Brevet FR2998377A1 — publié le 20140523

- 1 - DESCRIPTION L'invention concerne un circuit électronique comportant un ou plusieurs composants à semi-conducteurs, destiné à être utilisé dans un appareil pour la spectroscopie ou la tomographie RM (= « résonance magnétique ») présentant un système de bobines magnétiques de préférence 5 supraconductrices pour générer un champ magnétique dans la direction d'un axe z dans un volume de travail disposé sur l'axe z autour de z = 0, lequel circuit électronique est disposé dans l'appareil de RM en tant que partie intégrante d'un dispositif cryogénique de réception RM et/ou d'émission RM à une température de fonctionnement inférieure à 100 K 10 ainsi que dans un champ magnétique Bo d'au moins 1 T. Un tel agencement est connu de l'article "Cryogenic VaractorTuned 4-element Array and Cryostat for p-MRI of Trabecular Bone in the Distal Tibia" (Cryostat et arrangement à quatre éléments ajustés à un varacteur cryogénique pour ii-IRM de l'os trabéculaire dans le tibia distal) 15 de Wosik J, Nesteruk K, Kamel M R, Ip F, Xue L, Wright A C et Wehrli F W dans Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 16 (2008) (= référence [11]). Dans la RMN (= résonance magnétique nucléaire), en particulier dans l'IRM (= imagerie par résonance magnétique), on peut utiliser des systèmes de réception refroidis à des températures cryogéniques 20 pour augmenter la sensibilité de réception des signaux à haute fréquence. On utilise pour cela des agencements de bobines refroidis. Un tel agencement pour l'IRM est représenté sur la fig. 2. Un aimant 20 avec un champ magnétique Bo se trouve dans un dewar 21. Le système de shim et de gradient 22 ainsi que le dispositif d'émission et de 25 réception se trouvent dans l'alésage à température ambiante 23 de l'aimant 20. Dans l'exemple représenté, le dispositif d'émission et de réception se compose d'une bobine d'émission 24, qui est ici réalisée sous la forme d'une bobine volumique qui génère un champ d'excitation à haute fréquence B 1, et d'une bobine de réception 25. La bobine volumique est 30 souvent désignée aussi par résonateur volumique dans la littérature. La bobine de réception 25 est avantageusement réalisée sous la forme d'une bobine de surface. La bobine d'émission 24 se trouve normalement à la température ambiante, mais elle pourrait aussi être refroidie. - 2 - Le dispositif de réception cryogénique 29 contient la bobine de réception 25 avec circuit électronique 28 associé qui se compose lui-même d'un circuit d'accord/adaptation/désaccord 26 et d'un préamplificateur 27 également avantageusement refroidi. Par circuit « d'accord/adaptation » on 5 entend un circuit qui réalise l'adaptation d'impédance de la bobine de réception au préamplificateur à la fréquence de travail (fréquence de résonance RMN). Cela est nécessaire pour obtenir un rapport signal sur bruit optimal et relève de la pratique courante. Le circuit d'accord/adaptation est souvent aussi considéré de manière séparée suivant 10 la fonction. Le circuit « de désaccord » sera présenté plus en détail ci-dessous. Le refroidissement du dispositif de réception cryogénique 29 peut être réalisé de différentes manières, par exemple par un circuit fermé cryogénique au moyen d'un refroidisseur 30, ou en plongeant la bobine de 15 réception 25 ou au moins des parties du circuit électronique 28 dans de l'azote liquide. La bobine de réception 25 refroidie est disposée à proximité immédiate de l'échantillon 31 qui se trouve généralement à température ambiante. Dans l'exemple représenté, la bobine d'émission 24 est commandée par l'émetteur TX pour générer le champ d'excitation Bl. Le 20 signal du préamplificateur 27 est amené au récepteur RX qui numérise enfin les signaux. L'émetteur TX et le récepteur RX sont reliés à l'électronique d'IRM 32 qui contient le reste des composants nécessaires au fonctionnement. Dans l'exemple ci-dessus, une seule bobine de réception 25 est 25 représentée. Dans les systèmes d'IRM modernes, on utilise le plus souvent non pas seulement une, mais plusieurs bobines de réception fonctionnant en parallèle (« réseaux de bobines receive-only ») [1], [2]. Chacune d'elles est reliée à son circuit électronique (28) associé et à un récepteur RX en aval correspondant. Il est possible aussi de combiner d'abord les signaux de 30 plusieurs bobines de réception et de les amener ensuite à un récepteur. Des agencements dans lesquels une ou plusieurs bobines de réception sont aussi utilisées pour l'émission sont également possibles (et courants dans la RMN à haute résolution). A cet effet, un élément électronique de commutation (commutateur TX/RX), capable de commuter 35 la bobine de réception sur l'émetteur TX dans le cas de l'émission, est monté à un emplacement approprié entre la bobine de réception 25 et le préamplificateur 27. De tels agencements peuvent être utilisés sous la forme - 3 - de bobines individuelles TX/RX, de réseaux TX/RX ou de combinaisons de bobines TX/RX pour différentes fréquences (noyaux) dans l'IRM comme dans la RMN (sans illustration). Dans de tels agencements, l'élément de commutation devrait avantageusement également fonctionner dans le champ magnétique Bo à l'intérieur de l'alésage à température ambiante 23 pour maintenir au minimum les pertes vers le préamplificateur. Le but de tels agencements comportant un système de réception refroidi à des températures cryogéniques est d'atteindre un rapport signal sur bruit aussi élevé que possible, et cela autant que possible sans compromettre ou limiter aucune autre propriété du système. Les points les plus importants que l'application doit satisfaire sont les suivants : 1. Pour minimiser le bruit de la bobine de réception elle-même, celle-ci est refroidie et réalisée en métaux bon conducteurs de l'électricité ou bien en matériaux supraconducteurs. 