DE4218635A1 - HF receiver antenna for NMR tomograph - has at least one capacitor contg. layers of superconducting and dielectric material - Google Patents

HF receiver antenna for NMR tomograph - has at least one capacitor contg. layers of superconducting and dielectric material

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Abstract

The capacitor (3,4) is of layer structure of superconducting layer parts (5a,5b) of metal oxide superconducting material with a high step temp. and intermediate solid dielectric layers (6,6'). At least one antenna loop (2) is made with the superconducting material of the capacitor and mounted on a substrate (8) made of a material matching the superconducting material. The substrate material can be used as the intermediate dielectric layers of the layer structure. ADVANTAGE - Antenna designed for reduced capacitor losses, allowing greater distances from patient or object under investigation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenz-Empfangs­ antenne einer Einrichtung zur Kernspintomographie mit min­ destens einem Kondensator. Eine entsprechende Antenne ist der EP-B-0 268 083 zu entnehmen.The invention relates to radio frequency reception antenna of a device for magnetic resonance imaging with min at least a capacitor. A corresponding antenna is can be found in EP-B-0 268 083.

Es sind Einrichtungen zum Erzeugen von Schnittbildern eines Untersuchungsobjektes, vorzugsweise eines anatomi­ schen Körpers, mittels magnetischer Kernspinresonanz (bzw. Nuclear Magnetic Resonance) bekannt. Bei entsprechenden Kernspintomographie-Einrichtungen wird durch rechnerische oder meßtechnische Analyse integraler Protonenresonanz- Signale aus der räumlichen Spindichte oder auch aus der Relaxationszeitverteilung des zu untersuchenden Körpers ein Bild konstruiert. Der Körper wird hierzu in ein star­ kes homogenes Magnetfeld, das sogenannte Grundfeld, ein­ gebracht, das die Kernspins in einem Abbildungsvolumen ausrichtet. Ferner sind gepulste Gradientenspulen vorge­ sehen, die zur Ortsauflösung im Abbildungsvolumen ein räumlich veränderliches Magnetfeld erzeugen. Eine Hoch­ frequenz(HF)-Antenne dient zur Anregung der Kernspins zu einer Präzession. Zum Empfang der Kernspinsignale infolge dieser Präzession werden vielfach besondere HF-Empfangsan­ tennen vorgesehen.They are devices for generating sectional images an examination object, preferably an anatomy body, by means of magnetic nuclear magnetic resonance (or Nuclear Magnetic Resonance). With appropriate Magnetic resonance imaging equipment is provided by computational or metrological analysis of integral proton resonance Signals from the spatial spin density or also from the Relaxation time distribution of the body to be examined constructed an image. The body does this in a star kes homogeneous magnetic field, the so-called basic field brought that the nuclear spins in an illustration volume aligns. Pulsed gradient coils are also featured see the one for spatial resolution in the imaging volume generate spatially variable magnetic field. A high Frequency (HF) antenna is used to excite the nuclear spins a precession. To receive the nuclear spin signals as a result this precession is often special RF reception tennen provided.

Zur Abbildung einzelner Körperbereiche mit verhältnismäßig geringer Ausdehnung können als HF-Empfangsantennen soge­ nannte Oberflächenspulen oder Lokalspulen verwendet wer­ den. Diese Spulen sind im allgemeinen als Flachspulen mit einer oder mehreren Windungen ausgebildet. Sie werden ein­ fach auf den abzubildenden Körperbereich, beispielsweise einen Wirbel, das Mittelohr oder auch ein Auge, aufgelegt. Bei solchen HF-Oberflächenantennen muß die Einkopplung elektrischer Felder in das leitfähige Untersuchungsobjekt wie z. B. den menschlichen Körper vermieden werden, um die Verluste klein zu halten. Dazu werden die elektrischen Felder in einem oder mehreren Kondensatoren konzentriert.To map individual areas of the body with proportionally  of small extent can be used as HF receiving antennas called surface coils or local coils who used the. These coils are generally with flat coils one or more turns formed. You become one fold on the area of the body to be imaged, for example a vertebra, the middle ear or an eye. With such HF surface antennas, the coupling must electrical fields in the conductive object under investigation such as B. the human body to be avoided Keep losses small. To do this, the electrical Fields concentrated in one or more capacitors.

