用于影響和/或探測磁性顆粒的設(shè)備和方法

專利名稱：用于影響和/或探測磁性顆粒的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于影響和/或探測視場中的磁性顆粒的設(shè)備和方法。此外，本發(fā)明涉及用于在計(jì)算機(jī)上實(shí)施所述方法和用于控制該設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
磁性顆粒成像(MPI)是新興的醫(yī)學(xué)成像形態(tài)。MPI的最先形式是二維的，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生二維圖像。未來的形式將是三維的(3D)。只要對象在單個(gè)3D圖像的數(shù)據(jù)采集期間不顯著改變，則通過將時(shí)間序列的3D圖像組合為影片，能夠創(chuàng)建非靜態(tài)對象的時(shí)間相關(guān)的或 4D圖像。MPI是重建成像方法，如計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)或磁共振成像(MRI)。因此，以兩個(gè)步驟生成對象的感興趣的體積的MP圖像。使用MPI掃描儀執(zhí)行稱作數(shù)據(jù)采集的第一步驟。 MPI掃描儀具有生成靜態(tài)磁梯度場的構(gòu)件，該靜態(tài)磁梯度場稱作“選擇場”，其在掃描儀的等深點(diǎn)具有單個(gè)無場點(diǎn)。另外，掃描儀具有生成時(shí)間相關(guān)的且空間上幾乎均勻的磁場的構(gòu)件。 實(shí)際上，通過將稱作“驅(qū)動(dòng)場”的具有小幅度且迅速改變的場和稱作“聚焦場”的具有大幅度且緩慢變化的場相疊加，獲得此場。通過將時(shí)間相關(guān)的驅(qū)動(dòng)和聚焦場添加至靜態(tài)選擇場， FFP可以沿預(yù)定的FFP軌跡在圍繞等深點(diǎn)的整個(gè)掃描體積中移動(dòng)。掃描儀也具有一或多個(gè)接收線圈構(gòu)成的裝置，并且能夠記錄在這些線圈中感生的任何電壓，多個(gè)例如是三個(gè)。對于數(shù)據(jù)采集，將待成像的對象放置在掃描儀中，使得由掃描儀的視場圍住對象的感興趣的體積，其是掃描體積的子集。對象必須包含磁性納米顆粒；如果對象是動(dòng)物或患者，在在掃描之前將包含該顆粒的對比劑施予動(dòng)物或患者。在數(shù)據(jù)采集期間，MPI掃描儀沿跟蹤出掃描體積或至少跟蹤出視場的故意選擇的軌跡操縱FFP。對象內(nèi)的磁性納米顆粒經(jīng)歷改變的磁場并且通過改變它們的磁化進(jìn)行響應(yīng)。納米顆粒的改變的磁化在每個(gè)接收線圈中感生出時(shí)間相關(guān)的電壓。 在接收器中與接收線圈相關(guān)地對此電壓進(jìn)行采樣。接收器輸出的樣本被記錄并構(gòu)成采集的數(shù)據(jù)。控制數(shù)據(jù)采集的細(xì)節(jié)的參數(shù)構(gòu)成掃描協(xié)議。在稱作圖像重建的圖像生成的第二步驟中，根據(jù)在第一步驟中采集的數(shù)據(jù)來計(jì)算或重建圖像。圖像是離散3D數(shù)據(jù)陣列，該離散3D數(shù)據(jù)陣列表示對視場中磁性納米顆粒的位置相關(guān)的濃度的采樣近似。重建通常由執(zhí)行合適的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)執(zhí)行。計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)重建算法。重建算法基于數(shù)據(jù)采集的數(shù)學(xué)模型。如所有重建成像方法那樣， 此模型是作用于采集的數(shù)據(jù)的積分算子；重建算法試圖盡可能逆轉(zhuǎn)模型的作用。該MPI設(shè)備和方法具有的優(yōu)點(diǎn)是它們能夠用于以無損方式檢查例如人體的任意檢查對象，而不會(huì)引起任何損傷并具有高空間分辨率，既可以靠近檢查對象的表面也可以遠(yuǎn)離該表面。該裝置和方法通常是已知的并且首先在DE10151778A1中和Gleich，B.和 ffeizenecker, J. (2005),"Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles",nature, vol. 435,pp. 1214-1217 中描述。該公開中描述的用于磁性顆粒成像(MPI)的裝置和方法利用小磁性顆粒的非線性磁化曲線。
^T. Knopp ifei!"Trajectory analysis for magnetic particle imaging", Phys. Med. Biol. 54 (2009) 385-397中，對移動(dòng)無場點(diǎn)通過視場的不同軌跡進(jìn)行了模擬。目的是提供用于磁性顆粒成像掃描儀的設(shè)計(jì)的強(qiáng)制信息。在軌跡應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集中時(shí)，關(guān)于密度、速度和圖像質(zhì)量對軌跡進(jìn)行比較。特別是，將李薩爾軌跡與四個(gè)其它的軌跡類型進(jìn)行比較?？偟膩碚f，李薩爾軌跡產(chǎn)生極優(yōu)的圖像質(zhì)量并且勝過笛卡爾和螺旋采樣圖案。實(shí)踐中， 能夠利用僅兩個(gè)專用頻率來實(shí)現(xiàn)李薩爾軌跡和笛卡爾軌跡。