Mpi中的背景去除的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于檢測視場(28)中的磁性顆粒的裝置(100)，所述裝置包括選擇器件、驅(qū)動器件、用于采集檢測信號的接收器件以及用于從檢測信號重建所述視場(28)的圖像的重建器件(152)，所述檢測信號包括多個頻率分量，其中，一個或多個頻率分量利用從背景信號測量獲得的頻率分量特異性信號品質(zhì)因數(shù)被選擇和/或被加權，并且其中，僅選擇和/或加權的頻率分量被用于所述圖像的重建。
【專利說明】MPI中的背景去除
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種裝置和方法，用于檢測視場中的磁性顆粒，其能夠去除背景信號。本發(fā)明尤其涉及磁性顆粒成像的領域。
【背景技術】
[0002]磁性顆粒成像(MPI)是一種新興的醫(yī)療成像模態(tài)。MPI的最初版本是二維的，其中其產(chǎn)生二維圖像。較新的版本是三維(3D)的。能夠通過將3D圖像的時域序列結合成影片而建立非靜態(tài)對象的四維圖像，其前提是對象在單幅3D圖像的數(shù)據(jù)采集期間沒有發(fā)生顯
著變化。 [0003]MPI是一種重建式成像方法，像計算機斷層攝影(CT)或磁共振成像(MRI)。因此，分兩個步驟生成對象的感興趣體積的MP圖像。使用MPI掃描器執(zhí)行被稱為數(shù)據(jù)采集的第一步驟。MPI掃描器具有生成被稱為“選擇場”的靜態(tài)磁梯度場的器件，所述的靜態(tài)磁梯度場在掃描器的等中心處具有(單個)無場點(FFP)或無場線(FFL)。此外，這種FFP (或者FFL ;在下文中提到“FFP” 一般應當被理解為是指FFP或FFL)被具有低磁場強度的第一子區(qū)包圍，該第一子區(qū)又被具有較高磁場強度的第二子區(qū)包圍。此外，掃描器具有生成時間相關的在空間上近乎均勻的磁場的器件。實際上，這一場是通過使具有小幅度的快速變化的場(稱為“驅(qū)動場”)與具有大幅度的緩慢變化的場(稱為“聚焦場”)疊加而得到的。通過向靜態(tài)選擇場增加時間相關的驅(qū)動和聚焦場，可以使FFP沿貫穿圍繞等中心的“掃描體積”的預定FFP軌跡移動。掃描器還具有一個或多個，例如三個接收線圈的布置，從而能夠記錄在這些線圈中感生的任何電壓。對于數(shù)據(jù)采集而言，將所要成像的對象安置到掃描器中，使得對象的感興趣體積被掃描器的視場包圍，所述視場是掃描體積的子集。
[0004]對象必須含有磁性納米顆?；蚱渌判苑蔷€性材料；如果所述對象為動物或患者，那么在掃描之前向動物或患者施用含有這樣的顆粒的造影劑。在數(shù)據(jù)采集期間，MPI掃描器使FFP沿有意選擇的軌跡移動，所述軌跡將描出/覆蓋掃描體積或者至少描出/覆蓋視場。對象內(nèi)的磁性納米顆粒經(jīng)歷變化的磁場,并且通過改變其磁化而做出響應。納米顆粒的變化的磁化將在每個接收線圈中感生出時間相關的電壓。在與接收線圈相關聯(lián)的接收器中對這種電壓采樣。記錄由接收器輸出的樣本，所述樣本構成了采集數(shù)據(jù)。控制數(shù)據(jù)采集的細節(jié)的參數(shù)構成了 “掃描協(xié)議”。
[0005]在圖像生成的被稱為圖像重建的第二步驟中，由在第一步驟中采集的數(shù)據(jù)計算或重建圖像。圖像為離散的3D數(shù)據(jù)陣列，其表示處于視場中的磁性納米顆粒的位置相關濃度的采樣近似。一般由執(zhí)行適當計算機程序的計算機執(zhí)行重建。計算機和計算機程序?qū)崿F(xiàn)重建算法。重建算法基于數(shù)據(jù)采集的數(shù)學模型。與所有重建式成像方法的情況一樣，能夠?qū)⑦@種模型表達為作用于所采集的數(shù)據(jù)的積分算子；重建算法嘗試在盡可能的程度上消除模型的作用。
[0006]這樣的MPI裝置和方法的優(yōu)點在于，其能夠用于以非破壞性方式，以高空間分辨率對諸如人體的任意檢查對象進行檢查，所述檢查既可以接近檢查對象的表面，也可以遠離其表面。這樣的裝置和方法一般是已知的，在DE10151778A1和Gleich, B.andWeizenecker, J.(2005)的文章“Tomographic imaging using the nonlinear response ofmagnetic particles’’(Nature,第435卷,第1214-1217頁)中對其做出了首次描述，其中，也對重建原理給出了大體的描述。在該文獻中描述的用于磁性顆粒成像(MPI)的裝置和方法利用了小的磁性顆粒的非線性磁化曲線。
[0007]在MPI校準掃描和對象掃描中都會出現(xiàn)的背景信號變化和亂真信號能夠強烈影響圖像質(zhì)量。不同的背景信號源表現(xiàn)出不同的譜行為，使得背景信號貢獻在所測量的帶寬上分布不均勻，而是在不同頻率分量之間有強度和時間模式的變化。
[0008]此外，到目前為止，描述的MPI裝置和方法的設計對于人類而言還不是最佳的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種用于檢測視場中的磁性顆粒的裝置和方法，其能夠檢查更大的受檢者(人類、動物)，尤其是成年人，并允許去除背景信號。
[0010]在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于影響和/或檢測視場中的磁性顆粒的裝置，所述裝置包括:
[0011]-包括選擇場信號發(fā)生器單元和選擇場元件的選擇器件，所述選擇器件用于生成具有其磁場強度的空間團的磁選擇場，使得在所述視場中形成具有低磁場強度的、所述磁性顆粒的磁化不飽和的第一子區(qū)和具有較高磁場強度的、所述磁性顆粒的磁化飽和的第二子區(qū)，
[0012]-包括驅(qū)動場信號發(fā)生器單元和驅(qū)動場線圈的驅(qū)動器件，所述驅(qū)動器件借助磁驅(qū)動場來改變所述視場中的兩個所述子區(qū)的空間位置，使得磁性材料的磁化發(fā)生局部改變，
[0013]-包括至少一個信號接收單元和至少一個接收線圈的接收器件，所述接收器件用于采集檢測信號，所述檢測信號取決于所述視場中的磁化，所述磁化受所述第一子區(qū)和所述第二子區(qū)的空間位置的變化的影響，以及
[0014]-重建器件，所述重建器件用于從檢測信號重建所述視場的圖像，所述檢測信號包括多個頻率分量，其中，一個或多個頻率分量利用從背景信號測量獲得的頻率分量特異性信號品質(zhì)因數(shù)被選擇和/或被加權，并且其中，僅選擇和/或加權的頻率分量被用于所述圖
像的重建。
[0015]在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于影響和/或檢測視場中的磁性顆粒的裝置，所述裝置包括:
[0016]i)用于生成磁選擇和聚焦場的選擇和聚焦器件，所述磁選擇和聚焦場具有其磁場強度的空間圖案，使得在所述視場中形成具有低磁場強度的、磁性顆粒的磁化不飽和的第一子區(qū)和具有較高磁場強度的、磁性顆粒的磁化發(fā)生飽和的第二子區(qū)，并且，所述選擇和聚焦器件用于改變所述視場在檢查區(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，并且包括選擇和聚焦場發(fā)生器單元，所述選擇和聚焦場發(fā)生器單元用于生成要提供給所述至少一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生成，
[0017]其中，所述至少一組選擇和聚焦場線圈包括:
[0018] -被形成為圍繞內(nèi)側線圈軸的閉環(huán)的至少一個內(nèi)側選擇和聚焦場線圈，以及[0019]-至少兩個外側選擇和聚焦場線圈的組，所述至少兩個外側選擇和聚焦場線圈與所述至少一個內(nèi)側選擇和聚焦場線圈相比，被布置為與所述內(nèi)側線圈軸的距離更大且處于不同的角位置上，每個被形成為圍繞相關聯(lián)的外側線圈軸的閉環(huán)，以及
[0020]?)包括驅(qū)動場信號發(fā)生器單元和驅(qū)動場線圈的驅(qū)動器件，其用于借助磁驅(qū)動場改變視場中的兩個所述子區(qū)的空間位置和/或尺寸，使得磁性材料的磁化發(fā)生局部改變。[0021 ] iii)包括至少一個信號接收單元和至少一個接收線圈的接收器件，其用于采集檢測信號，所述檢測信號取決于所述視場中的磁化，所述磁化受所述第一子區(qū)和所述第二子區(qū)的空間位置的變化的影響，以及