Eine entsprechende Ausführungsform einer bekannten Ober­ flächenantenne ist zu einem sogenannten "Loop-gap"-Resona­ tor ausgebildet. Dessen Spule besteht dabei aus einer einzigen Windung eines bandförmigen metallischen Leiters, dessen plattenförmigen Enden einen Kondensator bilden. Der Leiter wird im allgemeinen als Oberflächenschicht auf einen Träger aus elektrisch isolierendem Material aufge­ bracht, der z. B. aus Kunststoff oder auch aus Plexiglas besteht. Durch den Abstand und die Größe der plattenförmi­ gen Enden sowie durch die Auswahl eines Dielektrikums kann dabei die Kapazität des Kondensators eingestellt werden, die mit der Induktivität der Windung in Resonanz gebracht wird (vgl. "Journal of Magnetic Resonance", Vol. 61, 1985, Seiten 571 bis 578). Die Güte dieses resonanten Empfangs­ kreises bestimmt das erreichbare Signal-zu-Rausch-Verhält­ nis. Ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis bedeutet hohe Empfindlichkeit der Messung und kurze Meßzeit und stellt somit eine entscheidende Größe der Kernspintomographie- Einrichtung dar. Neben den Leiterverlusten in den Anten­ nenschleifen stellen die Leiter- und die dielektrischen Verluste in den HF-Kondensatoren eine limitierende Größe dar; Gütewerte von 1000 bis 2000 können dabei vielfach als Obergrenze gelten.A corresponding embodiment of a known waiter antenna is to a so-called "loop-gap" resona gate trained. Whose coil consists of one single turn of a ribbon-shaped metallic conductor, the plate-shaped ends form a capacitor. The Conductor is generally applied as a surface layer a carrier made of electrically insulating material brings the z. B. made of plastic or plexiglass consists. By the distance and size of the plate-shaped ends as well as by choosing a dielectric the capacitance of the capacitor can be set, which resonated with the inductance of the turn (see "Journal of Magnetic Resonance", Vol. 61, 1985, Pages 571 to 578). The goodness of this resonant reception circle determines the achievable signal-to-noise ratio nis. A high signal-to-noise ratio means high Sensitivity of measurement and short measurement time and poses thus a decisive factor in magnetic resonance imaging  Device. In addition to the conductor losses in the antennas Internal loops provide the conductor and dielectric Losses in the RF capacitors are a limiting factor dar; Quality values from 1000 to 2000 can often be considered as Upper limit apply.

Bei bisherigen HF-Antennen von Einrichtungen zur Kernspin­ tomographie war die Resonanzkreisgüte weniger durch die verwendeten Kondensatoren mit Luft als Dielektrikum als durch die ohmschen Verluste im Antennenleitermaterial und die Verluste durch die Ankopplung an den zu untersuchen­ den Körper begrenzt. Man ist nun bestrebt, den Abstand der HF-Empfangsantenne von dem zu untersuchenden Körper zu vergrößern, wodurch die Ankopplung entsprechend verringert wird. Damit wird es erforderlich, die Güte des Antennen- Resonanzkreises zu erhöhen, um ein etwa gleiches Signal- zu-Rausch-Verhältnis zu gewährleisten. In diesem Falle werden die Verluste in den Kondensatoren relevant und müssen verbessert werden.With previous HF antennas from devices for nuclear spin tomography, the resonance circuit quality was less due to that used capacitors with air as dielectric due to the ohmic losses in the antenna conductor material and to examine the losses due to the coupling to the limits the body. One is now striving to distance the RF receiving antenna from the body to be examined increase, which reduces the coupling accordingly becomes. This means that the quality of the antenna To increase the resonance circuit in order to achieve an approximately to ensure noise ratio. In this case the losses in the capacitors become relevant and need to be improved.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Ver­ luste von Kondensatoren mit den eingangs aufgeführten Merkmalen zu verringern, um so größere Abstände einer HF- Empfangsantenne von einem zu untersuchenden Körper zu er­ möglichen.The object of the present invention is now to Ver Loss of capacitors with those listed at the beginning Characteristics to reduce the distance between RF Receiving antenna from a body to be examined possible.

Diese Aufgabe wird für eine Empfangsantenne mit den ein­ gangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der mindestens eine Kondensator eine Schichtstruktur aus supraleitenden Schichtteilen aus einem metalloxidi­ schen Supraleitermaterial mit hoher Sprungtemperatur mit dazwischenliegender fester Dielektrikumsschicht aufweist.This task is for a receiving antenna with the one Characteristics mentioned above solved according to the invention, that the at least one capacitor has a layer structure made of superconducting layer parts made of a metal oxide  superconductor material with a high transition temperature intervening fixed dielectric layer.

