CN101087556A

CN101087556A - 确定磁性粒子的空间分布的装置和方法

Info

Publication number: CN101087556A
Application number: CNA2005800445521A
Authority: CN
Inventors: B·格莱克; J·韦泽尼克; T·尼尔森
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-12-12
Also published as: EP1830703A2; JP2008525082A; WO2006067692A2; EP1830703B1; US9480413B2; US20090281416A1; JP5226319B2; US20100249578A1; WO2006067692A3

Abstract

本发明涉及在检查区域中确定磁性粒子的空间分布的装置和方法。磁场设备用于产生空间非均匀梯度磁场，这种磁场有至少一个区具有低磁场强度，在该区中，粒子的磁化处于非饱和状态，而粒子在余下的区中处于饱和状态。通过利用改变设备在检查区域中改变具有低场强的区的位置，就会导致磁性粒子的磁化的改变，这种改变可从外部由检测设备进行检测并含有与检查区域中的磁性粒子的空间分布有关的信息。磁场设备或改变设备或检测设备或这些设备的组合至少部分地布置在医疗器械上。

Description

确定磁性粒子的空间分布的装置和方法

技术领域

本发明涉及利用医疗器械在检查区域中确定磁性粒子的空间分布的装置和确定这种分布的方法。而且，本发明还涉及医疗器械以及将这种医疗器械用在前面所提及的装置中的使用。

背景技术

可从DE 10151778中获知这种装置和这种方法。在该专利所描述的方法中，产生空间非均匀磁场，这种磁场有至少一个区具有低磁场强度，在该区中，粒子的磁化处于非饱和状态，而粒子在余下的区中处于饱和状态。通过在检查区域中改变具有低场强的区的位置，就会导致磁化的改变，这种改变可从外部进行检测并含有与检查区域中的磁性粒子的空间分布有关的信息。本发明还公开了一种实现这种方法的装置。检查区域由几个线圈装置包围，通过这些线圈装置产生非均匀磁场、导致磁场区中的位移并检测信号。然后将这些信号进行估计。

发明内容

本发明的目的在于形成一种经过改进的装置。

这种目的像权利要求1中所主张的那样通过用于确定检查区域中的磁性粒子的空间分布的装置来实现，这种装置包括：

a)磁场设备，这种磁场设备用于产生磁场，这种磁场具有磁场强度的空间行进路线(spatial course)，以在检查区域中有第一部分区和第二部分区，第一部分区具有低磁场强度，第二部分区具有较高的磁场强度，

b)改变设备，这种改变设备用于改变检查区域中的两个部分区的空间位置，以使粒子的磁化局部改变，

c)检测设备，这种检测设备用于检测信号，这些信号取决于受到空间位置的改变的影响的检查区域中的磁化，

d)估计设备，这种估计设备用于估计信号，以获取与检查区域中的磁性粒子的空间分布有关的信息，其中：磁场设备或改变设备或检测设备或这些设备的组合至少部分地布置在医疗器械上。

就本发明的描述而言，相同的申请人将参考下列文件，这些文件通过参考整体地结合在本发明之中：

A×1：发明名称为“Verfahren Ermittlung der r_umlichen Verteilungmagnetischer Partikel”的德国专利申请DE10151778 A1，

A×2：发明名称为“Verfahren und Ger_t zur Beeinfflussungmagnetischer Partikel”欧洲专利申请EP03101014.3

A×3：发明名称为“Verfahren zur lokalen Erw_rmung mitmagnetischer Partikeln”德国专利申请DE10238853 A1。

磁场设备、改变设备和检测设备以及它们的作用方式在文件A×1和A×2中大体上进行了描述，因此仅对这些设备的与本发明相关的内容进行描述。关于这些设备的进一步细节应参考前面所提及的文件。

从前面所提及的文件中可以获知，具有第一部分区的梯度磁场由磁场设备形成，例如，这种第一部分区是空间上相干的区。在这种部分区中，磁场非常弱，以至于粒子的磁化在或大或小的程度上不透液外部磁场，即磁场不饱和。在第二部分区中(即在第一部分之外的检查区域的余下部分中或在包围第一部分区的区中)，磁场足够地强，以将粒子保持在饱和状态。

