Chapitre II: Conception de résonateurs miniatures en cuivre et en céramique
II.3. Réalisation et caractérisation des résonateurs mono et multi tours
II.3.5. Gain en sensibilité apporté par l’antenne supraconductrice HTC : en charge
Dans cette partie nous avons quantifié le gain en sensibilité d’une antenne supraconductrice par rapport à celui d’une antenne cuivre de même dimension. Pour cela nous avons utilisé le résonateur en cuivre déposé sur aluminate de lanthane étudié dans le paragraphe II.3.3. Sa structure est exactement la même que celle du résonateur HTC 1H 12mm.
II.3.5.1. Mesure sur table
D’après le principe de réciprocité [2], le signal RMN observable est proportionnel au coefficient d’induction magnétique B1
i . C’est pour cette raison que nous avons choisi deux
antennes de géométrie semblable. Utilisées dans la même configuration par rapport à l’échantillon, elles détectent le même signal RMN. L’amélioration du RSB sera donc évaluée comme le rapport du bruit de l’antenne cuivre sur celui de l’antenne supraconductrice.
La racine carrée de la fluctuation de tension de bruit dans un conducteur est proportionnelle à ReqTeq (cf chapitre I). En faisant l’hypothèse que le bruit du préamplificateur est négligeable devant le bruit de l’antenne et celui des tissus, le rapport des RSB peut se formuler de la manière suivante :
_ 310
77
310 _ 77
310 310
77 310
vide cuivre echantillon HTC
cuivre vide HTC echantillon
Q Q RSB RSB Q Q + = + Eq. II-26
Cette équation nous permet d’estimer le gain en RSB obtenu en utilisant l’antenne HTC refroidie à 80°K pour différentes charges.
Nous définissons quatre configurations: un cathéter d’eau et un fantôme de NaCl dont la concentration varie.
C1= cathéter d’eau distillée, [NaCl]=38,5mmol/L C2= cathéter d’eau distillée, [NaCl]=115mmol/L
C3= cathéter d’eau distillée, [NaCl]=154mmol/L (très chargé) Les trois fantômes de NaCl ont exactement le même volume et la même géométrie.
Les valeurs des Q en fonction de la charge des échantillons sont mesurées pour les deux antennes et sont reportées dans le Tableau II-2.
II.3.5.2. Mesure en imagerie
Le protocole en imagerie est le suivant : le cathéter d’eau distillée est placé à la surface des antennes, cf Figure II-41-a. Des images RMN du cathéter sont acquises en utilisant les deux résonateurs, supraconducteur et cuivre, dans les quatre configurations précédentes. Une séquence 2D Spin Echo est utilisée, avec un TR/TE = 500/71ms, une matrice de 512x512, un FOV de 20x20mm2 et une épaisseur de coupe de 900µm. La puissance transmise est ajustée afin d’obtenir un angle de basculement de 90° sur le cathéter d’eau distillée.
a.
b.
Figure II-41: (a.) protocole d’imagerie : un cathéter d’eau est placé à la surface de l’antenne, les images sont acquises dans les quatre configurations présentées ci-dessus, (b.) image du cathéter d’eau avec l’antenne HTC, configuration C0, voxel de 39x39x900 µm3
II-41-b. La ROI de signal (en rouge) est placée sur l’axe central de l’antenne (pointillés rouges), à l’entrée du fantôme et la zone de bruit (en jaune) sur le fond de l’image.
Les RSB prédits de la mesure des Q (Eq. II-26) sont comparés aux RSB réellement mesurés sur les images.
L’ensemble des résultats est présenté dans le Tableau II-2.
Sur la Figure II-42, nous montrons les images du dispositif dans la configuration C0 (a et b), puis dans la configuration C3 (c et d). Les images sont respectivement acquises avec le résonateur HTC et celui en cuivre. Les configurations C0 et C3 sont les deux cas extrêmes de charges de notre expérience.
a. b. c. d.
Figure II-42: images a et b, acquises dans configuration C0, fantôme non conducteur, images c et d, acquises dans la configuration C3, respectivement avec les résonateurs supraconducteur (a et c) et cuivre (b et d)
Figure II-42 a et b, l’image acquise avec le résonateur cuivre (b) est beaucoup plus bruitée que celle obtenue avec le résonateur en céramique supraconductrice (a).
Sur c et d la différence de qualité entre les deux images est beaucoup moins nette. L’antenne HTC est bien plus pénalisée par la charge du fantôme que ne l’est antenne en cuivre.
Fantômes Mesures de Q à 1,5T Mesures de RSB RSBGain en RSB: HTC/RSBcuivre
HTC cuivre HTC cuivre mesure de Q
(Eq. II-26) Mesure de RSB C0 13700±200 111±0.5 150±0.6 9±1.5 21 16.7±2.2 C1 2850±40 106±0.5 45±0.5 8±0.7 5,6 5.2±1.2 C2 1150±20 105±0.5 25±0.7 7,7±1 3,2 3.3±1.8 C3 850±10 102±0.5 18±1 7,2±1 2,5 2.5±1.9
Tableau II-2 : résultats des mesures de Q en fonction de la charge des fantômes, pour les deux résonateurs cuivre et supraconducteur. Le gain en RSB du résonateur supraconducteur par rapport à celui en cuivre en fonction de cette charge est mesuré sur table (mesures de Q) et en imagerie (mesures de RSB).
Le facteur de qualité de l’antenne en cuivre est peu affecté par la présence des charges, conformément avec ce qui était prévu dans le cas où les pertes de l’antenne sont dominantes. Dans les deux cas présentés Figure II-42 la qualité des images est limitée par le bruit propre de l’antenne.
Un facteur 14 est mesuré entre le Q de l’antenne SHTC chargée par un fantôme non conducteur (C0), puis par le fantôme C3. Même dans l’aimant, où les qualités électriques du résonateur sont fortement affectées par le champ statique, les pertes induites restent dominantes.
Cependant le résonateur supraconducteur offre encore un gain en RSB 2,4 fois supérieur à celui de l’antenne cuivre, dans ces conditions les plus défavorables de charge simulée par C3.
Dans les trois configurations C1, C2 et C3, les résultats obtenus sur table sont en bonne adéquation avec ceux trouvés en imagerie.
Dans les conditions les plus favorables de charge, C0 non conducteur, le gain en RSB estimé à partir des mesures de Q dépasse 20. Un gain de 16,7 a été mesuré sur des images réelles. L’écart est très probablement du au facteur de bruit du préamplificateur standard de l’appareil d’IRM. C’est un des points que nous vérifierons dans le chapitre suivant.