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«Aimants permanents pour la RMN et l’IRM» par Cédric Hugon

le 6 octobre 2010

mercredi 6 octobre 2010 à 14h
CEA
Centre de Saclay
Orme des Merisiers
Amphi Bloch - Bât 774
91191 Gif/Yvette

Présentée par : Monsieur Cédric HUGON Discipline : Physique Laboratoire : ILV

Les matériaux aimantés offrent une alternative intéressante aux aimants supraconducteurs dans le contexte d’applications RMN moins exigeantes en intensité de champ magnétique. Ce travail s’attache à l’étude théorique et expérimentale de systèmes aimantés au profil de champ magnétique contrôlé dans une région d’intérêt pour la RMN. Après l’introduction d’un formalisme basé sur la décomposition en harmoniques sphériques pour la conception de ce type d’aimants, nous avons étendu ces concepts à la mesure et à l’ajustement de profils de champ simulés ou réels. Le cas des champs magnétiques homogènes doit être traité séparément de celui des forts gradients du fait des gradients concomitants. Nous avons donc mis en place un formalisme pour chacune des deux situations. En utilisant ces développements théoriques, nous avons conçu et réalisé plusieurs prototypes. Nous décrivons en particulier un système d’aimant à bas coût créant un champ homogène à 12 ppm dans 2 mm3 de 0.12 T. Cette performance est obtenue après l’ajustement du système par ajout de petits aimants permanents. De plus, nous avons fabriqué un aimant unilatéral générant un fort gradient de champ (3.3 T/m) avec des variations du champ dans les directions transverse inférieures à 50~ppm dans un centimètre de diamètre, âpres ajustement par perturbation de la géométrie de l’aimant. Cet aimant a pu être intégré avec des bobines de surface de notre conception pour réaliser un système complet de RMN ex situ permettant la mesure de temps de relaxation et d’effectuer de l’imagerie 1D avec une résolution démontrée de 15 µm.

Abstract :

Permanent magnets are a good alternative to superconducting magnets for NMR applications demanding a smaller magnetic field strength. This work focuses on the theoretical and experimental study of permanent magnet systems with controlled field profiles, suitable for NMR. After introducing a formalism based on spherical harmonics decomposition for the design of such magnets, we extended these concepts to the characterization (field mapping) and shimming of simulated or fabricated structures. The cases of the generation of a homogeneous field and of a strong field gradient have to be treated separately due to concomitant fields. Consequently, we provided a different framework for both situations. Using these frameworks, we fabricated several prototypes after our designs. We described the performance of a low-cost homogeneous in situ magnet achieving 0.12~T with 12~ppm homogeneity in a 3~mm3 volume after shimming based on additional magnet pieces. In addition, a single-sided static gradient structure is presented. The shimming of this magnet, based on geometry alteration, demonstrated the possibility to map precisely a very strong field gradient (3 T/m) and to control the spatial variations of that profile. This single sided magnet was then integrated with surface coils of our own design in order to perform ex situ NMR experiments. We demonstrated the ability to perform relaxation time measurements and 1D imaging with a resolution of 15~µm over several millimeters.

Informations complémentaires
Peter BLÜMLER, Principal Research Scientist, à l’Université Johannes Gutenberg - Mainz (Allemagne) - Rapporteur
Lucio FRYDMAN, Professeur, à l’Institut Weizmann de Sciences/Département de Physique-Chimie - Rehovot (Israël) - Rapporteur
Dimitrios SAKELLARIOU, Directeur de Recherche, au CEA/Service Interdisciplinaire sur les Systèmes Moléculaires et les Matériaux - Gif/Yvette - Directeur de thèse
Guy AUBERT, Professeur Emérite à l’université de Poitiers - Poitiers - Examinateur
Luc DARRASSE, Directeur de Recherche, à l’Université Paris Sud 11/Imagerie par Résonnance Magnétique Médicale et Multi-Modalités - UMR8081 CNRS - Orsay - Examinateur,
Christian JEANDEY, Docteur d'Etat, au CEA - Grenoble - Examinateur
Francis TAULELLE, Directeur de Recherche, à l’Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/UFR des Sciences - Institut Lavoisier de Versailles (ILV) - Versailles - Examinateur

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