[发明专利]用于探测和/或定位作用区域中的磁性材料的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于探测和/或定位作用区域中的磁性材料的设备。本发明还涉及对应的方法和用于控制该设备的计算机程序。

背景技术

从德国专利申请DE10151778A1已知此种设备。在该公开中描述的设备中，首先，生成具有磁场强度的空间分布的磁场，使得具有相对低的磁场强度的第一子区和具有相对高的磁场强度的第二子区形成于检查区中。然后移动检查区域中的子区在空间中的位置，使得局部改变检查区中的粒子的磁化(magnetization)。记录取决于检查区中的磁化的信号，该磁化已受到子区的空间中的位置移动的影响，并且从这些信号提取关于检查区中的磁性粒子的空间分布的信息，使得能够形成检查区的图像。该设备具有的优点是，其能够用于以非毁坏方式、且不引起任何损伤、并以高空间分辨率来检查任意检查对象，例如人体，既可以靠近检查对象的表面进行检查，也可以远离检查对象的表面进行检查。

从Gleich，B.和Weizenecker，J.(2005)，“Tomographic imaging using thenonlinear response of magnetic particles”，nature，vol.435，2005年6月30日，pp.1214-1217已知类似的设备和方法。该公开中描述的用于磁性粒子成像(MPI)的设备和方法利用小磁性粒子的非线性磁化曲线。

MPI是用于对磁性纳米粒子的分布进行成像的方法，其结合高灵敏度和快速动态成像的能力，使得其成为用于医学成像应用的有前景的候选者。MPI应用基于局域化的激发过程的动态移位的信号编码的新方法，并且容许快速的体成像。然而，与诸如MRI和CT的已建立的成像形式相比，还没有发现简单的数学变换以根据获取的数据重建图像。因此，MPI图像重建需要描述系统对粒子的给定空间分布的响应，即将粒子位置绘制为频率响应，的“系统函数”的知识。为了解决重建问题，需要对系统函数求逆(invert)，通常需要一些正则化方案(regularization scheme)。

通过测量对应于图像像素或体素(voxel)的数量的大数量的空间位置处的点状样品的磁化响应，能够实验上确定系统函数。此校准程序需要非常长的获取时间并且还提供受噪声污染的系统函数。归因于系统函数矩阵的大的大小，解决求逆重建问题也是非常耗时的并且需要大量的计算机内存。

发明内容

本发明的目的是提供用于探测和/或定位作用区域中的磁性材料的设备和方法，通过该设备和方法，需要较少的用于获取系统函数的系统函数数据和/或用于图像重建的时间，和/或通过该设备和方法，需要较少的用于存储系统函数的系统函数数据的存储空间。

在本发明的第一方面，描绘了一种如权利要求1中限定的设备，包括：

-选择装置，用于生成磁选择场，所述磁选择场具有其自己的磁场强度在空间中的图案，使得具有低磁场强度的第一子区和具有较高磁场强度的第二子区形成于所述作用区域中，

-驱动装置，用于借助于磁驱动场来改变所述作用区域中的所述两个子区在空间中的位置，使得所述磁性材料的磁化局部地改变，

-接收装置，用于获取探测信号，所述探测信号依赖于所述作用区域中的磁化，所述磁化受到所述第一子区和所述第二子区在空间中的位置的改变的影响，

-存储装置，用于存储所述设备的系统函数的系统函数数据的子集，所述系统函数包括系统函数数据集，所述系统函数数据集描述以下量之间的关系：所述磁性材料的空间位置、所述设备的系统响应、以及所述第一子区为获取所述系统函数数据而移动的轨迹，以及

-重建装置，用于使用关于所述系统函数的结构的附加知识，根据所述探测信号和所述系统函数数据的所存储的子集来重建所述作用区域中的所述磁性材料的空间分布。

在本发明的第二方面，描绘了一种如权利要求12中限定的设备，包括：

-选择装置，用于生成磁选择场，所述磁选择场具有其自己的磁场强度在空间中的图案，使得具有低磁场强度的第一子区和具有较高磁场强度的第二子区形成于所述作用区域中，

-驱动装置，用于借助于磁驱动场来改变所述作用区域中的所述两个子区在空间中的位置，使得所述磁性材料的磁化局部地改变，

-接收装置，用于获取探测信号，所述探测信号依赖于所述作用区域中的磁化，所述磁化受到所述第一子区和所述第二子区在空间中的位置的改变的影响，