根据文件A×1，磁场设备包括如线圈和永磁体或两个永磁体的麦克斯韦(Maxwell)线圈装置，这两个永磁体相对并具有相同的磁极端部。此外，还可从文件A×2中获知线圈装置，在该文件中，检查区域并不位移磁场设备中，而是位于磁场设备之后。非均匀磁场或梯级磁场在所有的这些装置产生，在这种磁场中第一部分区形成，该第一部分区具有较低的磁场强度或者与周围的环境相比根本就没有磁场强度。例如，文件A×1至A×3示出了这种磁场，如在文件A×1的图2中。

根据本发明，可将磁场设备至少部分地置于医疗器械中。因此，可将具有低磁场强度的区置于医疗器械附近，以确定医疗器械附近的磁性粒子的分布。这样就在具有低磁场强度的区附近产生磁场的较高梯度，而且这就会导致分辨率的提高。此外，在将医疗器械移动时，具有低磁场强度的区的位置不会相对于医疗器械移动或几乎不移动，因此，具有低磁场强度的区基本上跟随医疗器械的移动。这样，就可以总在医疗器械的附近确定磁性粒子的分布。

在从文件A×1至A×3中获知的装置中，具有低磁场强度的区的位置由对应的处于基本状态的磁场设备预先限定，即没有改变设备进行的任何作用。若检查目标(如患者)在检查期间相对于检查区域移动或改变位置，那么到患者的对应的区可能仅有具有低磁场强度的区的各种位置的失真或甚至是不正确的分配。因此，在确定磁性粒子的空间分布时就会出现移动假象，这也可从如核旋X线体层照相术中获知。可通过至少部分地将磁场设备布置在医疗器械上来减少或避免这些移动假象。

若磁场设备包括如麦克斯韦线圈装置，那么可将两个线圈中的一个布置在医疗器械上。若磁场设备包括至少一个永磁体，那么可将永磁体布置在医疗器械上，如权利要求2所述。将永磁体布置在医疗器械上在实现时通常比较简单。特别地，与线圈不同，无需将任何电源或线路引到医疗器械之外。如文件A×2所公开的那样，权利要求3所要求的实施例对应于类似的装置。若磁场设备仅包括本说明书中所描述的器件，那么并不仅仅将磁场设备部分地布置在医疗器械上，而是完全布置在医疗器械上。这样就减少了包围检查区域的器件。

如通过示例方式示出的那样，磁场设备通常包括一个或多个器件。因此，就此而言，磁场设备在医疗器械上的部分布置是指磁场设备的至少一个器件布置在医疗器械上。

两个部分区的空间位置的变化可由各种改变设备引起，如在文件A×1或A×2中所描述的那样。另一方面，若除了DC电流之外还使用AC电流进行操作，那么磁场设备的线圈装置也可以用于此目的。另一方面，例如，通过利用专用线圈装置来产生叠加在梯度磁场上的时间可变磁场，也可使用分立的改变设备。根据本发明，可将至少一个这样的线圈装置布置在医疗器械上。因此，在两个部分区的位置的定期改变期间，可使用不公知的装置中所使用的频率高得多的频率。这是因为，在从文件A×1至A×3中获知的改变设备的布置中，将时间可变磁场应用于检查目标(患者)的相对较大的区域。可能的检查目标的加热大致取决于时间可变磁场的振幅与频率的乘积。通过将改变设备布置在医疗器械上，仅将时间可变磁场局部地应用于医疗器械附近。这样就极大地减少了检查目标的全部和局部加热。

如通过示例方式示出的那样，改变设备通常也包括一个或多个器件。因此，就此而言，改变设备在医疗器械上的部分布置是指改变设备的至少一个器件布置在医疗器械上。

若将线圈装置至少部分地用在改变设备中，根据操作模式，用高频率对这些装置进行操作。由于电阻的原因，这些线圈装置可能加热。这种高于特定水平的加热在布置在医疗器械上的线圈装置的情况下可能是并不希望的。可像权利要求4所要求的那样将用高频率进行操作的线圈的加热减少。正如所公知的那样，可通过利用磁心来减少流过绕组的电流或线圈的绕组的数量，这样就会减少加热。由磁心中的磁反向所导致的热损失由其软磁性质减少，特别是若磁心具有磁化特征时，这种磁化特征在作用于磁心上的磁场强度的范围内尽可能地呈线性。