其優(yōu)點(diǎn)是，能夠?qū)τ糜趦蓚€(gè)驅(qū)動(dòng)場線圈的信號進(jìn)行帶通濾波以補(bǔ)償可用放大器的諧波畸變。利用已知的MPI設(shè)備和方法，用于移動(dòng)FFP的軌跡是固定的，主要是因?yàn)?，歸因于驅(qū)動(dòng)線圈和用于驅(qū)動(dòng)場信號生成器中的相應(yīng)濾波器的共振匹配，用于實(shí)現(xiàn)李薩爾軌跡的稍微不同的傳輸頻率是固定的。這導(dǎo)致固定的分辨率和重復(fù)時(shí)間。通常，期望高的分辨率，為該目的，通常使用僅稍微不同的高傳輸頻率來施加密集的李薩爾軌跡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于影響和/或探測視場中的磁性顆粒的設(shè)備和方法，該設(shè)備和方法容許改變采樣軌跡和得到的分辨率，而無需硬件修改。本發(fā)明的另一目的是提供用于在計(jì)算機(jī)上實(shí)施所述方法和用于控制該設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序。在本發(fā)明的第一方面，介紹了一種用于影響和/或探測視場中的磁性顆粒的設(shè)備，所述設(shè)備包括-選擇構(gòu)件，包括用于生成磁選擇場的選擇場信號生成器單元和選擇場元件，所述磁選擇場具有其磁場強(qiáng)度的空間圖案，使得在所述視場中形成具有低磁場強(qiáng)度的第一子區(qū)和具有較高磁場強(qiáng)度的第二子區(qū)；-驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，包括驅(qū)動(dòng)場信號生成器單元和驅(qū)動(dòng)場線圈，所述驅(qū)動(dòng)場信號生成器單元和所述驅(qū)動(dòng)場線圈用于借助于磁驅(qū)動(dòng)場來改變所述兩個(gè)子區(qū)在所述視場中的空間位置以使得所述磁性材料的磁化局部地改變；以及-控制構(gòu)件，用于控制所述驅(qū)動(dòng)場信號生成器單元，以生成驅(qū)動(dòng)電流來使得所述驅(qū)動(dòng)場線圈生成磁驅(qū)動(dòng)場，使得所述第一子區(qū)沿多個(gè)P預(yù)定低密度軌跡移動(dòng)，所述多個(gè)P預(yù)定低密度軌跡均具有不同地位于所述視場內(nèi)的閉合曲線的形式，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電流具有驅(qū)動(dòng)電流頻率和驅(qū)動(dòng)電流相位，其中，所述驅(qū)動(dòng)電流生成為使得它們的驅(qū)動(dòng)電流頻率相等或具有在從0. 5至0. 98 的范圍中的頻率比，并且使得至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流的所述驅(qū)動(dòng)電流相位對于所述多個(gè)P低密度軌跡不同，導(dǎo)致在沿所述多個(gè)P預(yù)定低密度軌跡移動(dòng)后，通過所述第一子區(qū)對所述視場實(shí)現(xiàn)高密度采樣。在本發(fā)明的另一方面，描繪了對應(yīng)的方法。在從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，所聲明的方法和所聲明的計(jì)算機(jī)程序與所聲明的和在從屬權(quán)利要求中限定的設(shè)備具有相類似和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明基于不使用單個(gè)固定軌跡來移動(dòng)FFP通過視場并以高密度對其進(jìn)行采樣， 而是使用低密度軌跡的想法，低密度軌跡移動(dòng)FFP沿不同路徑通過視場，使得最終，以期望的密度，例如以與已知的單個(gè)李薩爾軌跡相同的高密度對視場進(jìn)行采樣。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)，例如，使用相同的低密度軌跡，但是軌跡具有不同相位。所使用的低密度軌跡的密度和空間移位能夠由提供給驅(qū)動(dòng)線圈用于生成所需的 (均勻的)磁驅(qū)動(dòng)場的驅(qū)動(dòng)電流的驅(qū)動(dòng)電流頻率和驅(qū)動(dòng)電流相位控制。因此，通過對通過控制單元的驅(qū)動(dòng)電流的驅(qū)動(dòng)電流頻率和驅(qū)動(dòng)電流相位的合適控制，能夠控制磁驅(qū)動(dòng)場，并且從而控制通過視場的FFP的路徑。因此，為選擇(并改變)采樣密度、用于軌跡的重復(fù)時(shí)間的變化和視場內(nèi)的軌跡的形式和路徑，無需主要的硬件修改(或根本無需硬件修改)。以此模式，驅(qū)動(dòng)電流頻率具有在從0. 5至0. 98的范圍內(nèi)的頻率比，其意指軌跡是低密度軌跡，因?yàn)榫哂?. 98以上的頻率比的軌跡被視為高密度軌跡。本發(fā)明也容許對所有(兩個(gè)或三個(gè))驅(qū)動(dòng)電流，即對所有成像方向使用相同驅(qū)動(dòng)電流頻率，并容許在每個(gè)軌跡改變視場內(nèi)的軌跡的形式和路徑后改變驅(qū)動(dòng)電流之間的相位差。相同驅(qū)動(dòng)電流頻率的使用具有的優(yōu)點(diǎn)是，與使用不同驅(qū)動(dòng)電流頻率的情況相比，需要較少調(diào)諧(特別是僅一次)的濾波器和放大器。