CN102256541A - 利用磁性粒子成像对包括脉管的对象成像的设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种利用磁性粒子成像对包括脉管(400)的对象成像的设备(10)和方法。基于脉管(400)内磁性粒子(100)的已知浓度和基于关于所述脉管(400)的进展的脉管树数据重建所述脉管(400)的图像。所述重建包括界定近似图像周围的圆柱元件(440)，并且通过在所述圆柱元件的信号强度上进行积分逐步且独立调节所述圆柱元件的半径，其中，调节所述半径，使得在所述圆柱元件上积分得到的信号强度等于从所述脉管中所述磁性粒子的已知浓度预计的强度。

Description

利用磁性粒子成像对包括脉管的对象成像的设备
技术领域
本发明涉及一种利用磁性粒子成像(MPI)原理对包括脉管的对象成像的设备、方法和计算机程序，在脉管内存在磁性粒子且脉管被放置于作用区域中。
背景技术
德国专利申请DE 10151778 A1披露了MPI的一般原理。在该公开中描述的设备中，首先，生成磁场强度具有空间分布的磁选择场，从而在检查区中形成具有较低磁场强度的第一子区和具有较高磁场强度的第二子区。然后偏移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磁化强度的信号，磁化强度受到子区空间位置偏移的影响，从这些信号提取关于磁性粒子在检查区中空间分布的信息，从而能够形成检查区的图像。这样的设备具有如下优点：可以用它通过非破坏性方式检查任意检查对象，例如人体，靠近检查对象的表面和远离表面都不会导致任何损伤，并具有高空间分辨率。
从以下文献可以了解类似的设备和方法：Gleich，B.和Weizenecker J.(200 5)，“Tomographic imaging using the nonlinear response of magneticparticles”，Nature，第435卷，第1214-1217页。该公开中描述的用于MPI的设备和方法利用了小磁性粒子的非线性磁化曲线。
在心脏成像系统中应用这种MPI设备已形成有前途的市场。具体而言，冠状动脉成像被表明变成重要问题。在已知的设备中，迄今为止仍难以利用高分辨率图像对脉管的发展进行成像。具体而言，对于冠状动脉中狭窄症的诊断而言，现有技术的MPI设备不是理想适用的，因为迄今为止尚不知道从现有技术的MPI系统获取的检测信号重建脉管的高分辨率图像的妥善解决方案。尽管已知的MPI系统具有充分高的时间分辨率，但当前可用的示踪材料的空间分辨率不足以直接诊断狭窄症。
发明内容
因此，本发明的目的是进一步发展现有技术的MPI设备，以便建立起用于对脉管之内对象进行高分辨率成像的适用解决方案，尤其是用于冠状动脉中狭窄症的诊断。由此，目的是提供一种设备和/或方法，其能够将获取到的定量MPI数据转换成对动脉直径和通过该动脉的血液体积流率的度量。
根据本发明，该目的是由一种用于对包括脉管的对象成像的设备实现的，在所述脉管内存在磁性粒子并所述脉管被放在作用区域中，该设备包括：
-选择装置，其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，其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，使得磁性材料的磁化强度局部变化，
-接收装置，其用于获取检测信号，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，
-处理装置，其用于基于所述脉管内所述磁性粒子的已知浓度和基于关于所述脉管的进展的脉管树数据重建所述脉管的图像，
所述处理装置包括：
a)变换装置，其用于基于所述脉管树数据将所获取的检测信号的信号强度变换成脉管的感兴趣段的近似图像，
b)界定装置，其用于在所述近似图像周围界定包括圆柱元件的圆柱，
c)调节装置，其用于通过在所述圆柱元件的信号强度上进行积分逐步且独立调节所述圆柱元件的半径，其中，调节所述半径，使得在所述圆柱元件上积分得到的信号强度等于从所述脉管中磁性粒子的已知浓度预计的强度，
d)重建装置，其用于基于经调节的所述圆柱元件的半径通过变换所获取的检测信号的信号强度来重建改进的图像，
e)迭代装置，其用于重复由所述界定装置、调节装置和重建装置执行的步骤，直到满足预定义的条件，其中，将所述改进的图像用作在由所述界定装置执行的步骤中的近似图像，以及
f)显示装置，其用于将所述重建图像显示为具有所确定半径的圆柱。
此外，根据本发明，该目的还是由一种用于对包括脉管的对象成像的方法实现的，在所述脉管内存在磁性粒子并且所述脉管被放在作用区域中，包括如下步骤：
-产生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，
-利用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，使得磁性材料的磁化强度局部变化，
-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，
