Conversion électro-optique du signal et découplage actif d'un capteur IRM endoluminal à liaison optique

International audienceUne boucle endoluminale radiofréquence (RF) située à proximité de la zone à examiner permet d'avoir localement un rapport signal sur bruit élevé qui peut être mis à profit pour augmenter la résolution spatiale des images de RM. Ce type de capteur permet en particulier d'analyser la paroi de l'intestin qui permettrait d'améliorer le bilan d'extension tumorale [1]. Malheureusement, les câbles coaxiaux, couramment utilisés pour transmettre le signal RMN et le courant nécessaire au découplage actif du capteur de réception, peuvent induire des échauffements des tissus compromettant l'utilisation clinique d'un tel capteur. En effet, le champ électrique E z accompagnant le champ magnétique RF B 1 , induit des courants RF le long du câble et augmente ainsi le taux d'absorption spécifique (TAS) local [2]. Afin d'assurer la sécurité du patient, l'utilisation d'une connexion optique est une solution alternative élégante pour supprimer ces risques d'échauffements. La conversion électro-optique (EO) des signaux [3] et le découplage optique [4] sont démontrés sur la base d'un capteur endoluminal

Conversion électro-optique du signal et découplage actif d'un capteur IRM endoluminal à liaison optique

International audienceUne boucle endoluminale radiofréquence (RF) située à proximité de la zone à examiner permet d'avoir localement un rapport signal sur bruit élevé qui peut être mis à profit pour augmenter la résolution spatiale des images de RM. Ce type de capteur permet en particulier d'analyser la paroi de l'intestin qui permettrait d'améliorer le bilan d'extension tumorale [1]. Malheureusement, les câbles coaxiaux, couramment utilisés pour transmettre le signal RMN et le courant nécessaire au découplage actif du capteur de réception, peuvent induire des échauffements des tissus compromettant l'utilisation clinique d'un tel capteur. En effet, le champ électrique E z accompagnant le champ magnétique RF B 1 , induit des courants RF le long du câble et augmente ainsi le taux d'absorption spécifique (TAS) local [2]. Afin d'assurer la sécurité du patient, l'utilisation d'une connexion optique est une solution alternative élégante pour supprimer ces risques d'échauffements. La conversion électro-optique (EO) des signaux [3] et le découplage optique [4] sont démontrés sur la base d'un capteur endoluminal

Electro-optical effects for safety in MRI : optical methods for endoluminal RF coils and TAS measurement probes

Le développement de systèmes IRM à plus haut champ magnétique statique s'est accompagné d'une interrogation légitime concernant l'effet des champs électromagnétiques RF sur les patients. L'effet peut être renforcé par l'introduction d'éléments conducteurs à l'intérieur de la bobine RF comme c'est le cas pour les capteurs endoluminaux utilisés pour l'analyse des parois digestives. Ces capteurs entraînent des risques d'échauffements locaux élevés pour le patient en raison du TAS local induit par le champ électrique RF en présence d'un fil conducteur. Ces capteurs ayant le potentiel de présenter un bénéfice pour le patient, il est nécessaire de s'affranchir de ces limitations. Le premier objectif de la thèse est le développement d'un capteur endoluminal à liaisons optiques. Un dispositif de découplage actif optique a été développé et caractérisé. Les images RMN in vitro montrent une distribution du RSB comparable au découplage classique, validant ainsi l'efficacité du découplage optique. Concernant la transmission optique du signal RMN, des travaux ont été réalisés afin de s'affranchir des contraintes liées à l'utilisation d'un guide d'onde pour la conversion électro-optique par effet Pockels. Le capteur a été rendu plus compact. En revanche, l'importance de contrôler le TAS local dans des conditions expérimentales données demeure un besoin ne s'arrêtant pas à ceux des capteurs endoluminaux. Le second objectif est donc la validation expérimentale d'une sonde électro-optique pour la mesure du champ électrique RF durant un examen IRM. Cette sonde a permis d'effectuer des mesures du champ électrique dans l'air et dans différents milieux biologiques à 3 T et 4,7 T et estimer le TAS localThe recent advancement in MRI systems and the increase of the static magnetic field strength were accompanied by a strong concern about the effect of RF electromagnetic fields on patients. The effect can be increased by the use of conductive elements inside the volume coil as in the case of endoluminal coils used to analyze digestive walls. These coils lead to an increase of the local SAR which is induced by RF electric field in the presence of the coaxial cable connecting the coil to the MR system, resulting in strong local heating. Giving that these coils have the potential to present a real benefit to the patient, it worth to overcome these limitations. Accordingly, the first objective of the thesis is the development of a fully optical endoluminal receiver coil. An optical active detuning system has been developed and characterized. The NMR images show a signal-to-noise ratio distribution similar to that obtained with conventional detuning techniques, thus validating the efficiency of the optical detuning. Concerning the electro-optical conversion and the optical transmission of the NMR signal, experiments were performed to overcome constraints related to the use of waveguide for electro-optical conversion by Pockels effect. Moreover, the importance of monitoring global and local SAR during MRI exams remains a need which is not limited only to the endoluminal coils. The second objective of the thesis is then the experimental validation of an electro-optical probe for real-time measurements of RF electric field. This probe can measure the RF electric field in air and in biological media at 3 T and 4.7 T MRI systems and allows the estimation of the local SA

