Apports et limitations de la vélocimétrie par résonance magnétique en biomécanique. Mesures dans un embranchement plan symétrique

(Reçu le 23 octobre 1996, révisé le 28 mai et le 15 novembre 1996, accepté le 12 décembre 1996)

Abstract
New contributions and present limitations of the nuclear magnetic resonance velocimetry are illustrated by means of measurements in two plane symmetrical bifurcations, both with sharp apex and hips. The bifurcation angles were equal to 70 and 60 degrees and the area ratios to 2 and 0.83 in models 1 and 2 respectively. Velocity-induced phase-shift are encoded by bipolar magnetic field gradients. The velocity was measured in steady (Reynolds number < 700) and in non-zero mean starting-stopping (mean Reynolds number of 150, Stokes number of 30) laminar flows. The phantom experiments have demonstrated the following advantages of the NMR velocimetry: (i) the variations of the velocity components, in space (bend-like type motion in the branches) and in time (cross-sectional peak-velocity migration, secondary flow reversal), can be monitored with on-line quantifications of axial velocity extrema in bidirectional flow, and (ii) flow separation, deposition site for conveyed particle deposition at the vessel wall, can be observed in the 70 degrees bifurcation only. However, our techniques have current limitations: (i) a spatial averaging of the velocity measurements in the excited slice thickness, over which the velocity field varies, and (ii) the inability to synchronize the velocity component measurements between the various modes of operation.

Résumé
La vélocimétrie par résonance magnétique nucléaire (RMN ou RM) repose sur la mesure de la différence de phase de l'aimantation des protons en mouvement macroscopique induite par des gradients de champ magnétique, en général bipolaires. Des capacités nouvelles et les limitations des techniques utilisées par les auteurs sont illustrées par des mesures effectuées dans deux embranchements plans symétriques. Les maquettes 1 et 2, de forte courbure de la paroi externe, ont un angle de 70 et 60 degrés, et un rapport de sections 2 et 0,83 respectivement. Deux types d'écoulements laminaires ont été employés : un écoulement stationnaire (nombre de Reynolds , nombre de Dean infini) et un écoulement périodique du type débit en créneau (nombre de Reynolds moyen de 150, nombre de Stokes de 30). La vélocimétrie RM permet, dès l'inspection des images, (1) de fournir les variations des composantes axiale et transversale de la vitesse (distribution spatiale due à la courbure et temporelle avec migration du pic de vitesse dans la section et inversion du sens du mouvement secondaire) et la valeur des extrema locaux de la vitesse axiale de l'écoulement bidirectionnel, et (2) de vérifier l'existence de décollements, lieux privilégiés de dépôts de particules solides (décollement visible uniquement dans la maquette 2). Les principaux inconvénients actuels sont (1) l'épaisseur de la coupe du vaisseau trop grande pour mesurer les variations du champ de vitesse tridimensionnel, et (2) l'impossibilité de reconstruire sans interpolation du champ de vitesse en raison de la différence entre les instants d'acquisition des divers modes de mesures.