用于mpi的線圈布置的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種尤其用于磁性粒子成像設備(100)中的線圈布置，包括被分成至少兩個線圈段的線圈，其中，在至少一個線圈段和另一個線圈段之間反轉繞組方向，還包括被耦合在至少兩個相鄰線圈段之間的電容器。此外，本發(fā)明涉及這樣的磁性粒子成像設備，尤其是用于影響和/或檢測視場(28)中的磁性粒子的設備(100)，所述設備包括選擇器件和驅動器件(120)，其中，由根據(jù)本發(fā)明提出的線圈布置實現(xiàn)表示選擇場元件的至少一個驅動場線圈和/或至少一個選擇場線圈。
【專利說明】用于MPI的線圈布置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種線圈布置，特別用于磁性粒子成像設備中。此外，本發(fā)明涉及一種這樣的磁性粒子成像設備，特別是用于影響和/或檢測視場中磁性粒子的設備。
【背景技術】
[0002]磁性粒子成像(MPI)是一種新興的醫(yī)療成像模態(tài)。MPI的第一種版本是二維的，因為他們產(chǎn)生二維圖像。較新的版本是三維的(3D)。假如對象在用于單個3D圖像的數(shù)據(jù)采集期間沒有明顯的變化，能夠通過將3D圖像的時間序列組合為電影來創(chuàng)建非靜止對象的四維圖像。
[0003]MPI是一種重建式成像方法，如計算機斷層攝影(CT)或磁共振成像(MRI)。因此，在兩個步驟中生成感興趣的對象體積的MP圖像。使用MPI掃描器執(zhí)行第一步驟，其被稱為數(shù)據(jù)采集。MPI掃描器具有生成靜態(tài)磁梯度場的器件，被稱為“選擇場”，其在掃描器的等中心處具有(單個)無場點(FFP)或無場線(FFL)。此外，該FFP(或FFL ;下文中提到的“FFP”一般應當被理解為FFP或FFL的意思)被具有低磁場強度的第一子區(qū)環(huán)繞，其繼而被具有較高磁場強度的第二子區(qū)環(huán)繞。此外，掃描器具有生成時間相關的空間上接近均勻的磁場的器件。實際上，該磁場是通過疊加具有小幅度的迅速變化的場(被稱為“驅動場”)和具有大幅度的緩慢變化的場(被稱為“聚焦場”)來獲得的。通過向靜態(tài)選擇場增加時間相關的驅動和聚焦場，可以在等中心周圍的“掃描體積”內(nèi)沿著預定FFP軌跡移動FFP。掃描器也具有一個或多個(例如三個)接收線圈，并且能夠記錄在這些線圈中誘發(fā)的任何電壓。為了進行數(shù)據(jù)采集，要成像的對象被放置在掃描器中，使得對象的感興趣體積被掃描器的視場包圍，所述感興趣體積是掃描體積的子集。
[0004]對象必須包含磁性納米粒子或其他磁性的非線性材料；如果對象是動物或患者，在掃描之前向動物或患者給予包含這種粒子的造影劑。在數(shù)據(jù)采集期間，MPI掃描器沿精心選擇的軌跡移動FFP，所述精心選擇的軌跡繪出/覆蓋掃描體積或至少視場。對象內(nèi)的磁性納米粒子經(jīng)受變化的磁場并通過改變其磁化作用來做出響應。納米粒子變化的磁化作用在每個接收線圈中誘發(fā)時間相關的電壓。在與接收線圈相關聯(lián)的接收器中對該電壓進行采樣。由接收器輸出的樣本被記錄，并且構成采集到的數(shù)據(jù)?？刂茢?shù)據(jù)采集的細節(jié)的參數(shù)構成“掃描協(xié)議”。
[0005]在圖像生成第二步驟中(被稱為圖像重建)，從第一步驟中采集到的數(shù)據(jù)計算或重建圖像。圖像是離散的數(shù)據(jù)的3D陣列，表示對視場中磁性納米粒子的位置相關性濃度的采樣近似。通常由執(zhí)行適當計算機程序的計算機來執(zhí)行重建。計算機和計算機程序實現(xiàn)重建算法。重建算法基于數(shù)據(jù)采集的數(shù)學模型。像所有重建成像方法那樣，該模型能夠被公式表示為作用于采集到的數(shù)據(jù)的積分算子；重建算法試圖在可能的范圍內(nèi)撤銷該模型的作用。
[0006]這種MPI設備和方法有下列好處，即，它們能夠用于以非破壞性方式并且利用高空間分辨率來檢查任意的檢查對象(例如人體)，在接近檢查對象的表面和遠離其表面時都是如此。這樣的設備和方法是眾所周知的，并且首次在DE10151778A1以及Gleich，B.和 Weizenecker, J.(2005)的“Tomographic imaging using the nonlinear response ofmagnetic particles”中(Nature, vol.435, pp.1214-1217)已經(jīng)描述，其中也大體描述了重建原理。在該公布中描述的用于磁性粒子成像(MPI)的設備和方法利用了小磁性粒子的非線性磁化曲線。
[0007]在MPI中需要驅動線圈以生成迅速變化的磁場(f~25kHz…40kHz)，其具有20mT峰值的典型幅度。被存儲在孔內(nèi)的能量與體積成比例，因此隨著半徑的第三維度升高。對于人體尺寸的應用，在孔直徑為約40cm的情況下(對于第一試驗展示設備，對于未來產(chǎn)品直徑更大)，能量大約為10J (峰值)。無功功率是這個值乘以角頻率w = 2*pi*f的乘積，所以Pi?~2MW。這個無功功率能夠通過電流和電壓的任何乘積在線圈中的磁場與串聯(lián)電容器中的電場之間振蕩。作為典型范例，Upk~15kV，Ipk~250A，這兩者的操作都具有挑戰(zhàn)性。
[0008]此外，到此為止描述的MPI設備和方法的設計對人類而言還不是最優(yōu)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種線圈布置，其更適于利用MPI設備檢查較大的受檢者(人、動物)，尤其是成年人。此外，本發(fā)明的目的是提供一種用于影響和/或檢測視場中磁性粒子的設備，其能夠檢查這種較大受檢者(人類、動物)，尤其是成年人。
[0010]在本發(fā)明的第一方面中，提出了一種用于磁性粒子成像設備(即，用于影響和/或檢測視場中的磁性粒子的設備)中的線圈布置，包括:
[0011]-線圈，其被分成至少兩個線圈段，其中，在線圈段之間反轉繞組方向，
[0012]-電容器，其被耦合在至少兩個相鄰線圈段之間。
[0013]在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于影響和/或檢測視場中的磁性粒子的設備，所述設備包括:
[0014]-選擇器件，其包括選擇場信號發(fā)生器單元和選擇場元件，以生成在具有其磁場強度的空間圖案的磁選擇場，使得在視場中形成具有低磁場強度的第一子區(qū)和具有更高磁場強度的第二子區(qū)，其中，在所述第一子區(qū)中所述磁性粒子的磁化作用是未飽和的，并且在所述第二子區(qū)中所述磁性粒子的磁化作用是飽和的，
[0015]-驅動器件，包括驅動場信號發(fā)生器單元和驅動場線圈，以通過磁驅動場改變視場中的兩個子區(qū)的空間中的位置，使得磁性材料的磁化作用發(fā)生局部改變，其中，通過由本發(fā)明提出的線圈布置來實施表示選擇場元件的至少一個驅動場線圈和/或至少一個選擇場線圈。
[0016]在本發(fā)明的又一方面中，提出了一種用于影響和/或檢測視場中的磁性粒子的設備，所述設備包括:
[0017] i)選擇和聚焦器件，其用于生成在具有其磁場強度的空間圖案的磁性選擇和聚焦場，從而在視場中形成具有低磁場強度的第一子區(qū)和具有較高磁場強度的第二子區(qū)，其中，所述第一子區(qū)中，磁性粒子的磁化作用是未飽和的，并且其中，所述第二子區(qū)中，磁性粒子的磁化作用是飽和的，并且所述選擇選擇和聚焦器件用于改變視場在檢查區(qū)域內(nèi)的空間位置，所述選擇和聚焦器件包括至少一組選擇和聚焦場線圈以及選擇和聚焦場發(fā)生器單元，所述選擇和聚焦場發(fā)生器單元用于生成選擇和聚焦場電流，以提供給所述至少一組選擇和聚焦場線圈，以控制所述磁選擇和聚焦場的生成，