2. Il faut en outre faire en sorte de minimiser le bruit supplémentaire du circuit électronique 28 placé en aval. 3. Une autre exigence s'ajoute dans les systèmes d'IRM : la bobine de réception doit être suffisamment découplée de la bobine d'émission car le champ B1 d'émission de la bobine d'émission et donc l'excitation dans la zone de l'échantillon ne doivent pas être influencés par la présence de la bobine de réception (qui, dans le cas de la réception, est accordée sur la même fréquence de résonance RMN que la bobine d'émission) afin d'éviter des artefacts dus à une excitation non homogène. L'interaction de la bobine de réception avec le champ B1 de la bobine d'émission ne doit pas entraîner non plus l'endommagement ou la destruction de la bobine de réception elle-même ou d'autres composants. Le découplage peut être réalisé, selon l'état de la technique, en désactivant la bobine de réception dans le cas de l'émission. Cette désactivation est nécessaire pour une géométrie optimisant les résultats de mesure dans le cas d'une disposition générale et d'une orientation quelconque des bobines de réception (par rapport à l'échantillon et donc aussi par rapport à la bobine d'émission), que ce soit dans le cas de bobines individuelles ou en particulier de réseaux. Une telle interaction ne peut être minimisée (« découplage géométrique) qu'avec une seule bobine de réception ou avec des agencements de bobines de réception dans lesquels les surfaces incluses par toutes les bobines de réception sont orientées exactement parallèlement au champ magnétique B1 de la bobine - 4 - d'émission, car le champ magnétique résultant de B1 est alors nul dans la bobine de réception et de ce fait aucune tension n'est induite et aucun courant induit ne peut circuler dans la ou les bobine(s) de réception. Mais, déjà dans un agencement légèrement plus général de plusieurs bobines de réception, il se trouve toujours des bobines de réception qui sont couplées au champ B1 de la bobine d'émission. Dans les appareils modernes, on utilise en particulier des bobines d'émission dites en quadrature (qui génèrent un champ tournant B 1, le vecteur B1 tournant à la fréquence de RMN autour de l'axe qui est défini par le champ Bo, ce qui correspond à une superposition déphasée de 90 degrés de deux composantes de champ B1 polarisées linéairement perpendiculairement au champ magnétique Bo). Ce champ tournant (ou au moins une des composantes linéaires de B1) est en général couplé à chaque bobine de réception. Il n'est alors plus du tout possible de découpler géométriquement toutes les bobines de réception de la bobine d'émission. 4. Le dispositif de réception cryogénique ne doit pas générer non plus d'autres artefacts, par exemple sous la forme de perturbations du champ Bo dans la zone de l'échantillon, provoquées par des matériaux magnétisables, en particulier par les bobines de réception elles-mêmes ainsi que par les composants électroniques du circuit électronique. On entend ici par matériaux magnétisables ceux qui présente une susceptibilité magnétique élevée, supérieure à 10-3 en susceptibilité volumique MKS, en particulier les matériaux ferromagnétiques comme le fer, le nickel et le cobalt. Les points les plus importants à satisfaire dans une implémentation concrète sont les suivants : 1. Dans l'approche considérée ici de bobines de réception refroidies dans lesquelles le bruit thermique est réduit et qui, selon la technologie, présentent aussi une résistance HF réduite ; il est avantageux que le circuit électronique placé en aval soit également refroidi à des températures cryogéniques pour minimiser le bruit supplémentaire. Avec des bobines de réception cryogéniques, le préamplificateur, en particulier, devrait aussi être refroidi. Il est alors avantageux que le préamplificateur se trouve le plus près possible de la bobine de réception pour minimiser les pertes par les lignes. 2. Le système de refroidissement doit pouvoir maintenir tous les composants refroidis (bobine de réception, lignes, circuit électronique) à - 5 - la température prévue, et cela sans provoquer lui-même d'autres perturbations ou instabilités. 3. Les matériaux et composants utilisés ne doivent pas être magnétisables pour ne pas provoquer de perturbations du champ 5 magnétique statique Bo, ce qui peut entraîner de grossiers artefacts de mesure ou même des pertes de signal. 4. Pour garantir le découplage, décrit ci-dessus, de la bobine d'émission et de la bobine de réception, une fonction supplémentaire est nécessaire pour désactiver la bobine de réception pendant le processus 10 d'émission. (Cela est réalisé en pratique par une ouverture / interruption effective du circuit de courant de la bobine afin qu'aucun courant induit ne circule à travers la bobine de réception [1]. On utilise souvent aussi le terme de « detuning » (ou désaccord) pour cette opération dans la littérature). Une électronique supplémentaire est nécessaire pour cette désactivation des 15 bobines de réception. Celle-ci devrait être très proche de la bobine de réception pour éviter les pertes HF (Hautes Fréquences) et donc minimiser le bruit supplémentaire associé, car ce circuit constitue pour ainsi dire une partie de la bobine de réception puisque, dans le cas de la réception, tout le courant résonant de bobine circule à travers ce circuit ainsi qu'à travers les 20 lignes de liaison vers la bobine de réception. 5. Les exigences ci-dessus réclament une électronique refroidie, résistante aux signaux forts (car elle doit supporter les puissances généralement élevées de la bobine d'émission, qui sont de l'ordre du kW), à proximité immédiate de la bobine et donc dans le champ magnétique. 