Exploitation des effets électro-optiques pour la sécurité en IRM : applications des liaisons optiques pour des capteurs RF endoluminaux et des sondes de mesure du TAS

The recent advancement in MRI systems and the increase of the static magnetic field strength were accompanied by a strong concern about the effect of RF electromagnetic fields on patients. The effect can be increased by the use of conductive elements inside the volume coil as in the case of endoluminal coils used to analyze digestive walls. These coils lead to an increase of the local SAR which is induced by RF electric field in the presence of the coaxial cable connecting the coil to the MR system, resulting in strong local heating. Giving that these coils have the potential to present a real benefit to the patient, it worth to overcome these limitations. Accordingly, the first objective of the thesis is the development of a fully optical endoluminal receiver coil. An optical active detuning system has been developed and characterized. The NMR images show a signal-to-noise ratio distribution similar to that obtained with conventional detuning techniques, thus validating the efficiency of the optical detuning. Concerning the electro-optical conversion and the optical transmission of the NMR signal, experiments were performed to overcome constraints related to the use of waveguide for electro-optical conversion by Pockels effect. Moreover, the importance of monitoring global and local SAR during MRI exams remains a need which is not limited only to the endoluminal coils. The second objective of the thesis is then the experimental validation of an electro-optical probe for real-time measurements of RF electric field. This probe can measure the RF electric field in air and in biological media at 3 T and 4.7 T MRI systems and allows the estimation of the local SARLe développement de systèmes IRM à plus haut champ magnétique statique s'est accompagné d'une interrogation légitime concernant l'effet des champs électromagnétiques RF sur les patients. L'effet peut être renforcé par l'introduction d'éléments conducteurs à l'intérieur de la bobine RF comme c'est le cas pour les capteurs endoluminaux utilisés pour l'analyse des parois digestives. Ces capteurs entraînent des risques d'échauffements locaux élevés pour le patient en raison du TAS local induit par le champ électrique RF en présence d'un fil conducteur. Ces capteurs ayant le potentiel de présenter un bénéfice pour le patient, il est nécessaire de s'affranchir de ces limitations. Le premier objectif de la thèse est le développement d'un capteur endoluminal à liaisons optiques. Un dispositif de découplage actif optique a été développé et caractérisé. Les images RMN in vitro montrent une distribution du RSB comparable au découplage classique, validant ainsi l'efficacité du découplage optique. Concernant la transmission optique du signal RMN, des travaux ont été réalisés afin de s'affranchir des contraintes liées à l'utilisation d'un guide d'onde pour la conversion électro-optique par effet Pockels. Le capteur a été rendu plus compact. En revanche, l'importance de contrôler le TAS local dans des conditions expérimentales données demeure un besoin ne s'arrêtant pas à ceux des capteurs endoluminaux. Le second objectif est donc la validation expérimentale d'une sonde électro-optique pour la mesure du champ électrique RF durant un examen IRM. Cette sonde a permis d'effectuer des mesures du champ électrique dans l'air et dans différents milieux biologiques à 3 T et 4,7 T et estimer le TAS loca

Experimental and simulated distribution of the RF electrical field inside a birdcage coil

International audienceHigh-field MR systems bring additional safety issues regarding the patient. One of main concern is the heating effect caused by the high-frequency and high-power signals that can be picked up by the conductors. It is thus required to identify these regions and to quantify the electrical E-field knowing that it is proportional to the square of the temperature elevation. For a direct measurement, an optical probe was used to perform a mapping of the E-field distribution inside a birdcage of a preclinical MRI. Experiments and simulations were found similar with E-field concentrations mainly located close to the capacitors