[0018]其中，所述至少一組選擇和聚焦場線圈包括
[0019]-至少一個內(nèi)選擇和聚焦場線圈，其被形成為關于內(nèi)線圈軸的閉合環(huán)路，以及
[0020]-一組至少兩個外選擇和聚焦場線圈，其被布置在比所述至少一個內(nèi)選擇和聚焦場線圈距所述內(nèi)線圈軸更大距離處，并且處在不同角位置，每個外選擇和聚焦場線圈均被形成為關于關聯(lián)外線圈軸的閉合環(huán)路，以及
[0021]ii)驅動器件，其包括驅動場信號發(fā)生器單元和驅動場線圈，以通過磁驅動場來改變視場中的兩個子區(qū)的空間位置和/或尺寸，使得磁性材料的磁化作用發(fā)生局部改變，
[0022]其中，通過由本發(fā)明提出的線圈布置來實施表示選擇場元件的至少一個驅動場線圈和/或至少一個選擇場線圈。
[0023]在從屬權利要求中定義本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應當理解，所主張的設備與從屬權利要求中主張和定義的線圈布置具有類似和/或相同的優(yōu)選實施例。
[0024]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如在磁性粒子成像設備的驅動場線圈中使用的強電流(例如，250A范圍)需要低電阻導體，因為它們的發(fā)熱非常關鍵。在驅動場線圈內(nèi)部，由于消散若干kW的實際功率，通常提供冷卻(例如，通過油)。來自電容器朝向被冷卻線圈的線纜連接更為關鍵，因為這些線纜不能浸沒于冷卻液體中。當前的解決方案是采用更大截面的線纜?？梢葬槍Ω邏簡栴}抵消電流問題；乘積需要是相同的。
[0025]不能沿(例如螺線管)線圈部署最優(yōu)電流密度，因為通常采用一個連續(xù)的利茲線。這意味著在所有位置處應用相同的直徑、線數(shù)、單個導線的直徑和充填因子。這樣會導致次最優(yōu)解。
[0026]通過將線圈(尤其是MPI設備的驅動場線圈)分成兩個或更多線圈段，并且通過在至少兩個線圈段之間優(yōu)選在線圈段與線圈段之間反轉繞組方向，能夠減小指向地的最大電壓(例如，對于η個線圈段的情況下，除以2n)。此外，能夠避免相鄰繞組之間的大電勢差，并且針對每個線圈段，能夠獨立地選擇繞組類型(例如，電流密度、利茲線直徑、利茲線充填因子、絞合線直徑充填因子、平行利茲線或平行絞合線的數(shù)量、導體類型、絕緣體類型和/或導線類型等)。
[0027]提出的線圈布置優(yōu)選地用于MPI設備的至少一個驅動線圈，尤其是螺線管線圈形式的驅動線圈。然而，其也能夠用于MPI設備的其他驅動場線圈、選擇場線圈、聚焦場線圈或組合式選擇和聚焦場線圈。此外，本發(fā)明能夠用于具有如上所述的類似問題的很多其他應用，諸如，工業(yè)感應加熱、直線加速器中的四極磁體或比特(Bitter)磁體。
[0028]優(yōu)選提出的采用組合式選擇和聚焦場線圈的MPI設備基于如下思想:將在已知MPI設備中一般作為單獨線圈提供的聚焦場線圈和選擇場線圈組合成組合式選擇和聚焦場線圈組。因此，向所述線圈中的每個提供單個電流，而不是常規(guī)地向每個聚焦場線圈和每個選擇場線圈提供的獨立電流。因此，單一電流能夠被視為用于聚焦場生成和選擇場生成的兩個疊加電流?？梢酝ㄟ^控制輸送到各個線圈的電流來改變視場在檢查區(qū)域內(nèi)的期望位置和移動。然而，并非所有的選擇和聚焦場線圈始終被提供具有控制電流，而是針對視場的某些運動，僅需要一些線圈。
[0029]提出的設備還為相對于受檢者所在檢查區(qū)域如何以及在何處布置線圈提供了更多自由度。利用這種布置尤其可能構建開放式掃描器，在介入期間，容易由患者和醫(yī)生或醫(yī)務人員(例如外科醫(yī)生)得到所述開放式掃描器。
[0030]利用這樣的設備，生成具有磁場強度的空間分布的磁梯度場(即，磁選擇場)，使得視場包括具有較低磁場強度(例如FFP)的第一子區(qū)和具有較高磁場強度的第二子區(qū)，所述較低磁場強度適于使得位于第一子區(qū)中的磁性粒子的磁化作用是不飽和的，所述較高磁場強度適于使得位于第二子區(qū)中的磁性粒子的磁化作用是飽和的。由于磁性粒子的磁化作用特性曲線的非線性，磁化作用以及由此由磁性粒子生成的磁場顯示出高次諧波，例如能夠由檢測線圈檢測所述高次諧波。評估的信號(信號的高次諧波)包含關于磁性粒子的空間分布的信息，所述信息能夠同樣用于(例如用于醫(yī)療成像)磁性粒子的空間分布的可視化和/或其他應用。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的MPI設備基于新的物理原理(即，被稱為MPI的原理)，這與其他已知的常規(guī)醫(yī)療成像技術(例如核磁共振(NMR))不同。具體而言，與NMR相反，這個新的MPI原理未采用材料對質子的磁共振特性的影響，而是通過利用磁化特性曲線的非線性來直接檢測磁性材料的磁化作用。具體而言，MPI技術采用了在磁化作用從不飽和變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)的區(qū)域中的磁化特性曲線的非線性導致產(chǎn)生的磁信號的高次諧波。
[0032]根據(jù)優(yōu)選實施例，外選擇和聚焦場線圈的所述閉合環(huán)路具有環(huán)形段的形式的輪廓。換言之，所述外選擇和聚焦場線圈中的每個的繞組被纏繞成閉合環(huán)路，閉合環(huán)路被布置為沿著繞所述至少一個內(nèi)選擇和聚焦場線圈的角區(qū)，所述角區(qū)覆蓋圍繞所述至少一個內(nèi)選擇和聚焦場線圈的環(huán)的環(huán)形段。
[0033]優(yōu)選地，所述至少一組選擇和聚焦場線圈包括一組至少四個外選擇和聚焦場線圈。通常，可以提供更多的選擇和聚焦場線圈，優(yōu)選地被布置在與內(nèi)線圈軸相同距離但在所述內(nèi)線圈軸周圍不同的角位置處。
[0034]例如，在實施例中，提出的所述至少一組選擇和聚焦場線圈包括一組四個外選擇和聚焦場線圈，其被布置在與內(nèi)線圈軸相同距離但相對彼此位移90°角處。在其他實施例中，有更多組外選擇和聚焦場線圈，各組的線圈被布置在與內(nèi)線圈軸不同距離處。
[0035]在另一實施例中，所述至少一組選擇和聚焦場線圈包括第一內(nèi)選擇和聚焦場線圈和第二內(nèi)選擇和聚焦場線圈，所述第二內(nèi)選擇和聚焦場線圈被形成為繞所述內(nèi)線圈軸的閉合環(huán)路，并且具有比所述第一選擇和聚焦場線圈更大的直徑。可以提供被形成為在不同距離處繞內(nèi)線圈軸的閉合環(huán)路的更多的內(nèi)選擇和聚焦場線圈。這些內(nèi)選擇和聚焦場線圈通常對生成磁選擇場和聚焦場更有效，并且因此通常在設備工作期間始終配備控制電流。
[0036]優(yōu)選地，所述至少一個內(nèi)選擇和聚焦場線圈和/或所述外選擇和聚焦場線圈被分成至少兩個(尤其是至少四個)線圈段，其中，線圈的線圈段被布置為在關聯(lián)的線圈軸的方向上彼此相鄰，并且其中，相鄰線圈段被電連接。通過這種方式，在某些區(qū)處，尤其是接近檢查區(qū)域，期望電流密度能夠被控制得更高，即，所述線圈段優(yōu)選地被布置為使得在關聯(lián)的線圈軸的方向上，獲得的電流密度隨著距檢查區(qū)域的距離減小而增大。這進一步增大了所生成的磁場的效率。