[0022]iv)重建器件，其用于從檢測信號重建所述視場的圖像，所述檢測信號包括多個頻率分量，其中，一個或多個頻率分量利用從背景信號測量獲得的頻率分量特異性信號品質(zhì)因數(shù)被選擇和/或被加權，并且其中，僅選擇和/或加權的頻率分量被用于所述圖像的重建。
[0023]在實施例中，提出了一種包括程序代碼段的計算機程序，所述計算機程序當在計算機上執(zhí)行時，令計算機控制根據(jù)本發(fā)明的裝置執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法步驟。
[0024]在從屬權利要求中定義了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應當理解，所要求保護的方法和所要求保護的計算機程序具有與所要求保護的線圈布置相似和/或等同的如從屬權利要求中定義的優(yōu)選實施例。
[0025]本發(fā)明基于如下理念:逐個處理檢測信號的選定頻率分量或每個頻率分量以進行背景確定和去除。檢測 信號一般取決于視場中的磁化、，但還取決于系統(tǒng)的背景信號。能夠通過專用的背景測量(例如，夾雜在掃描中的沒有磁性示蹤材料在敏感成像體積中的時亥IJ)來確定緩慢變化的背景信號，如根據(jù)優(yōu)選實施例提出的。通過這種方法不能去除比背景測量之間的時間段更迅速的背景信號變化。然而，能夠在圖像重建中抑制或去除受到迅速變化的背景信號強烈影響的頻率。由于大量的頻率分量用于重建，以及這樣的事實:如果在MPI中且不同于諸如MRI的其他醫(yī)療成像模態(tài)(在其他醫(yī)療成像模態(tài)中，如果在重建中不使用特定頻率分量，則寶貴的圖像信息會丟失)以不同頻率施加超過一個驅(qū)動場，則類似信息以不同的混合頻率被編碼，那么這是可能的。
[0026]根據(jù)優(yōu)選實施例，所述重建器件適于利用信號品質(zhì)閾值選擇頻率分量，其中，僅具有高于所述信號品質(zhì)閾值的信號品質(zhì)因數(shù)的那些頻率分量被選擇。這為選擇頻率分量提供了有效率的解決方案，使得迅速變化的背景信號(其會降低信號質(zhì)量，例如SNR，即信噪比)也被抑制，且不被用于重建中。
[0027]通常，根據(jù)本發(fā)明，使用信號品質(zhì)因數(shù)和信號品質(zhì)閾值。在實施例中，使用SNR因數(shù)和SNR閾值，在其他實施例中，使用其他信號品質(zhì)因數(shù)和信號品質(zhì)閾值。在另一實施例中，可以使用例如基于背景測量的信號品質(zhì)因數(shù)和信號品質(zhì)閾值，其用于識別亂真信號，該亂真信號之后可以通過選擇適當?shù)男盘柶焚|(zhì)因數(shù)和信號品質(zhì)閾值來被抑制。在又一實施例中，可以使用噪聲因數(shù)和噪聲閾值，其用于抑制噪聲。在又一實施例中，使用這樣的信號品質(zhì)因數(shù)和信號品質(zhì)閾值，其用于選擇和加權針對圖像重建而言最重要或最好的空間頻率分量，同時其他空間頻率被抑制或被更小加權。
[0028]根據(jù)另一實施例，所述重建器件適于對所有或選擇的頻率分量通過其頻率分量特異性信號品質(zhì)因數(shù)進行加權。也是通過這種方式，能夠改善重建的結果，因為迅速變化的背景信號的頻率分量比與迅速變化的背景信號不相關的頻率分量被更小加權。
[0029]有多種用于獲得表示緩慢和/或迅速運動的背景的背景信號的實施例。在實施例中，所述裝置適于執(zhí)行夾雜著系統(tǒng)功能測量的背景信號測量，并適于從所述背景信號測量導出所述信號品質(zhì)因數(shù)。這提供了獲得背景信號的相當快的方法。
[0030]盡管一般測量背景信號的時間間隔短于測量系統(tǒng)功能數(shù)據(jù)的時間間隔，但根據(jù)優(yōu)選實施例，所述裝置適于在比系統(tǒng)功能測量更長的時間間隔期間執(zhí)行背景信號測量。這提高了背景信號測量的準確度，并確保能夠可靠地去除迅速變化的背景。
[0031]在另一實施例中，所述重建器件適于通過從所述背景信號測量確定頻率特異性背景信號并從系統(tǒng)功能測量的對應頻率分量減去這些頻率特異性背景信號，從所述系統(tǒng)功能測量去除緩慢變化的背景信號。
[0032]為了進一步改善背景信號的去除，根據(jù)優(yōu)選實施例，所述重建器件適于對所述背景信號測量進行內(nèi)插，并使用所內(nèi)插的背景信號測量來確定所述頻率特異性背景信號。
[0033]背景信號的去除的又一改進是由這樣的實施例實現(xiàn)的，根據(jù)該實施例，所述裝置適于重復進行夾雜著系統(tǒng)功能測量的所述背景信號測量，并適于對所獲得的背景信號測量進行平均，并且其中，所述重建器件(152)適于從經(jīng)平均的所述背景信號測量確定所述頻率特異性背景信號。
[0034]背景信號的去除的又一改進是由這樣的實施例實現(xiàn)的，根據(jù)該實施例，所述裝置適于以不同的時間比例重復進行所述背景信號測量。 [0035]優(yōu)選地，所述裝置適于在接收檢測信號以重建所述視場的圖像之前和/或之后執(zhí)行所述背景信號測量。因此，能夠獲得去除當前出現(xiàn)的背景信號的高準確度。
[0036]去除背景的另一個選擇包括執(zhí)行校準測量，其中，在磁性樣本被移動通過所述視場的同時執(zhí)行第一校準測量，并且在所述視場中無任何磁性材料的情況下執(zhí)行第二校準測量。
[0037]優(yōu)選提出的采用組合式選擇和聚焦場線圈的MPI裝置基于如下理念:將已知MPI裝置中一般作為獨立線圈提供的聚焦場線圈和選擇場線圈組合成選擇和聚焦場線圈的組合集合。因此，向每個所述線圈提供單個電流，而非像常規(guī)上那樣向每個聚焦場線圈和每個選擇場線圈提供獨立電流。因此，能夠?qū)蝹€電流視為用于聚焦場生成和選擇場生成的兩個疊加電流。能夠通過控制輸送到各個線圈的電流來簡單地改變視場在檢查區(qū)域之內(nèi)的期望位置和移動。然而，并非必須為所有選擇和聚焦場線圈始終提供控制電流，而是針對視場的特定運動僅需要一些線圈。
[0038]提出的裝置還提供了相對于受檢者所在的檢查區(qū)域如何以及在哪里布置線圈的更多自由度。利用這種布置尤其能夠構建開放式掃描器，在介入期間，該掃描器可由患者以及醫(yī)生或醫(yī)務人員(例如外科醫(yī)生)容易地進入。
[0039]利用這樣的裝置，生成磁梯度場(即磁選擇場)，該磁梯度場具有磁場強度的空間分布，使得視場包括第一子區(qū)和第二子區(qū)，其中，所述第一子區(qū)具有較低磁場強度(例如FFP)，該較低磁場強度適于使得位于所述第一子區(qū)中的磁性顆粒的磁化不飽和，并且所述第二子區(qū)具有較高磁場強度，該較高磁場強度適于使得位于所述第二子區(qū)中的磁性顆粒的磁化飽和。由于磁性顆粒的磁化特性曲線的非線性,磁化以及由此由磁性顆粒生成的磁場顯示出更高次諧波，該更高次諧波能夠由檢測線圈檢測到。評估的信號(信號的更高次諧波)包含關于磁性顆粒的空間分布的信息，該信息再次能夠例如用于醫(yī)療成像，用于磁性顆粒的空間分布的可視化和/或其他應用。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的MP裝置基于新的物理原理(即稱為MPI的原理)，其與其他已知的常規(guī)醫(yī)療成像技術不同，例如與核磁共振(NMR)不同。具體而言，這一新的MPI原理相比于NMR不利用材料對質(zhì)子的磁共振特性的影響，而是利用磁化特性曲線的非線性直接檢測磁性材料的磁化。具體而言，MPI技術利用所生成的磁信號的高次諧波，所述諧波是由磁化特性曲線的磁化從非飽狀態(tài)變化為飽和狀態(tài)的區(qū)域中的非線性導致的。
[0041 ] 根據(jù)優(yōu)選實施例，所述的外側選擇和聚焦場線圈的閉環(huán)具有環(huán)段形式的輪廓。換言之，將所述外側選擇和聚焦場線圈中的每個的繞組纏繞成閉環(huán)，沿繞所述至少一個內(nèi)側選擇和聚焦場線圈的角區(qū)域布置所述閉環(huán)，所述角區(qū)域覆蓋包圍所述至少一個內(nèi)側選擇和聚焦場線圈的環(huán)的環(huán)段。
[0042]所述至少一組選擇和聚焦場線圈優(yōu)選包括至少四個外側選擇和聚焦場線圈的組。一般而言，甚至可以提供更多的選擇和聚焦場線圈，優(yōu)選它們被布置為距所述內(nèi)側線圈軸的距離相同，但是處于繞所述內(nèi)側線圈軸的不同角位置上。
