CN101563024B - 用于影响和/或检测作用区域中的磁性粒子的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于影响和/或检测磁性粒子的设备，一种用于校准这种设备的方法以及一种用于影响和/或检测作用区域中的磁性粒子的方法，该设备包括：选择装置，所述选择装置用于生成其磁场强度具有空间图案的磁选择场，从而在所述作用区域中形成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；驱动装置，所述驱动装置用于借助磁驱动场改变所述作用区域中的所述两个子区的空间位置，使得所述磁性粒子的磁化强度发生局部变化，该设备包括驱动信号链；接收装置，所述接收装置用于获取检测信号，所述检测信号取决于所述作用区域中的所述磁化强度，所述磁化强度受到所述第一子区和第二子区的空间位置的变化的影响，所述设备包括检测信号链，其中，所述设备包括补偿控制器，所述补偿控制器借助耦合装置向所述驱动信号链和/或所述检测信号链提供补偿信号。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于影响和/或检测作用区域中的磁性粒子的设备。此外，本发明涉及一种用于影响和/或检测作用区域中的磁性粒子的方法以及一种用于校准根据本发明的设备的方法。
背景技术
德国专利申请DE 101 51 778 A1公开了这种设备和方法。对于该公开描述的方法而言，首先生成具有磁场强度空间分布的磁场，从而在检查区中形成具有相对低磁场强度的第一子区和具有相对高磁场强度的第二子区。然后移动子区在检查区中的空间位置，使得检查区中粒子的磁化强度发生局部变化。记录取决于检查区中的已经受到子区空间位置移动影响的磁化强度的信号，并从这些信号中提取关于检查区中磁性粒子空间分布的信息，从而可以形成检查区的图像。这种设备和这种方法的优点在于其可用于以无损方式检查任意检查对象，例如人体，而不会带来任何损伤且在靠近检查对象表面处和远离表面处都有高的空间分辨率。
已知的这种类型的设备表现出如下缺点，即与因驱动装置的感应造成的信号相比，接收装置所测量或检测的感兴趣信号的信号强度非常弱，因此使得信号检测非常复杂。驱动装置感应的信号幅度与接收装置中的感兴趣信号幅度之比可达十个数量级。使用分级式无源滤波器为已知设备增加了很多成本；因为通常涉及到大功率且通常需要高质量的滤波器，这种已知设备变得笨重而昂贵。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种开头所提种类的设备和方法，其中改进了信号检测和/或使所述设备不笨重和/或更加有成本效率。
上述目的是通过一种用于影响和/或检测作用区域中的磁性粒子的设备实现的，其中，该设备包括：选择装置，所述选择装置用于生成其磁场强度具有空间图案的磁选择场，从而在所述作用区域中形成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；驱动装置，所述驱动装置用于借助磁驱动场改变所述作用区域中的所述两个子区的空间位置，使得所述磁性粒子的磁化强度发生局部变化，该设备包括驱动信号链；接收装置，所述接收装置用于获取检测信号，所述检测信号取决于所述作用区域中的所述磁化强度，所述磁化强度受到所述第一子区和第二子区的空间位置的变化的影响，所述设备包括检测信号链，其中，所述设备包括补偿控制器，所述补偿控制器借助耦合装置向所述驱动信号链和/或所述检测信号链提供补偿信号。
根据本发明的发明设备优点在于，其能够使用补偿控制器借助耦合装置向驱动信号链和/或检测信号链提供补偿信号，从而提高信噪比。根据本发明的设备中发生的信号检测问题之一是由于存在磁驱动场而导致接收装置(也称为记录装置或记录系统)中的感应电压。由于存在磁驱动场而导致的该感应电压通常比检测信号的(有用的且是唯一感兴趣的)信号电压大得多。根据本发明的设备的测量原理基于如下事实：具有专用频率的磁驱动场影响着磁性粒子，磁性粒子发送出包括该频率但也包括高次谐波的信号。测量这些谐波。因此，驱动场本身的频谱必不能包含专用频率的高次谐波，或者必需要在所谓的驱动信号链或所谓的检测信号链中消除或补偿专用频率的高次谐波。特别地，优选在将所述补偿信号耦合到所述驱动信号链和/或所述检测信号链之前对所述补偿信号进行滤波。这提供了向驱动信号链和/或检测信号链中的信号增加最低可能部分的噪声的可能性。
根据本发明，提出了几种电子装置和方法来阻挡不希望的电压或补偿不希望的电压。根据本发明，在本发明的设备处提供补偿控制器，从而将补偿信号耦合到驱动信号链和/或检测信号链。在本发明的上下文中，术语驱动信号链表示不同的级，例如放大级、滤波级等，以便生成馈送到驱动装置的驱动信号。同样在本发明的上下文中，术语检测信号链表示不同的级，例如放大级、滤波级等，以便生成由接收装置接收的检测信号。