[0037]為了達到控制期望的電流密度的目的，能夠采取對線圈段的不同措施。具體而言，與被布置為更遠離檢查區(qū)域的相同線圈的一個或多個線圈段相比，被布置為更接近檢查區(qū)域的線圈的一個或多個線圈段由不同材料制成、具有更厚的繞組、更緊湊和/或在關聯(lián)的線圈軸的方向上具有更大厚度。
[0038]在優(yōu)選實施例中，所述選擇和聚焦器件還包括至少一個極靴，所述極靴具有承載各個選擇和聚焦場線圈的多個極靴段和連接所述極靴段的極靴軛。這樣的極靴不僅充當用于各個線圈的機械載體，而且用于通過傳導磁通量來增加磁場的效率。
[0039]優(yōu)選地，所述至少一個極靴包括承載所述至少一個內(nèi)選擇和聚焦場線圈的至少一個內(nèi)極靴段以及被布置在距所述內(nèi)線圈軸更大距離處并且每個均承載所述至少兩個外選擇和聚焦場線圈中的一個的至少兩個外極靴段。因此，極靴的設計適于選擇和聚焦場線圈的設計，以最優(yōu)地支持生成磁場的效率。
[0040]優(yōu)選地，所述至少一個極靴包括至少四個外極靴段，每個外極靴段均承載外選擇和聚焦場線圈。因此，對于每個外選擇和聚焦場線圈，提供外極靴段，以引導關聯(lián)的選擇和聚焦線圈的磁場。因此，在實施例中，對于外選擇和聚焦線圈的相應設計，所述至少一個極靴包括四個外極靴段，每個外極靴段均承載外選擇和聚焦場線圈，所述外極靴段被布置在距內(nèi)線圈軸相同距離處，但相對彼此角位移90 °。另外，每個外極靴段優(yōu)選具有環(huán)形段形式的橫截面。
[0041]在又一實施例中，所述選擇和聚焦線圈包括第二內(nèi)選擇和聚焦線圈，所述至少一個極靴包括以所述第一內(nèi)極靴段周圍的閉合環(huán)為形式的第二內(nèi)極靴段，所述第二內(nèi)極靴段承載所述第二內(nèi)選擇和聚焦場線圈。
[0042]在優(yōu)選實施例中，至少一個內(nèi)極靴段和外極靴段面對檢查區(qū)域的頭部由具有高飽和感應的軟磁性材料制成，尤其是FeCo、FeS1、Fe, FeN1、Dy、Gd或其合金，例如Fe49V1.9Co49。優(yōu)選地，完整的極靴應當由最好地引導磁通量的最好軟磁性材料制成。然而，出于成本的原因，僅磁極的一部分由這種材料制成，以使其中具有最好的飽和磁化作用。外極靴段背對檢查區(qū)域的尾部和極靴軛由飽和磁感應低于內(nèi)頭極靴段的材料的軟磁性材料制成，尤其是FeS1、FeN1、坡莫合金或其合金，諸如，F(xiàn)e73.5CUlNb3Si I5.5B7。
[0043]此外，在實施例中，極靴由導磁片制成，其中，形成極靴段的片和極靴的相鄰頭部被布置在平行于內(nèi)線圈軸的方向上。片用于抑制渦電流，并且被布置為傳導磁通量。
[0044]優(yōu)選地，形成極靴軛的尾部的片被布置在垂直于內(nèi)線圈軸的方向上。這樣允許引導磁通量，同時抑制渦電流。
[0045]在實施例中，所述選擇和聚焦器件還包括以機械方式連接所述極靴的極靴軸承，所述極靴軸承由導磁材料制成。所述極靴軸承優(yōu)選也由導磁片制成，所述導磁片被布置為在與形成極靴軸承連接到的極靴的部分的片相同的方向上彼此相鄰。極靴軸承應當提供機械穩(wěn)定性和良好的磁通量。
[0046]在有利的實施例中，所述至少一個內(nèi)極靴段和所述至少一個內(nèi)選擇和聚焦場線圈被布置在與所述外極靴段和所述外選擇和聚焦場線圈相比距檢查區(qū)域更遠距離處。這樣提供了如下優(yōu)點:由于驅動場線圈優(yōu)選地不被布置為與外極靴段相鄰，因此具有更多空間用于布置驅動場線圈，尤其在設備包括兩個相對布置的選擇和聚焦場線圈組和兩個相對布置的極靴的情況下。
[0047]垂直于通過所述第二內(nèi)極靴段面對所述檢查區(qū)域的頭部的所述內(nèi)線圈軸的橫截面優(yōu)選地覆蓋與通過所述第二內(nèi)極靴段背對所述檢查區(qū)域的尾部的平行橫截面相比的較小區(qū)。這樣增大了針對給定電流強度可獲得的梯度場強度。[0048]在另一實施例中，所述第二內(nèi)極靴段的所述頭部的外徑在內(nèi)線圈軸的方向上隨著與檢查區(qū)域的距離減小而減小。這在面對檢查區(qū)域的表面上提供了更高的磁通密度，并且因此允許在檢查區(qū)域內(nèi)提供磁場的更高梯度。
[0049] 此外，在實施例中，垂直于通過所述外極靴段面對所述檢查區(qū)域的頭部的所述內(nèi)線圈軸的橫截覆蓋與通過所述外極靴段背對所述檢查區(qū)域的尾部的平行橫截面相比的較大區(qū)。這種措施對于實現(xiàn)面對檢查區(qū)域的表面上的更高磁通密度也有貢獻。
[0050]對在面對檢查區(qū)域的表面上實現(xiàn)更高磁通密度有貢獻的另一措施是，外極靴段的所述頭部的內(nèi)徑距內(nèi)線圈軸的距離隨著距檢查區(qū)域的距離減小而在內(nèi)線圈軸的方向上減小。
[0051]優(yōu)選地，一組選擇和聚焦場線圈的線圈布置相當平坦，其中，所述外線圈軸彼此平行，并且與內(nèi)線圈軸平行。線圈的這種布置節(jié)省空間，相對容易制造，并且允許更容易地計算和/或模擬可實現(xiàn)的磁場。
[0052]在實施例中，所述選擇和聚焦器件包括
[0053]il)第一組選擇和聚焦場線圈，
[0054]?2)至少一個第二組選擇和聚焦場線圈，以及
[0055]?3)選擇和聚焦場發(fā)生器單元，其用于生成選擇和聚焦場電流，以提供到所述第一選擇和聚焦場線圈以及所述各個選擇和聚焦場線圈組，以控制所述磁選擇和聚焦場的生成。優(yōu)選地，使用被布置在檢查區(qū)域上與所述第一選擇和聚焦場線圈組相對側的一個第二選擇和聚焦場線圈組，導致從設備的至少一側更容易進入檢查區(qū)域。這樣允許在檢查區(qū)域內(nèi)容易地定位患者，例如，僅通過將患者從轉運床提升到被布置在檢查區(qū)域中的患者臺。這樣還避免了對繞檢查區(qū)域共軸布置的很多線圈的需求，使得檢查區(qū)域具有其間的隧道的形式，如在常規(guī)MRI掃描器中，必須要將患者移入其中。因此，患者將比在那些常規(guī)MRI掃描器中感覺到更少的不適。
[0056]在其他實施例中，提供了超過兩個選擇和聚焦場線圈組，它們被布置在繞檢查區(qū)域的不同角位置處。例如，在三組的情況下，它們被優(yōu)選地放置為相對彼此位移120°角。
[0057]優(yōu)選地，第一組的選擇和聚焦場線圈與至少一個第二組的選擇和聚焦場線圈相同。此外，在兩組的情況下，一組的各個線圈優(yōu)選地被布置為恰好與另一組的每個相應線圈相對，這樣也支持更容易地計算可實現(xiàn)的磁場。
[0058]在實施例中，所述選擇和聚焦場發(fā)生器單元被配置為針對所述至少一個選擇和聚焦場線圈組的每個選擇和聚焦場線圈單獨生成選擇和聚焦場電流。這樣為生成期望的磁場提供了最高靈活性，但是也需要最高數(shù)量的發(fā)生器單元/通道。
[0059]為了減少發(fā)生器單元/通道的數(shù)量，在優(yōu)選實施例中提出，所述選擇和聚焦場發(fā)生器單元被配置為針對所述第一選擇和聚焦場線圈組和第二選擇和聚焦場線圈組的每對選擇和聚焦場線圈單獨生成選擇和聚焦場電流，其中，一對選擇和聚焦場線圈包括兩組中相對布置的選擇和聚焦場線圈。
[0060]用于減少發(fā)生器單元/通道的數(shù)量的另一個提議提出，所述選擇和聚焦場發(fā)生器單元被配置為針對所述至少一個選擇和聚焦場線圈組的每對外選擇和聚焦場線圈單獨生成選擇和聚焦場電流，其中，一對外選擇和聚焦場線圈包括相同選擇和聚焦場線圈組中相對布置的兩個外選擇和聚焦場線圈。[0061]優(yōu)選地，如上文簡要所述，該設備包括被布置在所述檢查區(qū)域的不同側面上的至少兩個極靴，每個極靴具有承載各個選擇和聚焦場線圈的多個極靴段以及連接所述極靴段的極靴軛。