[0043]例如，在實施例中，假設所述至少一組選擇和聚焦場線圈包括四個外側選擇和聚焦場線圈的組，所述四個外側選擇和聚焦場線圈被布置為距所述內(nèi)側線圈軸的距離相同，但是相對于彼此具有90°的角位移。在另一甚至具有更多組的外側選擇和聚焦場線圈的實施例中，各個組的線圈被布置為距所述內(nèi)側線圈軸的距離不同。 [0044]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)側選擇和聚焦場線圈以及第二內(nèi)側選擇和聚焦場線圈，所述第二內(nèi)側選擇和聚焦場線圈被形成為圍繞所述內(nèi)側線圈軸的閉環(huán)并且具有比所述第一內(nèi)側選擇和聚焦場線圈更大的直徑?？梢蕴峁┰诓煌木嚯x上被形成為圍繞所述內(nèi)側線圈軸的閉環(huán)的甚至更多的內(nèi)側選擇和聚焦場線圈。這些內(nèi)側選擇和聚焦場線圈一般對磁選擇和聚焦場的生成更加有效，因而通常在裝置的運行期間始終被提供有控制電流。
[0045]優(yōu)選地，所述至少一個內(nèi)側選擇和聚焦場線圈和/或所述外側選擇和聚焦場線圈被分裂為至少兩個，尤其是至少四個線圈段，其中，線圈的線圈段被布置為沿相關聯(lián)的線圈軸的方向彼此相鄰，并且其中，使相鄰線圈段電連接。通過這種方式，能夠?qū)⑵谕娏髅芏瓤刂茷樵谔囟▍^(qū)域處，例如，在更加靠近檢查區(qū)域的區(qū)域處更高，即，優(yōu)選地所述線圈段被布置使得沿相關聯(lián)的線圈軸的方向，所獲得的電流密度隨著與檢查區(qū)域的距離的縮小而增大。這進一步提高了所生成的磁場的效率。
[0046]出于控制期望電流密度的目的，能夠采取就所相對于線圈段的不同措施。具體而言，與線圈的被布置為與檢查區(qū)域相距較遠的、由不同材料制成的一個或多個線圈段相比，該線圈的被布置為與所述檢查區(qū)域相距較近的一個或多個線圈段具有更厚的繞組，更加緊湊和/或沿相關聯(lián)的線圈軸的方向具有更高的厚度。
[0047]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以及連接所述極靴段的極靴軛。這樣的極靴不僅充當著各個線圈的機械載體，而且還用于通過傳導磁通量而提高磁場的效率。
[0048]優(yōu)選地，所述至少一個極靴包括承載所述至少一個內(nèi)側選擇和聚焦場線圈的至少一個內(nèi)側極靴段以及至少兩個外側極靴段，所述至少兩個外側極靴段被布置為與所述內(nèi)側線圈軸的距離更大并且每個用于承載所述至少兩個外側選擇和聚焦場線圈之一。因此，所述極靴的設計適于選擇和聚焦場線圈的設計，從而對磁場生成的效率提供最佳支持。
[0049]優(yōu)選地，所述至少一個極靴包括至少四個外側極靴段，每個承載外側選擇和聚焦場線圈。因此，對于每個外側選擇和聚焦場線圈而言，將外側極靴段提供為引導相關聯(lián)的選擇和聚焦線圈的磁場。因此，在針對外側選擇和聚焦線圈的對應設計的實施例中，所述至少一個極靴包括四個外側極靴段，每個承載外側選擇和聚焦場線圈，所述外側極靴段被布置為距所述內(nèi)側線圈軸的距離相同，但是相對于彼此存在90°的角位移。此外，每個外側極靴段優(yōu)選具有環(huán)段形式的橫截面。
[0050]在所述選擇和聚焦線圈包括第二內(nèi)側選擇和聚焦線圈的又一實施例中，所述至少一個極靴包括具有繞所述第一內(nèi)側極靴段的閉環(huán)的形式的第二內(nèi)側極靴段，所述第二極靴段承載所述第二內(nèi)側選擇和聚焦場線圈。
[0051]在優(yōu)選實施例中，至少所述至少一個內(nèi)側極靴段和所述外側極靴段的朝向所述檢查區(qū)域的頭部是由具有高飽和感應強度的軟磁性材料制成的，所述材料尤其為FeCo、FeS1、Fe、FeNi, Dy、Gd或其合金，例如，F(xiàn)e49Vh9Co4i^優(yōu)選地，完整的極靴應當由最佳地引導磁通量的最佳軟磁性材料制成。然而出于成本的原因，只有所述極靴的一部分由這種材料制成，從而在該處具有最佳飽和磁化強度。所述外側極靴段的背離所述檢查區(qū)域的尾部和所述極靴軛是由與所述內(nèi)側極靴段的材料相比飽和感應強度更低的軟磁性材料制成的，該材料尤其為FeS1、FeN1、坡莫合金或其合金，例如，F(xiàn)e715Cu1Nb3Si15^B70
[0052]此外，在實施例中，所述極靴由導磁薄板制成，其中，形成內(nèi)側極靴段和極靴軛(pole shoe yoke)的相鄰頭部的薄板按照平行于內(nèi)側線圈軸的方向被布置。所述薄板用于抑制渦流，并且被布置為傳導磁通量。
[0053]優(yōu)選地，將形成所述極靴軛的尾部的薄板按照垂直于所述內(nèi)側線圈軸的方向被布置。其允許在抑制渦流的同時引導磁通量。
[0054]在實施例中，所述選擇和聚焦器件還包括機械連接所述極靴的極靴支座，所述極靴支座由導磁材料制成。所述極靴支座還優(yōu)選由導磁薄板制成，所述薄板被布置為在與形成連接至所述極靴支座的極靴部分的薄板相同的方向上彼此相鄰。所述極靴支座應當既提供機械穩(wěn)定性又提供良好的磁通量。
[0055]在有利的實施例中，與所述外側極靴段和所述外側選擇和聚焦場線圈相比，所述至少一個內(nèi)側極靴段和所述至少一個內(nèi)側選擇和聚焦場線圈被布置為與所述檢查區(qū)域的距離更大。其提供了這樣的優(yōu)點，即有更多空間以布置驅(qū)動場線圈，尤其是在裝置包括兩組相對布置的選擇和聚焦場線圈以及兩個相對布置的極靴的情況下，這是因為所述驅(qū)動場線圈優(yōu)選不與所述外側極靴段相鄰布置。
[0056]與所述第二內(nèi)側極靴段的背離所述檢查區(qū)域的尾部的平行橫截面相比，垂直于所述內(nèi)側線圈軸貫穿所述第二內(nèi)側極靴段的面向所述檢查區(qū)域的頭部的橫截面優(yōu)選覆蓋更小的面積。其提高了針對給定電流強度可獲得的梯度場強度。
[0057]在另一實施例中，所述第二內(nèi)側極靴段的所述頭部的外徑沿內(nèi)側線圈軸隨著與檢查區(qū)域的距離的縮小而降低。其在面向檢查區(qū)域的表面上提供了更高的磁通量密度，因而允許在檢查區(qū)域內(nèi)提供更高的磁場梯度。
[0058]此外，在實施例中，與貫穿所述外側極靴段的背離所述檢查區(qū)域的尾部的平行橫截面相比，垂直于所述內(nèi)側線圈軸的貫穿所述外側極靴段的朝向所述檢查區(qū)域的頭部的橫截面覆蓋更大的面積。這種措施還有助于在朝向所述檢查區(qū)域的表面上獲得更高的磁通量
山/又O
[0059]有助于在面向檢查區(qū)域的表面上獲得較高的磁通量密度的另一措施是使外側極靴段的所述頭部的內(nèi)徑與內(nèi)側線圈軸的距離在內(nèi)側線圈軸的方向上隨著與檢查區(qū)域的距離的縮小而降低。
[0060]優(yōu)選地，一組選擇和聚焦場線圈的線圈的布置是相當平的，其中，所述外側線圈軸彼此平行并且平行于所述內(nèi)側線圈軸。這種線圈布置節(jié)省空間，相對易于制造，并且允許更加容易地計算和/或模擬可獲得的磁場。
[0061]在實施例中，所述選擇和聚焦器件包括:
[0062]il)第一組選擇和聚焦場線圈，
[0063]?2)至少一個第二組選擇和聚焦場線圈，以及
[0064]?3)用于生成將提供給所述第一組選擇和聚焦場線圈以及所述組選擇和聚焦場線圈以控制所述磁選擇和聚焦場的生成的選擇和聚焦場電流的選擇和聚焦場發(fā)生器單元。優(yōu)選地，使用被布置在所述檢查區(qū)域的相對側的一個第二組選擇和聚焦場線圈而不是所述第一組選擇和聚焦場線圈，從而得到可從至少一側進入檢查區(qū)域的裝置。其允許將患者容易地定位到檢查區(qū)域內(nèi)，例如，通過只是將患者從轉(zhuǎn)運床抬到被布置在檢查區(qū)域內(nèi)的患者臺上。這樣還避免了需要 使很多線圈圍繞檢查區(qū)域同軸布置，從而使檢查區(qū)域具有處于其間的必須將患者移到其內(nèi)的隧道的形式，就像常規(guī)的MRI掃描器。因此，與處于那些常規(guī)MRI掃描器中相比，患者感到的不舒服會少一些。
[0065]在其他實施例中，提供超過兩組選擇和聚焦場線圈，它們被布置為在圍繞檢查區(qū)域的不同角位置上。例如，就三組而言，它們優(yōu)選相對于彼此具有120°角的位移。