本發(fā)明提供進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，即例如能夠使用單個(gè)低密度軌跡來進(jìn)行單個(gè)(快速) 低密度掃描，并且隨后，例如對于期望的區(qū)域，通過使用多個(gè)低密度軌跡或使用單個(gè)(常規(guī))高密度軌跡，進(jìn)行(低)高密度掃描，該多個(gè)低密度軌跡具有從一個(gè)軌跡至相鄰軌跡修改的驅(qū)動(dòng)電流相位。雖然通常，任何種類的形式的任何種類的軌跡能夠用于形成能夠被施加的閉合曲線，但是根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)電流是正交正弦驅(qū)動(dòng)電流，并且軌跡特別具有李薩爾曲線的形式。該驅(qū)動(dòng)電流和軌跡能夠分別被容易地生成和修改，例如由用戶控制或預(yù)設(shè)，并容易地容許對采樣密度進(jìn)行控制，優(yōu)選地利用相當(dāng)均勻地分布的采樣點(diǎn)。優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)電流是lebinGnfit+cpO的形式，其中，i為驅(qū)動(dòng)電流幅度，Cp1為驅(qū)
動(dòng)電流相位，fi為驅(qū)動(dòng)場頻率且i表示提供有驅(qū)動(dòng)電流Ii的所述驅(qū)動(dòng)場線圈引起的所述磁
驅(qū)動(dòng)場的方向，其中，所述驅(qū)動(dòng)電流頻率fi均相等，或其中，所述驅(qū)動(dòng)電流頻率|具有第一
Jl
頻率比H，并且所述驅(qū)動(dòng)電流頻率 具有第二頻率比I，N為小于50，特別是小于20 N/N + \
的正整數(shù)。從而，簡單地通過選擇參數(shù)N，能夠選擇密度。多個(gè)ρ預(yù)定低密度軌跡優(yōu)選地大于2，特別是大于10，更優(yōu)選地在從10至200的范圍中，特別是在從50至100的范圍中。根據(jù)另一實(shí)施例，針對所述多個(gè)ρ預(yù)定低密度軌跡在從0°至360°的相位范圍上分布至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流Ii的所述驅(qū)動(dòng)電流相位Cp1，特別是相等地分布所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流Ii的所述驅(qū)動(dòng)電流相位Cp1。相等分布的優(yōu)點(diǎn)是，感興趣的域被相等地密集采樣。取決于應(yīng)用的種類和根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的使用，此外，可以提供通常已知的構(gòu)件， 諸如-聚焦構(gòu)件，所述聚焦構(gòu)件包括用于借助于磁聚焦場來改變所述視場的所述空間位置的聚焦場信號生成器單元和聚焦場線圈；和/或-接收構(gòu)件，包括用于采集探測信號的至少一個(gè)信號接收單元和至少一個(gè)接收線圈，所述探測信號取決于所述視場中的磁化，所述磁化受到所述第一子區(qū)和所述第二子區(qū)的所述空間位置的改變的影響，以及-處理構(gòu)件，用于處理所述探測信號，特別是用于根據(jù)所述探測信號重建圖像和/ 或用于定位所述視場內(nèi)的所述磁性顆粒，特別是放置在所述視場內(nèi)的對象內(nèi)的所述磁性顆粒。


參照以下描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面是明顯的，并且將參照以下描述的實(shí)施例闡述本發(fā)明的這些和其它方面。以下附圖中圖1示出了 MPI設(shè)備的第一實(shí)施例；圖2示出了圖1中所示的設(shè)備產(chǎn)生的選擇場圖案的范例；圖3示出了 MPI設(shè)備的第二實(shí)施例；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的MPI設(shè)備的框圖；圖5示出了高密度軌跡和低密度軌跡；圖6示出了具有不同相位和不同頻率的多個(gè)低密度軌跡；圖7示出了圖6中所示的多個(gè)低密度軌跡的疊加；圖8示出了具有不同相位和相同頻率的多個(gè)低密度軌跡；圖9示出了圖8中示出的多個(gè)低密度軌跡的疊加。
具體實(shí)施例方式在將解釋本發(fā)明的細(xì)節(jié)之前，將參照圖1至4詳細(xì)解釋磁性顆粒成像的基礎(chǔ)。特別是，將描述用于醫(yī)學(xué)診斷的MPI掃描儀的兩個(gè)實(shí)施例。還給出數(shù)據(jù)采集的通俗(informal) 描述。將指出兩個(gè)實(shí)施例之間的相似性和差異。圖1中所示的MPI掃描儀的第一實(shí)施例10具有三個(gè)顯眼的同軸平行圓線圈對12、 14、16，每一個(gè)對如圖1中示例地布置。這些線圈對12、14、16用于生成選擇場以及驅(qū)動(dòng)和聚焦場。三個(gè)線圈對12、14、16的軸18、20、22相互正交并在標(biāo)記為MPI掃描儀10的等深點(diǎn)M的單點(diǎn)相交。另外，這些軸18、20、22用作附屬于等深點(diǎn)M的3D笛卡爾χ-y-z坐標(biāo)系的軸。豎直軸20指定為y軸，使得1和ζ軸為水平的。線圈對12、14、16也按它們的軸命名。例如，y線圈對14由在掃描儀的頂部和底部的線圈形成。此外，具有正(負(fù))y坐標(biāo)的線圈稱作y+線圈(y_線圈)，并且其余線圈類似。掃描儀10能夠設(shè)定為引導(dǎo)預(yù)定的時(shí)間相關(guān)的電流在任一方向上通過這些線圈 12、14、16中的每一個(gè)。