axial et la profondeur z = lm du centre du volume d'homogénéité magnétique (5), une distance minimale par rapport à l'axe (100; r = O) qui est inférieure ou égale à celle d'une droite passant par les deux points Pi (z = O, r = h.) et P2 (z = lm, r = h), chaque fois que O 4 z 4 lm, cependant que l'on a:

lm, h. < 35 cm, de préférence < 30 cm, et h < 50 cm.

2. Système magnétique pour tomographie par résonance magnétique nucléaire selon la revendication 1, caractérisé

par le fait que la région angulaire entourant l'axe horizon-

tal du cryostat o se trouvent les distances minimales ha, h

entre l'enveloppe extérieure (6) du cryostat et le côté inté-

rieur du tunnel à température ambiante (2) est disposée à la verticale au-dessus du tunnel à température ambiante (2) ou

latéralement par rapport à celui-ci.

3. Système magnétique pour tomographie par résonance

magnétique nucléaire selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 et 2, caractérisé par le fait qu'un support (7) des-

tiné à la jambe d'un patient qui n'est pas à examiner est prévu au voisinage de l'enveloppe extérieure (6) du cryostat

dans la région angulaire entourant l'axe horizontal du cryos-

tat o se trouvent les distances minimales ha, h entre l'en-

veloppe extérieure (6) du cryostat et le côté intérieur du tunnel à température ambiante (2).

4. Système magnétique pour tomographie par résonance

magnétique nucléaire selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 3, caractérisé par le fait que la surface frontale

(8) du cryostat est inclinée, du moins dans la région angu-

laire entourant l'axe horizontal du cryostat o se trouvent les distances minimales h., h entre l'enveloppe extérieure (6) du cryostat et le côté intérieur du tunnel à température

ambiante (2).

5. Système magnétique pour tomographie par résonance

magnétique nucléaire selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 4, caractérisé par le fait que le solénoide supra-

conducteur (4, 4') présente une répartition asymétrique de ses spires dans la direction axiale, et ce, d'une manière telle que le volume d'homogénéité (5) du champ magnétique B qui peut être engendré par le solénoïde (4, 4') présente une distance lm par rapport & l'extrémité du tunnel à température ambiante (2) dans le sens axial, tandis que la longueur du

solénoide (4, 4') dans le sens axial est supérieure à 2.1lm.

6. Système magnétique pour tomographie par résonance

magnétique nucléaire selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 5, caractérisé par le fait que le réservoir (3) qui

est rempli d'hélium liquide est disposé d'une manière asymé-

trique par rapport à l'axe du solénoide supraconducteur (4, 4').

7. Système magnétique pour tomographie par résonance

magnétique nucléaire selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 6, caractérisé par le fait que le réservoir (3) rempli d'hélium liquide est disposé d'une manière asymétrique par rapport au plan perpendiculaire à l'axe du solénoide supraconducteur (4, 4') qui est situé & la distance lm d'une extrémité du tunnel à température ambiante (2) dans le sens axial.

8. Système magnétique pour tomographie par résonance

magnétique nucléaire selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 7, caractérisé par le fait que le cryostat présen-

te, dans la région d'une extrémité dans le sens axial qui est

pourvue d'un accès au tunnel à température ambiante (2) des-

tiné au patient, un diamètre extérieur qui est inférieur à

celui de la région de l'extrémité opposée dans le sens axial.

9. Système magnétique pour tomographie par résonance

magnétique nucléaire selon l'une quelconque des revendica-

tions 6, 7 et 8, caractérisé par le fait que le solénoide supraconducteur (4, 4') est largement entouré par une matière bonne conductrice de la chaleur (13) qui présente pour sa part une liaison bonne conductrice de la chaleur (10) avec les régions les plus basses du réservoir (3) qui est rempli

d'hélium liquide.