Die mit dieser Ausgestaltung des Antennenkondensators ver­ bundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß durch die Verwendung bekannter Hochtemperatursupralei­ ter(HTSL)-Materialien bei den für Empfangsantennen in Kernspintomographie-Einrichtungen üblichen Frequenzen im Megahertz-Bereich die ohmschen Verluste um mehrere Größen­ ordnungen kleiner sind als von entsprechend gekühltem Kup­ fer. Mit für diese HTSL-Materialien üblichen Substratmate­ rialien als Dielektrika lassen sich Gütewerte bis über 10 000 erreichen. Falls ein Aufbau der mindestens einen Antennenschleife der HF-Empfangsantenne ebenfalls mit dem HTSL-Material des Kondensators vorgesehen wird, läßt sich vorteilhaft der Kondensator leicht in diesen Aufbau inte­ grieren. Bei dem erfindungsgemäß gestalteten Mehrschicht­ kondensator braucht es sich aber nicht unbedingt um einen in eine Antennenschleife integrierten Kondensator zu han­ deln. Vielmehr können statt dessen oder auch zusätzlich entsprechende Kondensatoren für ein Anpaßnetzwerk der An­ tenne verwendet werden.The ver with this configuration of the antenna capacitor tied advantages can be seen in particular in that through the use of well-known high-temperature supraline ter (HTSL) materials in the for receiving antennas in Magnetic resonance imaging facilities in the usual frequencies Megahertz range the ohmic losses by several sizes orders are smaller than that of appropriately cooled cup fer. With the usual substrate material for these HTSL materials rialies as dielectrics, quality values can be above Reach 10,000. If a structure of the at least one Antenna loop of the RF receiving antenna also with the HTSL material of the capacitor is provided, can advantageous the capacitor easily inte in this structure freeze. In the multilayer designed according to the invention capacitor is not necessarily one capacitor integrated in an antenna loop deln. Rather, instead of or in addition appropriate capacitors for a matching network of the An threshing floor.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kon­ densators gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous embodiments of the con capacitors emerge from the subclaims.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die schematische Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 eine HF-Empfangsantenne mit zwei erfindungsgemäß ausgeführten Kondensatoren veranschaulicht ist. Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem dieser Kondensatoren. In den Fig. 3 und 4 sind zwei prinzipielle Ankopplungs­ möglichkeiten von HF-Empfangsantennen nach der Erfindung angedeutet. In den Figuren sind sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.To further explain the invention, reference is made below to the schematic drawing, in which FIG. 1 shows an RF receiving antenna with two capacitors designed according to the invention. Fig. 2 shows a section of one of these capacitors. In FIGS. 3 and 4 are two principal source attach possibilities of RF receiving antennas according to the invention indicated. In the figures, corresponding parts are provided with the same reference symbols.

Die in Fig. 1 in Schrägansicht veranschaulichte, allge­ mein mit 2 bezeichnete planare HF-Empfangsantenne einer Einrichtung zur Kernspintomographie enthält in ihrer z. B. einzigen Schleife zwei Mehrschichtkondensatoren 3 und 4, von denen Fig. 2 einen Querschnitt z. B. durch den Kon­ densator 3 zeigt. Diese Kondensatoren sind jeweils durch Überlappungen der Enden von zwei streifenförmigen Leiter­ stücken 2a und 2b der Antennenschleife als eine mehrla­ gige Schichtstruktur aus zwei Schichtteilen 5a und 5b bzw. 5a′ und 5b′ aus einem HTSL-Material und einem dazwischen­ liegenden festen Dielektrium 6 bzw. 6′ ausgebildet. Selbst­ verständlich ist es auch möglich, zur Ausbildung der Kon­ densatoren 3 und/oder 4 die Überlappungen der einzelnen supraleitenden Schichtteile zu vertauschen, so daß dann z. B. für den Kondensator 3 der Schichtteil 5a (als oberer Schichtteil) den Schichtteil 5b überlappen würde. Auch die übrigen Teile der supraleitenden Leiterstücke 2a und 2b können vorteilhaft aus demselben HTSL-Material als Dünnschichtstrukturen hergestellt werden. Gegebenenfalls ist es aber möglich, für die Leiterstücke 2a und 2b unter­ schiedliche Materialien vorzusehen.The illustrated in Fig. 1 in an oblique view, my generally designated 2 planar RF receiving antenna of a device for magnetic resonance imaging contains in its z. B. single loop two multilayer capacitors 3 and 4 , of which Fig. 2 shows a cross section z. B. by the Kon capacitor 3 shows. These capacitors are each by overlapping the ends of two strip-shaped conductor pieces 2 a and 2 b of the antenna loop as a multilayer layer structure of two layer parts 5 a and 5 b or 5 a 'and 5 b' made of a HTSL material and one in between lying fixed dielectric 6 or 6 'formed. Of course, it is also possible to swap the overlaps of the individual superconducting layer parts to form the capacitors 3 and / or 4 , so that z. B. for the capacitor 3 of the layer part 5 a (as the upper layer part) would overlap the layer part 5 b. The remaining parts of the superconducting conductor pieces 2 a and 2 b can advantageously also be produced from the same HTSL material as thin-layer structures. If necessary, it is possible to provide for the conductor pieces 2 a and 2 b under different materials.