根据文件A×1和A×2，来自磁性粒子的信号可由作为检测设备的至少一个线圈或线圈装置检测。根据本发明，可将这种线圈或线圈装置布置在医疗器械上。因此，若具有低磁场强度的区位于检测设备中或位移到检测设备附近，那么就可以检测到这些信号具有相当大的改进的信噪比。如权利要求5中所要求的那样，可使用具有不同作用方向的多个线圈或线圈装置。作为示例，正如公知的那样，若改变中的磁场垂直地立于由平的导体回路所形成的表面上，那么这种平的导体回路可特别令人满意地对信号进行检测。因此，将线圈或线圈装置的作用方向理解为是指相对于最大信号方向的改变中的磁场作用在线圈或线圈装置上的方向。

如通过示例方式示出的那样，检测设备通常也包括一个或多个器件。因此，就此而言，检测设备在医疗器械上的部分布置是指检测设备的至少一个器件布置在医疗器械上。

在本发明的上下文中，将医疗器械理解为是指可由医生或其它人员用于医疗目的如检查或治疗的任何物品。一方面，这可以理解为是指以如扫描头的形式的跃过进行检查的目标并放置在患者的皮肤上的物品。例如，该术语也包括扫描头。采用这些医疗器械就可以通过利用本发明和文件A×1和A×2所描述的方法产生图象，如皮肤下面的血管的图象。由于物理学定律的原因，所以预计仅可达到检查目标的某种透入深度来产生和检测值得估计的信号。若将线圈用作磁场设备，这种透入深度于如这些线圈的中心区域成比例。

而且，如权利要求6所要求的那样，侵入式医疗器械如用于最低限度的侵入手术的器械或如权利要求7所要求的导管也归入术语“医疗器械”的范围内。还将该术语理解为是指可插入食道、胃、肠道、耳朵或人类或动物的身体的其它点中的探针。所给出的清单仅作为非限制性示例。

为了能够更容易地确定其位置，如权利要求8所要求的那样将标志器设置在医疗器械上。这些标志器在名称为“用于利用磁性方法的位置确定的标志器”的文件A×4中公开，该文件以与本发明相同的日期并由相同的申请人作为专利申请在欧洲专利局递交。该专利申请通过参考整体地结合在本发明之中。

通过修改改变设备，权利要求9所要求的装置还可如文件A×3所公开的那样用于实现局部高热。

如权利要求10至13所要求的那样，还可利用公知的包括线圈的医疗器械，这些线圈如来自核旋X线体层照相术领域的导管。

权利要求14所要求的方法基于文件A×1、A×2和A×3所公开的方法。

附图说明

将通过参考示于附图中的实施例的示例对本发明进行进一步的描述，不过，本发明并不仅限于这些示例。本说明书中所描述的医疗器械是导管，但在原则上也可使用其它的医疗器械。

图1示出了根据本发明的第一导管。

图2示出了根据本发明的第二导管。

图3示出了第一梯度磁场的行进路线。

图4示出了第二梯度磁场的行进路线。

具体实施方式

图1示意性地示出了导管8的顶端。正如公知的那样，导管形成类似于软管的线路，例如，导引线穿过这种线路延伸或液体(如造影剂)穿过这种线路传递到导管顶端，且引导线或液体穿过开口10离开。

为了获取检查目标(在本文中是患者)中位于导管附近的磁性粒子的空间分布方面的信息，将线圈和线圈对置于导管8上，这些线圈和线圈对的磁场也穿过导管顶端前部中的区。下面所提及的线圈仅示意性地示出为圆，因此，例如，为了清楚起见，图中并未示出供应线路。第一线圈对包括两个绕组13a和13b，这两个绕组相互同心包围，且在操作期间，电流以相反方向流过这两个绕组，绕组的公共轴或多或少沿着导管8的轴线延伸。由这些绕组所产生的梯度磁场在文件A×2的图2a和图2b中示出和描述。对无场点的位置或具有低磁场强度的区的位置进行选择，以使该位置位于导管8的开口10的前面。在距该无场点的距离增加时，磁场强度从该无场点开始以所有的三个空间方向增加。