25 Dans les systèmes de RMN/IRM refroidis à des températures cryogéniques, il en résulte donc de façon générale la nécessité de faire fonctionner des semi-conducteurs dans un champ magnétique puissant, à des températures basses et avec un bon refroidissement, et que les composants ne soient pas magnétisables. Ces composants à semi- 30 conducteurs peuvent être, par exemple, des diodes de commutation (PIN) RF, des diodes de seuil RF, des diodes varicap ou des éléments actifs tels que des transistors à effet de champ Tous ces composants peuvent exister en différentes technologies à semi-conducteurs. Le cas le plus simple est représenté sur la fig. 3. Il s'agit d'une 35 diode de construction planaire avec des régions dopées négativement et positivement (n, p). Lorsqu'un potentiel électrique est appliqué entre l'anode 40 et la cathode 41, les électrons (e-) se déplacent de la cathode - 6 - vers l'anode. Lorsque la polarité du potentiel appliqué est inversée, la couche d'arrêt (w) se forme et plus aucun courant ne circule. La fig. 4 représente un transistor à effet de champ (FET) à couche d'arrêt à structure en doigts avec le matériau semi-conducteur (N). 5 Le flux de porteurs de charge 45 des porteurs de charge (e+) du drain 42 vers la source 44 est commandé par le potentiel électrique à la grille 43. Une tentative de faire fonctionner des semi-conducteurs dans les conditions marginales nécessaires décrites ci-dessus fait apparaître certains problèmes : 10 1. Déviation dans le champ magnétique : il y a le problème que des porteurs de charge en mouvement dans le champ magnétique sont déviés selon le sens de déplacement. Cela a pour conséquence que la caractéristique (amplification, tension directe, etc.) des semi-conducteurs est affectée jusqu'à rendre le composant inutilisable. Différentes directions 15 du champ B sont possibles. Dans l'exemple de la fig. 4, le champ E est orienté dans la direction x par la tension appliquée entre le drain 42 et la source 44. Le champ électrique exerce sur les porteurs de charge (e+) de charge q (représentés sous la forme de trous sur la fig. 4) une force dans la direction 20 x qui, suivant la mobilité (p) [3] du semi-conducteur, conduit à un courant le long de la direction x. En cas d'application d'un champ B, une force de Lorentz supplémentaire (F = q - v x B) agit, v correspondant à la vitesse des porteurs de charge (F, v et B sont ici des vecteurs, le signe « x » est le produit en croix). La force peut donc être différente selon l'orientation de 25 B). a) Avec B seulement dans la direction x, il n'y a pas d'effet supplémentaire puisque le produit en croix v x B = 0. b) Avec B dans la direction z, la force de Lorentz agit dans le plan xy. 30 La fig. 5 représente le champ xy. La figure montre le mouvement d'un porteur de charge sans collision avec un champ E de -1 V/m appliqué dans la direction x et un champ B de -10 T dans la direction z. Pour les dimensions du porteur de charge, on a utilisé un trou dans GaAs d'une masse effective de 0,45 me (me désigne la masse de l'électron). A 35 l'instant zéro, le porteur de charge se trouve à l'origine et au repos. La solution générale pour le mouvement d'un porteur de charge dans un champ E et B homogène est un mouvement cyclotronique superposé à un - 7 - mouvement de dérive qui est déterminé par la direction E x B. Dans les conditions de départ prédéfinies, la particule se déplace d'abord dans la direction x. Plus elle prend de vitesse, plus la force de Lorentz agit et dévie la particule sur une trajectoire courbe qui la ramène au point zéro de l'axe x où sa direction s'inverse et le mouvement recommence de manière identique. Si le champ magnétique est plus élevé, la courbure de la trajectoire s'accentue et l'échelle du motif se réduit dans les deux dimensions spatiales x et y. Ce mouvement n'est cependant valable que jusqu'à la première collision. Sans collision, le mouvement global ne conduit que dans la direction y et, si la distance entre drain et source n'est pas inférieure à une certaine valeur (qui serait d'environ 50 nm sur la fig. 5), aucun courant ne circule du drain vers la source. Mais comme dans un semi-conducteur le mouvement est normalement freiné par des collisions, le porteur de charge ne peut parcourir tranquillement qu'un certain chemin à partir de l'origine. Après une collision, le processus recommence chaque fois avec les mêmes conditions initiales. Il en résulte un mouvement moyen qui, en fonction de la fréquence des collisions et de la force du champ magnétique, peut se situer entre la direction x (collisions fréquentes ou faible champ magnétique) et la direction y (peu de collisions ou fort champ magnétique). Une autre expression de la fréquence des collisions est la mobilité (p) qui est donnée par : p, = q - Tc/me, Tc correspondant au temps libre moyen jusqu'à la prochaine collision et me la masse effective du porteur de charge. L'angle de la déviation de la direction moyenne de mouvement par rapport à la direction du champ E est représenté sur la fig. 6 en fonction du champ magnétique pour différentes mobilités p, Tc intervenant, pour plus de clarté, dans le calcul de manière fixe (toujours égale) et non distribuée statistiquement. Tant que l'angle est petit (p. ex. inférieur à 20 degrés), il n'y a pas de modification substantielle de la trajectoire et donc des propriétés du semi-conducteur. Plus l'angle augmente, plus le chemin à parcourir augmente, jusqu'à l'infini dans le cas extrême de 90 degrés. Cela conduit à une résistance toujours plus grande entre drain et source. Avec une mobilité typique de p, = 1 m2/(Vs) qui est valable pour GaAs (arséniure de gallium) à 300 K et une intensité de champ de 1 T, les porteurs de charge sont déviés en moyenne d'environ 20 degrés par rapport à la direction du champ E. Aux températures plus basses, la mobilité de GaAs devient beaucoup plus - 8 - grande (p. ex. p, = 5 m2/(Vs) à 77 K). D'autres données sont représentées dans [4] pour le silicium. La déviation est ici déjà de