如果當(dāng)沿此線圈的軸觀看時(shí)，電流繞線圈順時(shí)針流動(dòng)，則將電流視為正，否則視為負(fù)。為了生成靜態(tài)選擇場，使得恒定正電流Is流過ζ+線圈，并使得電流-Is流過2_線圈。ζ線圈對16于是用作反平行圓線圈對。通常為梯度磁場的磁選擇場由場線50描繪于圖2中。其在生成選擇場的ζ線圈對16的(例如水平)ζ軸22的方向上具有基本恒定的梯度并且在此軸22的等深點(diǎn)M中達(dá)到零值。從此無場點(diǎn)(未單獨(dú)示于圖2中)開始，磁選擇場50的場強(qiáng)在所有三個(gè)空間方向上隨著距無場點(diǎn)的距離的增大而增大。在由圍繞等深點(diǎn)M的虛線標(biāo)記的第一子區(qū)或區(qū)域52中，場強(qiáng)如此之小以致存在于第一子區(qū)52中的顆粒的磁化未飽和，而存在于第二子區(qū) 54(區(qū)域52外部)中的顆粒的磁化處于飽和狀態(tài)。掃描儀的視場觀的無場點(diǎn)或第一子區(qū)52優(yōu)選地為空間相干域(area)；其也可以是點(diǎn)狀域、線或扁平(flat)域。在第二子區(qū)M 中(即掃描儀的視場觀在第一子區(qū)52外部的剩余部分)，選擇場的磁場強(qiáng)度足夠強(qiáng)以將磁性顆粒保持于飽和狀態(tài)。通過改變視場28內(nèi)的兩個(gè)子區(qū)5254的位置，視場觀中的(總的)磁化改變。通過測量視場28中的磁化或由磁化影響的物理參數(shù)，能夠獲得關(guān)于視場28中的磁性顆粒的空間分布的信息。為了改變視場28中的兩個(gè)子區(qū)52、54的相對空間位置，另外的磁場，即磁驅(qū)動(dòng)場，并且如果可應(yīng)用的話，磁聚焦場，疊加于視場觀或視場觀的至少部分中的選擇場50。為了生成驅(qū)動(dòng)場，使得時(shí)間相關(guān)的電流Id1流過兩個(gè)χ線圈12、時(shí)間相關(guān)的電流Id2 流過兩個(gè)y線圈14、以及時(shí)間相關(guān)的電流Id3流過兩個(gè)ζ線圈16。從而，三個(gè)線圈對中的每一個(gè)用作平行原線圈對。類似地，為了生成聚焦場，使得時(shí)間相關(guān)的電流If1流過兩個(gè)χ線圈12、電流If2流過兩個(gè)y線圈14、以及電流If3流過兩個(gè)ζ線圈16。應(yīng)當(dāng)注意的是，ζ線圈對16是特設(shè)的(special)其不僅生成驅(qū)動(dòng)和聚焦場的其份額，而且生成選擇場。流過ζ士線圈的電流為ID3+IF3+IS。流過其余兩個(gè)線圈對12、14的電流為l\+IFk，k= 1、2。因?yàn)樗鼈兊膸缀谓Y(jié)構(gòu)和對稱性，三個(gè)線圈對12、14、16良好去耦。這是需要的。由于由反平行圓線圈對生成，所以選擇場繞ζ軸旋轉(zhuǎn)對稱，并且其ζ分量在圍繞等深點(diǎn)M的相當(dāng)大的體積中幾乎在ζ上是線性的并且與χ和y不相關(guān)。特別是，選擇場在等深點(diǎn)處具有單個(gè)無場點(diǎn)(FFP)。相反，由平行圓線圈對生成的驅(qū)動(dòng)和聚焦場的貢獻(xiàn)在圍繞等深點(diǎn)M的相當(dāng)大的體積中在空間上幾乎是均勻的，并且平行于相應(yīng)線圈對的軸。由所有三個(gè)平行圓線圈對聯(lián)合生成的驅(qū)動(dòng)和聚焦場空間上幾乎是均勻的并且能夠被給予任何方向和強(qiáng)度，高至某一最大強(qiáng)度。驅(qū)動(dòng)和聚焦場也是時(shí)間相關(guān)的。聚焦場和驅(qū)動(dòng)場之間的差異是，聚焦場隨時(shí)間緩慢變化并且具有大的幅度，而驅(qū)動(dòng)場迅速變化并且具有小的幅度。存在不同地處理這些場的物理和生物醫(yī)學(xué)原因。具有大幅度的迅速變化的場將是難以生成的并且對患者是危險(xiǎn)的。MPI掃描儀的實(shí)施例10具有至少一個(gè)另外的平行圓線圈對，優(yōu)選地三個(gè)另外的平行圓線圈對，再次沿x、y和ζ軸取向。圖1中未示出的這些線圈對用作接收線圈。如用于驅(qū)動(dòng)和聚焦場的線圈對12、14、16那樣，由流過這些線圈對之一的恒定電流生成的磁場在視場內(nèi)在空間上幾乎是均勻的并且平行于相應(yīng)線圈對的軸。疊加接收線圈以良好地去耦。 在接收線圈中感生的時(shí)間相關(guān)的電壓被放大并由附著至此線圈的接收器采樣。更精確地， 為了處理此信號的巨大的動(dòng)態(tài)范圍，接收器對接收信號與參考信號之間的差異進(jìn)行采樣。 接收器的傳遞函數(shù)從DC高至預(yù)期信號水平下降至噪聲水平以下的點(diǎn)是非零的。圖1中所示的MPI掃描儀的實(shí)施例10沿ζ軸22，即沿選擇場的軸，具有圓柱孔26。 所有線圈放置在此孔26外部。為了進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，待成像(或處理)的患者(或?qū)ο?放置在孔沈中，使得感興趣的患者的體積——將被成像(或處理)的患者(或?qū)ο?的體積由掃描儀的視場觀的圍住，掃描儀的視場觀為掃描儀的其內(nèi)容能夠由掃描儀進(jìn)行成像的體積?；颊?或?qū)ο?例如放置在患者臺(tái)上。視場觀是孔沈的內(nèi)部的幾何上簡單的等中心體積，諸如立方體、球、或圓柱。立方視場28示例于圖1中。第一子區(qū)52的大小一方面取決于磁選擇場的梯度的強(qiáng)度，并且另一方面取決于飽和所需的磁場的場強(qiáng)。