Wie Fig. 1 ferner zu entnehmen ist, sind zu beiden Sei­ ten des Kondensators 3 die supraleitenden Leiterstücke 2a und 2b der Antennenschleife jeweils mit einem Anschluß­ leiter 7a bzw. 7b verbunden, der zu einem nicht darge­ stellten Vorverstärker führt. As can also be seen in FIG. 1, the superconducting conductor pieces 2 a and 2 b of the antenna loop are each connected to a connection conductor 7 a and 7 b, which leads to a preamplifier, not shown, for both sides of the capacitor 3 .

Selbstverständlich muß für die HTSL-Material enthalten­ den Teile der HF-Empfangsantenne nach der Erfindung und des ihr zugeordneten mindestens einen Mehrschichtkonden­ sators eine entsprechende Kühlung unter die Sprungtempe­ ratur Tc des verwendeten HTSL-Materials, beispielsweise mit flüssigem Stickstoff, vorgesehen sein.Of course, for the HTSL material containing the parts of the RF receiving antenna according to the invention and the associated at least one multilayer capacitor, appropriate cooling under the jump temperature T c of the HTSL material used, for example with liquid nitrogen, must be provided.

Bei den verwendbaren HTSL-Materialien handelt es sich um bekannte metalloxidische Supraleitermaterialien mit hoher Sprungtemperatur Tc von insbesondere über 77 K. Die Zu­ sammensetzung entsprechender HTSL-Materialien basiert dabei auf metallische Komponenten und Sauerstoff enthal­ tenden Stoffsystemen. Als Ausführungsbeispiel sei aus dem speziellen Stoffsystem Y-Ba-Cu-O das HTSL-Material YBa2Cu3O7-x (mit 0,5 < x < 1) ausgewählt. Das HTSL-Mate­ rial insbesondere für die Schichtteile 5a, 5b, 5a′ und 5b′ ist jedoch nicht auf dieses spezielle Stoffsystem be­ schränkt; d. h., es sind ebensogut auch andere mehrkompo­ nentige oxidkeramische HTSL-Materialien geeignet, welche diesem speziellen Stoffsystem nicht zuzurechnen sind und zumindest teilweise andere und/oder zusätzliche metalli­ sche Komponenten und Sauerstoff enthalten. Die ohmschen Verluste dieser Materialien sind vorteilhaft äußerst ge­ ring. So liegt z. B. bei 10 MHz der nach der BCS-Theorie skalierte ohmsche Widerstand von YBa2Cu3O7-x um mehr als sechs Größenordnungen unter dem von gekühltem Kupfer und kann daher praktisch vernachlässigt werden.The HTSL materials that can be used are known metal oxide superconductor materials with a high transition temperature T c of in particular over 77 K. The composition of corresponding HTSL materials is based on metallic components and oxygen-containing material systems. The HTSL material YBa 2 Cu 3 O 7-x (with 0.5 <x <1) is selected as an exemplary embodiment from the special material system Y-Ba-Cu-O. The HTSL mate rial in particular for the layer parts 5 a, 5 b, 5 a 'and 5 b' is not limited to this special material system be; that is, other multi-component oxide-ceramic HTSL materials are equally suitable, which are not attributable to this special material system and at least partially contain other and / or additional metallic components and oxygen. The ohmic losses of these materials are advantageously extremely ge ring. So z. B. at 10 MHz, the BCS theory scaled ohmic resistance of YBa 2 Cu 3 O 7-x by more than six orders of magnitude less than that of cooled copper and can therefore be practically neglected.

