[发明专利]用于确定至少一个电磁量的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定至少一个电磁量的设备和对应方法。此外，本发明涉及用于在计算机上实现所述方法和控制这种设备的计算机程序。

背景技术

在医学成像中，使用生物组织的性质产生图像对比度。例如，对于不同类型的组织，电导率是不同的。因此，表征遍及人体至少一部分的传导率分布的传导率量对于区分人体的不同组织而言是重要的。例如，可以使用所述传导率量区分肿瘤和健康组织或心肌梗塞之后的坏死组织和存活组织。也可以使用所述传导率量支持与中风或脑出血相关的脑组织的表征。

已知有很多确定电磁量的方法。例如，使用一种称为“电阻抗断层成像”(EIT)的方法进行传导率测量，并从而用于确定传导率量。在这种方法中，将导电电极附接于要检查的人的皮肤并跨过电极施加电流。这种方法的重大缺点是附接电极需要大量时间。还有，空间分辨率不是非常高。

在WO 2007/017779A2中，描述了一种方法，称为使用MRI系统或MRI扫描器的“电磁性质断层成像”(EPT)。利用这种方法，可以确定遍及患者身体的介电常数的分布和/或电导率的分布。在这种方法中，施加激励电磁场以激励对象的自旋。从被激励对象采集磁共振信号。从采集的磁共振信号导出磁感应场强分布。此外，利用磁场和麦克斯韦方程计算与激励电磁场相关联的电场强度分布。从电场强度分布和磁感应场强分布计算介电常数分布和/或电导率分布。虽然在可以进行测量之前做准备所需的时间量相对较小，但是因为以下缺点，使用这种方法是受限制的：第一，激励电磁场的频率被固定到所涉及MR系统的所谓拉莫尔频率，这个频率显著高于大多数对应研究所需的频率。第二，因为对于MR系统不能旋转激励电磁场，所以仅能够针对非常少量的部分“可旋转”身体部分，像手、脚和头进行电导率各向异性的研究。第三，MR扫描器是相当昂贵的成像模态，尤其是由于对EPT而言它“仅仅”用于生成和测量磁场。

“磁性颗粒成像”(MPI)是新兴的医学成像模态。第一个版本的MPI是二维的，因为它们生成二维图像。将来版本将是三维(3D)的。如果在针对单个3D图像的数据采集期间对象不显著变化，可以通过将3D图像的时间序列组合到电影(movie)来生成非静态对象的时间相关性，或4D图像。

MPI是一种重建式成像方法，像计算机断层摄影成像(CT)或磁共振成像(MRI)那样。因此，分两步生成对象的感兴趣体积的MP图像。第一步被称为数据采集，是利用MPI扫描器执行的。MPI扫描器具有生成静态梯度磁场的装置，静态梯度磁场称为“选择场”，其在扫描器的等中心具有单个无场点(FFP)。此外，扫描器具有生成时间相关性、空间上接近均匀的磁场的装置。实际上，通过将称为“驱动场”的小振幅迅速变化的场与称为“聚焦场”的大振幅缓慢变化的场叠加来获得这种场。通过向静态选择场添加时间相关性驱动和聚焦场，可以在等中心周围的扫描体积内沿着预定FFP轨迹移动FFP。扫描器还具有一个或多个，例如三个接收线圈的布置，并且能够记录这些线圈中感应的任何电压。为了进行数据采集，将要成像的对象放在扫描器中，使得对象的感兴趣体积被扫描器的视场包围，感兴趣体积是扫描体积的子集。

对象必须包含磁性纳米颗粒；如果对象是动物或患者，在扫描之前为动物或患者施用含这种颗粒的造影剂。在数据采集期间，MPI扫描器沿着人为选择的轨迹引导FFP，该轨迹描绘出扫描体积，或至少描绘出视场。对象之内的磁性纳米颗粒经受变化的磁场并通过改变其磁化来做出响应。纳米颗粒变化的磁化在每个接收线圈中诱发时间相关性电压。在与接收线圈相关联的接收器中对这个电压进行采样。接收器输出的样本被记录并构成采集的数据。控制数据采集细节的参数构成扫描协议。

在图像生成的称为图像重建的第二步中，从第一步中采集的数据计算或重建图像。图像是离散的数据3D阵列，表示视场中磁性纳米颗粒的位置相关的浓度的采样近似。通常由执行适当计算机程序的计算机执行重建。计算机和计算机程序实现重建算法。重建算法基于数据采集的数学模型。像所有重建式成像方法那样，这种模型是一种作用于采集的数据的积分算子；重建算法尝试尽可能地取消该模型的作用。