為使磁性顆粒在80A/m的磁場強(qiáng)度足夠飽和并且磁選擇場的場強(qiáng) (在給定空間方向上)的梯度達(dá)到50 X 103A/m2，其中顆粒的磁化未飽和的第一子區(qū)52 (在給定的空間方向上)具有約Imm的尺度。疊加患者的感興趣的體積以包含磁性納米顆粒。尤其是在例如腫瘤的醫(yī)療和/或診斷處理之前，例如借助于包括磁性顆粒的液體，磁性顆粒安置于感興趣的體積中，該液體被注入到患者(對象)的身體中，或者例如口服施予患者。磁性顆粒的實(shí)施例包括例如球基底，例如玻璃構(gòu)成的球基底，該基底設(shè)置有軟磁層，該軟磁層具有例如5nm的厚度并由例如鐵-鎳合金(例如坡莫合金)構(gòu)成?？梢岳缃柚谕繉痈采w此層，該涂層保護(hù)顆粒以防備化學(xué)和/或物理侵蝕的環(huán)境，例如酸。該顆粒的磁化的飽和所需的磁選擇場50的磁場強(qiáng)度50取決于例如顆粒的直徑的各參數(shù)、用于磁性層的所使用的磁性材料、以及其它參數(shù)。在例如10 μ m的直徑的情況下，于是需要大致800A/m(對應(yīng)于大致ImT的通量密度)的磁場，而在100 μ m的直徑的情況下，80A/m的磁場足夠。當(dāng)選擇具有較低飽和磁化的材料的涂層或當(dāng)減小層的厚度時(shí)，獲得了甚至更小的值。通常能夠使用的磁性顆粒在市場上可用，以商品名Resovist為代表。對于通?？捎玫拇判灶w粒和顆粒組分的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，同此參照EP1304M2、 W02004/091386、W02004/091390、W02004/091394、W02004/091395、W02004/091396、 W02004/091397、W02004/091398、W02004/091408的對應(yīng)部分，于此通過引用并入了它們。在
這些文獻(xiàn)中，通常也能夠發(fā)現(xiàn)MPI方法的更多細(xì)節(jié)。數(shù)據(jù)采集在時(shí)間ts開始并且在時(shí)間te結(jié)束。在數(shù)據(jù)采集期間，X、y和ζ線圈對 12、14、16生成位置和時(shí)間相關(guān)的磁場、所施加的場。通過引導(dǎo)合適的電流通過線圈，可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)。有效地，驅(qū)動(dòng)和聚焦場推動(dòng)附近的選擇場，使得FFP沿跟蹤出掃描體積——視場的超集的預(yù)選擇的FFP軌跡移動(dòng)。施加的場對患者中的磁性納米顆粒進(jìn)行定向。隨施加的場改變，得到的磁化也改變，然而其非線性地響應(yīng)于施加的場。改變的施加的場和改變的磁化的和在沿&軸的接收線圈對的端子上感生出時(shí)間相關(guān)的電壓Vk。相關(guān)的接收器將此電壓轉(zhuǎn)換為其采樣和輸出的信號Sk (t)。接收或探測磁驅(qū)動(dòng)場變化的頻帶外的另一頻帶(移動(dòng)至較高頻率)中的來自位于第一子區(qū)52中的磁性顆粒的信號是有利的。因?yàn)橛捎谧鳛榇呕匦缘姆蔷€性化的結(jié)果，掃描儀的視場觀中的磁性顆粒的磁化改變，導(dǎo)致磁驅(qū)動(dòng)場頻率的較高諧波的頻率分量發(fā)生， 所以這是可能的。如圖1中所示的第一實(shí)施例10，圖3中所示的MPI掃描儀的第二實(shí)施例30具有三個(gè)圓的并且相互正交的線圈對32、34、36，但是這些線圈對32、34、36僅生成選擇場和聚焦場。仍生成選擇場的ζ線圈36填充有鐵磁材料37。此實(shí)施例30的ζ軸42豎直取向，而 χ和y軸38、40水平取向。掃描儀的孔46平行于χ軸38，并且從而垂直于選擇場的軸42。 由沿χ軸38的螺線管(未示出)和沿兩個(gè)其余軸40、42的鞍形線圈對(未示出)生成驅(qū)動(dòng)場。這些線圈繞形成孔的管纏繞。驅(qū)動(dòng)場線圈也用作接收線圈。接收線圈拾取的信號通過抑制由施加的場引起的貢獻(xiàn)的高通濾波器發(fā)送。為了給出該實(shí)施例的數(shù)個(gè)典型的參數(shù)選擇場的ζ梯度G具有G/ μ ^ = 2. 5T/m的強(qiáng)度，其中μ ^是真空磁導(dǎo)率。生成的選擇場隨時(shí)間根本不會(huì)變化或者變化相當(dāng)慢，優(yōu)選地在大致IHz和大致IOOHz之間。驅(qū)動(dòng)場的時(shí)間頻譜集中于25kHz (高至大致100kHz)附近的窄帶。接收的信號的有用頻譜位于50kHz和IMHz (最終高至大致IOMHz)之間。孔具有 120mm的直徑。裝配到孔46中的最大的立方體28的變長為120mm/V^=84mm。如以上實(shí)施例中所示，通過相同線圈對的線圈并通過給這些線圈提供具有合適地生成的電流，能夠生成各磁場。然而，特別是為具有較高信噪比的信號解譯的目的，當(dāng)通過獨(dú)立線圈對生成時(shí)間上恒定的(或準(zhǔn)恒定的)選擇場和時(shí)間上可變化的驅(qū)動(dòng)場和聚焦場時(shí)，這是有利的。通常，亥姆霍茲類型的線圈對能夠用于這些線圈，它們通常是從具有開放式磁體(開放式MRI)的磁共振設(shè)備的領(lǐng)域已知的，在開放式磁體(開放式MRI)中，射頻 (RF)線圈對位于感興趣的區(qū)域之上和之下，所述RF線圈對能夠生成時(shí)間上可變化的磁場。 因此，該線圈的構(gòu)成不必于此進(jìn)一步詳細(xì)闡述。