-基于所述脉管内所述磁性粒子的已知浓度和基于关于所述脉管的进展的脉管树数据重建所述脉管的图像，
重建图像的所述步骤包括如下步骤：
a)基于所述脉管树数据将所获取的检测信号的信号强度变换成脉管的感兴趣段的近似图像，
b)在所述近似图像周围界定包括圆柱元件的圆柱，
c)通过在所述圆柱元件的信号强度上进行积分逐步且独立调节所述圆柱元件的半径，其中，调节所述半径，使得在所述圆柱元件上积分得到的信号强度等于从所述脉管中磁性粒子的已知浓度预计的强度，
d)基于经调节的所述圆柱元件的半径通过变换所获取的检测信号的信号强度来重建改进的图像，
e)重复步骤b)到d)，直到满足预定义的条件，其中，将所述改进的图像用作在步骤b)中的近似图像(420)，以及
f)将所述重建图像显示为具有所确定半径的圆柱。
此外，根据本发明，该目的还是由一种计算机程序实现的，该计算机程序包括程序代码段，当在计算机上执行所述计算机程序时，用于令所述计算机控制根据权利要求1所述的设备以执行根据权利要求5所述的方法的步骤。
本发明利用了MPI系统定量测量作用区域中磁性材料局部浓度的能力。在狭窄症检测的所述应用中，因此可以在作用区域中评估应用之前注射到被检查对象中的示踪剂浓度。另一方面，可以基于示踪剂量和其中磁性粒子的浓度计算血液中磁性粒子的浓度
Figure BDA0000068797910000041
由于磁性示踪剂是以丸剂注射形式应用的，所以仅有被检查的脉管响应于MPI系统产生的磁场产生信号。因此，可以通过在进行时间和空间平均确定之后采取成像数据集中测量的最高浓度接收血液中磁性粒子的浓度
Figure BDA0000068797910000042
因此，利用这种信息，能够将所获取的信号强度用作被对检查脉管的直径和血液体积流率的度量。这是通过图像重建过程执行的。
在这种图像重建过程中，一般假定“正向问题”是已知的。这意味着，可以从磁性粒子的已知浓度
Figure BDA0000068797910000043
确定预期信号由于在MPI系统中，如本发明提出的那样，可以使用线性问题方式作为可靠的近似，因此可以如下确定预期信号
Figure BDA0000068797910000045
Figure BDA0000068797910000046
G是离散化的系统函数(系统矩阵)。
因此，这个系统函数G描述了每个位置
Figure BDA0000068797910000047
处磁性粒子的浓度
Figure BDA0000068797910000048
和预期信号
Figure BDA0000068797910000049
之间的关系。可以利用定位在检查区域中所有位置的德尔塔(delta)探头确定系统函数G自身。在WO 2006/064392 A2中已经详细解释了这种过程。
因此成像重建过程的任务是从实测系统答案确定磁性粒子的浓度
Figure BDA00000687979100000412
从而使表达式
Figure BDA00000687979100000413
最小化。因此，如果实测系统答案等于针对所确定
Figure BDA00000687979100000415
的预期信号
Figure BDA00000687979100000416
该表达式被最小化。
在WO 2006/064392 A2中已知并详细描述了重建过程的基本原理。
可以如下逐步解释根据本发明提出的方法：
在第一步中，将所获取的信号强度传送到多个体素构成的近似图像中。尽管如此，由于噪声的影响，最初产生的这一图像的质量相对较差。因此，通过在近似图像的轮廓线周围界定的圆柱元件上进行积分逐步改进了近似图像。在这一积分之内，设置该方法，使得圆柱元件内部的信号强度等于已知的预期信号强度，圆柱元件外部的信号强度等于零。
因此如上所述在成像重建过程之内逐步并逐一调节了每个圆柱元件的半径和长度，直到在圆柱元件上积分得到的信号强度相当于预期值，它们分别是基于血液中磁性粒子的已知浓度计算的。利用这些经调节的圆柱元件，重建出现在具有更好分辨率的改善图像。
然后重复所述过程，直到满足预定义的条件，其中，在迭代过程的第一步骤中将改善的图像用作近似图像，使得过程每次都以改善图像开始，然后进一步细化该图像。
由此，可以在体素空间中或圆柱元件的空间中以数学方式执行成像重建。如果在圆柱元件的数学空间中执行重建，
Figure BDA0000068797910000051
不界定每个体素中磁性粒子的浓度，而是界定圆柱元件的浓度、位置和形状。然后通过改变圆柱元件直接进行优化。因此，上述方程中的变量数目显著减少，加快了重建。在一些情况下，
Figure BDA0000068797910000052
还包括一些大体素的信息，所述这些大体素描述被检查脉管外部的区域中产生的信号部分。在可以由根据本发明的MPI设备执行的所提出方法之内，因此，能够将所获取的测量数据变换成被检查脉管，尤其是冠状动脉的高分辨率图像，因此能够直接检测脉管内的狭窄症。由此，为了重建被检查脉管的期望图像，仅需要MPI系统获取的单个数据集。这是尤其有利的，因为可以通过快速而舒适的方式完成对脉管内狭窄症的检测，对于人类患者而言，患者甚至不用暴露于任何辐射。根据本发明的设备能够实现的技术上可能的分辨率可能甚至小于一个体素。