根据本发明，显然，至少可以部分地以一个单一线圈或螺线管的形式提供选择装置和/或驱动装置和/或接收装置。然而，根据本发明，优选提供分离的线圈以形成选择装置、驱动装置和接收装置。此外，根据本发明，选择装置和/或驱动装置和/或接收装置均可以由分离的单个部件，尤其是分离的单个线圈或螺线管构成，提供和/或设置这些部件，使得分离的部件一起形成选择装置和/或驱动装置和/或接收装置。尤其对于驱动装置和/或选择装置而言，优选使用多个部件，尤其是多个线圈对(例如亥姆霍兹构型或反亥姆霍兹构型)，以便提供生成和/或检测沿不同空间方向定向的磁场分量的可能性。
根据本发明，提出了若干实施例用于实现与本发明设备结合的补偿控制器。
在根据本发明的第一实施例中，使用了包括无源电子器件的补偿控制器，该无源电子器件用于一个或多个补偿检测信号中不希望的电压。在补偿控制器的该实施例中，将来自驱动装置(尤其是磁驱动场线圈)的电子信号馈送到补偿控制器。这可以用电感和/或电容和/或电阻的方式来实现。作为馈送来自驱动装置的电子信号的补充或替换，将来自接收装置(也称为记录线圈)的未补偿信号馈送到补偿控制器。从驱动装置和/或从接收装置馈送电子信号也称为来自驱动信号链或检测信号链的反馈信号。补偿控制器的电子器件优选提供相位移动和参考信号幅度的调整(即来自驱动装置的电子信号或来自接收装置或其两者的未补偿信号)并将这些变化作为补偿信号耦合到检测信号(也称为记录信号)。以这样的方式将补偿信号耦合到检测信号链，即，使得几乎不向接收装置(或记录线圈)的高频部件增加噪声。在第一实施例的另一变体中，该补偿控制器包括用于相移和幅度调整的无源和/或有源元件。可以借助计算机控制这些相移和/或幅度调整。
在根据本发明的第二实施例中，该补偿控制器包括提供数字信号的电子装置，该数字信号被转换成随时间变化的电压。该电压也被称为补偿信号。如在根据本发明的第一实施例中那样，将该补偿信号(或随时间变化的电压)耦合到检测信号链中，即耦合到来自记录线圈的信号中，以便补偿由于一个或多个磁驱动场在接收装置内部感应的信号。根据第二实施例的变体，有可能在生成补偿信号之后，该信号传播经过补偿信号链，以便以另一种方式被滤波和/或放大和/或修改或校正。这样做例如是为了减小不希望的频率分量，且这类似于驱动信号链内部信号的处理。例如，可以通过变压器(电感性耦合)实现将补偿信号耦合到检测信号链(来自接收线圈的信号)，即，与将(固定和/或可活动)补偿线圈用作接收装置的一部分相类似。以数字方式生成补偿信号实现更多自由度，例如允许借助电容旁路实现耦合装置。
在根据本发明的第三实施例中，补偿控制器提供补偿信号，稍后使补偿信号受到宽带信号链(作为补偿信号链的特殊实施例)处理。在通过宽带信号链之后，将补偿信号耦合或馈送到驱动信号链。以精确补偿驱动信号链(也称为原信号链)的信号中的高次谐波的方式实现这一目的。馈送或耦合点优选不直接位于驱动信号链的放大器之后，因为如果是那样的话，补偿信号链或宽带信号链所需的功率会相对高。根据本发明第三实施例的变体，可能有不同的耦合点。根据第三实施例，尤其是使用电阻性耦合。根据本发明第三实施例的其他变体，优选选择耦合点，从而在补偿信号的耦合点后面向驱动信号链提供至少一个末级的无源滤波器。这样做的优点在于，本发明设备的性能，尤其是补偿性能不受控制回路(也称为反馈回路)精度的限制。根据本发明第三实施例的变体，可以以连续(或动态)方式或以校准模式实现反馈回路。在本发明设备的两种变体中，反馈信号都是(至少间接地)从驱动信号链导出的，从而可以在其中测量高次谐波。在校准模式下，例如在设备内部没有样本的情况下提供本发明的设备，且在驱动信号不同的功率水平和频率下测量高次谐波。根据本发明，可以将耦合装置处不同的测量点用作反馈信号的来源来实现这一目的。由此能够提供对驱动信号的校准变化的测量。或者，根据本发明的第三实施例并且与校准模式相反，可以借助附加的接收装置，即尤其是附加的接收线圈，在反馈回路中提供反馈信号。优选在样本位置附近提供该附加的接收线圈，且其拥有对样本的低灵敏度。
对于根据本发明的所有实施例而言，有利的是借助电容性耦合和/或借助电阻性耦合和/或借助电感性耦合，尤其是借助电容旁路将补偿信号耦合到驱动信号链和/或检测信号链。这样做的优点在于，根据本发明可以使用公知的耦合类型，从而可以以非常有成本效率的方式提供本发明的设备。此外，尤其优选使用电容性耦合或电感性耦合。这样的优点是该耦合是以几乎不向接收线圈的高频部件增加噪声的方式实现的。