[0062]為了將至少一個選擇和聚焦場線圈組與由驅動場線圈生成的磁場屏蔽，所述至少一個選擇和聚焦場線圈組面對所述檢查區(qū)域的內(nèi)表面被屏蔽覆蓋。這個屏蔽特別防止了測量信號的擾動，如果驅動場與軟磁性材料相互作用會發(fā)生測量信號的擾動。
[0063]如上所述，所述驅動場線圈124被布置在兩個選擇和聚焦場線圈組的所述第一內(nèi)選擇和聚焦場線圈之間的區(qū)域中。驅動場線圈可以被設計使得它們(固定地或可移動地)被布置于兩個選擇和聚焦場線圈組之間。在其他實施例中，驅動場線圈有些柔性，并且能夠在患者被置于檢查區(qū)域內(nèi)部之前，被布置在患者身體的期望部分上。
[0064]優(yōu)選地,所述驅動場線圈在垂直于內(nèi)線圈軸的方向上小于在兩個相對的外選擇和聚焦場線圈之間的所述方向上的距離。此外，優(yōu)選地，所述驅動場線圈包括螺線管線圈和兩對鞍形線圈，所述兩對鞍形線圈被布置為圍繞垂直于所述內(nèi)線圈軸的中心對稱軸，所述螺線管線圈被布置為圍繞所述中心對稱軸。
[0065]為了接收用于確定磁性粒子在檢查區(qū)域內(nèi)的分布的檢測信號，并且因此為了生成檢查區(qū)域(例如，患者心臟區(qū)域)的圖像，該設備還包括接收器件，所述接收器件包括至少一個信號接收單元和用于采集檢測信號的至少一個接收線圈，所述檢測信號取決于視場中的磁化作用，所述磁化作用受到第一子區(qū)和第二子區(qū)的空間位置的變化的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0066]參考下文描述的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將變得顯而易見并得到闡述。在以下附圖中:
[0067]圖1示出了 MPI設備的第一實施例，
[0068]圖2示出了由如圖1中所示的設備產(chǎn)生的選擇場圖案的范例，
[0069]圖3示出了 MPI設備的第二實施例，
[0070]圖4示出了 MPI設備的第三實施例和第四實施例，
[0071]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的MPI設備的方框圖，
[0072]圖6示出了通過針對MPI設備的第三實施例和第四實施例的選擇和聚焦場線圈布置的實施例的兩個垂直橫截面，
[0073]圖7示出了通過針對MPI設備的第三實施例和第四實施例的極靴布置實施例的兩個垂直橫截面，
[0074]圖8示出了圖7中示出的極靴布置的實施例的立體圖，
[0075]圖9示出了通過針對MPI設備的第三實施例和第四實施例的選擇和聚焦場線圈布置的實施例的兩個垂直橫截面，
[0076]圖10示出了通過圖9中所示的選擇和聚焦場線圈布置的一個選擇和聚焦場線圈組的實施例的其中一個橫截面的放大圖，
[0077]圖11示出了針對MPI設備的第三實施例和第四實施例的極靴布置的另一實施例的立體圖，
[0078]圖12示出了針對MPI設備的第三實施例和第四實施例的選擇和聚焦場線圈布置的另一實施例的立體圖，
[0079]圖13示出了針對MPI設備的第三實施例和第四實施例的選擇和聚焦場線圈布置的又一實施例的立體圖，
[0080]圖14示出了顯示針對MPI設備的第三實施例和第四實施例作為電功率的函數(shù)的梯度場強度的示意圖，
[0081]圖15示出了常規(guī)驅動場線圈的等效電路圖，
[0082]圖16示出了常規(guī)螺線管線圈和線圈上的電勢，
[0083]圖17示出了提出的線圈布置線圈的等效電路圖，
[0084]圖18示出了提出的線圈布置和線圈上電勢的實施例，以及
[0085]圖19示出了在提出的線圈布置中使用的繞組類型的各種實施例。
【具體實施方式】
[0086]在解釋本發(fā)明的細節(jié)之前，應當參考圖1到圖4詳細解釋磁性粒子成像的基本知識。具體而言，將描述用于醫(yī)療診斷的MPI掃描器的四個實施例。還將給出數(shù)據(jù)采集的非正式描述。將指出不同實施例之間的異同。通常，本發(fā)明能夠用于MPI設備的所有這些不同實施例。
[0087]圖1中所示的MPI掃描器的第一實施例10具有三對同軸平行圓形線圈12、14、16，這些線圈對被布置為如圖1中所示。這些線圈對12、14、16用于生成選擇場以及驅動和聚焦場。三個線圈對12、14、16的軸18、20、22相互正交，并且相交于單個點，被表示為MPI掃描器10的等中心24。此外，這些軸18、20、22充當附著于等中心24的3D笛卡爾x-y-z坐標系的軸。垂直軸20被指定為y軸，因此X軸和z軸是水平的。線圈對12、14、16以其軸命名。例如，y線圈對14是由掃描器頂部和底部處的線圈形成的。此外，具有正(負)y坐標的線圈被稱為y+線圈(尸線圈)，其余線圈類似。在更方便的時候，坐標軸和線圈應當被標記為X1' X2和χ3，而不是X、y和z。
[0088]掃描器10能夠被設置為引導預定的時間相關的電流通過這些線圈12、14、16中的每個并沿任何方向。在沿線圈的軸看去時，如果電流圍繞線圈沿順時針方向流動，將被認為其是正的，否則被認為是負的。為了生成靜態(tài)選擇場，使恒定的正電流Is流經(jīng)Z+線圈，并且使電流-1s流經(jīng)z_線圈。然后z線圈對16充當反平行圓形線圈對。
[0089]這里應當指出，該實施例中的軸布置和賦予軸的命名僅僅為范例，并且在其他實施例中也可能不同。例如，在實際實施例中，垂直軸通常被視為z軸而不是如本實施例中的y軸。然而，這通常不會改變裝置的功能和運行以及本發(fā)明的效果。
[0090]在圖2中由場線50表示通常為磁梯度場的磁選擇場。它在生成選擇場的z線圈對16的z軸22 (例如水平)的方向上具有基本恒定的梯度，并且在該軸22上的等中心24中達到零值。從該無場點(圖2中未單獨示出)開始，磁選擇場50的場強在全部三個空間方向上隨著距無場點的距離增加而增大。在由圍繞等中心24的虛線表示的第一子區(qū)或區(qū)域52中，場強很小，以至于在該第一子區(qū)52中存在的粒子的磁化作用是不飽和的，而在第二子區(qū)54 (區(qū)域52外部)中存在的粒子的磁化作用處于飽和狀態(tài)。在第二子區(qū)54中(即，在第一子區(qū)52外部的掃描器的視場28的剩余部分中)，選擇場的磁場強度充分強，以將磁性粒子保持在飽和狀態(tài)中。[0091]通過改變兩個子區(qū)52、54(包含無場點)在視場28內(nèi)的位置，視場28中的(總體)磁化作用變化。通過確定視場28中的磁化作用或受磁化作用影響的物理參數(shù)，能夠獲得視場28中的磁性粒子的空間分布的信息。為了改變兩個子區(qū)52、54(包括無場點)在視場28中的相對空間位置，向選擇場50疊加其他磁場，即，磁驅動場，并且如果適當?shù)脑?，疊加磁聚焦場。
[0092]為了產(chǎn)生驅動場，使時間相關電流Id1流經(jīng)兩個X線圈12，使時間相關電流Id2流經(jīng)兩個y線圈14，并且使時間相關電流I1V流經(jīng)兩個z線圈16。因此，三個線圈對的每個都充當平行的圓形線圈對。類似地，為了生成聚焦場，使時間相關電流If1流經(jīng)兩個X線圈12，使電流If2流經(jīng)兩個y線圈14，并且使電流If3流經(jīng)兩個z線圈16。