Das HTSL-Material der Leiterstücke 2a und 2b mit ihren Schichtteilen (Enden) 5a, 5a′ bzw. 5b, 5b′ wird vorteil­ haft mittels bekannter Verfahren insbesondere epitaktisch auf der jeweiligen Unterlage abgeschieden und soll eine hohe kritische Stromtragfähigkeit (Stromdichte) in der Größenordnung von mindestens 104 A/m2 in der Nähe der Sprungtemperatur Tc des HTSL-Materials gewährleisten. Die jeweilige Unterlage sollte hierzu zweckmäßigerweise so texturiert sein, daß die für die Stromtragfähigkeit in dem HTSL-Material verantwortlichen Cu-O-Kristallebenen als kristalline a-b-Ebenen zumindest annähernd parallel zum jeweiligen Oberflächenteil der Unterlage zu liegen kommen.The HTSL material of the conductor pieces 2 a and 2 b with their layer parts (ends) 5 a, 5 a 'and 5 b, 5 b' is advantageously deposited epitaxially on the respective base using known methods and is said to have a high critical current carrying capacity (Current density) in the order of at least 10 4 A / m 2 in the vicinity of the transition temperature T c of the HTSL material. For this purpose, the respective underlay should expediently be textured in such a way that the Cu-O crystal planes responsible for the current carrying capacity in the HTSL material come to lie at least approximately parallel to the respective surface part of the underlay as crystalline ab planes.

Die Unterlage unter den supraleitenden Leiterstücken 2a und 2b der Antenne 2 kann insbesondere durch ein an sich bekanntes Substrat 8 gebildet sein, auf dem das HTSL-Ma­ terial vorzugsweise epitaktisch aufwachsen kann. Entspre­ chende Substratmaterialien, deren jeweilige kristalline Einheitszelle vorteilhaft an die entsprechenden Abmessun­ gen der Einheitszelle des verwendeten HTSL-Materials ange­ paßte Maße hat, sind z. B. SrTiO3, BaTiO3, LaAlO3, NdAlO3, NdGaO3, MgO, MgAl2O4 oder Y-stabilisiertes ZrO2. Auch ist als Substrat Al2O3 oder Si, das zudem noch dotiert oder als Si-Verbindung vorliegen kann, geeignet, wobei diese Materialien im allgemeinen mit einer diffusionshemmenden Zwischenschicht, einer sogenannten "Bufferlayer", abge­ deckt sind. Die Substratmaterialien werden vorteilhaft auch unter dem Gesichtspunkt ausgewählt, daß sie einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das HTSL-Material aufweisen. Für ein konkretes Ausführungs­ beispiel sei unter diesen Gesichtspunkten ein LaAlO3- Substrat 8 als Unterlage ausgewählt.The base under the superconducting conductor pieces 2 a and 2 b of the antenna 2 can in particular be formed by a substrate 8 known per se, on which the HTSL material can preferably grow epitaxially. Corresponding substrate materials, the respective crystalline unit cell has advantageous dimensions to the corresponding dimensions of the unit cell of the HTSL material used, z. B. SrTiO 3 , BaTiO 3 , LaAlO 3 , NdAlO 3 , NdGaO 3 , MgO, MgAl 2 O 4 or Y-stabilized ZrO 2 . Also suitable as substrate is Al 2 O 3 or Si, which may also be doped or as a Si compound, these materials generally being covered with a diffusion-inhibiting intermediate layer, a so-called “buffer layer”. The substrate materials are also advantageously selected from the point of view that they have a similar coefficient of thermal expansion as the HTSL material. For a specific embodiment, a LaAlO 3 substrate 8 is selected as a base from these points of view.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn als Dielektrika 6 und 6′ ein Material vorgesehen wird, wie es auch für das Substrat 8 geeignet ist. Denn die genannten Materialien weisen Verlustwinkel auf, die Güten von über 10 000 er­ lauben.It is particularly useful if a material is provided as dielectrics 6 and 6 ', as is also suitable for the substrate 8 . Because the materials mentioned have loss angles that allow grades of over 10,000.