根据本发明，尤其优选的是为补偿控制器提供来自驱动信号链和/或来自检测信号链的反馈信号。在第一实施例中，给出了源自驱动信号链和/或源自检测信号链的反馈信号的范例。在第三实施例中，给出了反馈信号的范例，其中借助附加的接收装置，即尤其是附加的接收线圈来生成反馈信号。生成反馈信号通常具有可以将本发明的设备用于自我调整方式或自我校准模式的优点。这意味着可以动态地补偿本发明设备的一个部件的行为变化。
在所有实施例的另一变体中，补偿控制器受到计算机的控制。特别地，补偿控制器包括用于相移和幅度调整的无源和/或有源元件。可以借助计算机控制这些相移和/或幅度调整以及补偿控制器大致所有部件。使用计算机控制补偿控制器是有利的，因为由此可以实现本发明设备在不同应用情景下非常自适应的行为，并且通过以数字方式生成补偿信号，能够实现更大的自由度数，从而允许例如借助电容旁路实现耦合装置。
选择装置和驱动装置一起被称为“场发生器装置”。选择装置包括磁场生成装置，其提供静态(梯度)磁选择场和/或频率在大约1Hz到大约100Hz范围内的相对慢变化的长程磁选择场。所述磁选择场的静态部分和相对慢变化部分都可以借助永磁体或借助线圈或借助其组合来产生。驱动装置包括磁场生成装置，其提供频率在大约1kHz到大约200kHz，优选大约10kHz到大约100kHz范围内的磁驱动场。可以由分立的线圈实现场发生器装置(即选择装置和驱动装置)的至少一部分，其中必须以这样的方式选择每个线圈或每个场发生器装置的电流承载路径(或对于李兹线的情况而言是各单股线)的直径，即，使得趋肤效应不会增大线圈的电阻。
本发明还涉及一种用于影响和/或检测作用区域中的磁性粒子的方法，其中，所述方法包括如下步骤：
-生成其磁场强度具有空间图案的磁选择场，从而在所述作用区域中形成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，
-借助由驱动信号形成的磁驱动场改变所述作用区域中的所述两个子区的空间位置，使得所述磁性粒子的磁化强度发生局部变化，
-获取检测信号，所述检测信号取决于所述作用区域中的所述磁化强度，所述磁化强度受到所述第一子区和第二子区的空间位置的变化的影响，
-借助耦合到所述驱动信号和/或耦合到所述检测信号的补偿信号补偿所述驱动信号和/或所述检测信号。
根据本发明的该方法的优点在于能够借助远不笨重和昂贵的设备影响和/或检测磁性粒子。此外，利用根据本发明的方法有可能借助反馈信号动态地施加补偿信号。例如以测量值的形式和/或附加接收装置提供的信号的形式提供反馈信号，该信号例如与驱动信号相关。
本发明还涉及一种用于对影响和/或检测作用区域中的磁性粒子的设备进行校准的方法，其中，所述方法包括如下步骤：
-生成其磁场强度具有空间图案的磁选择场，从而在所述作用区域中形成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，
-借助由驱动信号形成的磁驱动场改变所述作用区域中的所述两个子区的空间位置，
-获取检测信号，所述检测信号取决于所述磁驱动场和/或所述作用区域中的所述磁化强度，所述磁化强度受到所述第一子区和第二子区的空间位置的变化的影响，
-借助如下方式生成耦合到所述驱动信号和/或耦合到所述检测信号的补偿信号
-测量所述驱动信号中和/或所述检测信号中的校准变化或向所述驱动信号和/或向所述检测信号施加所述补偿信号的校准变化，以及
-计算所述补偿信号。
根据本发明的该方法的优点在于，通过首先根据该校准方法校准该设备，然后使用该方法来影响和/或检测作用区域中的磁性粒子，能够提供稳定而灵活功能的设备。
根据本发明，优选将补偿信号的校准变化作为相移变化和/或幅度变化来提供和/或测量。这提供了以非常有效的方式补偿高次谐波的可能性。
此外，根据本发明，优选该方法包括如下步骤：借助磁驱动场改变所述作用区域中的两个子区的空间位置，使得所述磁性粒子的磁化强度发生局部变化。根据本发明，首先在作用区域中没有磁性粒子的情况下校准本发明的设备可能是有利的。
根据本发明的优选实施例，通过应用线性理论计算来计算所述补偿信号。这有利地给出了例如通过矩阵求逆相对容易地计算需要在给定情景下施加的补偿信号的可能性，其中单个矩阵的元素包括施加补偿信号校准变化效果的测量值。
结合附图，通过以下详细描述，本发明的这些和其他特点、特征和优点将变得明了，附图以举例的方式例示了本发明的原理。仅出于举例的目的给出该描述，并不限制发明范围。下文援引的参考图是指附图。
附图说明
图1示出了用于执行根据本发明的方法的根据本发明的设备；
图2示出了根据本发明的设备产生的场线图案范例；
图3示出了作用区域中存在的磁性粒子的放大图；