presque 80 degrés, de sorte que très peu de porteurs de charge parviennent encore du drain à la source et que le semi-conducteur n'est plus opérationnel. La considération ci-dessus est valable pour les géométries de semi-conducteurs qui sont beaucoup plus grandes en direction y qu'en direction z, ce qui est habituellement le cas des transistors à effet de champ modernes. c) Avec B dans la direction y, une force agit sur les porteurs de charge dans la direction z. De ce fait, les porteurs de charge sont déviés, par rapport à leur mouvement normal dans la direction x, dans la direction z. Etant donné que l'épaisseur (direction z) du transistor à effet de champ est très faible, le mouvement de dérive du porteur de charge est arrêté à la limite de la région conductrice et il s'établit un champ électrique antagoniste (champ de Hall [4]) qui se superpose au champ E dans la direction z (provoqué par la tension grille-source) et entraîne aussi des modifications de la caractéristique. En raison de sa géométrie complexe, ce champ n'est pas quantifiable précisément. Les effets défavorables décrits en b) et c) surviennent typiquement à des intensités de champ magnétique Bo de 1 T ou plus, sachant que suivant les conditions marginales, les mesures selon l'invention deviennent de plus en plus nécessaires à des champs supérieurs à 1,5 T, 3 T ou plus. Aux très hautes intensités de champ de 7 T ou plus, elles deviennent pratiquement indispensables. 2. Gel : en outre, davantage de porteurs de charge gèlent aux basses températures, leur concentration diminue donc, ce qui entraîne également une élévation de la résistance électrique. Les deux effets 1 et 2 se renforcent et peuvent avoir les conséquences concrètes suivantes : dans un transistor à effet de champ, la conductibilité du canal peut se réduire pratiquement à zéro, l'élément n'étant alors plus utilisable. Dans une diode, la conductibilité diminue également et la tension directe augmente à un courant donné, de sorte que, dans le cas extrême, la diode est pratiquement complètement isolée. 3. Dissipation : selon l'application, il se produit dans le composant électronique une dissipation qui échauffe fortement le composant si la puissance ne peut pas être évacuée. Cela peut empêcher complètement le refroidissement en cas de fonctionnement cryogénique ou échauffer le composant en fonctionnement pulsé. Par exemple, un FET - 9 - devrait être refroidi pour réduire son bruit propre. La puissance dissipée par le courant de repos au point de travail peut déjà être assez élevée pour empêcher le FET d'être suffisamment refroidi et donc pour rendre le bruit beaucoup trop élevé. 4. Refroidissement : les densités de puissance élevées dans les composants à semi-conducteurs obligent à refroidir ceux-ci suffisamment, ce qui est souvent réalisé avec de l'azote liquide. Celui-ci a l'avantage de permettre d'évacuer localement la puissance thermique sans mesures constructives supplémentaires jusqu'à un certain degré. Il se produit cependant, en tant qu'effet secondaire indésirable, une ébullition avec formation de bulles à partir d'une certaine densité de puissance. Il en résulte, de par la variation de la densité et donc de la constante diélectrique, une modulation du signal à proximité immédiate de tous les composants électriques. Cela génère souvent de très fortes modulations de phase stochastiques qui introduisent des artefacts dans les données de mesure. Il n'y a que peu d'articles publiés sur l'état actuel de la technique. La plupart des systèmes de réception refroidis à des températures cryogéniques peuvent être répartis dans les trois catégories 20 suivantes (TX signifie émission, RX signifie réception) : a) TX/RX par la même bobine pour les deux fonctions. Cet agencement ne nécessite aucune électronique à proximité de la bobine et est publié en de nombreuses variantes dans la littérature. Un agencement pour applications de RMN a été publié dans 25 [5]. Celui-ci contient une bobine volumique refroidie pour l'émission et la réception. Le circuit électronique associé se trouve à l'extérieur de l'aimant. Dans [6] est présenté un agencement pour l'IRM avec une bobine de surface HTS qui est refroidie dans LN2 et exploitée dans un mode RX/TX. 30 La référence [7] divulgue une exécution améliorée qui génère un champ volumique quasi homogène avec un agencement de Helmholtz. Cet agencement aussi est exploité dans un mode RX/TX. Ces deux agencements ont en commun de ne présenter aucune électronique refroidie. b) RX-only (réception seulement) par une bobine de réception, 35 laquelle est dans ce cas découplée géométriquement de la bobine d'émission (bobine ou résonateur volumique) (comme représenté sur la fig. 2, mais avec B1 parallèle à la surface de bobine de la bobine de réception). - 10 - En soi, un tel agencement n'exigerait pas non plus une électronique à proximité immédiate de la bobine de réception. Mais comme en pratique le couplage entre bobine d'émission et bobine de réception ne peut pas être suffisamment réduit, le couplage restant nécessite des mesures complémentaires. Un agencement des plus rudimentaires de ce genre a été décrit dans [8]. La fonction de l'électronique refroidie se limite à une réduction purement passive du couplage de la bobine de réception par rapport à la bobine d'émission, ce qui est réalisé au moyen de deux diodes croisées. Cela ne fonctionne toutefois proprement qu'aux puissances élevées (impulsions dures), aux puissances basses qui sont souvent utilisées dans la RMN et l'IRM (« shaped pulse » - impulsion conformée), les diodes ne sont plus efficaces. Dans cet agencement, les diodes sont manifestement refroidies directement dans le bain de N2 liquide. Le reste de l'électronique n'est pas refroidi. Un développement de cet agencement a été publié dans [9]. Celui-ci comporte un circuit électronique