DECOUPLAGE ACTIF OPTIQUE D'UN CAPTEUR MINIATURE POUR L'IRM ENDOLUMINALE

International audienceLes capteurs endoluminaux formés avec des boucles et utilisés en imagerie par résonance magnétique (IRM) permettent d’accéder à l’examen de la paroi colique[1]. En IRM, la phase d’émission du champ magnétique B1 radiofréquence (RF) nécessite un découplage entre la bobine émettrice et le capteur de réception pour éviter toute induction de courants parasites dans le capteur de réception due à l’inductance mutuelle entre les deux capteurs [2]. Le découplage classique galvanique peut être assuré par l’ajout d’une diode PIN en parallèle de la boucle réceptrice. Le signal de découplage fourni par l’IRM est transmis par un câble coaxial pour activer la diode et découpler le capteur. Mais, la présence de connexions galvaniques dans un champ RF induit un courant de mode commun. L’impossibilité d’utiliser des dispositifs tels que les trappes RF peut causer de forts échauffements locaux des tissus avoisinant compromettant l’utilisation clinique de ces capteurs [3]. Une transmission optique associant un découplage actif optique est une solution sécurisante qui peut être mise en oeuvre quelle que soit la longueur nécessaire de la connexion.1. O.Beuf, et al., JMRI, 20:90-96, 2004.2. W. A. Edelstein et al., JMR, 67:156-161, 1986.3. V. Detti, et al., MRM, 66:448-455, 2011

Optical-based probe for real time assessment of RF electrical field during MRI exam

International audienceDuring MRI exam, Specific Absorption Rate (SAR) is essential to be controlled and can be evaluated by measuring either indirectly for instance the rise in temperature or directly the radiofrequency induced electrical E-field. In the current study, we proposed an optical probe based on the Pockels effect for subcentimeter resolution measurements of the E-field without altering the surrounding media. Measurements were performed at 4.7 T and 3.0 T. Results show that the probe has an excellent linear response and allow a real time estimate of the three components of the E-field produced during MRI examination

Mesure et cartographie du champ électrique radiofréquence d'une bobine RMN en utilisant une sonde électro-optique

National audience– Durant un examen d'imagerie par résonnance magnétique (IRM), le champ magnétique (B 1) radiofréquence (RF) d'émission est toujours accompagné d'un champ électrique (E). Ce dernier induit des courants de même fréquence que B 1 dans les conducteurs causant des échauffements locaux dangereux pour le patient. Pour la sécurité du patient, il est important de contrôler et maîtriser le taux d'absorption spécifique (TAS) local par une mesure du champ E ou de l'élévation de la température durant un examen IRM. Dans ce papier, nous présentons des mesures quantitatives du champ E dans une bobine à résonance magnétique nucléaire (RMN) en utilisant une sonde électro-optique (EO). Des simulations numériques de ce champ E ont été effectuées pour être comparées aux valeurs expérimentales. Les résultats expérimentaux confirment l'excellente linéarité entre le champ E détecté et le champ B 1 généré par la bobine RMN. Les cartographies démontrent que le champ E n'est pas uniforme le long de la bobine et que de fortes concentrations de champ sont localisées essentiellement à proximité des condensateurs. Finalement, les résultats expérimentaux sont bien en accord avec les simulations

SONDE ELECTRO-OPTIQUE POUR LA MESURE QUANTITATIVE DU CHAMP ELECTRIQUE RADIOFREQUENCE DURANT UN EXAMEN IRM

International audienceLa mesure en temps réel du champ électrique E associé au champ magnétique radiofréquence (RF) au cours d’un examen d’imagerie par résonance magnétique (IRM) est nécessaire pour évaluer de manière directe le taux d’absorption spécifique (TAS) local et surveiller les échauffements éventuels des tissus du patient. Des dipôles électriques [1], [2] et plus récemment des sondes fondées sur un procédé optique [3] sont les deux types de capteurs qui permettent de déterminer la distribution du champ E pendant un examen IRM. Les mesures sont effectuées soit à proximité des capteurs RF de transmission et/ou de réception soit à proximité d'implants ou prothèses. Les méthodes optiques se sont avérées plus adaptées à l’environnement de l’IRM et plus performantes en termes de résolutions spatiale et temporelle. Cependant, aucune mesure quantitative de la valeur du champ E n’a été obtenue. Dans ce papier, nous présentons, la mesure quantitative des trois composantes du champ E à l'intérieur d’une bobine volumique RF sur un système RM préclinique à 4.7 T en utilisant une sonde électro-optique (EO).1. H. C. Taylor, et al., Phys. Med. Biol.,42:1395-1402, 1997.2. P. Nordbeck, et al., Magn. Reson. Med.,60:312-319, 2008.3. S. Reiss, et al., Phys. Med. Biol., 60:4355-4369, 2015