在用于生成選擇場的替代實(shí)施例中，能夠使用永磁體(未示出)。在該(相對的) 永磁體(未示出)的兩極之間的空間中，形成了類似于圖2中所示的磁場，即當(dāng)相對極具有相同極性時(shí)。在另一替代實(shí)施例中，能夠通過混合至少一個(gè)永磁體和至少一個(gè)線圈來生成選擇場。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的MPI設(shè)備10的一般框圖。以上解釋的磁性顆粒成像和磁共振成像的一般原理是有效的并且也可應(yīng)用于此實(shí)施例，除非另外解釋。圖4中所示的設(shè)備100的實(shí)施例包括用于生成期望磁場的各種線圈組。首先，將解釋MPI模式中的線圈和它們的功能。為生成以上解釋的磁(梯度)選擇場，提供選擇構(gòu)件，該選擇構(gòu)件包括選擇場(SF) 線圈組116，優(yōu)選地包括至少一對線圈元件。選擇構(gòu)件還包括選擇場信號生成器單元110。 優(yōu)選地，給該選擇場線圈組116的每個(gè)線圈元件(或每對線圈元件)提供獨(dú)立的生成器子單元。所述選擇場信號生成器單元110包括可控選擇場電流源112(—般包括放大器)和濾波器單元114，可控選擇場電流源112和濾波器單元114給相應(yīng)選擇場線圈元件提供選擇場電流以最終在期望的方向上設(shè)定選擇場的梯度強(qiáng)度。優(yōu)選地，提供DC電流。如果選擇場線圈元件布置為不同極性的(opposed)線圈，例如在視場的相反側(cè)上，則不同極性的線圈的選擇場電流優(yōu)選地相反地(oppositely)取向。選擇場信號生成器單元110由控制單元150控制，控制單元150優(yōu)選地控制選擇場電流生成110，使得場強(qiáng)的和與選擇場的所有空間片段的梯度強(qiáng)度的和保持在預(yù)定水平。為生成磁聚焦場，設(shè)備100還包括聚焦構(gòu)件，該聚焦構(gòu)件包括聚焦場(FF)線圈組， 優(yōu)選地包括三對126a、U6b、126c相反地布置的聚焦場線圈元件。所述磁聚焦場通常用于改變作用區(qū)域的空間位置。聚焦場線圈受到聚焦場信號生成器單元120控制，聚焦場信號生成器單元120優(yōu)選地包括用于所述聚焦場線圈組的每個(gè)線圈元件(或至少每對線圈元件)的獨(dú)立的聚焦場信號生成子單元。所述聚焦場信號生成器單元120包括聚焦場電流源 122(優(yōu)選地包括電流放大器)和濾波器單元124，用于給將用于生成磁聚焦場的線圈126a、 126bU26c的所述子組的相應(yīng)線圈提供聚焦場電流。聚焦場電流單元120也受到控制單元 150的控制。為生成磁驅(qū)動(dòng)場，設(shè)備100還包括驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，驅(qū)動(dòng)構(gòu)件包括驅(qū)動(dòng)場(DF)線圈的子組，優(yōu)選地包括三對136a、136b、136c的相反地布置的驅(qū)動(dòng)場線圈元件。驅(qū)動(dòng)場線圈受到驅(qū)動(dòng)場信號生成器單元130的控制，驅(qū)動(dòng)場信號生成器單元130優(yōu)選地包括用于所述驅(qū)動(dòng)場線圈組的每個(gè)線圈元件(或至少每對線圈元件)的獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)場信號生成子單元。所述驅(qū)動(dòng)場信號生成器單元130包括驅(qū)動(dòng)場電流源132 (優(yōu)選地包括電流放大器)和濾波器單元， 用于提供驅(qū)動(dòng)場電流給相應(yīng)驅(qū)動(dòng)場線圈。驅(qū)動(dòng)場電流源132適于生成AC電流并且也受到控制單元150的控制。為信號探測，提供特別是接收線圈的接收構(gòu)件148和接收由所述接收構(gòu)件148探測的信號的信號接收單元140。所述信號接收單元140包括用于對所接收的探測信號進(jìn)行濾波的濾波器單元142。此濾波的目的是分開由檢查域中的磁化引起的測量值與其它干擾信號，該磁化受到兩個(gè)部分區(qū)域(52，54)的位置改變的影響。為此目的，濾波器單元142可以設(shè)計(jì)為例如使得時(shí)間頻率比用以操作接收線圈148的時(shí)間頻率小或比這些時(shí)間頻率的兩倍小的信號不通過濾波器單元142。信號于是經(jīng)由放大器單元144傳輸至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器146 (ADC)。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器146產(chǎn)生的數(shù)字化信號饋至圖像處理單元(也稱作重建構(gòu)件)152，其根據(jù)這些信號和在相應(yīng)信號的接收期間檢查域中的第一磁場的第一部分區(qū)域 52所采取的并且所述圖像處理單元152從控制單元150獲得的相應(yīng)位置重建磁性顆粒的空間分布。磁性顆粒的重建的空間分布最終經(jīng)由控制構(gòu)件150傳輸至計(jì)算機(jī)154，計(jì)算機(jī)154 在其監(jiān)視器156上顯示磁性顆粒的重建的空間分布。從而，能夠顯示示出檢查域的視場中的磁性顆粒的分布的圖像。此外，提供輸入單元158，例如鍵盤。用戶因此能夠設(shè)定最高分辨率的期望的方向并且輪流接收監(jiān)視器156上的作用區(qū)域的相應(yīng)圖像。