为了确定无场点在公共轴上的位置，可改变装置的各种参数。若增加流过绕组13a的电流的强度或降低流过绕组13b的电流的强度，那么就以导管的方向移动无场点的位置。另一方面，若降低流过绕组13a的电流的强度或增加流过绕组13b的电流的强度，那么就以相反的方向移动无场点的位置。而且，可通过改变绕组13a和13b的直径来影响无场点的位置，尤其是起始位置。进一步来讲，凭借形成线圈装置的尺寸，必须确保具有较高磁场强度的区的空间大小足够地大。这就意味着在这个区内应有磁性粒子，这些磁性粒子的信号在原则上可由下面所描述的检测设备进行检测，但实际上这些磁性粒子并不产生任何信号并因此被保持在磁饱和状态。若这些磁性粒子远离检测设备以至于检测设备检测到它们的微弱信号或根本检测不到信号，那么它们就不再需要位于具有较高磁场强度的区中。

确定装置的空间分辨率的具有较低磁场强度的区(在文件A×2的图2b中用符号301示出)的大小一方面取决于梯度磁场的梯度强度，另一方面取决于饱和所要求的磁场的大小。更进一步的考虑应参考文件A×1和A×2。

若将一个或多个另外的磁场叠加在作用带中的梯度磁场上，那么就沿着这种叠加的磁场移动无场点或具有较低磁场强度的区的位置，其中，位移的大小随着所叠加的磁场的强度而增加。所叠加的磁场具有不同的方向且在时间上是可变的。

为了产生这些用于空间中任何方向的时间可变磁场，提供另外三个线圈装置作为改变设备。线圈14产生以线圈对13a和13b的线圈轴的方向延伸的磁场。可通过这种线圈对实现的效果原则上也可以通过将相同方向的电流叠加在线圈对13a和13b中的方向相反的电流上来实现，这样，电流在一个线圈对中降低且在另一个线圈对中增加。不过，时间上恒定的梯度磁场与时间上可变的竖直磁场由分立的线圈对产生是理想的。

为了产生在空间上垂直于线圈13a和13b的公共轴和/或垂直于导管轴延伸的磁场，设有两个另外的线圈对，包括绕组15a和15b以及16a和16b。图中未示出线圈16b，因为线圈16b布置在图中看不到的导管的底侧。分别以相同的方式将绕组15a和15b以及16a和16b布置在导管8的外表面上并相互相对。包括绕组15a和15b的线圈对的公共轴垂直于线圈对16a和16b的公共轴，且在每种情形中，这些线圈对的两个轴均垂直于导管8的轴。在操作期间，在线圈对的两个绕组之间形成磁场，且磁场的磁力线一方面几乎以穿过导管8的直线延伸。另一方面，磁力线以曲线方式在导管8周围延伸，其中，磁力线也穿过导管顶端8前面的无场点或具有低磁场强度的区，且分量垂直于导管轴。

这些绕组的形状也可不同，以优化各自的曲线磁场。出于前面所提及的原因，还可用想象出将软磁心(未示出)布置在各自的线圈中。

最后图1示出了用于检测在作用带中产生的信号的另一个线圈17。磁场产生线圈对13至16中的任何一个原则上均可用于此目的。不过，在使用专用线圈尤其是使用多个接收线圈(未示出)时，可获得更令人满意的信噪比。此外，可以用将该线圈与其它线圈解耦的方式来布置和连接此线圈。例如，若将三个接收线圈安装在导管上，它们的作用方向可以相互呈90°。因此，从导管顶端周围的任何方向对信号进行检测。此外，也可将其它的外部接收线圈(未示出)安装在检查目标之后。

出于示于图1中的导管的设计的原因，具有低磁场强度的区的位置与导管有关且不再与检查区域有关或与文件A×1和A×1(原文如此)中所描述的外部分量有关。因此，在基本状态中，具有低磁场强度的区的位置仅在导管与检查目标之间有相对移动时在检查目标中改变。在检测信号时，若导管相对于发出进行检测的信号的患者的区静止，那么患者可以移动而并不导致移动假象的产生。例如，若将用导管产生动脉内壁或冠状血管内壁的图象，那么预计基本上心脏的复杂运动也不会导致移动假象或仅导致轻微的移动假象。