[0066]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等同。此外，就兩個組而言，優(yōu)選地，一個組的各個線圈被布置為剛好與另一組的每個相應的線圈相對，這樣做還支持了對可獲得的磁場的更加容易的計算。
[0067]在實施例中，所述選擇和聚焦場發(fā)生器單元被配置為生成單獨用于所述至少一組選擇和聚焦場線圈的每個選擇和聚焦場線圈的選擇和聚焦場電流。其提供了最高的生成期望磁場的靈活性，但是也需要最高數(shù)量的發(fā)生器單元/信道。
[0068]為了降低發(fā)生器單元/信道的數(shù)量，在優(yōu)選實施例中提出，所述選擇和聚焦場發(fā)生器單元被配置為生成單獨用于所述第一組選擇和聚焦場線圈和第二組選擇和聚焦場線圈中的每一對選擇和聚焦場線圈的選擇和聚焦場電流，其中，一對包括兩組中的相對布置的選擇和聚焦場線圈。
[0069]另一個降低發(fā)生器單元/信道的數(shù)量的建議提出，所述選擇和聚焦場發(fā)生器單元被配置為生成單獨用于所述至少一組選擇和聚焦場線圈的每一對外側選擇和聚焦場線圈的選擇和聚焦場電流，其中，一對包括同一組選擇和聚焦場線圈的兩個相對布置的外側選擇和聚焦場線圈。
[0070]優(yōu)選地，如上文簡要提到的，所述裝置包括被布置到所述檢查區(qū)域的不同側上的至少兩個極靴，每個極靴具有承載各個選擇和聚焦場線圈的多個極靴段和連接所述極靴段的極靴軛。[0071]為了從驅(qū)動場線圈生成的磁場對所述至少一組選擇和聚焦場線圈進行屏蔽，利用屏蔽來覆蓋所述至少一組選擇和聚焦場線圈的朝向所述檢查區(qū)域的內(nèi)表面。這種屏蔽尤其避免了對測量信號的干擾，如果驅(qū)動場與軟磁性材料相互作用，就會發(fā)生這種干擾。
[0072]如上所述，所述驅(qū)動場線圈被布置到兩組選擇和聚焦場線圈中的所述第一內(nèi)側選擇和聚焦場線圈之間的區(qū)域中。所述驅(qū)動場線圈可以被設計為使得它們(以固定或可移動的方式)被布置到兩組選擇和聚焦場線圈之間。在其他實施例中，所述驅(qū)動場線圈稍具柔性，并且能夠在將患者置于檢查區(qū)域內(nèi)部之前被布置到患者身體的期望部分上。
[0073]優(yōu)選地,所述驅(qū)動場線圈在垂直于內(nèi)側線圈軸的方向上小于相對的外側選擇和聚焦場線圈在所述方向上的距離。此外，所述驅(qū)動場線圈優(yōu)選包括兩對圍繞垂直于所述內(nèi)側線圈軸的中心對稱軸布置的鞍形線圈和圍繞所述中心對稱軸布置的螺線管。
[0074]為了接收確定檢查區(qū)域內(nèi)的磁性顆粒分布，繼而生成例如患者心臟區(qū)域的檢查區(qū)域的圖像所需的檢測信號，所述裝置還包括含有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的接收器件，所述檢測信號取決于視場內(nèi)的磁化，所述磁化受到第一子區(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】
[0075]本發(fā)明的這些和其他方面將從下文描述的實施例變得顯而易見并參考下文描述的實施例加以闡述。在以下附圖中:
[0076]圖1示出了 MPI裝置的第一實施例，
[0077]圖2示出了圖1 所示的裝置產(chǎn)生的選擇場圖案的范例，
[0078]圖3示出了 MPI裝置的第二實施例，
[0079]圖4示出了 MPI裝置的第三和第四實施例，
[0080]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的MPI裝置的框圖，
[0081 ] 圖6示出了通過用于MPI裝置的第三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，
[0082]圖7示出了通過用于MPI裝置的第三和第四實施例的極靴布置的實施例的兩個垂直橫截面，
[0083]圖8示出了圖7中所示極靴布置的實施例的透視圖，
[0084]圖9示出了通過用于MPI裝置的第三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，
[0085]圖10示出了通過圖9所示的選擇和聚焦場線圈布置的一組選擇和聚焦場線圈的實施例的橫截面之一的放大圖，
[0086]圖11示出了用于MPI裝置的第三和第四實施例的極靴布置的另一實施例的透視圖，
[0087]圖12示出了用于MPI裝置的第三和第四實施例的選擇和聚焦場線圈布置的另一實施例的透視圖，
[0088]圖13示出了用于MPI裝置的第三和第四實施例的選擇和聚焦場線圈布置的又一實施例的透視圖，
[0089]圖14示出的圖示出了根據(jù)MPI裝置的第三和第四實施例的電功率的梯度場強度，[0090]圖15示出了根據(jù)第一優(yōu)選實施例的背景信號測量，
[0091]圖16示出了背景內(nèi)插、平滑和校正，
[0092]圖17示出了通過校準掃描中采集的體積的不同切片，并且
[0093]圖18不出了不同頻率分量的信號成分。
【具體實施方式】
[0094]在解釋本發(fā)明的細節(jié)之前，應當參考圖1到圖4詳細解釋磁性顆粒成像的基礎。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)采集的通俗描述。將指出不同實施例之間的相 似性和不同。通常，能夠在MPI裝置的所有這些不同實施例中使用本發(fā)明。
[0095]圖1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，這些線圈對的布置如圖1所示。這些線圈對12、14、16的作用在于生成選擇場以及驅(qū)動場和聚焦場。三個線圈對12、14、16的軸18、20、22相互正交，并相交于單個點，該點表示MPI掃描器10的等中心24。此外，這些軸18、20、22充當附著至等中心24的3D笛卡爾x-y-z坐標系的軸。將縱軸20指定為y軸，因而X軸和z軸是水平的。線圈對12、14、16是按它們的軸命名的。例如，y線圈對14由處于掃描器的頂部和底部的線圈形成。此外，將具有正(負)y坐標的線圈稱為y+線圈(y_線圈)，其余線圈類似。在更加方便時，應當利用χι、χ2、X3標記坐標軸和線圈，而不是X、y、ζ。
[0096]能夠?qū)呙杵?0設定為引導預定的時間相關的電流沿任一方向通過這些線圈
12、14、16中的每個。如果在沿線圈的軸觀看時電流繞線圈沿順時針方向流動，將認為其是正的，否則視為負的。為了生成靜態(tài)選擇場，使恒定的正電流Is流經(jīng)ζ+線圈，使電流-1s流經(jīng)廠線圈。之后ζ線圈對16充當反平行圓形線圈對。
[0097]這里應注意，這一實施例中的軸布置和賦予軸的命名僅僅為范例，在其他實施例中也可能不同。例如，在實際實施例中，經(jīng)常認為縱軸是ζ軸，而不是當前實施例中的y軸。然而，這不會在大體上改變設備的功能和運行以及本發(fā)明的效果。
[0098]在圖2中由場線50表不大體為磁梯度場的磁選擇場。它在生成選擇場的ζ線圈對16的(例如水平的)ζ軸22的方向上具有基本恒定的梯度，并在這個軸22上的等中心24中達到零值。從這個無場點(圖2中未逐個示出)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的增大而增大。在由圍繞等中心24的虛線表示的第一子區(qū)或區(qū)域52內(nèi)，場強小到未使第一子區(qū)52內(nèi)存在的顆粒的磁化飽和，而(區(qū)域52之外的)第二子區(qū)54內(nèi)存在的顆粒的磁化則處于飽和狀態(tài)。在第二子區(qū)54中(即，在掃描器視場28的處于第一子區(qū)52以外的剩余部分中)，所述選擇場的磁場強度充分強到使磁性顆粒保持飽和狀態(tài)。
[0099]通過改變視場28中的兩個子區(qū)52、54(包括無場點在內(nèi))的位置，使視場28中的(總體)磁化發(fā)生改變。通過確定視場28中的磁化以及受磁化影響的物理參數(shù)，能夠獲得有關視場28中的磁性顆粒的空間分布的信息。為了改變視場28中的兩個子區(qū)52、54(包括所述無場點在內(nèi))的相對空間位置，向選擇場50疊加額外的磁場，即，磁驅(qū)動場以及磁聚焦場(如果適用的話)。