如果最高分辨率所需的關(guān)鍵方向與用戶首先設(shè)定的方向偏離，則用戶仍然能夠手動(dòng)改變方向，以產(chǎn)生具有改善的成像分辨率的另一圖像。此分辨率改善處理也能夠由控制單元150和計(jì)算機(jī)154自動(dòng)操作。此實(shí)施例中的控制單元150在第一方向上設(shè)定用戶自動(dòng)估計(jì)或設(shè)定為開始值的梯度場。梯度場的方向于是逐步變化，直至由計(jì)算機(jī)154比較的由此接收的圖像的分辨率最大，各自不再改善。因此能夠發(fā)現(xiàn)最關(guān)鍵的方向各自自動(dòng)適應(yīng)，以接收最高可能分辨率。根據(jù)本發(fā)明，控制單元150適于控制所述驅(qū)動(dòng)場信號生成器單元130，特別是驅(qū)動(dòng)電流源132，使得其生成驅(qū)動(dòng)電流，用于使得驅(qū)動(dòng)場線圈136、136b、136c生成磁驅(qū)動(dòng)場，使得第一子區(qū)52沿多個(gè)ρ預(yù)定低密度軌跡移動(dòng)，每個(gè)軌跡具有不同地設(shè)置于視場觀內(nèi)的閉合曲線的形式。每個(gè)驅(qū)動(dòng)電流具有驅(qū)動(dòng)電流頻率和驅(qū)動(dòng)電流相位，并且驅(qū)動(dòng)電流生成為使得它們的驅(qū)動(dòng)電流頻率相等或具有從0. 5至0. 98的范圍中的頻率比，并使得至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流的驅(qū)動(dòng)電流相位對多個(gè)P低密度軌跡不同，導(dǎo)致在沿所述多個(gè)P預(yù)定低密度軌跡移動(dòng)后，通過所述第一子區(qū)對視場實(shí)現(xiàn)高密度采樣。換句話說，根據(jù)本發(fā)明，不通過沿單個(gè)高密度軌跡移動(dòng)FFP來對視場進(jìn)行采樣，但是該采樣不是通過使用均沿不同路徑對視場進(jìn)行采樣的一個(gè)以上的低密度軌跡，使得沿所述低密度軌跡的FFP的隨后移動(dòng)也最終導(dǎo)致高密度采樣。與已知方法相比，根據(jù)本發(fā)明提出的控制給用戶提供較高靈活性，例如以選擇期望的分辨率和可用的掃描時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例使用的軌跡具有閉合李薩爾曲線的形式，該李薩爾曲線具有低密度。為沿規(guī)定的軌跡移動(dòng)FFP或?yàn)楦淖冄匾?guī)定軌跡的第一子區(qū)52的空間位置，一系列變化電流必須在驅(qū)動(dòng)場線圈136a、136b、136c中流動(dòng)。在2D李薩爾曲線的情況下，利用正弦驅(qū)動(dòng)場電流控制兩個(gè)驅(qū)動(dòng)場線圈136a、136b、136c。通過疊加兩個(gè)正交諧波驅(qū)動(dòng)場生成2D李薩爾曲線。例如，在χ軸的方向上生成磁驅(qū)動(dòng)場的第一驅(qū)動(dòng)場線圈和在y軸的方向上生成磁驅(qū)動(dòng)場的第二驅(qū)動(dòng)場線圈受到控制。利用第一驅(qū)動(dòng)場電流控制第一驅(qū)動(dòng)場線圈，第一驅(qū)動(dòng)場電流具有如下形式
權(quán)利要求
1.一種用于影響和/或探測視場08)中的磁性顆粒的設(shè)備(100)，所述設(shè)備包括-選擇構(gòu)件，包括用于生成磁選擇場(50)的選擇場信號生成器單元(110)和選擇場元件(116)，所述磁選擇場(50)具有其磁場強(qiáng)度的空間圖案，使得在所述視場08)中形成具有低磁場強(qiáng)度的第一子區(qū)(5 和具有較高磁場強(qiáng)度的第二子區(qū)(54)；-驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，包括驅(qū)動(dòng)場信號生成器單元(130)和驅(qū)動(dòng)場線圈(136a，136b，136c)，所述驅(qū)動(dòng)場信號生成器單元(130)和所述驅(qū)動(dòng)場線圈(136a，136b，136c)用于借助于磁驅(qū)動(dòng)場來改變所述兩個(gè)子區(qū)(52，54)在所述視場08)中的空間位置以使得所述磁性材料的磁化局部地改變；以及-控制構(gòu)件(150)，用于控制所述驅(qū)動(dòng)場信號生成器單元(130)，以生成驅(qū)動(dòng)電流來使得所述驅(qū)動(dòng)場線圈生成磁驅(qū)動(dòng)場，使得所述第一子區(qū)(5 沿多個(gè)ρ預(yù)定低密度軌跡移動(dòng)， 所述多個(gè)P預(yù)定低密度軌跡均具有不同地位于所述視場內(nèi)的閉合曲線的形式，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電流具有驅(qū)動(dòng)電流頻率和驅(qū)動(dòng)電流相位，其中，所述驅(qū)動(dòng)電流生成為使得它們的驅(qū)動(dòng)電流頻率相等或具有在從0. 5至0. 98的范圍中的頻率比，并且使得至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流的所述驅(qū)動(dòng)電流相位對于所述多個(gè)P低密度軌跡不同，導(dǎo)致在沿所述多個(gè)P預(yù)定低密度軌跡移動(dòng)后，通過所述第一子區(qū)對所述視場實(shí)現(xiàn)高密度采樣。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100)， 其中，所述驅(qū)動(dòng)電流是正交正弦驅(qū)動(dòng)電流。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100)，其中，所述驅(qū)動(dòng)電流是