sensiblement plus complexe. Des résultats ont été publiés avec cet agencement cryogénique qui, dans le cas d'une orientation correspondante par rapport à la bobine d'émission, n'impose que de faibles exigences au circuit électronique. Le préamplificateur n'est pas refroidi non plus dans cet agencement. Un agencement en réseau planaire dans N2 liquide a été publié dans [10]. Cet agencement planaire, qui permet un découplage géométrique de la bobine d'émission, n'impose aussi que de faibles exigences au circuit électronique. Mais il limite de ce fait énormément le domaine d'application. Rien n'est divulgué sur l'orientation des composants électroniques. c) Un agencement avec orientation quelconque de la bobine de réception par rapport à la bobine d'émission a été publié dans [11]. Un circuit électronique manifestement refroidissable se trouve à proximité immédiate de la bobine et donc dans le champ magnétique. Il n'est pas visible si et le cas échéant comment les composants électroniques (couches d'arrêt des semi-conducteurs) sont orientés. Le préamplificateur ne fait pas partie de l'agencement refroidi, ce qui entraîne par conséquent une perte de sensibilité. Cet agencement est préparé pour un fonctionnement cryogénique. Les mesures publiées avec le réseau à deux éléments, dans lequel un circuit électronique à proximité immédiate de la bobine est nécessaire pour la désactivation, ont cependant été enregistrées à - 11 - température ambiante. A cela s'ajoute que le refroidissement à l'azote liquide prévu entraînerait la modulation de signal décrite ci-dessus et donc des artefacts dans les mesures. En résumé, on trouve dans la littérature des dispositifs possibles 5 comme point de départ, dont le fonctionnement n'a toutefois été démontré que sous restrictions. En particulier, on ne trouve pas de dispositifs pour un agencement général des bobines de réception qui pourraient être utilisés pour des réseaux de réception. On n'est manifestement pas encore parvenu jusqu'ici à réaliser l'électronique nécessaire et répondant à toutes les 10 exigences pour un agencement général des bobines. De tels agencements connus sont esquissés sur les figures 7 et 8. La carte de circuits imprimés 70, 70' se trouve directement dans l'azote liquide 73 ou est montée sur un radiateur 74 qui est lui-même dans l'azote liquide. Les composants à semi-conducteurs 72, 72' sont logés dans un 15 boîtier en matière plastique standard 71, 71'. L'orientation perpendiculaire de la couche d'arrêt du semi-conducteur par rapport au champ magnétique Bo n'est souvent pas contrôlable dans une telle réalisation. La solution évidente consistant à construire le circuit avec des composants du commerce échoue souvent à cause des matériaux 20 ferromagnétiques (Kovar) utilisés pour le boîtier. La dissipation de chaleur n'est pas optimale non plus avec des composants du commerce car on devrait normalement monter le boîtier sur un dissipateur thermique, ce qui entraîne cependant un conflit avec le signal HF qui doit souvent être conduit en étant isolé électriquement. 25 1. Boîtier en matière plastique Celui-ci est totalement inutilisable pour une transmission de chaleur aux basses températures. La transmission n'a lieu que par les pattes de connexion métalliques, lesquelles présentent en général un potentiel électrique et ne peuvent donc pas être montées directement sur un 30 dissipateur thermique métallique. La conductibilité thermique des matières plastiques est très faible aux basses températures et donc inadaptée [12]. 2. Boîtier en céramique et métal Les boîtiers en céramique permettent en général une meilleure liaison thermique mais ils présentent souvent des composants en Kovar, ce 35 qui entraîne des distorsions incontrôlables du champ et peut même focaliser le champ magnétique à proximité immédiate du semi-conducteur. Les boîtiers en métal comportent souvent des couches en nickel qui entraînent - 12 - également des distorsions de champ et sont donc tout à fait indésirables dans le champ magnétique. Tous les boîtiers présentant des matériaux magnétisables à proximité immédiate de la zone de mesure distordent en outre le champ Bo dans le volume de mesure et peuvent, comme déjà mentionné, introduire des artefacts dans les résultats de mesure. Sur la base de ce constat, la présente invention a pour but d'assurer une caractéristique non faussée des composants à semiconducteurs utilisés dans un circuit électronique du type défini dans l'entrée en matière, avec des mesures techniques aussi simples que possible, malgré le très fort champ magnétique et les basses températures de fonctionnement. Ce but est atteint d'une manière aussi étonnamment simple qu'efficace par un circuit électronique du type défini au début de la présente description et qui est caractérisé en ce qu'au moins une jonction semiconductrice d'au moins un des composants à semi-conducteurs du circuit électronique est disposée de façon que la direction moyenne de mouvement des porteurs de charge dans la jonction semi-conductrice soit sensiblement parallèle aux lignes de champ magnétique du champ magnétique Bo, le composant à semi-conducteurs correspondant étant disposé directement sur un support constitué d'un matériau ayant de bonnes propriétés thermoconductrices. A l'encontre de toute problématique relative à l'implémentation, la véritable solution consiste à renoncer à tout boîtier des composants à semi-conducteurs (pattes, liaisons, etc.) et à monter directement la puce à semi-conducteurs sur un substrat ayant une bonne conductivité thermique. Par « directement », on peut entendre ici aussi une mince couche de colle ou de brasure car celle-ci n'a pas d'influence sensible sur les propriétés thermiques et électriques. Par « sensiblement », on entend une déviation de 45 degrés au maximum. Par « une bonne conductivité thermique », on entend