[0100]為了生成所述驅(qū)動場，使時間相關的電流Id1流經(jīng)兩個X線圈12，使時間相關的電流Id2流經(jīng)兩個y線圈14，并且使時間相關的電流Id3流經(jīng)兩個ζ線圈16。因此，三個線圈對中的每對都起著平行圓形線圈對的作用。類似地，為了生成所述聚焦場，使時間相關的電流If1流經(jīng)兩個X線圈12，使時間相關的電流If2流經(jīng)兩個y線圈14，并且使時間相關的電流If3流經(jīng)兩個ζ線圈16。
[0101]應注意，ζ線圈對16很特殊:其不僅生成其在驅(qū)動場和聚焦場內(nèi)的份額，還生成選擇場(當然，在其他實施例中可以提供單獨的線圈)。流經(jīng)P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的原因，三個線圈對12、14、16得到了很好的去耦。這一點是想要的。
[0102]所述選擇場是由反平行圓形線圈對生成的，其圍繞ζ軸旋轉(zhuǎn)對稱，并且其ζ分量沿ζ近乎呈線性，并且在圍繞等中心24的可觀體積中與X和y無關。具體而言，選擇場在等中心處具有單個無場點(FFP)。相反，由所述平行圓形線圈對生成的對驅(qū)動場和聚焦場的貢獻在圍繞等中心24的可觀體積內(nèi)近乎空間均勻，并且與相應的線圈對的軸平行。由所有的三個平行圓形線圈對共同生成的驅(qū)動和聚焦場是近乎空間均勻的，并且能夠被賦予任何方向和強度，直至特定最大強度。所述驅(qū)動和聚焦場也是時間相關的。聚焦場和驅(qū)動場之間的差異在于，聚焦場在時間上變化緩慢，并可以具有大幅度，而驅(qū)動場變化迅速且具有小幅度。出于物理學和生物醫(yī)學的原因?qū)@些場做不同處理?？焖僮兓木哂写蠓鹊膱鲭y以生成，而且對患者具有潛在的危險。
[0103]在實際的實施例中，能夠?qū)FP視為數(shù)學點，假設在該點上磁場為零。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，取決于設備的具體布局)。只要磁場強度低于使磁性顆粒進入飽和狀態(tài)所需的場強，顆粒就對設備測量的信號的信號生成有主動貢獻；否則，顆粒飽和，不生成任何信號。 [0104]MPI掃描器的實施例10具有平行圓形線圈的至少另外的對，優(yōu)選另外三對，同樣使它們沿x、y、z軸取向。圖1中未示出的這些線圈對充當接收線圈。與用于驅(qū)動和聚焦場的線圈對12、14、16的情況一樣，由通過這些接收線圈對之一流動的恒定電流生成的磁場在視場內(nèi)近乎空間均勻，并且與相應的線圈對的軸平行。接收線圈應當是解耦良好的。在接收線圈中感生的時間相關的電壓由附著于這個線圈的接收器放大并采樣。更確切地說，為了應對這個信號的巨大動態(tài)范圍，所述接收器對接收的信號和參考信號之間的差異進行采樣。所述接收器的傳遞函數(shù)從零赫茲(DC) —直到預期信號水平降至噪聲水平以下的頻率都是非零的?；蛘撸琈PI掃描器不具有專用接收線圈。而是使用驅(qū)動場發(fā)射線圈作為接收線圈。
[0105]圖1所示的MPI掃描器的實施例10具有沿ζ軸22，即沿選擇場的軸的圓柱形膛26。所有的線圈都放在該腔膛26之外。對于數(shù)據(jù)采集而言，將所要成像的患者(或?qū)ο?安置到膛26中，使得患者的感興趣體積(患者(或?qū)ο?的將被成像的體積)被掃描器的視場28包圍，所述視場是掃描器能夠?qū)ζ鋬?nèi)容進行成像的掃描器的體積。例如，將患者(或?qū)ο?置于患者臺上。視場28是膛26內(nèi)部的從幾何學的角度來看簡單的等中心體積，例如，立方體、球體、圓柱體或任意形狀。圖1示出了立方體視場28。
[0106]第一子區(qū)52的尺寸取決于磁選擇場的梯度的強度，并且取決于達到飽和所需的磁場的場強，而場強又取決于磁性顆粒。為了使典型磁性顆粒在80A/m的磁場強度和總計50X 103A/m2的磁選擇場的場強的(沿給定空間方向的)梯度下充分飽和，其中的顆粒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的尺度。
[0107]假定患者的感興趣體積含有磁性納米顆粒。在(例如)腫瘤的診斷成像之前，借助(例如)注射到患者(對象)體內(nèi)或者患者(例如)口服的包括磁性顆粒的液體將磁性顆粒帶到所述感興趣體積。
[0108]一般而言，存在各種用于將磁性顆粒帶到視場中的方式。具體而言，就要將磁性顆粒引入其體內(nèi)的患者而言，能夠利用手術方法和非手術方法施用所述磁性顆粒，既有需要專家(例如，醫(yī)療從業(yè)人員)的方法，也有不需要專家的方法，例如，能夠由外行或普通人員或者患者本身實施的方法。在手術方法當中，存在潛在無風險和/或安全的例行介入，例如，其涉及諸如向血管中注射造影劑(如果將這樣的注射全然視作是一種手術方法)的有創(chuàng)步驟，即，存在不需要由相當專業(yè)的醫(yī)療專家執(zhí)行的，而且不涉及嚴重的健康風險的介入。此外，還能夠應用諸如吞服或吸入的非手術方法。
[0109]一般而言，磁性顆粒是在執(zhí)行實際的數(shù)據(jù)采集步驟之前預先輸送或者預先施用的。然而，在實施例中，也能夠向視場內(nèi)輸送/施用另外的磁性顆粒。
[0110]磁性顆粒的實施例包括，例如，由例如玻璃制成的球形襯底，其設有具有例如5nm的厚度，由例如鐵鎳合金(例如坡莫合金)構成的軟磁層。可以借助例如涂層覆蓋這一層，所述涂層保護所述顆粒免受在化學和/或物理學上具有侵害性的環(huán)境的影響，例如，不受酸的影響。使這樣的顆粒的磁化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，顆粒的直徑、所述磁層所使用的磁性材料以及其他參數(shù)。
[0111]就這樣的磁性顆粒的例如10 μ m的直徑而言，需要大約800A/m的磁場(大約對應于ImT的通量密度)，而就100 μ m的直徑而言,80A/m的磁場就足夠了。在選擇具有較低飽和磁化強度的材料的涂層時或者在降低所述層的厚度時甚至獲得了更小的值。
[0112]在實踐中，常常使用市場上可買到的名為Resovist的磁性顆粒(或類似磁性顆粒)，其具有磁性材料核心或被形成為整塊球體且直徑在納米范圍內(nèi)，例如40或60nm。
[0113]為了獲得一般可用的磁性顆粒和顆粒成分的更多細節(jié)，可在此參考EP 1304542、WO 2004/091386、WO 2004/091390、WO 2004/091394、WO 2004/091395、WO 2004/091396、WO2004/091397,WO 2004/091398,WO 2004/091408的對應部分，通過引用將其并入本文。在這些文獻中還能夠找到一般的MPI方法的更多細節(jié)。
[0114]在數(shù)據(jù)采集期間，x、y、z線圈對12、14、16生成位置和時間相關的磁場，即外加場。這一目的是通過引導適當?shù)碾娏魍ㄟ^場發(fā)生線圈實現(xiàn)的。實際上，驅(qū)動和聚焦場擺布選擇場，使得FFP沿描出掃描體積(為視場的超集)的預選FFP軌跡移動。所述外加場對患者體內(nèi)的磁納米顆粒定向。隨著外加場的變化，所得的磁化也變化，但其非線性地響應外加場。變化的外加場和變化的磁化之和將感生出跨越沿Xk軸的接收線圈對的端子的時間相關的電壓\。相關聯(lián)的接收器將這一電壓轉(zhuǎn)換成信號Sk，并對其進一步處理。
[0115 ]與圖1所示的第一實施例10類似，圖3所示的MPI掃描器的第二實施例30具有三個圓形的相互正交的線圈對32、34、36，但是這些線圈對32、34、36將只生成選擇場和聚焦場。利用鐵磁材料37填充同樣生成選擇場的z線圈36。本實施例30的z軸42具有垂直取向，而X和y軸38、40具有水平取向。掃描器的膛46平行于x軸38，并因此垂直于選擇場的軸42。驅(qū)動場由沿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。這些線圈繞形成膛的管纏繞。驅(qū)動場線圈還充當接收線圈。[0116]給出這種實施例的一些典型參數(shù):選擇場的ζ梯度G具有強度G/= 2.5T/m，其中，μ。為真空磁導率。驅(qū)動場的時間頻率譜集中于25kHz (直到大約150kHz)附近的窄頻帶中。接收到的信號的有用頻譜處于50kHz和IMHz之間(最終可高達大約15MHz)。所述膛具有120mm的直徑。擬合到膛46中的最大立方體28邊長為120mm/ V 2 ^ 84mm。
[0117]由于場發(fā)生線圈的構造一般是本領域已知的，例如，是磁共振成像領域已知的，因而文中將不再對這一主題加以詳述。