还可以根据用途而并不将示于图1中的所有的线圈安装到导管8。作为示例，若将文件A×1和A×2中所描述的外部线圈用于移动具有低磁场强度的区的位置，那么可将线圈14、15a、15b、16a和16b略去。

关于具有低磁场强度的区的改变、所产生的信号的检测以及这些信号的估计应参考文件A×1和A×2。此外，如文件A×3中所描述的那样，还可以对磁性粒子进行加热。在本发明中，加热在导管的顶端附近进行。在加热之前，可用前面所描述的方法来显示进行加热的区，且使用者可对进行加热的区进行限定。

在导管8中，由于磁场设备的不同的设计和布置的原因，可对无场点的位置或具有低磁场强度的区的位置进行限定，以使该位置不在导管8的顶端的前面而是在其后面。例如，这在要产生主要位于导管8之后的区的图象时有用。这样，在图1中详细示出的线圈或线圈装置可具有不同的形状或可将其不同地定向，因此，可将这些线圈或线圈装置不同地布置在导管8上。不过，它们的功能并不改变。

图2示出了基本上对应于图1中的导管8的导管8a。除了线圈13a和13b之外，导管8a包括导管8的所有器件，但为了清楚起见，这些器件并未在图中示出。为了产生梯度磁场，将杆状永磁体25用夹子26安装在导管8a上，且该磁体的一个柱位于导管8a的顶端的端部。磁场的磁力线或多或少平行于导管的轴延伸，当这种磁场作用于该导管上时，就会获得在图3中示意性地示出的磁力线的行进路线。在图3中，外部磁场由包括线圈30和31的线圈对产生，其中，例如，线圈30和31布置在检查目标周围。图中仅示出了永磁体25，而不是导管8a。图3中的永磁体25的左侧端部对应于朝向导管顶端的永磁体25的端部，如可从图2中看到的那样。

由于与永磁体25的磁场叠加，所以在导管8a的顶端获得具有低磁场强度的区27。若在外部磁场的实质上均匀的区中移动带有永磁体25的导管8a的位置，区27就相应地随着导管8a移动而并不改变其相对于该导管的位置。区27的位移和信号的检测以与就导管8所描述的方式相同的方式进行。

与导管8相比，导管8a的器件较少。不过，当导管8a或永磁体25以外部磁场的磁力线不再平行于永磁体25或导管8a的轴延伸的方式相对于所示出的位置旋转时，将区27相对于导管8a的位置移动。这种位置上的移动可由如对应的其它线圈的激活进行补偿或可在信号估计期间进行考虑。另一种可能性是以对应于永磁体25的旋转的方式同样地改变外部磁场的方向。例如，为了实现这个目的，可将具有不同方向的其它的外部磁场叠加在该外部磁场上。导管8a或永磁体25旋转的方向可由如三个正交的接收线圈确定，这三个正交的接收线圈布置在检查目标之后。

作为所示出的杆状永磁体25的替代，还可使用环状永磁体，该环状永磁体包围导管8a的顶端或嵌入导管8a的顶端。通常还可以使用线圈26而不是永磁体，可从线圈26得到示于图4中的磁力线的行进路线。

示于图1中的导管8还具有标志器20。这种标志器及其功能在如文件A×4中进行了详细的描述，因此在这一点上不再进行详细描述。若使用本身具有磁性属性(由于标志器含有如磁性粒子)的标志器，那么这种标志器对布置在导管8上的其它器件造成干扰。这是因为，一方面标志器使梯度磁场失真，另一方面标志器还可能产生基本频率的谐波频率，通过这种谐波频率将具有低磁场强度的区的位置移动到这种标志器的附近。因此，应将标志器20布置在距这些器件的距离足够大的位置。或者，也可将标志器构造成使其磁性属性不同于位于导管8的周围的磁性粒子的磁性属性。这些差异可存在于如磁化曲线(陡度、磁滞)的行进路线中。这样，来自该标志器的信号具有与来自磁性粒子的信号不同的光谱组成。在非常大的陡度的情况下，来自该标志器的信号甚至几乎可以消失。