une conductivité thermique supérieure à 10 Wm-1K1, de préférence supérieure à 100 Wm-1K-1. L'invention peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes : - toutes les jonctions semi-conductrices des composant à semi35 conducteurs sont orientées de façon que la direction de mouvement des porteurs de charge soit sensiblement parallèle aux lignes de champ magnétique ; -13- - le support est constitué d'un matériau de support électriquement conducteur et que les composants à semi-conducteurs du circuit électronique sont reliés au support de manière thermoconductrice ; - le matériau de support comprend du cuivre, de l'argent et/ou 5 de l'aluminium ; - le support est constitué d'un matériau électriquement isolant ; - le matériau de support comprend de l'oxyde d'aluminium céramique, du nitrure d'aluminium, du saphir, de l'oxyde de béryllium et/ou de l'oxyde de silicium ; 10 - le circuit électronique est disposé dans le vide ; - le support est relié de manière bien thermoconductrice à un dissipateur thermique ; - aucun des matériaux utilisés n'est magnétisable ; - des diodes de commutation HF (= « haute fréquence »), des 15 diodes de seuil HF et/ou des diodes varicap sont prévues comme composants à semi-conducteurs ; - des éléments actifs sont prévus comme composants à semiconducteurs ; - les matériaux de base des composants à semi-conducteurs 20 comprennent GaAs et/ou GaN et/ou silicium et/ou germanium et/ou SiGe. Dans la plupart des applications, il est nécessaire que le matériau de support soit composé d'un isolant électrique. Pour le substrat, il faut s'écarter des substrats habituellement utilisés dans l'électronique tels que FR4, Téflon (nom déposé), etc. Les matériaux utilisés doivent présenter 25 une conductibilité thermique maximale aux températures cryogéniques [12]. Cela est possible si le matériau de support est composé d'oxyde d'aluminium céramique, de nitrure d'aluminium, de saphir, d'oxyde de béryllium et/ou d'oxyde de silicium. Mais d'autres matériaux appropriés peuvent également être utilisés. 30 Le saphir, qui est cependant tout à fait inhabituel dans l'électronique, est indiqué comme solution optimale pour l'usage cryogénique souhaité. Cela rend nécessaire de mettre en oeuvre les technologies suivantes : - Le montage et la liaison thermique des semi-conducteurs sur 35 un substrat en saphir représentent un défi technologique. Cela peut se faire par brasage, collage (graisse thermoconductrice), etc., mais de façon à - 14 - résister aux cycles de températures extrêmes lors du refroidissement et du réchauffement. - La liaison électrique aux composants à semi-conducteurs est également problématique. Celle-ci peut se faire par bonding au fil 5 d'aluminium ou d'or. - L'agencement complet doit être orienté de façon que la condition de l'orientation des lignes de champ Bo parallèlement à la direction de mouvement des porteurs de charge soit remplie. La figure 1 montre un exemple concret d'un tel agencement, 10 s'agissant ici du cas le plus simple d'une biporte cryogénique minimale Pour un fonctionnement sans perturbations, il est très avantageux qu'aucune transition de phase ne puisse se produire dans le milieu 17 environnant le dispositif en situation de fonctionnement. Une telle transition de phase aurait lieu par exemple en cas de refroidissement dans 15 l'azote liquide. De manière avantageuse, le dispositif est conçu de façon qu'il se trouve dans le vide. Toute modulation due à des fluctuations de densité d'un milieu de refroidissement est ainsi évitée. Cela suppose néanmoins que toute la conduction de chaleur ait lieu exclusivement via un corps solide. On utilise pour cela de manière optimale un substrat en saphir 20 comme support 12. Le support est en outre relié à un dissipateur thermique. On utilise ici comme dissipateur le radiateur 14 qui est refroidi par un milieu de refroidissement 15. La liaison est représentée ici par une liaison à vis 13 et de la graisse thermoconductrice entre support 12 et radiateur 14. Le substrat 25 en saphir est métallisé de manière correspondante à une structure conductrice 18. Le composant à semi-conducteurs 10 est brasé ou collé sur la pastille et le contact électrique établi au moyen d'une liaison par bonding 11. Les connexions 16 avec les autres éléments de circuit du circuit complet, qui ne sont pas critiques en ce qui concerne les exigences ci- 30 dessus, peuvent être réalisées par le biais de pastilles à braser. L'agencement est orienté de façon que l'exigence concernant l'orientation de la couche d'arrêt dans le composant à semi-conducteurs 10 par rapport au champ magnétique Bo soit satisfaite. Cet agencement ne fait que présenter le principe de base, il est 35 bien entendu possible de réaliser des circuits beaucoup plus complexes de cette manière. Avec des circuits à plusieurs éléments à semi-conducteurs, il est avantageux que toutes les jonctions semi-conductrices soient orientées - 15 - de façon que la direction de mouvement des porteurs de charge soit sensiblement parallèle aux lignes de champ magnétique. Dans certains cas (composant à semi-conducteurs avec toutes les connexions accessibles par le haut et pouvant être contactée avec deux 5 ou plusieurs fils de bonding ou bien dans lequel la puce est directement reliée à la masse, comme par exemple pour les diodes de seuil), le substrat peut être électriquement conducteur. Avec des métaux, cela correspond en même temps à une bonne conductibilité thermique. Celle-ci permet de disposer les composants de façon que les composants à semi-conducteurs 10 soient reliés de manière thermoconductrice à un support qui est composé d'un matériau de support électriquement conducteur. Le matériau de support peut typiquement être composé de cuivre, d'argent ou d'aluminium. La solution esquissée ici assure qu'aucun des matériaux utilisés n'est magnétisable. 