[0093]應當指出，z線圈對16是特殊的:其不僅生成驅動和聚焦場的其份額，而且生成選擇場(當然，在其他實施例中，可以提供單獨的線圈)。流經(jīng)線圈的電流為Id3+If3±Is。流經(jīng)其余兩個線圈對12、14的電流為IDk+IFk，k = 1，2。由于其幾何結構和對稱性，三個線圈對12、14、16被很好地解耦。這正是所希望的。
[0094]選擇場由反平行的圓形線圈對生成，其關于z軸是旋轉對稱的，并且在圍繞等中心24的相當大的體積中，其z分量在z中接近線性，并且不依賴于X和I。具體而言，選擇場在等中心處具有單個無場點(FFP)。相反，由平行圓形線圈對生成的對驅動和聚焦場的貢獻在圍繞等中心24的相當大的體積中在空間上是接近均勻的，并且平行于相應線圈對的軸。由全部三個平行圓形線圈對聯(lián)合生成的驅動和聚焦場在空間上接近均勻，并且能夠被賦予任何方向和強度，直到某個最大強度。驅動和聚焦場也是與時間有關的。聚焦場和驅動場之間的差異在于，聚焦場在時間上變化緩慢，并且可以具有大幅度，而驅動場變化迅速，并且具有小幅度。存在以不同方式處理這些場的物理和生物醫(yī)學的原因。具有大幅度的迅速變化的場將難以生成，并且對患者存在潛在危險。
[0095]在實際的實施例中，F(xiàn)FP能被視為理論點，在所述FFP處，假設磁場為零。磁場強度隨著與FFP的距離增大而增大，其中，對于不同方向，增長率可能不同(例如，取決于裝置的具體布局)。只要磁場強度低于使磁性粒子進入飽和狀態(tài)所需的場強，粒子則對由裝置測量的信號的信號生成做出主動貢獻；否則，粒子是飽和的，并且不生成任何信號。
[0096]MPI掃描器的實施例10具有額外至少一對，優(yōu)選額外三對平行圓形線圈，同樣沿著x、y和z軸取向。圖1中未示出的這些線圈對充當接收線圈。如用于驅動和聚焦場的線圈對12、14、16，由流經(jīng)這些接收線圈對中的一個的恒定電流生成的磁場在視場內(nèi)在空間上接近均勻，并且平行于相應線圈對的軸。接收線圈假定是將被很好解耦的。在接收線圈中誘發(fā)的時間相關電壓被附著于該線圈的接收器放大和采樣。更確切地說，為了應對該信號的巨大動態(tài)范圍，接收器對接收到的信號與參考信號之間的差異進行采樣。從零赫茲(“DC”)直到預期信號電平降到噪聲電平以下的頻率，接收器的傳遞函數(shù)都是非零的。備選地，MPI掃描器沒有專用的接收線圈。相反，驅動場發(fā)射線圈被用作接收線圈。
[0097]圖1所示的MPI掃描器的實施例10具有沿z軸22 (即，沿選擇場的軸)的圓柱形孔26。所有線圈都被放置在該孔26外。為了進行數(shù)據(jù)采集，將要成像的患者(或對象)被放置在孔26中，使得患者的感興趣體積(應當被成像的患者(或對象)的體積)被掃描器的視場28 (掃描器能夠對其內(nèi)含物成像的掃描器體積)包圍。例如，患者(或對象)被放置在患者臺上。視場28是孔26內(nèi)部的幾何上簡單的等中心體積，諸如，立方體、球、圓柱或任意形狀。圖1中圖示了立方體視場28。
[0098]第一子區(qū)52的尺寸取決于磁選擇場的梯度的強度，并且取決于飽和所需的磁場的場強，這繼而取決于磁性粒子。為了使典型磁性材料在80A/m的磁場強度和總計50X 103A/m2的磁選擇場的場強的梯度(沿給定空間方向)下充分飽和，其中的粒子磁化未飽和的第一子區(qū)52 (在給定空間方向上)具有大約Imm的大小。
[0099]患者的感興趣體積假定包含磁性納米粒子。在例如腫瘤的診斷成像之前，例如，通過注射到患者(對象)身體或以其他方式給予(例如口服)給患者的含磁性粒子的液體，將磁性粒子置入感興趣體積中。
[0100]通常，存在著將磁性粒子帶入視場中的各種方式。具體而言，對于要向其身體中引入磁性粒子的患者而言，能夠通過使用手術和非手術方法給予磁性粒子，既有需要專家(像醫(yī)療從業(yè)者)的方法，也有不需要專家的方法，例如，能夠由外行或普通技術人員或患者自己執(zhí)行。在手術方法中，可能存在無風險和/或安全的例行介入，例如涉及如向血管中注射造影劑的侵入式步驟(如果這樣的注射完全被視為手術方法)，即，不需要相當多專業(yè)醫(yī)療知識來執(zhí)行且不涉及嚴重健康風險的介入。此外，能夠應用非手術方法，如吞咽或吸入。
[0101]通常，在執(zhí)行數(shù)據(jù)采集的實際步驟之前預先遞送或預先給予磁性粒子。然而，在實施例中，也可能向視場中遞送/給予更多的磁性粒子。
[0102]磁性粒子的實施例包括，例如，例如玻璃的球形基質，其具備厚度例如為5nm且由例如鐵鎳合金(例如坡莫合金)構成的軟磁層。例如，可以通過保護粒子不受化學和/或物理侵蝕性環(huán)境(例如酸)的影響的涂層覆蓋該層。使這種粒子的磁化的飽和所需的磁選擇場50的磁場強度取決于各種參數(shù)，例如，粒子直徑、針對磁層使用的磁性材料和其他參數(shù)。
[0103]在這種磁性粒子的直徑例如為10 μ m的情況下，則需要大約800A/m的磁場(大致對應于ImT的通量密度)，而在直徑為100 μ m的情況下，80A/m的磁場就足夠了。在選擇具有較低飽和磁化作用的材料的涂層時，或在減小層厚時，獲得更小的值。
[0104]在實踐中，常常使用商業(yè)上可獲得的商標名為Resovist的磁性粒子(或類似磁性粒子)，其具有磁性材料的核心或被形成為整塊球體，并且其具有納米范圍內(nèi)(例如40或60nm)的直徑。
[0105]對于一般可用磁性粒子和粒子成分的更多細節(jié)，在此援引EP1304542、W02004/091386, W02004/091390, W02004/091394, W02004/091395, W02004/091396、W02004/091397、W02004/091398、W02004/091408的對應部分，在此通過引用將其并入。在
這些文獻中，通常還能夠找到MPI方法的更多細節(jié)。
[0106]在數(shù)據(jù)采集期間，X、y和z線圈對12、14、16生成位置相關并且時間相關的磁場，即，施加場。這是通過引導適當電流通過場生成線圈來實現(xiàn)的。實際上，驅動和聚焦場四處推動選擇場，使得FFP沿著描繪出掃描體積的預選FFP軌跡移動，掃描體積是視場的超集。施加場對患者體內(nèi)的磁性納米粒子進行取向。隨著施加場變化，得到的磁化作用也變化，盡管它對施加場是非線性響應。變化的施加場和變化的磁化作用之和沿著Xk軸在接收線圈對的端子之間誘發(fā)時間相關電壓Vk。關聯(lián)的接收器將該電壓轉換成信號Sk，接收器對其進行進一步處理。
[0107]如圖1中所示的第一實施例10，圖3中所示的MPI掃描器的第二實施例30具有三個圓形且互相正交的線圈對32、34、36，但這些線圈對32、34、36僅生成選擇場和聚焦場。同樣生成選擇場的z線圈36被填充鐵磁材料37。本實施例30的z軸42被垂直取向，而X軸和I軸38、40被水平取向。掃描器的孔46平行于X軸38，從而垂直于選擇場的軸42。由沿X軸38的螺線管(未示出)和沿兩個其余軸40、42的鞍形線圈對(未示出)生成驅動場。圍繞著形成孔的管道纏繞這些線圈。驅動場線圈還充當接收線圈。
[0108]為了給出這種實施例的一些典型參數(shù):選擇場的z梯度G具有強度G/ μ ^ = 2.5Τ/m，其中，μ ^為真空磁導率。驅動場的時間頻率譜集中于25kHz附近的窄頻帶中(直到大約150kHz)。接收到的信號的有用頻譜位于50kHz和IMHz之間(最后直到大約15MHz)?？拙哂?20mm的直徑。擬合到孔46中的最大立方體28具有120mm/ V 2 ^ 84mm的邊長。
[0109]由于場生成線圈的構造在現(xiàn)有技術中(例如，從磁共振成像領域中)是眾所周知的，但這里不必進一步詳述這個主題。