Vorteilhaft kann die Dicke d der Dielektrikumsschichten 6 und 6′ klein gewählt werden, so daß bei geringem Flächen­ bedarf hohe Kapazitätswerte zu erhalten sind: 100 nm als Dicke d sind ausreichend, um eine elektrische Isolation zu gewährleisten. Ausgehend von einer solchen Schichtdicke er­ hält man z. B. bei Verwendung von LaAlO3 als Dielektrikum mit einer dielektrischen Konstanten εr = 25 eine Kapazi­ tät von 1 nF auf einer Fläche von 6 * 6 mm2. Die zuge­ hörige Induktivität für eine Resonanzfrequenz von 50 MHz liegt bei 10 nH. Antennenschleifen mit praktikablen Durch­ messern D (vgl. Fig. 1) von 5 cm haben Induktivitäten um 1 pH, so daß die Kapazitätswerte noch wesentlich klei­ ner gewählt werden können. Allerdings verwendet man in der Praxis häufig mehrere verteilte Kondensatoren entlang einer Antennenschleife, um so die elektrischen Streufelder abzusenken. Zwar steigt dadurch der Flächenbedarf durch die Serienschaltung der Kondensatoren wieder an, bleibt jedoch klein gegenüber der Fläche der Leiterschleife.The thickness d of the dielectric layers 6 and 6 'can advantageously be chosen to be small, so that high capacitance values can be obtained in a small area: 100 nm as the thickness d are sufficient to ensure electrical insulation. Starting from such a layer thickness, he keeps z. B. when using LaAlO 3 as a dielectric with a dielectric constant ε r = 25, a capaci ty of 1 nF on an area of 6 * 6 mm 2 . The associated inductance for a resonance frequency of 50 MHz is 10 nH. Antenna loops with practical diameters D (cf. Fig. 1) of 5 cm have inductances around 1 pH, so that the capacitance values can be chosen much smaller. In practice, however, multiple distributed capacitors are often used along an antenna loop in order to lower the stray electrical fields. The area requirement due to the series connection of the capacitors increases again, but remains small compared to the area of the conductor loop.

Wie anhand der Fig. 1 und 2 verdeutlicht wurde, eignet sich die erfindungsgemäße Gestaltung der Kondensatoren 3 und 4 für eine Empfangsantenne einer Einrichtung zur Kernspintomographie in besonderer Weise zu einer Integra­ tion mit Antennenschleifen aus epitaktischen Dünnfilmen aus HTSL-Material, die auf den genannten hochfrequenz­ tauglichen Substraten 8 hergestellt werden können. Solche HTSL-Antennen bieten gegenüber entsprechenden normallei­ tenden Antennen eine verbesserte Empfangsempfindlichkeit. Mittels Heteroepitaxie können gleichzeitig die HTSL-An­ tennenschleife und die HTSL-Mehrschichtkondensatoren 3 und 4 mit ihrem Aufbau aus supraleitendem Schichtteil 5a bzw. 5a′ - Dielektrikumsschicht 6 bzw. 6′ - supraleitendem Schichtteil 5b bzw. 5b′ erzeugt werden. Die Nachteile eines hybriden Aufbaus aus Einzelkondensatoren und Anten­ nenschleife, insbesondere Lötungen und Bondungen mit stö­ renden Kontaktwiderständen, werden dadurch vermieden.As reference to Figs. 1 and Clarified 2, the inventive design of the capacitors 3 and 4 for a receiving antenna means tion for nuclear spin tomography in a particular way to a Integra with antenna loops of epitaxial thin films of high-Tc superconductor material, the high frequency referred to is suitable substrates 8 can be produced. Such HTSL antennas offer improved reception sensitivity compared to corresponding normal antennas. By heteroepitaxy the HTSC to be able simultaneously antenna loop and the high-temperature superconductive multilayer capacitors 3 and 4 with their construction of superconducting layer portion 5 a and 5 a '- dielectric layer 6 or 6' - superconducting layer portion 5 b and 5 are generated b '. The disadvantages of a hybrid construction of individual capacitors and antenna loop, in particular soldering and bonding with disturbing contact resistances, are avoided.