图4a和4b示出了这种粒子的磁化特性；
图5示意性示出了根据本发明的设备10；
图6、7和9示意性表示出根据本发明的设备10的不同实施例；
图8示意性表示出检测信号链的实施例；
图10示意性表示出驱动信号链的实施例。
具体实施方式
将针对特定实施例并参考特定附图描述本发明，但本发明不限于此，而是仅受权利要求的限制。描述的附图仅为示意性的，不是限制性的。在附图中，出于例示的目的，可以放大一些元件的尺寸，并非按照比例绘制。
在提及单数名词而使用不定冠词或定冠词的地方，例如“一”、“该”，除非特定指出某些别的东西，其包括多个该名词。
此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等用于区分类似元件，未必用于描述相继或时间次序。要理解的是，在适当环境下这样使用的术语是可以互换的，且本文所述的本发明实施例可以按不同于本文所述或所示的其他次序工作。
此外，出于描述的目的使用说明书和权利要求中的术语顶部、底部、上、下等，未必用于描述相对位置。要理解的是，在适当环境下这样使用的术语是可以互换的，且本文所述的本发明实施例可以按不同于本文所述或所示的其他取向工作。
要注意的是，本说明书和权利要求中所用的“包括”一词不应被理解为受限于其后列出的装置；该词不排除其他元件或步骤。于是，“设备包括装置A和B”这一表述的范围不应限于该设备仅由部件A和B构成。这意味着，对于本发明而言，该设备仅有的相关部件为A和B。
在图1中示出了要借助根据本发明的设备10检查的任意对象。图1中的附图标记350表示对象，在这种情况下是设置于患者台上的人或动物患者，仅示出了患者台的顶部部分。在应用根据本发明的方法之前，在本发明设备10的作用区域300中设置磁性粒子100(图1中未示出)。尤其是对例如肿瘤进行治疗和/或诊断处置之前，例如借助注入患者350体内的包括磁性粒子100的液体(未示出)将磁性粒子100置入作用区域300中。
作为本发明的实施例范例，图2中示出了设备10，其包括形成选择装置210的多个线圈，选择装置210的范围界定了也被称为处置区域300的作用区域300。例如，选择装置210设置在患者350上方和下方或台面上方和下方。例如，选择装置210包括第一线圈对210′、210″，每个线圈包括两个构造相同的绕组210′和210″，绕组共轴地设置于患者350上方下方且流过相等的电流，尤其是方向相反的电流。在下文中将第一线圈对210′、210″一起称为选择装置210。优选地，在这种情况下使用直流电流。选择装置210生成磁选择场211，磁选择场通常是图2中由场线表示的梯度磁场。该磁场沿着选择装置210的线圈对(例如竖直)轴线的方向具有基本恒定的梯度，在该轴线上的一点达到零值。从该无场点(未在图2中逐一示出)开始，磁选择场211的强场随着距无场点距离的加大沿所有三个空间方向加大。在无场点周围由虚线表示的第一子区301或区域301中，强场非常小，乃至第一子区301中存在的粒子100的磁化强度未饱和，而(区域301之外的)第二子区302中存在的粒子100的磁化强度则处于饱和状态。作用区域300的无场点或第一子区301优选是空间相干区域；其也可以是点状区域或线或平面区域。在第二子区302中(即作用区域300在第一子区301之外的剩余部分中)，磁场强度足够强，可以将磁性粒子100保持在饱和状态。通过改变作用区域300之内两个子区301、302的位置，作用区域300中的(总)磁化强度发生变化。通过测量作用区域300中的磁化强度或受磁化强度影响的物理参数，可以获得关于作用区域中磁性粒子的空间分布的信息。为了改变作用区域300中两个子区301、302的相对空间位置，在作用区域300中或至少在作用区域300的一部分中在选择场211上叠加另一磁场，即所谓的磁驱动场221。
图3示出了与本发明的设备10一起使用的种类的磁性粒子100的范例。其包括例如球面基底101，例如是玻璃的球面基底，其拥有软磁层102，软磁层具有例如5nm的厚度并由例如铁-镍合金(例如坡莫合金)构成。例如，可以借助涂层103覆盖该层，涂层103在化学和/或物理侵蚀性环境中，例如酸中保护粒子100。使这种粒子100的磁化强度饱和所需的磁选择场211的磁场强度取决于各种参数，例如粒子100的直径、用于磁层102的磁性材料101和其他参数。
对于例如10μm的直径而言，则需要大约800A/m(对应于大约1mT的通量密度)的磁场，而对于100μm直径而言，80A/m的磁场就足够了。在选择饱和磁化强度较低的材料涂层102时或在减小层102的厚度时，获得了更小值。