[0110]在用于產(chǎn)生選擇場的替代實施例中，能夠使用永久磁鐵(未示出)。在這種(相對)永久磁鐵(未示出)的兩極之間的空間中，形成有類似于圖2所示的磁場，亦即，在相對極具有相同極性時形成的磁場。在另一備選實施例中，能夠通過混合至少一個永久磁鐵和至少一個線圈來生成選擇場。
[0111]圖4示出了 MPI設備200、300的一般外部布局的兩個實施例。圖4A示出了提出的MPI設備200的實施例，其包括兩個選擇和聚焦場線圈單元210、220，它們基本相同且被布置于在其間形成的檢查區(qū)域230的相對側。此外，驅動場線圈單元240被布置在選擇和聚焦場線圈單元210、220之間，所述選擇和聚焦場線圈單元210、220位于患者(未示出)的感興趣區(qū)域周圍。選擇和聚焦場線圈單元210、220包括若干個選擇和聚焦場線圈，用于生成表示上述磁選擇場和磁聚焦場的組合磁場。具體而言，每個選擇和聚焦場線圈單元210、220都包括優(yōu)選相同的一 組選擇和聚焦場線圈。下文將解釋所述選擇和聚焦場線圈的詳情。
[0112]驅動場線圈單元240包括用于生成磁驅動場的多個驅動場線圈。這些驅動場線圈可以包括幾對驅動場線圈，尤其是用于在空間中三個維度中的每個中生成磁場的一對驅動場線圈。在實施例中，驅動場線圈單元240包括用于空間中的兩個不同方向的兩對鞍形線圈以及用于在患者的縱軸上生成磁場的螺線管線圈。
[0113]選擇和聚焦場線圈單元210、220通常被安裝到保持單元(未示出)或房間的墻壁上。優(yōu)選地，在選擇和聚焦場線圈單元210、220包括用于承載相應線圈的極靴的情況下，保持單元不僅在機械上保持選擇和聚焦場線圈單元210、220，而且還為磁通量提供路徑，所述路徑連接兩個選擇和聚焦場線圈單元210、220的極靴。
[0114]如圖4A中所示，兩個選擇和聚焦場線圈單元210、220中的每個包括屏蔽層211、221，用于將選擇和聚焦場線圈從由驅動場線圈單元240的驅動場線圈生成的磁場屏蔽開。
[0115]在圖4B中所示的MPI設備201的實施例中，僅提供了單個選擇和聚焦場線圈單元220以及驅動場線圈單元240。通常，單個選擇和聚焦場線圈單元就足以生成所需的組合式磁選擇和聚焦場。因此，所述單個選擇和聚焦場線圈單元220可以被集成到(未示出的)患者臺中，患者被放置于患者臺上以進行檢查。優(yōu)選地，驅動場線圈單元240的驅動場線圈可以被已經(jīng)預先布置為圍繞患者的身體，例如，作為柔性線圈元件。在另一實施方式中，驅動場線圈單元240能夠是開放的，例如，在軸向方向上如圖4B中的分離線243、244所示，可分成兩個子單元241、242，因此患者能夠被放置于其間，并且驅動場線圈子單元241、242之后能夠被稱合在一起。
[0116]在MPI設備的其他實施例中，可以提供更多的選擇和聚焦場線圈單元，其優(yōu)選地被布置為根據(jù)檢查區(qū)域230周圍的均勻分布。然而，使用的選擇和聚焦場線圈單元越多，進入檢查區(qū)域以在其中放置患者并在檢查期間由醫(yī)療輔助或醫(yī)生接近患者自身的可能性受限就越多。
[0117]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的MPI設備100的大致方框圖。除非另作說明，上文解釋的磁性粒子成像的一般原理對于本實施例也是有效且適用的。
[0118]圖5中所示的設備100的實施例包括用于生成期望磁場的各種線圈。首先，將解釋線圈及其在MPI中的功能。
[0119]為了生成組合式磁選擇和聚焦場，提供選擇和聚焦器件110。磁選擇和聚焦場具有在其磁場強度的空間圖案，從而在視場28中形成具有低磁場強度的第一子區(qū)(圖2中的52)和具有較高磁場強度的第二子區(qū)(圖4中的54)，其中，在所述第一子區(qū)中，磁性粒子的磁化作用是未飽和的，并且其中，在所述第二子區(qū)中，磁性粒子的磁化作用是飽和的，視場是檢查區(qū)域230的小部分，常規(guī)上通過使用磁選擇場來實現(xiàn)檢查區(qū)域230。此外，通過使用磁選擇和聚焦場，視場28在檢查區(qū)域230內(nèi)的空間位置能夠被改變，如常規(guī)上使用磁聚焦場所做的那樣。
[0120]選擇和聚焦器件110包括至少一組選擇和聚焦場線圈114以及選擇和聚焦場發(fā)生器單元112，用于生成選擇和聚焦場電流，以提供到所述至少一組選擇和聚焦場線圈114(表示圖4A、圖4B中所示的選擇和聚焦場線圈單元210、220中的一個)，以控制所述磁選擇和聚焦場的生成。優(yōu)選地，為至少一組選擇和聚焦場線圈114的每個線圈元件(或每對線圈元件)提供單獨的發(fā)生器子單元。所述選擇和聚焦場發(fā)生器單元112包括可控的電流源(通常包括放大器)和濾波器單元，為相應的線圈元件提供場電流，以獨立地設置每個線圈對磁選擇和聚焦場貢獻的梯度強度和場強。應當指出，也能夠省略濾波器單元114。
[0121]為了生成磁驅動場，設備100還包括驅動器件120，驅動器件120包括驅動場信號發(fā)生器單元122和一個驅動場線圈組124 (表示圖4A、圖4B中所示的驅動線圈單元240),用于通過磁驅動場來改變兩個子區(qū)在視場中的空間位置和/或尺寸，使得磁性材料的磁化作用局部變化。如上所述，所述驅動場線圈124優(yōu)選地包括兩對相對布置的鞍形線圈125、126和一個螺線管線圈127。其他實施方式(例如三對線圈元件)也是可能的。
[0122]驅動場信號發(fā)生器單元122優(yōu)選地包括用于所述驅動場線圈組124的每個線圈元件(或至少每對線圈元件)的單獨驅動場信號生成子單元。所述驅動場信號發(fā)生器單元122優(yōu)選地包括驅動場電流源(優(yōu)選地包括電流放大器)和濾波器單元(對于本發(fā)明也可以省略)，用于向相應的驅動場線圈提供時間相關的驅動場電流。
[0123]選擇和聚焦場信號發(fā)生器單元112和驅動場信號發(fā)生器單元122優(yōu)選地受到控制單元150的控制，所述控制單元150優(yōu)選地控制選擇和聚焦場信號發(fā)生器單元112，使得選擇場的所有空間點的場強之和以及梯度強度之和被設置到預定水平。為了達到該目的，控制單元150還能夠配備由用戶根據(jù)MPI設備的期望應用的控制指令，然而，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地省略控制指令。
[0124]為了使用MPI設備100以確定磁性粒子在檢查區(qū)域(或檢查區(qū)域中的感興趣區(qū)域)中的空間分布，尤其是獲得所述感興趣區(qū)域的圖像，提供信號檢測接收器件148(尤其是接收線圈)以及信號接收單元140，其接收由所述接收器件148檢測到的信號。優(yōu)選地，在實踐中提供三個接收線圈148和三個接收單元140 (每個接收線圈一個)，但也能夠使用超過三個接收線圈和接收單元，在這種情況下，采集到的檢測信號不是3維的，而是K維的，K為接收線圈的數(shù)量。
[0125]所述信號接收單元140包括用于過濾接收到的檢測信號的濾波器單元142。這種濾波的目的是將由檢查區(qū)域中的磁化作用導致的測量值與其他干擾信號分開，檢查區(qū)域中的磁化作用受到兩個部分區(qū)(52、54)的位置改變的影響。為此，可以設計濾波器單元142，例如使得時間頻率小于操作接收線圈148的時間頻率或小于這些時間頻率兩倍的信號不通過濾波器單元142。然后經(jīng)由放大器單元144向模擬/數(shù)字轉換器146 (ADC)發(fā)送信號。