Sowohl die Resonanzkondensatoren 3 und 4 gemäß den Fig. 1 und 2 als auch Kondensatoren eines Anpaßnetzwerks können mit einem erfindungsgemäßen Aufbau realisiert wer­ den. Das Anpaßnetzwerk bei HF-Empfangsantennen von Ein­ richtungen zur Kernspintomographie dient dazu, die im allgemeinen induktive Last, die eine HF-Antenne darstellt, an eine reelle Impedanz von z. B. 50 Ω eines Wellenlei­ ters oder eines Vorverstärkers anzupassen, um so Reflek­ tionsverluste zu vermeiden und ein maximales Signal in eine nachgeordnete Signalelektronik einspeisen zu können. Zwei verschiedene Ausführungsformen von entsprechenden An­ paßnetzwerken unter Verwendung von erfindungsgemäß ausge­ führten HTSL-Mehrschichtkondensatoren sind aus den Prin­ zipschaltbildern der Fig. 3 und 4 zu entnehmen. Dabei zeigt Fig. 3 eine symmetrische Ausführungsform, während in Fig. 4 eine asymmetrische Ausführungsform dargestellt ist.Both the resonance capacitors 3 and 4 according to FIGS. 1 and 2 and capacitors of a matching network can be realized with a structure according to the invention. The matching network in RF receiving antennas from a device for magnetic resonance imaging is used to the generally inductive load, which is an RF antenna, to a real impedance of z. B. 50 Ω of a waveguide or a preamplifier to avoid reflection losses and to be able to feed a maximum signal into a downstream signal electronics. Two different embodiments of corresponding adapter networks using HTSL multilayer capacitors designed according to the invention can be found in the circuit diagrams of FIGS . 3 and 4. Here, Fig. 3, shows a symmetrical embodiment, while FIG. 4 shows an asymmetric embodiment.

Gemäß Fig. 3 ist in eine HTSL-Antennenschleife 10 einer HF-Empfangsantenne 11 nach der Erfindung nur ein einziger HTSL-Mehrschichtkondensator 3 integriert. Für eine kapa­ zitive Ankopplung eines Vorverstärkers an diese HF-An­ tenne 11 sind in Anschlußleitern 7a und 7b je ein HTSL- Mehrschichtkondensator 13 bzw. 14 als Koppelkondensatoren angeordnet. Diese Koppelkondensatoren sind entsprechend dem HTSL-Resonanzkondensator 3 in der Schleife 10 ausge­ führt. In der Figur soll ferner durch eine gestrichelte Linie 15 eine Trennung zwischen einem supraleitenden Be­ reich SB und einem normalleitenden Bereich NB angedeutet sein. Für den supraleitenden Bereich SB ist selbstver­ ständlich eine entsprechende Kühlung unter die Sprungtem­ peratur Tc des verwendeten HTSL-Materials vorzusehen.According to FIG. 3, only a single HTSL multilayer capacitor 3 is integrated in an HTSL antenna loop 10 of an RF receiving antenna 11 according to the invention. For a capacitive coupling of a preamplifier to this HF antenna 11 , an HTSL multilayer capacitor 13 and 14 are arranged as connecting capacitors in connecting conductors 7 a and 7 b. These coupling capacitors are in accordance with the HTSL resonance capacitor 3 in the loop 10 leads. In the figure, a separation between a superconducting region SB and a normally conducting region NB is also to be indicated by a dashed line 15 . For the superconducting area SB, appropriate cooling is of course to be provided under the jump temperature T c of the HTSL material used.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich von der nach Fig. 3 durch eine asymmetrische Ankopplung einer erfindungsgemäßen HF-Empfangsantenne 16. In die HTSL-An­ tennenschleife 17 dieser Antenne sind zwei erfindungsge­ mäß ausgeführte Mehrschichtkondensatoren 3 und 4 inte­ griert, zwischen denen ein mit einem Schirmmantel 18 eines koaxialen Wellenleiters 19 verbundener Anschlußleiter 20 angeschlossen ist. Der Innenleiter 21 dieses Wellenleiters 19 ist über einen Anschlußleiter 22 mit der Antennen­ schleife 17 verbunden, wobei in den Anschlußleiter 22 ein HTSL-Mehrschichtkondensator 23 als ein Koppelkondensator integriert ist. Dieser Mehrschichtkondensator 23 ist wie­ derum erfindungsgemäß ausgeführt. Statt des Wellenleiters 19 kann an die Anschlußleiter 20 und 22 auch direkt ein Vorverstärker angeschlossen sein. Eine Linie 15 deutet wiederum die Trennung zwischen supraleitendem und normal­ leitendem Bereich SB bzw. NB an. The embodiment according to FIG. 4 differs from that according to FIG. 3 by an asymmetrical coupling of an RF receiving antenna 16 according to the invention. In the HTSL antenna loop 17 of this antenna, two multilayer capacitors 3 and 4, according to the invention, are integrated, between which a connecting conductor 20 connected to a shield jacket 18 of a coaxial waveguide 19 is connected. The inner conductor 21 of this waveguide 19 is connected via a connecting conductor 22 to the antenna loop 17 , an HTSL multilayer capacitor 23 being integrated in the connecting conductor 22 as a coupling capacitor. This multilayer capacitor 23 is in turn designed according to the invention. Instead of the waveguide 19 , a preamplifier can also be connected directly to the connecting conductors 20 and 22 . A line 15 in turn indicates the separation between the superconducting and normally conducting regions SB and NB.