15 Les détails mentionnés peuvent aussi être implémentés différemment. Selon l'application, des diodes de commutation RF, des diodes de seuil RF et/ou des diodes varicap peuvent être utilisées comme composants à semi-conducteurs. Les composants électroniques peuvent être réalisées dans différentes technologies. Les matériaux de base GaAs, GaN, 20 silicium, germanium, SiGe peuvent être utilisés pour les composants à semi-conducteurs. Divers procédés de fonctionnement d'un circuit électronique du type selon l'invention décrit ci-dessus entrent également dans le cadre de la présente invention. Les circuits ainsi réalisés peuvent être utilisés à des fins 25 très diverses, par exemple telles que : - le circuit électronique serve à l'amplification d'un signal, des éléments actifs comme des FET et/ou des transistors bipolaires étant utilisés comme composants à semi-conducteurs ; - le circuit électronique serve à l'accord d'une bobine de 30 réception ; - le circuit électronique serve à l'adaptation d'une bobine de réception ; - le circuit électronique serve à la réduction du courant induit dans la bobine de réception par le résonateur d'émission ; 35 - le circuit électronique serve à la commutation de la bobine de réception sur un émetteur dans le cas de l'émission. - 16 - La solution selon l'invention décrite ci-dessus ouvre de nouvelles possibilités de réaliser des systèmes avec des performances nettement meilleures pour les dispositifs de réception de RMN et d'IRM. Bien entendu, d'autres variantes, non décrites, sont possibles et réalisables par l'homme du métier. L'invention concerne également un procédé de fonctionnement d'un circuit électronique tel que décrit ci-dessus, ledit circuit étant utilisé pour amplifier un signal de RM. Il peut en outre être éventuellement prévu que le circuit électronique est utilisé pour accorder et/ou adapter une bobine de réception RM et/ou que le circuit électronique est utilisé pour réduire le courant induit dans la bobine de réception RM par une bobine d'émission et/ou pour commuter la bobine de réception RM sur un émetteur dans le cas de l'émission. D'autres avantages de l'invention résultent de la description et des dessins. Les caractéristiques mentionnées ci-dessus et celles exposées ci-après peuvent être utilisées selon l'invention isolément ou en combinaisons quelconques. Les formes de réalisation montrées et décrites ne sont pas à comprendre comme une énumération exhaustive, mais plutôt comme des exemples destinés à illustrer l'invention. L'invention est représentée sur les dessins et va être expliquée plus en détail à l'aide d'exemples de réalisation. Sont montrés : fig. 1 une forme de réalisation du dispositif selon l'invention ; fig. 2 une vue d'ensemble schématique d'un système d'IRM ; fig. 3 la coupe transversale d'une diode de construction planaire ; fig. 4 la construction d'un FET à structure en doigts sur une vue oblique ; fig. 5 le mouvement d'un porteur de charge dans le plan xy 30 sous l'influence d'un champ E et d'un champ B ; fig. 6 l'angle de dérive moyen d'un porteur de charge ; fig. 7 état de la technique 1 ; et fig. 8 état de la technique 2. La figure 1 illustre une forme de réalisation du circuit 35 électronique selon l'invention un circuit électronique comportant un ou plusieurs composants à semi-conducteurs 10, destiné à être utilisé dans un appareil pour la spectroscopie ou la tomographie RM (= « résonance - 17 - magnétique ») présentant un aimant de préférence supraconducteur 20 pour générer un champ magnétique dans la direction d'un axe z dans un volume de travail disposé sur l'axe z autour de z = 0, lequel circuit électronique est disposé dans l'appareil de RM en tant que partie intégrante d'un dispositif cryogénique de réception RM 29 et/ou d'émission RM 24 à une température de fonctionnement inférieure à 100 K ainsi que dans un champ magnétique Bo d'au moins 1 T, qui est caractérisé en ce qu'au moins une jonction semiconductrice d'au moins un des composants à semi-conducteurs 10 du circuit électronique est disposée de façon que la direction moyenne de mouvement des porteurs de charge dans la jonction semi-conductrice soit sensiblement parallèle aux lignes de champ magnétique du champ magnétique Bo, le composant à semi-conducteurs 10 correspondant étant disposé directement sur un support 12 constitué d'un matériau ayant de bonnes propriétés thermoconductrices. Les parties, composants, éléments et objet évoqués dans la description et représentés sur les figures annexées sont référencés comme suit : Composant à semi-conducteurs : 10 Liaison par bonding 11 Support 12 Liaison à vis 13 Radiateur 14 Milieu de refroidissement : 15 Connexions 16 Milieu 17 Structure conductrice 18 Champ magnétique B Système de bobines magnétiques : 20 Dewar 21 Système de shim et de gradient : 22 Alésage à température ambiante : 23 Bobine d'émission 24 Bobine de réception 25 25 30 Circuit d'accord/adaptation/désaccord : 26 35 Préamplificateur : 27 Circuit électronique : . 28 Dispositif cryogénique de réception : 29 - 18 - Refroidisseur 30 Echantillon 31 Electronique d'IRM 32 Champ d'excitation B1 Emetteur TX Récepteur RX Anode 40 Cathode 41 Couche d'arrêt w Electron e- Région dopée positivement : p Région dopée négativement : n Drain 42 Grille 43 Source 44 Flux de porteurs de charge : 45 Matériau semi-conducteur N Porteur de charge e+ Carte de circuits imprimés : 70 Boîtier en matière plastique : 71 Composant à semi-conducteurs : 72 Azote liquide 73 Carte de circuits imprimés : 70' Boîtier en matière plastique : 71' Composant à semi-conducteurs : 72' Azote liquide 73 Radiateur 74 Les différentes publications mentionnées sous forme de références [1] à [12] dans la description qui précède sont les suivantes : [1] Roemer P B, Edelstein W A, Hayes C E, Souza S P, Mueller O M, The NMR Phased Array, Magnetic Resonance in Medicine 16 (1990), 192-225. [2] Pruessmann K P, Weiger M, Scheidegger M B, Boesiger P, SENSE: "Sensitivity Encoding for Fast MRI", Magnetic Resonance in 35 Medicine 42 (1999), 952-962. [3] http://de.wikipedia.org/wiki/Beweglichkeit (Physik) - 19 - [4] Sze S M, Semiconductor Devices, Physics and Technology, J. Wiley & Sons (1985), ISBN 0-471-87424-8. [5] Styles P, Soffe N F, Scott C A, Cragg D A, Row F, White D J, White P C J, "A High-Resolution NMR Probe in Which the Coil and 5 Preamplifier Are Cooled with Liquid Helium", Journal of Magnetic Resonance 60 (1984), 397-404. [6] Black R D, Early T, Roemer P, Mueller O, Mogro-Campero A, Turner L, Johnson G, "A high-temperature superconducting receiver for nuclear magnetic resonance microscopy", Science 259 (1993), 793-795. 