[0118]在用于生成選擇場的備選實施例中，能夠使用永久磁鐵(未不出)。在這樣的(相對的)永磁體(未示出)的兩極之間的空間中形成了與圖2所示的類似的磁場，亦即，這時相對的極具有相同的極性。在另一備選實施例中，能夠通過至少一個永磁體和至少一個線圈的混合來生成選擇場。
[0119]圖4示出了 MPI裝置200、300的大體外側布局的兩個實施例。圖4A示出了所提出的包括兩個選擇和聚焦場線圈單元210、220的MPI裝置200的實施例，兩個選擇和聚焦場線圈單元基本等同，并且被布置在形成于其間的檢查區(qū)域230的相對兩側上。此外，驅(qū)動場線圈單元240被布置到圍繞患者(未示出)的感興趣區(qū)域放置的選擇和聚焦場線圈單元210、220之間。選擇和聚焦場線圈單元210、220包括幾個選擇和聚焦線圈，以生成代表上文解釋的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優(yōu)選包括等同的選擇和聚焦場線圈組。下文將解釋所述選擇和聚焦場線圈的細節(jié)。
[0120]驅(qū)動場線圈單 元240包括用于生成磁驅(qū)動場的多個驅(qū)動場線圈。這些驅(qū)動場線圈可以包括幾對驅(qū)動場線圈，尤其是用于沿三個空間方向中的每個生成磁場的一對驅(qū)動場線圈。在實施例中，驅(qū)動場線圈單元240包括針對兩個不同的空間方向的兩對鞍形線圈和用于沿患者的縱軸生成磁場的螺線管。
[0121]一般將選擇和聚焦場線圈單元210、220安裝到固定單元(未示出)或室壁上。優(yōu)選地，在選擇和聚焦場線圈單元210、220包括用于承載相應的線圈的極靴的情況下，所述固定單元不僅對所述選擇和聚焦場線圈單元210、220進行機械固持，而且還提供了連接兩個選擇和聚焦場線圈單元210、220的極靴的磁通量路徑。
[0122]如圖4A所示，兩個選擇和聚焦場線圈單元210、220每個包括用于從驅(qū)動場線圈單元240的驅(qū)動場線圈生成的磁場屏蔽所述選擇和聚焦場線圈的屏蔽層211、221。
[0123]在圖4B所示的MPI裝置201的實施例中，只提供了單個選擇和聚焦場線圈單元220以及驅(qū)動場線圈單元240。一般而言，單個選擇和聚焦場線圈單元足以生成所需的組合的磁選擇和聚焦場。因此，可以將所述單個選擇和聚焦場線圈單元220集成到安置要接受檢查的患者的患者臺(未示出)中。優(yōu)選地，驅(qū)動場線圈單元240的驅(qū)動場線圈可以預先被布置到患者身體周圍，例如，作為柔性線圈單元。在另一種實施方式中，驅(qū)動場線圈單元240能夠是開放的，例如，可分成如圖4b沿軸向示出的分隔線243、244所指示的兩個子單元241、242，使得患者能夠置于其間，之后驅(qū)動場線圈子單元241、242能夠耦合到一起。
[0124]在MPI裝置的另一實施例中，甚至可以提供更多的選擇和聚焦場線圈單元，其優(yōu)選地根據(jù)圍繞檢查區(qū)域230的均勻分布被布置。然而，選擇和聚焦場線圈單元使用得越多，檢查區(qū)域的用于將患者置于其內(nèi)并且允許醫(yī)療輔助人員或醫(yī)生在檢查期間觸及患者本身的可進入性的受限程度就越高。
[0125]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的MPI裝置100的大體框圖。除非另作說明，上文解釋的磁性顆粒成像的一般原理對于本實施例也是有效且適用的。
[0126]圖5所示的裝置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。
[0127]為了生成組合的磁選擇和聚焦場，提供選擇和聚焦器件110。所述磁選擇和聚焦場具有其磁場強度的空間圖案，使得在視場28中形成具有不使磁性顆粒的磁化飽和的低磁場強度的第一子區(qū)(圖2中的52)以及具有使磁性顆粒的磁化飽和的較高磁場強度的第二子區(qū)(圖4中的54)，所述視場是檢查區(qū)域的一小部分，它是通過常規(guī)方式利用磁選擇場獲得的。此外，利用磁選擇和聚焦場，能夠改變視場28在檢查區(qū)域230內(nèi)的空間位置，就像以常規(guī)方式利用磁聚焦場完成的那樣。
[0128]選擇和聚焦器件110包括至少一組選擇和聚焦場線圈114，還包括選擇和聚焦場發(fā)生器單元112，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(表示圖4A、4B所示的選擇和聚焦場線圈單元210、220之一)的選擇和聚焦場電流，以控制所述磁選擇和聚焦場的生成。優(yōu)選為所述至少一組選擇和聚焦場線圈114的每個線圈元件(或者每對線圈元件)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包括可控電流源(一般包括放大器)和濾波單元，它們向相應的線圈元件提供場電流，從而單獨設置每個線圈對所述磁選擇和聚焦場所做貢獻的梯度強度和場強度。應注意，也能夠省略濾波單元114。
[0129]為了生成所述磁驅(qū)動場，裝置100還包括驅(qū)動器件120，驅(qū)動器件120包括驅(qū)動場信號發(fā)生器單元122和一組驅(qū)動場線圈124(表示圖4A、4B所示的驅(qū)動線圈單元240)，以借助磁驅(qū)動場改變所述視場中的兩個子區(qū)的空間位置和/或尺寸，從而使磁性材料的磁化發(fā)生局部改變。如上所述，所述驅(qū)動場線圈124優(yōu)選包括相對布置的兩對鞍形線圈125、126和一個螺線管127。其他實施方式，例如，三對選取元件也是可能的。
[0130]驅(qū)動場信號發(fā)生器單元122優(yōu)選包括用于所述的一組驅(qū)動場線圈124中的每個線圈元件(或者至少每對線圈元件)的單獨驅(qū)動場信號發(fā)生子單元。所述驅(qū)動場信號發(fā)生器單元122優(yōu)選包括驅(qū)動場電流源(優(yōu)選包括電流放大器)和濾波單元(就本發(fā)明而言其也可以省略)，以向相應的驅(qū)動場線圈提供時間相關的驅(qū)動場電流。
[0131]優(yōu)選通過控制單元150控制選擇和聚焦場信號發(fā)生器單元112和驅(qū)動場信號發(fā)生器單元122，所述控制單元優(yōu)選控制選擇和聚焦場信號發(fā)生器單元112，使得所述選擇場的所有空間點的場強之和以及梯度強度之和被設定到預定水平上。出于這一目的，也能夠由用戶根據(jù)MPI裝置的期望應用為控制單元150提供控制指令，然而根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選將其省略。
[0132]為了使用MPI裝置100確定磁性顆粒在檢查區(qū)域(或者檢查區(qū)域內(nèi)的感興趣區(qū)域)內(nèi)的空間分布，尤其是獲得所述感興趣區(qū)域的圖像，提供了具體為接收線圈的信號檢測接收器件以及接收由接收器件148檢測到的信號的信號接收單元140。優(yōu)選在實踐中提供三個接收線圈148和三個接收單元140，即每個接收線圈一個接收單元，但是也能夠使用三個以上的接收線圈和接收單元，在這種情況下，所采集到的檢測信號不是三維的，而是K維的，其中，K是接收線圈的數(shù)量。
[0133]所述信號接收單元140包括用于對所接收到的檢測信號進行濾波的濾波單元142。這種濾波的目的是將檢查區(qū)域中磁化導致的測量值與其他干擾信號分開，檢查區(qū)域中的磁化受到兩個部分區(qū)域(52、54)的位置變化的影響。為此，可以將濾波單元142設計為例如使得時間頻率小于接收線圈148工作的時間頻率或小于這些時間頻率兩倍的信號不通過濾波單元142。之后將所述信號經(jīng)由放大單元144發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器146 (ADC)。
[0134]將模數(shù)轉(zhuǎn)換器146產(chǎn)生的數(shù)字化信號饋送至圖像處理單元(又稱為重建器件)152，所述圖像處理單元從這些信號以及各自的位置來重建磁性顆粒的空間分布，所述各自的位置是檢查區(qū)域中第一磁場的第一部分區(qū)域52在相應信號的接收期間假設所處的位置，并且是由圖像處理單元152從控制單元150處獲得的。最后將所重建的磁性顆粒的空間分布經(jīng)由控制器件150傳輸至計算機154，計算機154將其顯示在監(jiān)視器156上。因此，能夠顯示表明磁性顆粒在檢查區(qū)域的視場中的分布的圖像。