Abweichend von den in den Fig. 3 und 4 skizzierten ka­ pazitiven Ankopplungsarten von Wellenleitern oder Vorver­ stärkern an erfindungsgemäße HF-Empfangsantennen 11 oder 16 mit HTSL-Material und mindestens einem integrierten HTSL-Mehrschichtkondensator 3, 4, 13, 14, 23 sind bei die­ sen Antennen selbstverständlich auch induktive Ankopplun­ gen, gegebenenfalls mit galvanisch angeschlossenen Wellen­ leitern, möglich.Notwithstanding the in Figs. 3 and 4 outlined ka pazitiven coupling kinds of waveguides or Vorver amplifiers to the invention RF receiving antennas 11 or 16 with HTSC material and at least one integrated HTSC multilayer capacitor 3, 4, 13, 14, 23 are at the Sen antennas are of course also possible with inductive couplings, if necessary with galvanically connected waveguides.

Claims (5)

1. Hochfrequenz-Empfangsantenne einer Einrichtung zur Kernspintomographie mit mindestens einem Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kondensator (3, 4, 13, 14, 23) eine Schichtstruktur aus supraleitenden Schichtteilen (5a, 5b bzw. 5a′, 5b′) aus einem metalloxidischen Supraleiter­ material mit hoher Sprungtemperatur mit dazwischenlie­ gender fester Dielektrikumsschicht (6 bzw. 6′) aufweist.1. High-frequency receiving antenna of a device for magnetic resonance imaging with at least one capacitor, characterized in that the at least one capacitor ( 3 , 4 , 13 , 14 , 23 ) has a layer structure of superconducting layer parts ( 5 a, 5 b and 5 a ', 5 b ') from a metal oxide superconductor material with a high transition temperature with intervening gender fixed dielectric layer ( 6 or 6 '). 2. Empfangsantenne nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch mindestens eine Antennenschleife (2a, 2b; 10; 17) aus dem Supraleitermaterial des minde­ stens einen Kondensators (3, 4, 13, 14, 23).2. receiving antenna according to claim 1, characterized by at least one antenna loop ( 2 a, 2 b; 10 ; 17 ) made of the superconductor material of at least one capacitor ( 3 , 4 , 13 , 14 , 23 ). 3. Empfangsantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Antennenschleife (2a, 2b, 10, 17) auf einem Substrat (8) aus einem an das Supraleitermaterial angepaßten Substrat­ material ausgebildet ist.3. receiving antenna according to claim 2, characterized in that the at least one antenna loop ( 2 a, 2 b, 10 , 17 ) is formed on a substrate ( 8 ) from a substrate adapted to the superconductor material. 4. Empfangsantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schichtstruk­ tur des mindestens eines Kondensators (3, 4, 13, 14, 23) als Dielektrikum (6, 6′) zwischen zwei supraleitenden Schichtteilen (5a, 5b bzw. 5a′, 5b′) das Substratmaterial vorgesehen ist.4. receiving antenna according to claim 3, characterized in that for the layer structure of the at least one capacitor ( 3 , 4 , 13 , 14 , 23 ) as a dielectric ( 6 , 6 ') between two superconducting layer parts ( 5 a, 5 b or 5 a ', 5 b') the substrate material is provided. 5. Empfangsantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstruktur des mindestens einen Kondensators (3, 4, 13, 14, 23) mit zwei sich überlappenden Enden (5a, 5b bzw. 5a′, 5b′) von Leiterstücken (2a, 2b) einer Antennenschlei­ fe (10, 17) oder mindestens eines mit dieser Antennen­ schleife verbundenen Anschlußleiters (7a, 7b, 22) ausge­ bildet ist.5. receiving antenna according to one of claims 1 to 4, characterized in that the layer structure of the at least one capacitor ( 3 , 4 , 13 , 14 , 23 ) with two overlapping ends ( 5 a, 5 b and 5 a ', 5th b ') of conductor pieces ( 2 a, 2 b) an antenna loop fe ( 10 , 17 ) or at least one loop connected to this antenna loop ( 7 a, 7 b, 22 ) is formed out.
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