10. Système magnétique pour tomographie par résonance

magnétique nucléaire selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il est prévu un sys-

tème de bobines à champ variable (15) destiné à engendrer au moins un gradient de champ magnétique qui est constant, du

moins approximativement, à l'intérieur du volume d'homogénéi-

té (5) du champ magnétique statique B engendré par le solé-

noide supraconducteur (4, 4'), cependant qu'un sous- système de bobines à champ variable transversal est construit en étant asymétrique par

rapport au plan bissecteur E du volume d'homogénéité magnéti-

que (5) qui est perpendiculaire à l'axe du solénoide (4, 4'), mais en étant symétrique pour l'essentiel par rapport à un

plan qui contient cet axe et qui est également un plan bis-

secteur pour le volume d'homogénéité magnétique (5), et qu'il n'est constitué que par deux bobines partielles (20', 20"; ', 30") dont les spires présentent chacune le même sens d'enroulement par rapport à l'axe qui est prédéterminé par la direction du gradient, et/ou cependant qu'il est prévu un sous-système de bobines à champ variable axial (16), lequel est symétrique de

révolution par rapport à l'axe du solénoide (4, 4') et tota-

lement asymétrique par rapport au plan bissecteur E du volume d'homogénéité magnétique (5) qui est perpendiculaire à l'axe du solénoide (4, 4'), et cependant que les bobines à champ

variable axial (16) sont constituées par au moins deux bobi-

nes partielles qui sont disposées sur des côtés différents du plan E, que les bobines partielles situées de l'un des côtés présentent d'une manière prépondérante un sens d'enroulement qui est l'inverse de celui des bobines partielles qui sont

situées de l'autre côté du plan E, et que le nombre des spi-

res présentant un sens d'enroulement déterminé est différent

du nombre des spires présentant le sens d'enroulement opposé.

11. Système magnétique pour tomographie par résonance

magnétique nucléaire selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il est prévu un sys-

tème de bobines à champ variable à section carrée (18) desti-

né à engendrer au moins un gradient de champ magnétique qui est constant, du moins approximativement, & l'intérieur du

volume d'homogénéité (5) du champ magnétique statique engen-

dré par le solénoide supraconducteur (4, 4'), système consti-

tué par au moins quatre bobines partielles en forme de selles

(40), identiques pour l'essentiel, qui sont disposées symé-

triquement à une certaine distance dans le sens radial et dans le sens axial d'une origine des coordonnées supposée au

centre du volume d'homogénéité magnétique (5) et qui compren-

nent chacune deux segments conducteurs de l'électricité (41, 42), lesquels s'étendent dans la direction périphérique autour d'un axe des z coincidant avec l'axe du solénoide supraconducteur (4), l'un (41) de ces segments présentant une distance ri par rapport à l'axe des z qui est aussi faible

que possible dans le sens radial et l'autre segment (42) pré-

sentant une distance r2 par rapport à l'axe des z qui est aussi grande que possible dans le sens radial, et par le fait que chaque bobine partielle (40)

comporte plusieurs spires, et que les deux segments périphé-

riques (41, 42) présentent entre eux une certaine distance axiale dans la direction de l'axe des z, cependant que le segment (42) qui est & l'extérieur dans le sens radial et qui présente la distance r2 dans le sens radial par rapport à l'axe des z est plus proche de l'origine des coordonnées, en ce qui concerne l'axe des z, que le segment (41) qui est à l'intérieur dans le sens radial et qui présente la distance ri dans le sens radial par rapport à l'axe des z, que les deux segments (41, 42) sont reliés entre eux par des sections conductrices (43), et qu'ils se trouvent tous deux sur une

surface r(z) qui est symétrique de révolution ou ellipsoida-

le.

12. Système magnétique pour tomographie par résonance

magnétique nucléaire selon l'une quelconque des revendica-

tions 10 et 11, caractérisé par le fait que les bobines à champ variable (15, 16, 18) reçoivent une protection active d'un système de bobines de protection (47) dont la symétrie est la même que celle des bobines à champ variable (15, 16,

18) qu'il s'agit de protéger.