[0135]在MPI裝置100的其他應用中，例如，用于影響磁性顆粒(例如，用于高熱癥治療)或者用于移動磁性顆粒(例如，附著至導管，從而移動導管，或者附著至藥物，從而使藥物移動至特定位置)，接收器件也可以被省略或者簡單地不被使用。
[0136]此外，可以任選地提供輸入單元158，例如，鍵盤。因此，用戶可以能夠設置最高分辨率的期望方向，繼而在監(jiān)視器156上接收作用區(qū)域的相應圖像。如果所述的需要最高分辨率的關鍵方向偏離了用戶首先設置的方向，那么用戶仍然能夠手動改變方向，以便產(chǎn)生另一幅具有提高的成像分辨率的圖像。還能夠由控制單元150和計算機154自動操作這一分辨率提高過程。本實施例中的控制單元150設置第一方向上的梯度場，所述方向是自動估計的或者是由用戶作為起始值設定的。之后逐步改變梯度場的方向，直到由此接收到的圖像的通過計算機154比較的分辨率最大，并且相應地無法進一步提高。因此能夠發(fā)現(xiàn)最關鍵方向相應地自動被調(diào)整，以便接收最高可能的分辨率。
[0137]盡管根據(jù)本 發(fā)明通常將選擇場線圈和聚焦場線圈實施為獨立元件，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包括被形成為圍繞內(nèi)側線圈軸115a的閉環(huán)的至少一個內(nèi)側選擇和聚焦場線圈115以及至少兩個外側選擇和聚焦場線圈116、117的組,至少兩個外側選擇和聚焦場線圈116、117與所述至少一個內(nèi)側選擇和聚焦場線圈115相比，被布置為與內(nèi)側線圈軸115a的距離更大，并且處于不同的角位置上，每個被形成為圍繞相關聯(lián)的外側線圈軸116a、117a的閉環(huán)，如在示出了垂直橫截面的圖6A和6B中所示的。優(yōu)選地，提供兩個額外的外側選擇和聚焦場線圈118、119，每個被形成為圍繞相關聯(lián)的外側線圈軸118a、119a的閉環(huán)，如由圖6B中的虛線指示的。
[0138]根據(jù)本發(fā)明，一般能夠使所述選擇和聚焦場器件僅包括圖6所示的各種線圈。然而，根據(jù)本發(fā)明，所述選擇和聚焦場器件優(yōu)選是一個或多個極靴的形式的磁性材料，尤其是軟磁性材料與電磁線圈的組合。所述至少一個極靴用于磁通量的傳導，因此用于提高所需的磁場的生成。
[0139]圖7和圖8示出了極靴布置的實施例，其中，圖7A和7B示出了貫穿極靴布置300的兩個垂直橫截面，并且圖8示出了極靴布置300的透視圖。在極靴布置300的這一實施例中，提供兩個極靴310、320，兩個極靴310、320經(jīng)由機械承載并機械耦合兩個極靴310、320的極靴支座330被連接。盡管在這些附圖中示出的極靴310、320在這一實施例中將具有這里示出的幾何特性，但是這里示出的極靴支座330的具體形狀只是簡單的范例，而針對實際應用的具體形狀將由諸如所要求的穩(wěn)定性的構造參數(shù)來確定。
[0140]如圖7和圖8所示，每個極靴310、320分別包括至少一個，在這一實施例中為兩個內(nèi)側極靴段311、312以及321、322，并且分別包括至少兩個，在這一實施例中為四個外側極靴段313-316和323-326。此外，每個極靴310、320分別包括連接同一極靴的各個極靴段的極靴軛317和327。
[0141]共同的極靴的所有極靴段均圍繞公共的內(nèi)側線圈軸115a被同軸布置，其中，第二內(nèi)側極靴段312、321被布置為圍繞相應的內(nèi)側極靴段311、321的環(huán)。外側極靴段313-316和323-326每個分別被設計為環(huán)段的形式，所述環(huán)段被布置在內(nèi)側線圈軸115a周圍的相同距離處，但是具有不同的角位置，如圖7B所示。
[0142]這樣的極靴布置(在所述布置上，選擇和聚焦場線圈的各個線圈被布置為下文將示出并解釋的)有利于取得所述選擇和聚焦場線圈(第一子區(qū)52)的期望移動。對外側極靴段的分段尤其有利于FFP沿X和y方向的移動，這里分為兩個到四個段(一般為至少兩個段，但是更多的段也是可能的)。 [0143]在實際的實施方式中，內(nèi)側極靴段311、321 (沿z方向)之間的距離(Ii至少要大到患者以及驅(qū)動場線圈能夠被布置于其間。這意味著距離Cli應當至少為40cm，優(yōu)選至少為45cm。外側極靴段b之間的距離d。能夠略小，因為其間一般不布置任何驅(qū)動場線圈。因此，距離d。應當至少為25cm,優(yōu)選至少40cm。
[0144]所述極靴一般由軟磁性材料制成。優(yōu)選地，兩個內(nèi)側極靴段311、312和321、322(分別地)以及頭部313h-314h和323h_324h(參考圖7A:在該圖中沒有明確示出另外的外側極靴段的頭部)由軟磁性材料制成，并且具有高飽和感應強度，具體而言，由以下制成:FeCo、Fe、Dy、Gd或其合金,例如,Fe49Vh9Co49 (例如已知的商標名為Vacoflux48的材料)。或者，可以使用FeNi，但是這種材料具有較低的飽和感應強度。優(yōu)選地，所述外側極靴段的背離檢查區(qū)域的尾部313t、314t和323t、324t (外側極靴段315或316、325、326的尾部沒有明確示出)以及所述極靴軛由相同的材料制成。然而，出于成本的原因，能夠用飽和感應強度低于內(nèi)側頭部極靴段的材料的軟磁性材料制作它們，具體而言能夠由以下材料制作它們:FeS1、FeN1、坡莫合金或其合金,例如，F(xiàn)e73.SCu1Nb3Si15 5B7(通常稱為Nanoperm)。
[0145]圖9示出了貫穿選擇和聚焦場線圈布置400的實施例的兩個垂直橫截面，該布置中的各個選擇和聚焦場線圈被安裝到極靴布置300上，如圖7和圖8所示的。
[0146]圖10示出了單個選擇和聚焦場線圈子單元410的放大圖，將使用該圖說明其更多的細節(jié)。第一內(nèi)側極靴段311承載被形成為圍繞所述第一內(nèi)側極靴段311的第一內(nèi)側選擇和聚焦場線圈115。第二內(nèi)側選擇和聚焦場線圈113被形成為由第二內(nèi)側極靴段312承載的另一環(huán)形線圈，而所述第二內(nèi)側極靴段本身則被形成為圍繞所述第一內(nèi)側選擇和聚焦場線圈115的環(huán)。四個外側選擇和聚焦場線圈116、117 (在圖9和圖10中僅示出了兩個外側選擇和聚焦場線圈；在圖9和圖10中沒有示出另外兩個選擇和聚焦場線圈)由相應的外側極靴段313、314、315、316承載。使所述外側選擇和聚焦場線圈116、117中的每個纏繞其相關聯(lián)的外側極靴段313、314、315、316，使得電流圍繞相應的外側極靴段流動。每個外側極靴段313、314、315、316均為被布置在圍繞內(nèi)側線圈軸115a的不同角位置上的環(huán)段的形式。
[0147]因此，圖9A所示的選擇和聚焦場線圈布置400總共包括十二個選擇和聚焦場線圈，六個線圈(線圈113、115-119)位于上方選擇和聚焦場線圈子單元410中，并且六個線圈(線圈133、135、136 ;其余兩個線圈在圖9A中看不到)位于下方選擇和聚焦場線圈子單元420中。然而，應當僅僅將這一數(shù)量理解為示范性數(shù)量。其他數(shù)量也是可能的。一般而言，期望有至少六個，優(yōu)選至少八個選擇和聚焦場線圈單元。
[0148]優(yōu)選地，為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，使得能夠通過向選擇和聚焦場線圈提供單獨的電流而對每個選擇和聚焦場線圈單獨地進行控制。然而，也能夠?qū)⑦x擇和聚焦場線圈耦合到一起，并為其提供公共電流，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，為兩個外側選擇和聚焦場線圈116和117提供公共電流。類似地，將其他兩個外側選擇和聚焦場線圈耦合到一起。這意味著，對于這樣的選擇和聚焦場線圈布置而言，總共需要八個選擇和聚焦場發(fā)生器子單元。
[0149]在另一實施例中，將兩個不同的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耦合到一起，并為其提供公共電流。例如，可以將右手側的兩個(圖9中)外側選擇和聚焦場線圈耦合到一起，并為其提供等同電流。對于其他的外側選擇和聚焦場線圈這同樣成立。