在示于图1的导管8中，标志器还可用于校准具有低磁场强度的区相对于流过这些线圈的电流的位置。这样进行是可能的，因为标志器相对于这些线圈的几何位置是已知的。在磁场设备是包括两个绕组13a和13b的线圈对的情况下，若并不将磁场设备安装在导管上，那么导管在检查区域中的位置可通过该标志器来确定。

Claims

1.一种在检查区域中确定磁性粒子的空间分布的装置，所述装置包括：

a)磁场设备(13a、13b、25、30和31)，所述磁场设备用于产生磁场，所述磁场具有磁场强度的空间行进路线，以在所述检查区域中有第一部分区(27)和第二部分区，所述第一部分区(27)具有低磁场强度，所述第二部分区具有较高的磁场强度，

b)改变设备(14、15a、15b、16a和16b)，所述改变设备用于改变所述检查区域中的所述两个部分区的空间位置，以使所述粒子的磁化局部改变，

c)检测设备(17)，所述检测设备(17)用于检测信号，所述这些信号取决于受到所述空间位置的改变所影响的所述检查区域中的磁化，

d)估计设备，所述估计设备用于估计信号，以获取与所述检查区域中的磁性粒子的空间分布有关的信息，

其中，所述磁场设备或所述改变设备或所述检测设备或所述这些设备的组合至少部分地布置在医疗器械(8和8a)上。

2.如前面的权利要求所述的装置，其特征在于：布置在所述医疗器械上的所述磁场设备包括线圈装置(13a、13b、30和31)和/或永磁体(25)。

3.如前面的权利要求中的任何一项所述的装置，其特征在于：布置在所述医疗器械上的所述磁场设备包括至少两个线圈(13a和13b)，所述两个线圈之一相互布置在另一个之中，且在所述这些线圈的操作状态中，电流以相反方向流过这些线圈。

4.如前面的权利要求中的任何一项所述的装置，其特征在于：布置在所述医疗器械上的所述改变设备包括具有软磁心的线圈装置。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：布置在所述医疗器械上的所述检测设备包括多个线圈或线圈装置，所述多个线圈或线圈装置的作用方向相互成角度。

6.如前面的权利要求中的任何一项所述的装置，其特征在于：包括侵入式医疗器械。

7.如前面的权利要求中的任何一项所述的装置，其特征在于：所述医疗器械是一种导管，且布置在所述导管上的设备至少部分地布置在所述导管顶端附近。

8.如前面的权利要求中的任何一项所述的装置，其特征在于：包括在所述医疗器械上的标志器(20)。

9.如前面的权利要求中的任何一项所述的装置，其特征在于：将所述改变设备设计成只要目标区域以目标方式加热，就可改变目标区域中的两个部分区的空间位置，并且可按照目标区域以目标方式加热的频率改变目标区域中的两个部分区的空间位置。

10.前面的权利要求中的任何一项所述的装置中的医疗器械的使用，其特征在于：磁场设备或改变设备或检测设备或这些设备的组合至少部分地布置在所述医疗器械上。

11.如权利要求10所述的导管的使用。

12.一种适用于前面的权利要求中的任何一项所述的使用的医疗器械，所述检测设备或所述磁场设备和/或所述改变设备至少部分地布置在所述医疗器械上。

13.一种如权利要求12所述的导管。

14.一种在检查区域中确定磁性粒子的空间分布的方法，所述方法包括以下步骤：

a)将前面的权利要求中的任何一项所述的医疗器械(8和8a)引入所述检查区域，

b)产生具有磁场强度的空间行进路线的磁场，以使在所述检查区域中有第一部分区和第二部分区，所述第一部分区具有低磁场强度，所述第二部分区具有较高的磁场强度，

c)改变所述检查区域中的所述两个部分区的空间位置，以使所述粒子的磁化局部改变，

d)检测信号，所述这些信号取决于受到所述空间位置的改变所影响的所述检查区域中的磁化，

e)估计信号，以获取与所述检查区域中的磁性粒子的空间分布有关的信息。