为了提供优选磁性粒子100的更多细节，本文通过将DE 101 51 778的对应部分以引用方式并入本文，尤其是将要求享有DE 101 51 778优先权的EP 1304542 A2的段落16到20和段落57到61以引用方式并入本文。
第一子区301的尺寸一方面取决于磁选择场211的梯度强度，另一方面取决于饱和所需磁场的场强。对于磁性粒子100在80A/m的磁场强度下充分饱和以及磁选择场211的场强相当于160103A/m2的梯度(在给定空间方向上)，粒子100的磁化不饱和的第一子区301具有大约1mm的尺度(在给定空间方向上)。
当在作用区域300中的磁选择场210(或梯度磁场210)上叠加另一磁场-在下文中称为磁驱动场221，就会沿着该磁驱动场221的方向相对于第二子区302移动第一子区301；该移动的程度随着磁驱动场221强度加大而加大。当所叠加的磁驱动场221随时间变化时，第一子区301的位置相应地在时间和空间上变化。在与磁驱动场221变化频带不同的另一频带(移动到更高频率)中接收或检测来自位于第一子区301中的磁性粒子100的信号是有利的。这可能是因为由于磁化特性的非线性导致作用区域300中的磁性粒子100的磁化强度发生变化，从而产生磁驱动场221频率的高次谐波的频率分量。
为了针对任何给定空间方向生成这些磁驱动场221，提供了另外三个线圈对，即第二线圈对220′、第三线圈对220″和第四线圈对220″′，在下文中将它们一起称为驱动装置220。例如，第二线圈对220′生成沿第一线圈对210′、210″或选择装置210的线圈轴线方向，即例如竖直地延伸的磁驱动场221的分量。为此，使第二线圈对220′的绕组中流过方向相同的相等电流。这一效果可以借助第二线圈对220′实现，在原则上也可以通过在第一线圈对210′、210″中的大小相等方向相反电流上叠加同方向的电流，使得一个线圈中电流减小而另一个线圈中电流增大，从而实现这一效果。不过，尤其是为了以更高信噪比实现信号解释，如下做法可能是有利的：通过选择装置210和驱动装置220的分离的线圈对生成时间恒定(或准恒定)选择场211(也称为梯度磁场)和时变竖直磁驱动场。
提供另外两个驱动线圈对220″、220″′，以便生成在空间中不同方向，例如在作用区域300(或患者350)的纵向方向上水平地以及在垂直于该纵向方向的方向上延伸的磁驱动场221的分量。如果将亥姆霍兹型的第三和第四线圈对220″、220″′(像用于选择装置210和驱动装置220的线圈对)用于这一目的，就必需要将这些线圈对分别设置在处置区域的左右或处置区域的前后。这会影响到作用区域300或治疗区域300的可达性。因此，第三和/或第四磁线圈对220″、220″′也被设置在作用区域300的上方和下方，因此，它们的绕组构型必需与第一驱动线圈对220′的不同。不过，这种线圈是从具有开放式磁体的磁共振设备(开放式MRI)领域获知的，在这种设备中，射频(RF)线圈对位于治疗区域的上方和下方，所述RF线圈对能够生成水平时变磁场。因此，本文不再赘述这种线圈的构造。
根据本发明的设备10还包括接收装置230，图1中仅示意性示出了该接收装置。接收装置230通常包括能够检测由作用区域300中的磁性粒子100的磁化图案感应的信号的线圈。不过，这种线圈是从磁共振设备领域获知的，在磁共振设备中，在作用区域300周围定位例如射频(RF)线圈对，以便具有尽可能高的信噪比。因此，本文不再赘述这种线圈的构造。
在图1所示的选择装置210的替代实施例中，可以使用永磁体(未示出)来生成梯度磁选择场211。在这种(相对)永磁体(未示出)的两极之间的空间中，即在相对极具有相同极性的时候，形成类似于图2所示的磁场。在根据本发明的设备的另一替代实施例中，选择装置210包括如图2所示的至少一个永磁体和至少一个线圈210′、210″。
通常用于选择装置210、驱动装置220和接收装置230的不同部件的频率范围大致如下：选择装置210生成的磁场根本不随时间变化或者变化较慢，优选在大约1Hz和大约100Hz之间变化。驱动装置220生成的磁场优选在大约25kHz和大约100kHz之间变化。接收装置230所敏感的磁场变化优选处于大约50kHz到大约10MHz的频率范围内。
图4a和4b示出了磁化特性，即，在粒子100(图4a和4b中未示出)的分散体中，这种粒子的磁化强度M随着该粒子100的位置处的场强H变化。看起来在场强+Hc以上和场强-Hc以下磁化强度M不再发生变化，这意味着达到饱和磁化强度。在值+Hc和-Hc之间磁化强度M是不饱和的。
