[发明专利]MPI系统或装置的线圈布置

说明书

技术领域

本发明涉及用于影响和/或检测视场中的磁颗粒的装置，具体涉及磁颗 粒成像装置。另外，本发明涉及线圈布置，具体是在这样的磁颗粒成像装 置中使用的线圈布置。

背景技术

磁颗粒成像(MPI)是一种浮现医学成像模态。MPI的第一版本是二维 的，这是因为其产生二维图像。较新的版本是三维(3D)的。能够通过将 3D图像的时间序列组合成影片来创建非静态目标的四维图像，前提是所述 目标在针对单幅3D图像的数据采集期间没有显著的变化。

MPI是如计算机断层摄影(CT)或磁共振成像(MRI)的重建成像方 法。因此，以两个步骤来生成目标的感兴趣体积的MP图像。使用MPI扫 描器来执行被称为数据采集的第一步骤。MPI扫描器具有用来生成被称为 “选择场”的静态磁梯度场的单元，所述静态磁梯度场在扫描器的等中心 处具有(单个或更多个)无场点(FFP)或无场线(FFL)。而且，该FFP (或FFL；下文中提到“FFP”一般应被理解为意指FFP或FFL)由具有低 磁场强度的第一子区包围，所述第一子区又由具有较高磁场强度的第二子 区包围。此外，扫描器具有用来生成时间相关的、典型地在空间上近似均 匀的磁场的单元。实际上，该场是通过将具有小幅度的快速变化的场(称 为“驱动场”)与任选的具有大幅度的缓慢变化的场(称为聚焦场)相叠加 而得到的。通过将时间相关的驱动场和任选的聚焦场添加到静态选择场， 可以使FFP沿贯穿等中心周围的“扫描体积”的预定FFP迹线移动。扫描 器还具有对一个或多个(例如三个)接收线圈的布置，并且能够记录在这 些线圈中感应出的任何电压。为了数据采集，待成像的目标被放置在扫描 器中，使得目标的感兴趣体积被扫描器的视场包围，所述视场是扫描体积 的子集。

目标含有磁纳米颗粒或其他磁性非线性材料；如果目标是动物或患者， 那么可以在扫描之前对动物或患者施予含有这样的颗粒的示踪剂。在数据 采集期间，MPI扫描器使FFP沿有意选择的迹线移动，所述迹线描出/覆盖 扫描体积或至少描出/覆盖视场。目标内的磁纳米颗粒经受变化的磁场，并 且通过改变其磁化而做出响应。纳米颗粒的变化的磁化在接收线圈中的每 个中感应出时间相关电压。在与接收线圈相关联的接收器中对该电压进行 采样。由接收器输出的样本被记录并构成采集到的数据。控制数据采集的 细节的参数构成“扫描协议”。

在图像生成的被称为图像重建的第二步骤中，根据在第一步骤中采集 到的数据来计算或重建图像。图像典型地是表示对视场中的磁纳米颗粒的 位置相关浓度的抽样近似的数据的离散3D阵列。一般由运行适合的计算机 程序的计算机来执行重建。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。正如所有重建成像方法一样，该模型能够被表 达为作用于采集到的数据的积分算子；重建算法尝试尽可能地复原(undo) 模型的动作。

这样的MPI装置和方法的优势在于，其能够被用于以非破坏性的方式 并以高空间分辨率来检查诸如人体的任意检查目标，所述检查既可以接近 检查目标的表面也可以远离其表面。这样的装置和方法一般是已知的，并 且在DE10151778A1中以及Gleich,B.和Weizenecker,J.的“Tomographic imagingusingthenonlinearresponseofmagneticparticles”(Nature，第435 卷，第1214-1217页，2005年)中首先对其进行了描述，在其中还大体描 述了重建原理。在该文献中描述的用于磁颗粒成像(MPI)的装置和方法利 用了小磁颗粒的非线性磁化曲线的优势。

在MPI中需要驱动线圈来生成快速变化的磁场(f～25kHz...200kHz， 或者甚至更高)，所述磁场典型地具有幅度为20mT的峰值或更低。膛中储 存的能量与体积成比例，因此随着第三维度半径而增高。对于人体大小的 应用，在大约40cm的膛直径的情况下(对第一实验演示器的尺寸，未来产 品的尺寸更大)，能量约为10J(峰值)。无功功率是其与角频率ω＝2*pi*f 的乘积，因此P_react～2MW。该无功功率能够按照电流和电压的任何乘积在 线圈中的磁场与串联电容器中的电场之间振荡。作为典型的范例，U_pk～ 15kV，I_pk～250A，两者对操作都是困难的。