[0150]優(yōu)選地，根據(jù)實施例，所述選擇和聚焦場線圈中的一個或多個被分裂成至少兩個，尤其是至少四個線圈段，其中，線圈的線圈段被布置為沿相關聯(lián)的線圈軸的方向(如果所有的線圈軸與圖示的實施例中一樣是平行的，那么這意味著沿內(nèi)側線圈軸115a的方向)彼此相鄰，并且其中，使相鄰線圈段電連接。優(yōu)選地，如圖9和圖10所示，如圖9A和圖10中的多條線圈樣本劃分線指示地，所有的選擇和聚焦場線圈被分裂成幾個線圈段。
[0151]例如，第一內(nèi)側選擇和聚焦場線圈115被分裂成由圖10中的字母A、B、C、D指示的四個線圈段。類似 地，第二內(nèi)側選擇和聚焦場線圈113以及各個外側選擇和聚焦場線圈116、117被分裂成由字母A、B、C等指示的多個線圈段。
[0152]這種將選擇和聚焦場線圈分裂成幾段能夠?qū)崿F(xiàn)沿相應的選擇和聚焦場線圈的不同電流密度。作為示范性實施例，下表總結了每個線圈段的最大電流密度。電流密度的這些示范值是從考慮了選擇和聚焦場線圈的不同位置需要處于不同線圈中的大電流的模擬運行中獲得的?？偟膩碇v，總電功率為-100kW。第一內(nèi)側選擇和聚焦場線圈中的最大功率是49kW，同時不超過38kW的功率用于第二內(nèi)側選擇和聚焦場線圈中的電流。在外側選擇和聚焦場線圈的每個中，耗散不超過20kW。
【權利要求】
1.一種用于檢測視場(28)中的磁性顆粒的裝置(100)，所述裝置包括: -包括選擇場信號發(fā)生器單元(110)和選擇場元件(116)的選擇器件，所述選擇器件用于生成具有其磁場強度的空間團的磁選擇場(50)，使得在所述視場(28)中形成具有低磁場強度的、所述磁性顆粒的磁化不飽和的第一子區(qū)(52)和具有較高磁場強度的、所述磁性顆粒的磁化飽和的第二子區(qū)(54)， -包括驅(qū)動場信號發(fā)生器單元(122)和驅(qū)動場線圈(124;125、126、127)的驅(qū)動器件(120)，所述驅(qū)動器件借助磁驅(qū)動場來改變所述視場(28)中的兩個所述子區(qū)(52、54)的空間位置，使得磁性材料的磁化發(fā)生局部改變， -包括至少一個信號接收單元(140)和至少一個接收線圈(148)的接收器件，所述接收器件用于采集檢測信號，所述檢測信號取決于所述視場(28)中的磁化，所述磁化受所述第一子區(qū)(52)和所述第二子區(qū)(54)的空間位置的改變的影響，以及 -重建器件(152)，所述重建器件用于從檢測信號重建所述視場(28)的圖像，所述檢測信號包括多個頻率分量，其中，一個或多個頻率分量利用從背景信號測量獲得的頻率分量特異性信號品質(zhì)因數(shù)被選擇和/或被加權，并且其中，僅選擇和/或加權的頻率分量被用于所述圖像的重建。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述重建器件(152)適于利用信號品質(zhì)閾值選擇頻率分量，其中，僅 具有高于所述信號品質(zhì)閾值的信號品質(zhì)因數(shù)的那些頻率分量被選擇。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述重建器件(152)適于對所有或選擇的頻率分量通過其頻率分量特異性信號品質(zhì)因數(shù)進行加權。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置適于執(zhí)行夾雜著系統(tǒng)功能測量的背景信號測量，并適于從所述背景信號測量導出所述信號品質(zhì)因數(shù)。
5.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其中，所述裝置適于在比系統(tǒng)功能測量更長的時間間隔期間執(zhí)行背景信號測量。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的裝置，其中，所述重建器件(152)適于通過從所述背景信號測量確定頻率特異性背景信號并從系統(tǒng)功能測量的對應頻率分量減去這些頻率特異性背景信號，而從所述系統(tǒng)功能測量去除緩慢變化的背景信號。
7.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其中，所述重建器件(152)適于對所述背景信號測量進行內(nèi)插并適于使用所內(nèi)插的背景信號測量來確定所述頻率特異性背景信號。
8.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其中，所述裝置適于重復進行夾雜著系統(tǒng)功能測量的所述背景信號測量，并適于對所獲得的背景信號測量進行平均，并且其中，所述重建器件(152)適于從所述經(jīng)平均的所述背景信號測量確定所述頻率特異性背景信號。
9.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其中，所述裝置適于在以不同的時間比例重復進行所述背景信號測量。
10.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其中，所述裝置適于在接收檢測信號以重建所述視場的圖像之前和/或之后執(zhí)行所述背景信號測量。
11.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述裝置適于執(zhí)行校準測量，其中，在磁性樣本被移動通過所述視場的同時第一校準測量被執(zhí)行，并且在所述視場中無任何磁性材料的情況下第二校準測量被執(zhí)行。
12.根據(jù)權利要求1所述的裝置(100)，包括:包括所述選擇器件的選擇和聚焦器件(120)，所述選擇和聚焦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)之內(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(114;113、115-119)以及選擇和聚焦場發(fā)生器單元(I 12)，所述選擇和聚焦場發(fā)生器單元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)側選擇和聚焦場線圈(113、115)，在為第一內(nèi)側選擇和聚焦場線圈(115)時，被形成為圍繞內(nèi)側線圈軸(115a)的閉環(huán)，以及 -至少兩個外側選擇和聚焦場線圈(116-119)的組,所述至少兩個外側選擇和聚焦場線圈被布置為與所述至少一個內(nèi)側選擇和聚焦場線圈(113、115)相比，距所述內(nèi)側線圈軸(115a)的距離更大且被布置在不同的角位置處，所述至少兩個外側選擇和聚焦場線圈的每個均被形成為圍繞相關聯(lián)的外側線圈軸(116a_119a)的閉環(huán)。
13.一種用于檢測視場(28)中的磁性顆粒的方法，所述方法包括: -生成具有其磁場強度的空間圖案的磁選擇場(50)，使得在所述視場(28)中形成具有低磁場強度的、所述磁性顆粒的磁化不飽和的第一子區(qū)(52)和具有較高磁場強度的、所述磁性顆粒的磁化飽和的第二子區(qū)(54)， -借助磁驅(qū)動場來改 變所述視場(28)中的兩個所述子區(qū)(52、54)的空間位置，使得磁性材料的磁化發(fā)生局部改變， -采集檢測信號，所述檢測信號取決于所述視場(28)中的磁化，所述磁化受所述第一子區(qū)(52)和所述第二子區(qū)(54)的空間位置的改變的影響，以及 -從檢測信號重建所述視場(28)的圖像，所述檢測信號包括多個頻率分量，其中，一個或多個頻率分量利用從背景信號測量獲得的頻率分量特異性信號品質(zhì)因數(shù)被選擇和/或被加權，并且其中，僅選擇和/或加權的頻率分量被用于所述圖像的重建。
14.一種包括程序代碼段的計算機程序，在所述計算機程序在計算機上執(zhí)行時，所述程序代碼段令所述計算機控制根據(jù)權利要求1所述的裝置以執(zhí)行根據(jù)權利要求13所述的方法步驟。
【文檔編號】G01R33/12GK103997958SQ201280061250
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月14日 優(yōu)先權日:2011年12月15日
【發(fā)明者】J·E·拉米爾, B·格萊希, J·魏岑?？? 申請人:皇家飛利浦有限公司