图4a示出了在粒子100的位置处的正弦磁场H(t)的作用效应，其中所得正弦磁场H(t)的绝对值(即“由粒子100看到的”)低于(即在没有其他磁场活动的情况下)使粒子100磁饱和所需的磁场强度。这种情况下，粒子100的磁化强度以磁场H(t)的频率节奏在其饱和值之间往复变化。由图4a右侧的附图标记M(t)表示所得的磁化强度随时间的变化。看起来磁化强度也周期性地变化且这种粒子的磁化强度周期性地反转。
曲线中央处的线的虚线部分表示磁化强度M(t)随着正弦磁场H(t)的场强大致的平均变化。随着与该中央线的偏离，当磁场H从-Hc增大到+Hc时，磁化强度稍微向右延伸，当磁场H从+Hc减小到-Hc时，稍微向左延伸。这被称为磁滞效应，磁滞效应成为生热机制的依据。在曲线路径之间形成且形状和尺寸取决于材料的磁滞表面区域是对磁化强度变化时热生成的度量。
图4b示出了正弦磁场H(t)的效应，该正弦磁场H(t)上叠加了静磁场H1。因为磁化强度处于饱和状态中，在实践上其不受正弦磁场H(t)的影响。在该区域中磁化强度M(t)保持在时间上恒定。因此，磁场H(t)不会导致磁化强度状态的变化。
图5示意性地表示出根据本发明的设备10，其中相对于作用区域300和第一子区301(包含无场点)的示意性表而示意性描绘出选择装置210、驱动装置220和接收装置230。此外，该设备10包括信号发生装置(图5未描绘出)和信号处理装置(图5未描绘出)，所述信号发生装置用于致动选择装置210和驱动装置220，所述信号处理装置用于检测或记录接收装置230中产生的信号。在图6到10中至少部分地详细描绘出所述信号发生装置和所述信号处理装置。
在图6、7和9中，示出了根据本发明的设备10的不同实施例的示意性表示。在这些图中，示出的设备10包括驱动装置220和接收装置230以及作用区域300。为简单起见，未描绘出选择装置210。此外，该设备10包括驱动信号链420，所述驱动信号链包括用于产生和处理最终馈送到驱动装置220的驱动信号的部件。此外，该设备10包括检测信号链430，所述检测信号链包括用于处理接收装置230中产生的检测信号的部件。所述驱动信号链包括例如驱动信号发生器421和附图标记422表示像放大器、滤波器等这样的另外的部件。检测信号链430包括处理所有检测信号的检测信号处理器432。检测信号处理器432优选还包括适于处理检测信号的一个或多个放大器以及一个或多个滤波器。本发明的设备10还包括补偿控制器450。补偿控制器450产生补偿信号451，补偿信号被馈送到驱动信号链420(图9)或检测信号链430(图6和7)。根据本发明，也可以(但未描绘出)将补偿信号451馈送到驱动信号链420和检测信号链430两者。借助耦合装置452将补偿信号451馈送到驱动信号链420和/或检测信号链430。可以借助电容性耦合和/或电阻性耦合和/或电感性耦合实现所述耦合。由补偿控制器450借助从驱动信号链420和/或检测信号链430导出的反馈信号461产生补偿信号451。
根据本发明的优选实施例(尤其是第一实施例的变体)，单独利用有着非常线性行为但仍在控制驱动信号链420和/或检测信号链430方面给予一定灵活性的无源部件产生补偿信号451。这种无源部件的范例例如是电容器和/或线圈或螺线管。在非常优选的实施例中，仅借助补偿控制器450开或关这种无源部件，以便为驱动信号链420和/或检测信号链430提供适当的补偿。对于不同的补偿方案而言，在补偿控制器450中提供不同的无源元件，像电容器或线圈。通常，打开这些无源元件的一部分，而关闭一部分。由此，可能对无源部件进行步进式激活或钝化。根据本发明的该优选实施例，也可以使用可变(连续可变)无源部件，例如可变电容。与无源部件一起使用有源部件，例如放大器和/或移相器也是可能的。使用这种有源部件的问题是它们给补偿信号增加了其他不希望有的谐波，从而可能需要另外的滤波器元件。
根据本发明的其他优选实施例(尤其是第二和第三实施例的变体)，至少部分地由有源部件产生补偿信号451，使得在将补偿信号451耦合到驱动信号链420和/或检测信号链430之前需要施加滤波。如结合第一实施例所解释的，可以与驱动信号发生器421(仅在图6中描绘出)一体地提供补偿控制器450或将其提供为单个单元。在这种实施例的最后一种变体中，可能由补偿控制器450在接收装置处测量驱动信号并估计其补偿信号451。
在图6中，示出了根据本发明的第一实施例，其中将补偿信号451馈送到检测信号链430。可以借助第一分支装置462从驱动信号链420导出反馈信号461。此外或替代地，可以借助第二分支装置462′从检测信号链430导出反馈信号461。在第一实施例中，反馈信号461(也称为参考信号)连续提供整个驱动信号链420(包括驱动装置220)的补偿和检测信号链430的补偿是否正确的信息。补偿控制器450的电子器件优选提供相位移动和参考信号(即来自驱动装置220的电子信号或来自接收装置230或其两者的未补偿信号)幅度的调整并将这些变化作为补偿信号451耦合到检测信号链430。优选仅由无源部件实现这点。以这样的方式将补偿信号451耦合到检测信号链430，即，使得几乎不向接收装置230的高频部件增加噪声。