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100)，其中，所述預(yù)定低密度軌跡具有李薩爾曲線的形式。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100)，其中，預(yù)定低密度軌跡的數(shù)量P大于2，特別是大于10。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100)，其中，預(yù)定低密度軌跡的數(shù)量P在從10至200的范圍中，特別是在從50至100的范圍中。
7.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備(100)，其中，針對所述多個(gè)P預(yù)定低密度軌跡在從0°至360°的相位范圍上分布至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流Ii的所述驅(qū)動(dòng)電流相位奶，特別是相等地分布所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流Ii的所述驅(qū)動(dòng)電流相位奶。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100)，還包括聚焦構(gòu)件，所述聚焦構(gòu)件包括用于借助于磁聚焦場來改變所述視場08)的所述空間位置的聚焦場信號生成器單元(120)和聚焦場線圈(U6a、126b、U6c)。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100)， 還包括-接收構(gòu)件，包括用于采集探測信號的至少一個(gè)信號接收單元(140)和至少一個(gè)接收線圈(148)，所述探測信號取決于所述視場08)中的磁化，所述磁化受到所述第一子區(qū)和所述第二子區(qū)(52，54)的所述空間位置的改變的影響，以及-處理構(gòu)件(152)，用于處理所述探測信號，特別是用于根據(jù)所述探測信號重建圖像和 /或用于定位所述視場08)內(nèi)的所述磁性顆粒，特別是放置在所述視場08)內(nèi)的對象內(nèi)的所述磁性顆粒。
10.一種用于影響和/或探測視場08)中的磁性顆粒的方法，所述方法包括以下步驟-生成磁選擇場(50)，所述磁選擇場(50)具有其磁場強(qiáng)度的空間圖案，使得在所述視場08)中形成具有低磁場強(qiáng)度的第一子區(qū)(5 和具有較高磁場強(qiáng)度的第二子區(qū)(54)；-借助于磁驅(qū)動(dòng)場來改變所述兩個(gè)子區(qū)(52，54)在所述視場08)中的空間位置，以使得所述磁性材料的磁化局部地改變；以及-生成驅(qū)動(dòng)電流以使得所述驅(qū)動(dòng)場線圈生成磁驅(qū)動(dòng)場，使得所述第一子區(qū)(5 沿多個(gè) P預(yù)定低密度軌跡移動(dòng)，所述多個(gè)P預(yù)定低密度軌跡均具有不同地位于所述視場內(nèi)的閉合曲線的形式，其中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電流具有驅(qū)動(dòng)電流頻率和驅(qū)動(dòng)電流相位，其中，所述驅(qū)動(dòng)電流生成為使得它們的驅(qū)動(dòng)電流頻率相等或具有在從0. 5至0. 98的范圍中的頻率比，并且使得至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流的所述驅(qū)動(dòng)電流相位對于所述多個(gè)P低密度軌跡不同，導(dǎo)致在沿所述多個(gè)P預(yù)定低密度軌跡移動(dòng)后，通過所述第一子區(qū)對所述視場實(shí)現(xiàn)高密度采樣。
11.一種包括程序代碼模塊的計(jì)算機(jī)程序，所述程序代碼模塊用于在所述計(jì)算機(jī)程序被在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)，使得所述計(jì)算機(jī)控制如權(quán)利要求1中所述的設(shè)備來執(zhí)行如權(quán)利要求 10中所述的方法的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于影響和/或探測視場中的磁性顆粒的MPI(磁性顆粒成像)設(shè)備和方法。不是沿單個(gè)時(shí)間消耗的高密度軌跡移動(dòng)FFP(無場點(diǎn))，提出使用具有前進(jìn)相位的多個(gè)低密度軌跡，其中，每個(gè)所述低密度軌跡具有不同地位于視場內(nèi)的閉合曲線的形式。
文檔編號A61N2/02GK102573623SQ201080040232
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者S·彼德雷爾, T·f·薩特爾, T·M·布祖格, T·克內(nèi)普 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司