10 [7] Nouls J C, Izenson M G, Greeley H P, Johnson G A, "Design of a superconducting volume coil for magnetic resonance microscopy of the mouse brain", Journal of Magnetic Resonance 191 (2008), 231-238. [8] Wright A C, Song H K, Wehrli F W, "In Vivo MR Imaging 15 With Conventional Radiofrequency Coils Cooled to 77K", Magnetic Resonance in Medicine 43 (2000), 163-169. [9] Wosik J, Bockhorst K H, I-Chih T, Narayana P A, "Superconducting Receive-only 7 Tesla Coil for High Resolution Rat Brain DTI", Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 20 (2012). 20 [10] US 7,002,348 B2 [11] Wosik J, Nesteruk K, Kamel M R, Ip F, Xue L, Wright A C, Wehrli F W, "Cryogenic Varactor-Tuned 4-element Array and Cryostat for ii-MRI of Trabecular Bone in the Distal Tibia", Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 16 (2008). 25 [12] Edited by Reed P R, Clark A F, "Materials at low Temperatures", National Bureau of Standards Boulder, Colorado American Society for Metals, ISBN: 0-87170-146-4. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications 30 restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Circuit électronique comportant un ou plusieurs composants à semi-conducteurs (10), destiné à être utilisé dans un appareil pour la spectroscopie ou la tomographie à résonance magnétique (RM) présentant un aimant (20) pour générer un champ magnétique dans la direction d'un axe z dans un volume de travail disposé sur l'axe z autour de z = 0, lequel circuit électronique est disposé dans l'appareil de RM en tant que partie intégrante d'un dispositif cryogénique de réception RM (29) et/ou d'émission RM (24) à une température de fonctionnement inférieure à 100 K ainsi que dans un champ magnétique Bo d'au moins 1 T, caractérisé en ce qu'au moins une jonction semi-conductrice d'au moins un des composants à semi-conducteurs (10) du circuit électronique est disposée de façon que la direction moyenne de mouvement des porteurs de charge dans la jonction semi-conductrice soit sensiblement parallèle aux lignes de champ magnétique du champ magnétique Bo, le composant à semiconducteurs (10) correspondant étant disposé directement sur un support (12) constitué d'un matériau ayant de bonnes propriétés thermoconductrices. 2. Circuit électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que toutes les jonctions semi-conductrices des composant à semiconducteurs (10) sont orientées de façon que la direction de mouvement des porteurs de charge soit sensiblement parallèle aux lignes de champ magnétique. 3. Circuit électronique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le support (12) est constitué d'un matériau de support électriquement conducteur et que les composants à semi-conducteurs (10) du circuit électronique sont reliés au support (12) de manière thermoconductrice. 4. Circuit électronique selon la revendication 3, caractérisé en 30 ce que le matériau de support comprend du cuivre, de l'argent et/ou de l'aluminium. 5. Circuit électronique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le support (12) est constitué d'un matériau électriquement isolant.-21- 6. Circuit électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau de support comprend de l'oxyde d'aluminium céramique, du nitrure d'aluminium, du saphir, de l'oxyde de béryllium et/ou de l'oxyde de silicium. 7. Circuit électronique selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit électronique est disposé dans le vide. 8. Circuit électronique selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support (12) est relié de manière bien 10 thermoconductrice à un dissipateur thermique. 9. Circuit électronique selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'aucun des matériaux utilisés n'est magnétisable. 10. Circuit électronique selon une des revendications 15 précédentes, caractérisé en ce que des diodes de commutation HF, des diodes de seuil HF et/ou des diodes varicap sont prévues comme composants à semi-conducteurs (10). 11. Circuit électronique selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des éléments actifs sont prévus comme 20 composants à semi-conducteurs (10). 12. Circuit électronique selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les matériaux de base des composants à semi-conducteurs (10) comprennent GaAs et/ou GaN et/ou silicium et/ou germanium et/ou SiGe. 25 13. Procédé de fonctionnement d'un circuit électronique selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit circuit électronique est utilisé pour amplifier un signal de RM. 14. Procédé de fonctionnement d'un circuit électronique selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit 30 électronique est utilisé pour accorder et/ou adapter une bobine de réception RM (25). 15. Procédé de fonctionnement d'un circuit électronique selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit électronique est utilisé pour réduire le courant induit dans la bobine de 35 réception RM (25) par une bobine d'émission (24) et/ou pour commuter la bobine de réception RM (25) sur un émetteur dans le cas de l'émission.