在图7和8中，示出了根据本发明的第二实施例，其中也将补偿信号451馈送到检测信号链430。在第二实施例中，补偿控制器450不仅产生补偿信号451，而且产生驱动信号，即补偿控制器450包括驱动信号发生器(图7中未描绘出)。尤其是实现了数字信号的产生，这允许有更多自由度。
还由补偿控制器450产生补偿信号451。例如，可以通过耦合装置452内部的变压器(电感性耦合)实现将补偿信号451耦合到检测信号链430，即，与将(固定和/或可活动)补偿线圈用作接收装置230的一部分相类似。在图8中示出了这种情况，其中用耦合装置452内部一种可能的耦合方案(电感性耦合)的放大图描绘出检测信号链430。所述耦合装置也可以提供电容旁路。
根据第二实施例的变体，有可能在产生补偿信号451之后，该信号传播经过补偿信号链454，以便以另一种方式被滤波和/或放大和/或修改或校正。这样做例如是为了减小不希望的频率分量，且其类似于驱动信号链420内部信号的处理。
从检测信号链430，尤其是检测信号处理器432导出反馈信号461。在本发明的设备处于校准模式工作的情况下，在施加了补偿信号451的多个预定(小)频率和/或位相变化(被称为校准变化)时，从检测信号链430导出的反馈信号461，有可能借助(在校准模式下)测量检测信号中不希望的频率成分来产生补偿信号451。从这些相对小校准变化的效果测量并通过假设校准变化与所测检测信号中的效应之间的关系的线性理论，能够例如通过对传递函数求逆来计算补偿信号。
在图9和10中，示出了根据本发明的第三实施例，其中将补偿信号451馈送到驱动信号链420。同样在第三实施例中，补偿控制器450产生驱动信号，即，补偿控制器450包括驱动信号发生器(图9中未描绘出)。尤其是实现了数字信号的产生，这允许有更多自由度。使补偿信号451受到宽带信号链455(作为补偿信号链454的特殊实施例)的处理。在通过宽带信号链455之后，将补偿信号451耦合或馈送到驱动信号链420。以精确补偿驱动信号链420的信号中的高次谐波的方式实现这一目的。馈送或耦合点优选不直接位于驱动信号链420的放大器(附图标记422)之后，因为如果是那样的话，宽带信号链455所需的功率会较高。根据本发明第三实施例的变体，可能有不同的耦合点，在图10中详细地描绘出它们，图10中示出了驱动信号链420。在图10中，在耦合装置452处使用不同的模拟滤波元件。尤其是使用电阻性耦合将补偿信号451耦合到驱动信号链420。示出了用于补偿信号451的三个不同耦合点作为选择。根据本发明第三实施例的其他变体，优选选择耦合点，从而在耦合点后面(在朝向驱动装置220的方向上)提供至少一个末级的无源滤波器。这样做的优点在于，本发明设备的性能，尤其是补偿性能不受反馈精度的限制。
根据本发明第三实施例的变体，可以以连续(或动态)方式或借助校准模式实现校准反馈回路。在本发明设备的两种变体中，反馈信号461都是(至少间接地)从驱动信号链420导出的，从而可以在其中测量高次谐波。在校准模式下，例如在设备内部没有样本的情况下提供本发明的设备，且在驱动信号不同的功率水平和频率下测量高次谐波。根据本发明，可以将不同的测量点用作反馈信号461的来源来实现这一目的。在图10中示出了这种测量点的不同范例。由此能够提供与理想驱动信号的偏差测量值。这些在校准模式下(即优选设备10内部没有样本)测量的偏差被称为校准变化。从校准变化产生补偿信号451，使得校准变化尽可能低。
或者，根据本发明的第三实施例并与校准模式相反，可以借助附加的接收装置465，即尤其是附加的接收线圈，在反馈回路中提供反馈信号461。优选使附加的接收线圈拥有对样本位置附近样本的低灵敏度。
Claims (16)
1.一种用于影响和/或检测作用区域(300)中的磁性粒子(100)的设备(10)，所述设备包括：
-选择装置(210)，所述选择装置用于生成其磁场强度具有空间图案的磁选择场(211)，从而在所述作用区域(300)中形成具有低磁场强度的第一子区(301)和具有较高磁场强度的第二子区(302)，
-驱动装置(220)，所述驱动装置用于借助磁驱动场(221)改变所述作用区域(300)中的所述两个子区(301，302)的空间位置，使得所述磁性粒子(100)的磁化强度发生局部变化，所述设备(10)包括驱动信号链(420)，