[0126]由模擬/數(shù)字轉換器146產(chǎn)生的數(shù)字化信號被饋送至圖像處理單元(也被稱為重建器件)152，圖像處理單元從這些信號和接收相應信號期間第一磁場的第一部分區(qū)52在檢查區(qū)域中呈現(xiàn)的且圖像處理單元152從控制單元150獲得的相應位置來重建磁性粒子的空間分布。最后經(jīng)由控制器件150向計算機154發(fā)送重建的磁性粒子的空間分布，計算機154在監(jiān)視器156上顯示該空間分布。因此，能夠顯示示出了磁性粒子在檢查區(qū)域的視場中分布的圖像。
[0127]在MPI設備100的其他應用中，例如，用于影響磁性粒子(例如用于高熱癥治療)或用于移動磁性粒子(例如，附著于導管以移動導管或附著于藥劑以將藥劑移動到某個位置)，也可以省去或簡單地不使用接收器件。
[0128]此外，可以任選地提供輸入單元158，例如鍵盤。因此，用戶能夠設置最高分辨率的期望方向，并且繼而接收監(jiān)視器156上的作用區(qū)域的相應圖像。如果需要最高分辨率的關鍵方向偏離由用戶首先設置的方向，用戶仍然能夠手動地改變方向，以便產(chǎn)生具有改善的成像分辨率的另一圖像。也可以由控制單元150和計算機154自動操作這種分辨率改善過程。本實施例中的控制單元150設置第一方向上的梯度場，將其自動估計或由用戶設置為起始值。然后逐步改變梯度場的方向，直到這樣接收的圖像的分辨率(由計算機154進行比較)最大，不再相應地被改善。因此能夠發(fā)現(xiàn)最關鍵方向相應自動調整，以便接收最高可能的分辨率。
[0129]盡管根據(jù)本發(fā)明，選擇場線圈和聚焦場線圈通常被實現(xiàn)為單獨元件，但根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述選擇和聚焦場線圈114包括至少一個內(nèi)選擇和聚焦場線圈115和一組至少兩個外選擇和聚焦場線圈116、117，所述至少一個內(nèi)選擇和聚焦場線圈115被形成為關于內(nèi)線圈軸115a的閉合環(huán)路,所述一組至少兩個外選擇和聚焦場線圈116、117被布置在距所述內(nèi)線圈軸115a比所述至少一個內(nèi)選擇和聚焦場線圈115更大的距離并且處于不同的角位置，每個外選擇和聚焦場線圈都被形成為關于關聯(lián)外線圈軸116a、117a的閉合環(huán)路，如示出垂直橫截面的圖6A和圖6B所示。優(yōu)選地，如圖6B中的虛線指示的，提供兩個額外的外選擇和聚焦場線圈118、119，每個額外的外選擇和聚焦場線圈都被形成為關于關聯(lián)外線圈軸118a、119a的閉合環(huán)路。
[0130]根據(jù)本發(fā)明，一般可能選擇和聚焦場器件僅包括圖6所示的各個線圈。然而，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地，選擇和聚焦場器件是一個或多個極靴形式的磁性材料(尤其是軟磁性材料)和電磁線圈的組合。至少一個極靴用于傳導磁通量，從而用于增加所需磁場的生成。
[0131]圖7和圖8中示出了極靴布置的實施例，其中，圖7A和圖7B示出了通過極靴布置300的兩個垂直橫截面，并且圖8示出了極靴布置300的立體圖。在極靴布置300的該實施例中，提供兩個極靴310、320，它們經(jīng)由極靴軸承330連接，所述極靴軸承機械地承載并磁性耦合兩個極靴310、320。在該實施例中，盡管這些圖中示出的極靴310、320具有這里示出的幾何性質，但這里極靴軸承330的特定形狀僅被示為簡單范例，而用于實際應用的特定形狀將由構造參數(shù)(如所需穩(wěn)定性)來確定。
[0132]如圖7和圖8所示，每個極靴310、320都包括至少一個(在該實施例中為兩個)內(nèi)極靴段，分別為311、312以及321、322，以及至少兩個(在該實施例中為四個)外極靴段，分別為313-316和323-326。此外，每個極靴310、320分別包括極靴軛317和327，其連接相同極靴的各個極靴段。
[0133]公共極靴的所有極靴段都被共軸布置為繞公共內(nèi)線圈軸115a，其中，第二內(nèi)極靴段312、322被布置為圍繞相應內(nèi)極靴段311、321的環(huán)。外極靴段313-316和323-326分別被設計為圍繞內(nèi)線圈軸115a以相同距離布置的環(huán)段的形式，但具有不同的角位置，如圖7B所示。
[0134]極靴的這種布置(如下文所示和所述布置選擇和聚焦場線圈的各個線圈)對于實現(xiàn)選擇和聚焦場線圈(第一子區(qū)52)的期望運動是有利的。外極靴段的分割(這里分成兩到四段(一般至少兩段，但更多段也是可能的))，對于FFP沿X和y方向的運動是尤其有利的。
[0135]在實際實施中，內(nèi)極靴段311、321 (在z方向上)之間的距離Cli至少足夠大，以至于患者和驅動場線圈能夠被布置在其間。這意味著，距離Cli應當至少為40cm，優(yōu)選至少45cm。外極靴段b之間的距離d?？梢陨孕。驗槠溟g一般不布置驅動場線圈。因此，距離d。應當至少為25cm,優(yōu)選至少40cm。
[0136]極靴一般由軟磁性材料制成。優(yōu)選地，兩個內(nèi)極靴段311、312和321、322以及頭部313h-314h和323h-324h(參見圖7A ;其他外極靴段的頭部在該圖中未被明確示出)分別由軟磁性材料制成，并且具有高飽和度感應，尤其是FeCo、Fe、Dy、Gd或其合金，諸如Fe49V1.9Co49 (諸如已知商標名為Vacof lux48的材料)。備選地,可以使用FeNi,但這種材料具有較低的飽和感應。優(yōu)選地，外極靴段背對檢查區(qū)域的尾部313t、314t和323t、324t (外極靴段315或316、325、326的尾部未被明確示出)，并且極靴軛由同樣的材料制成。然而，出于成本的原因，可能由具有比內(nèi)頭極靴段的材料更低的飽和感應的軟磁性材料來制造它們，尤其是FeS1、FeN1、坡莫合金或其合金，諸如Fe715Cu1Nb3Si I5.5B7 (通常被稱為Nanoperm)。
[0137]圖9示出了通過選擇和聚焦場線圈布置400的實施例的兩個垂直橫截面，其中，各個選擇和聚焦場線圈被安裝在極靴布置300上，如圖7和圖8所示。
[0138]圖10示出了將用于解釋其更多細節(jié)的單個選擇和聚焦場線圈子單元410的放大圖。第一內(nèi)極靴段311承載被形成為圍繞所述第一內(nèi)極靴段311的環(huán)的第一內(nèi)選擇和聚焦場線圈115。第二內(nèi)選擇和聚焦場線圈113被形成為由第二內(nèi)極靴段312承載的另一環(huán)形線圈，所述環(huán)形線圈自身被形成為圍繞所述第一內(nèi)選擇和聚焦場線圈115的環(huán)。四個外選擇和聚焦場線圈116、117(圖9和圖10中僅示出了兩個外選擇和聚焦場線圈；圖9和圖10中未示出其他兩個外選擇和聚焦場線圈)由相應的外極靴段313、314、315、316承載。所述外選擇和聚焦場線圈116、117的每個都圍繞其關聯(lián)的外極靴段313、314、315、316纏繞，使得電流繞著相應的外極靴段流動。每個外極靴段313、314、315、316都被布置為以不同角位置圍繞內(nèi)線圈軸115a的環(huán)形段的形式。
[0139]于是，圖9A中示出的選擇和聚焦場線圈布置400包括共計十二個選擇和聚焦場線圈、上選擇和聚焦場線圈子單元410中的六個線圈(線圈113、115-119)以及下選擇和聚焦場線圈子單元420中的六個線圈(線圈133、135、136 ;其余兩個線圈在圖9A中不可見)。然而，這個數(shù)字僅應被理解成范例性數(shù)字。其他數(shù)字也是可能的。通常，希望有至少六個(優(yōu)選至少八個)選擇和聚焦場線圈單元。
