[发明专利]在MPI装置中使用的磁性设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够由磁性粒子成像装置来定位和移动的磁性设备。本发明还涉及一种用于移动和定位这样的磁性设备的装置和方法。

背景技术

磁操纵是实现患者内的设备的无接触操纵的有前景的途径。范例是能够被引导进入期望的方向的磁性导管尖端或者能够局部地递送药物或收集信息的磁性药丸(magnetic pills)，例如磁性引导的胶囊内窥镜(MGCE)。这些途径实现更安全和更舒适的介入过程。然而，现有的磁操纵系统需要大的专用场施加器。例如，Carpi等人的“Controlled navigation of endoscopic capsules:Concept and preliminary experimental investigations”,IEEE Trans.Bio.Med.Eng.,第54卷，第11号，第2028-2036页(2007年11月)以及“Magnetic Maneuvering of Endoscopic Capsules by Means of a Robotic Navigation System”，IEEE Transactions on biomedical engineering第56卷，第5号(2009年5月)描述了一种被布置有磁性外壳的无线胶囊内窥镜，其用于由机器人磁性导航系统操纵和监视。

磁性粒子成像(MPI)是一种新兴的医学成像模态。第一版本的MPI由于其产生二维图像因而是二维的。较新版本的是三维的(3D)。假如在对于单个3D图像的数据采集期间对象没有显著变化，则通过将3D图像的时间序列组合为影片能够创建非静态对象的四维图像。

MPI是重建式成像方法，如计算机断层摄影(CT)或磁共振成像(MRI)。因此，对象的感兴趣体积的MP图像是通过两个步骤来生成的。第一步骤(也被称为数据采集)是使用MPI扫描器来执行的。MPI扫描器具有生成静态磁梯度场的器件，所述静态磁梯度场被称为“选择场”，其在扫描器的等中心处具有(单)无场点(FFP)或场自由线(FFL)。此外，该FFP(或者FFL；下文中提及“FFP”应被宽泛地理解为意味着FFP或FFL)由具有低磁场强度的第一子区包围，所述第一子区继而由具有较高磁场强度的第二子区包围。另外，扫描器具有用于生成时间相关的、空间中接近均匀磁场的器件。实际上，该场是通过将具有小的幅值的快速变化的场(被称为“驱动场”)以及具有大的幅值的缓慢变化的场(被称为“聚焦场”)叠加来获得的。通过将时间相关的驱动场和聚焦场添加到静态选择场上，可以将FFP沿预定的FFP路径贯穿围绕等中心的“扫描体积”移动。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。针对数据采集，要被成像的对象被放置于扫描器之内，使得对象的感兴趣体积被扫描器的视场包围，所述视场是扫描的体积的子集。

所述对象必须包括磁性纳米粒子或其他磁性非线性材料；如果所述对象为动物或患者，则在扫描之前将包括这样的粒子的造影剂施予给所述动物或患者。在数据采集期间，MPI扫描器沿描绘出/覆盖扫描的体积(或者至少视场)的仔细选择的路径来移动FFP。对象内的磁性纳米粒子经历变化的磁场并且通过改变其磁化来做出响应。纳米粒子的变化的磁场在每个接收线圈中感应时间相关的电压。该电压在与所述接收线圈相关联的接收器中被采样。由所述接收器输出的样本被记录并且构成采集的数据。控制数据采集的细节的参数组成“扫描协议”。

在第二步骤的图像生成(被称为图像重建)中，根据在第一步骤中采集的数据计算或重建图像。所述图像是数据的离散3D阵列，其表示对视场中的磁性纳米粒子的位置相关的浓度的采样近似。所述重建一般由计算机执行，所述计算机运行合适的计算机程序。计算机和计算机程序实现重建算法。重建算法是基于数据采集的数学模型的。与所有重建式成像方法一样，该模型能够被公式化为作用在采集的数据上的积分算子；所述重建算法试图在可能的程度上恢复所述模型的动作。