-接收装置(230)，所述接收装置用于获取检测信号，所述检测信号取决于所述作用区域(300)中的所述磁化强度，所述磁化强度受到所述第一子区(301)和所述第二子区(302)的空间位置的变化的影响，所述设备(10)包括检测信号链(430)，
其中，所述设备(10)包括补偿控制器(450)，所述补偿控制器借助耦合装置(452)向所述驱动信号链(420)和/或所述检测信号链(430)提供补偿信号(451)。
2.根据权利要求1所述的设备(10)，其中，借助电容性耦合将所述补偿信号(451)耦合到所述驱动信号链(420)和/或所述检测信号链(430)。
3.根据权利要求1所述的设备(10)，其中，借助电阻性耦合将所述补偿信号(451)耦合到所述驱动信号链(420)和/或所述检测信号链(430)。
4.根据权利要求1所述的设备(10)，其中，借助电感性耦合将所述补偿信号(451)耦合到所述驱动信号链(420)和/或所述检测信号链(430)。
5.根据权利要求1所述的设备(10)，其中，在将所述补偿信号(451)耦合到所述驱动信号链(420)和/或所述检测信号链(430)之前对所述补 偿信号(451)进行滤波。
6.根据权利要求1所述的设备(10)，其中，为所述补偿控制器(450)提供来自所述驱动信号链(420)和/或来自所述检测信号链(430)的反馈信号(461)。
7.根据权利要求6所述的设备(10)，其中，借助额外的接收装置(465)生成所述反馈信号(461)。
8.根据权利要求6所述的设备(10)，其中，利用所述耦合装置(452)处的测量点(466)生成所述反馈信号(461)。
9.根据权利要求8所述的设备(10)，其中，所述设备(10)包括补偿信号链(454)和/或宽带信号链(455)。
10.根据权利要求1所述的设备(10)，其中，所述补偿控制器(450)受计算机控制。
11.根据权利要求2所述的设备(10)，其中，借助电容旁路将所述补偿信号(451)耦合到所述驱动信号链(420)和/或所述检测信号链(430)。
12.一种用于影响和/或检测作用区域(300)中的磁性粒子(100)的方法，其中，所述方法包括如下步骤：
-生成其磁场强度具有空间图案的磁选择场(211)，从而在所述作用区域(300)中形成具有低磁场强度的第一子区(301)和具有较高磁场强度的第二子区(302)，
-借助由驱动信号形成的磁驱动场(221)改变所述作用区域(300)中的所述两个子区(301，302)的空间位置，使得所述磁性粒子(100)的磁化强度发生局部变化，
-获取检测信号，所述检测信号取决于所述作用区域(300)中的所述 磁化强度，所述磁化强度受到所述第一子区(301)和所述第二子区(302)的空间位置的变化的影响，
-借助耦合到所述驱动信号和/或耦合到所述检测信号的补偿信号(451)补偿所述驱动信号和/或所述检测信号。
13.一种用于对影响和/或检测作用区域(300)中的磁性粒子(100)的设备(10)进行校准的方法，其中，所述方法包括如下步骤：
-生成其磁场强度具有空间图案的磁选择场(211)，从而在所述作用区域(300)中形成具有低磁场强度的第一子区(301)和具有较高磁场强度的第二子区(302)，
-借助由驱动信号形成的磁驱动场(221)改变所述作用区域(300)中的所述两个子区(301，302)的空间位置，
-获取检测信号，所述检测信号取决于所述磁驱动场(221)和/或所述作用区域(300)中的磁化强度，所述磁化强度受到所述第一子区(301)和所述第二子区(302)的空间位置的变化的影响，
-借助如下方式生成耦合到所述驱动信号和/或耦合到所述检测信号的补偿信号(451)
-测量所述驱动信号中和/或所述检测信号中的校准变化或向所述驱动信号和/或向所述检测信号施加所述补偿信号(451)的校准变化，以及
-利用所测量的所述驱动信号中和/或所述检测信号中的校准变化或所施加的所述补偿信号的校准变化来计算所述补偿信号(451)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述补偿信号(451)的所述校准变化提供为相移变化和/或幅度变化。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法包括如下步骤：
-借助所述磁驱动场(221)改变所述作用区域(300)中的所述两个子区(301，302)的空间位置，使得所述磁性粒子(100)的磁化强度发生局部变化。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，借助应用线性理论计算来计算所述补偿信号(451)。
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