[0140]優(yōu)選地，對于每個選擇和聚焦場線圈，提供單個選擇和聚焦場發(fā)生器子單元，從而能夠通過向選擇和聚焦場線圈提供獨立電流來獨立控制每個選擇和聚焦場線圈。然而，也能夠將選擇和聚焦場線圈耦合在一起，并為它們提供公共電流，從而能夠減少選擇和聚焦場發(fā)生器子單元的數(shù)量。例如，在實施例中，為兩個外選擇和聚焦場線圈116和117提供公共電流。類似地，將其他兩個外選擇和聚焦場線圈耦合在一起。這意味著，對于這樣的選擇和聚焦場線圈布置，需要總共八個選擇和聚焦場發(fā)生器子單元。
[0141]在另一實施例中，兩個不同選擇和聚焦場線圈子單元410、420的兩個相對布置的選擇和聚焦場線圈被耦合在一起并且配備公共電流。例如，右側兩個(圖9中)外選擇和聚焦場線圈可以被耦合在一起并且配備相同的電流。同樣的情況對于其他外選擇和聚焦場線圈也成立。
[0142]優(yōu)選地，根據(jù)實施例，一個或多個選擇和聚焦場線圈被分成至少兩個(尤其是至少四個)線圈段，其中，線圈的線圈段被布置為在關聯(lián)線圈軸的方向上(這意味著，如果，所有線圈軸如描繪的實施例中是平行的，在內(nèi)線圈軸115a的方向上)彼此相鄰，并且其中，相鄰線圈段是電連接的。優(yōu)選地，如圖9和圖10中所示，所有選擇和聚焦場線圈都被分成若干個線圈段，如圖9A和圖10中的多個線圈樣本分割線指示的。
[0143]例如，第一內(nèi)選擇和聚焦場線圈115被分成由圖10中的字母A、B、C、D指示的四個線圈段。類似地，第二內(nèi)選擇和聚焦場線圈113和各個外選擇和聚焦場線圈116、117被分成由字母A、B、C指示的多個線圈段，等。
[0144]這樣將選擇和聚焦場線圈分成若干個段能夠實現(xiàn)沿相應選擇和聚焦場線圈的不同的電流密度。作為范例性實施例，下表總結了針對每個線圈段的最大電流密度。針對電流密度的這些范例性值是考慮到選擇和聚焦場線圈的不同位置在不同線圈中需要大電流而通過模擬運行獲得的?？傮w上，總的電功率在-100kW。第一內(nèi)選擇和聚焦場線圈中的最大功率為49kw,而用于第二內(nèi)選擇和聚焦場線圈中的電流不大于38kW。在每個外選擇和聚焦場線圈中，消耗不超過20kW。
【權利要求】
1.一種線圈布置，尤其用于磁性粒子成像設備(100)中，包括: -線圈，其被分為至少兩個線圈段，其中，在至少一個線圈段到另一個線圈段之間反轉繞組方向， -電容器，其被耦合在至少兩個相鄰線圈段之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的線圈布置，其中，在線圈段與線圈段之間反轉所述繞組方向。
3.根據(jù)權利要求1所述的線圈布置，其中，所述線圈被分為2到10段，尤其是2到5段。
4.根據(jù)權利要求1所述的線圈布置，其中，所述線圈被分為奇數(shù)個線圈段。
5.根據(jù)權利要求1所述的線圈布置，其中，所述線圈是螺線管線圈或鞍形線圈。
6.根據(jù)權利要求1所述的線圈布置，其中，所述線圈段由利茲線制成。
7.根據(jù)權利要求1所述的線圈布置，其中，至少兩個線圈段包括不同繞組類型的繞組，尤其是使用不同的導線直徑、不同的絞合線直徑充填因子、平行的多條導線或絞合線、多類型導體、多類型絕緣體和/或多類型導線的不同繞組類型的繞組。
8.根據(jù)權利要 求1所述的線圈布置，其中，至少一個線圈段使用由平行纏繞的兩條利茲線制成的繞組。
9.一種用于影響和/或檢測視場(28)中的磁性粒子的設備(100)，所述設備包括: -選擇器件，其包括選擇場信號發(fā)生器單元(110)和選擇場元件(116)，用于生成在具有其磁場強度的空間圖案的磁選擇場(50)，使得在視場(28)中形成具有低磁場強度的第一子區(qū)(52)和具有較高磁場強度的第二子區(qū)(54)，其中，在所述第一子區(qū)(52)中，所述磁性粒子的所述磁化作用是未飽和的，并且其中，在所述第二子區(qū)(54)中，所述磁性粒子的所述磁化作用是飽和的， -驅動器件(120)，其包括驅動場信號發(fā)生器單元(122)和驅動場線圈(124 ;125、126、127)，用于通過磁驅動場來改變所述兩個子區(qū)(52、54)在所述視場(28)中的空間位置，使得所述磁性材料的所述磁化作用發(fā)生局部改變， 其中，表示選擇場元件的至少一個驅動場線圈和/或至少一個選擇場線圈由根據(jù)權利要求I所述的線圈布置來實施。
10.根據(jù)權利要求9所述的設備(100)，包括: 選擇和聚焦器件(120)，其包括所述選擇器件，用于生成具有其磁場強度的空間圖案的磁選擇和聚焦場(50)，使得在所述視場(28)中形成所述第一子區(qū)(52)和所述第二子區(qū)(54)，并且用于改變所述視場(28)在檢查區(qū)域(230)內(nèi)的所述空間位置，所述選擇和聚焦器件包括至少一組選擇和聚焦場線圈(114;113、115-119)以及選擇和聚焦場發(fā)生器單元(112)，所述選擇和聚焦場發(fā)生器單元(112)用于生成要提供給所述至少一組選擇和聚焦場線圈(114;113、115-119)的選擇和聚焦場電流，以控制所述磁選擇和聚焦場的所述生成， 其中，所述至少一組選擇和聚焦場線圈包括 -至少一個內(nèi)選擇和聚焦場線圈(113、115),其被形成為關于內(nèi)線圈軸(115a)的閉合環(huán)路，第一內(nèi)選擇和聚焦場線圈(115)，以及 -一組至少兩個外選擇和聚焦場線圈(116-119)，其被布置在比所述至少一個內(nèi)選擇和聚焦場線圈(113、115)距所述內(nèi)線圈軸(115a)更大距離處并且處在不同角位置，每個外選擇和聚焦場線圈被形成為關于關聯(lián)外線圈軸(116a-119a)的閉合環(huán)路。
11.根據(jù)權利要求10所述的設備(100)， 至少一個選擇和聚焦場線圈由根據(jù)權利要求1所述線圈布置來實施。
12.根據(jù)權利要求10所述的設備(100)， 其中，所述選擇和聚焦器件還包括至少一個極靴(310、320 ;510、520)，所述至少一個極靴具有承載各個所述選擇和聚焦場線圈的多個極靴段(311-316)以及連接所述極靴段(311-316)的極靴軛(317)。
13.根據(jù)權利要求10所述的設備(100)，其中，所述選擇和聚焦器件包括 il)第一組選擇和聚焦場線圈(113、115-119)， ?2)至少一個第二組選擇和聚焦場線圈(133、135、136)，以及 ?3)選擇和聚焦場發(fā)生器 單元(112)，其用于生成要提供給所述第一選擇和聚焦場線圈以及所述各組選擇和聚焦場線圈的選擇和聚焦場電流，以控制所述磁選擇和聚焦場的所述生成。
14.根據(jù)權利要求10所述的設備(100)， 其中，所述驅動場線圈(125-127)被布置在所述兩組選擇和聚焦場線圈的所述第一內(nèi)選擇和聚焦場線圈之間的區(qū)域中。
15.根據(jù)權利要求10所述的設備(100)， 其中，所述驅動場線圈包括螺線管線圈和兩對鞍形線圈(125、126) (127)，所述兩對鞍形線圈(125、126)被布置為圍繞垂直于所述內(nèi)線圈軸(115a)的中心對稱軸(250),并且所述螺線管線圈(127)被布置為圍繞所述中心對稱軸(250)。
【文檔編號】G01R33/38GK103959084SQ201280059132
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月28日 優(yōu)先權日:2011年12月2日
【發(fā)明者】I·施馬勒 申請人:皇家飛利浦有限公司