根据本发明的实施例，优选可以根据期望的成像分辨率独立调节圆柱元件的长度。因此，如果需要高分辨率，可以选择非常短的圆柱元件。在这种情况下，在近似图像周围界定的圆柱元件数目很大，仅在小体积上对信号强度进行精确积分。不过，由此也增大了数据量，这可能导致更长的数据处理时间。另一方面，如果仅需要脉管图像的粗略近似，可以通过选择长的圆柱元件来产生具有低成像分辨率的重建图像。
对于优化的过程而言，也能够在第一步中产生粗略近似图像，然后通过独立调节圆柱元件进行改进。这意味着，在第一近似图像中测量信号强度的局部梯度，然后在信号梯度高的区域中缩短圆柱元件的长度。换言之，在被成像脉管的形状强烈变化，因此需要高分辨率的时候，即，接近狭窄症或脉管弯曲的部分，提高分辨率，而在其余部分中保持低分辨率以便节省数据量和处理时间。一般希望限制圆柱元件的数量，因为过高数量的圆柱元件增加了控制参数的数量，这再次增大了不希望的噪声效果。这样能够迅速但非常精确且可以逐一调节地产生重建图像。此外，必须要指出，根据应用，也可以使用其他形状的元件代替圆柱元件，例如使用椭圆元件。
根据本发明的另一实施例，提出，预定义的条件是圆柱元件的半径和位置不发生显著变化。这意味着，重复由界定装置、调节装置和重建装置执行的上述步骤，直到圆柱元件的半径和位置不发生显著变化。因此，在每次迭代中改进图像，直到再一次迭代能够实现的改进过低，从而终止迭代并显示重建图像。
在本发明的另一优选实施例中，预定义的条件是，将由所述界定装置、调节装置和重建装置执行的步骤重复n次，其中，n是等于或大于一的整数。在这一实施例中，预先定义迭代的数目。这样做的优点是可以精确控制处理时间。尤其是如果仅需要粗略近似图像，可以将迭代次数限于展现出满意成像分辨率的经验值。
在本发明的另一实施例中，优选将所述调节装置配置成，如果在所述圆柱元件上积分得到的信号强度与脉管中磁性粒子的已知浓度不同，则向所述信号引入第一误差项。
此外，优选根据本发明实施例，将所述调节装置配置成，如果所述圆柱元件外部的信号强度大于零，则向所述信号引入第二误差项。通过引入这两个误差项，额外改进了迭代的收敛性。
根据另一实施例，所述调节装置被配置成，在满足所述预定义的条件之前至少调节第一误差项和第二误差项的参数一次。换言之，可以在迭代期间重新计算，尤其是缩小两个误差项的参数。这能够使迭代更快收敛。
附图说明
参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并得到阐述。在下述附图中：
图1示出了磁性粒子成像(MPI)设备的原理布局的示意图，
图2示出了MPI设备产生的原理场力线图案的范例，
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示出了根据本发明的设备的方框图，
图6示出了根据本发明的方法的方框图，
图7示出了其中存在磁性粒子的脉管的感兴趣段的示意图，
图8示出了脉管的感兴趣段的第一近似图像，
图9示出了所述近似图像周围包括固定长度的圆柱元件的近似图像的示意图，
图10示出了包括具有已调节半径的圆柱元件的近似图像，
图11示出了包括具有已调节半径和更小固定长度的圆柱元件的近似图像，以及
图12示出了包括具有已调节半径和可变长度的圆柱元件的近似图像。
具体实施方式
图1示出了要借助MPI设备10检查的任意对象。图1中的附图标记350表示布置于患者台351上的对象，在这种情况下为人或动物患者，仅示出了其顶部的一部分。在应用根据本发明的方法之前，磁性粒子100(图1中未示出)布置在本发明设备10的作用区域300中。特别地，在对例如肿瘤进行治疗和/或诊断处理之前，例如，借助注射到患者350身体中的包括磁性粒子100的液体(未示出)在作用区域300中定位磁性粒子100。
作为本发明实施例的范例，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的范围界定了作用区域300，也称为处置区域300。例如，在患者350上方和下方或台面上方和下方布置选择装置210。例如，选择装置210包括第一线圈对210′、210″，每个线圈都包括两个相同构造的绕组210′和210″，所述绕组共轴地布置在患者350上方和下方，有相等的电流，尤其是沿相反方向流过。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产生磁选择场211，一般是图2中由场线表示的梯度磁场。它在选择装置210线圈对(例如垂直)轴的方向上具有基本恒定的梯度，在该轴上的一个点处到达零值。从这个无场点(图2中未单独示出)开始，磁选择场211的场强随着与无场点的距离增大而在三个空间方向上增大。在由无场点周围的虚线表示的第一子区301或区域301中，场强很小，使得第一子区301中存在的粒子100的磁化强度不饱和，而第二子区302(区域301外部)中存在的粒子100的磁化强度处于饱和状态。作用区域300的无场点或第一子区301优选是空间相干区域；它也可以是点状区域或线或平面区域。在第二子区302(即，作用区域300中第一子区301外部的其余部分)中，磁场强度充分强，足以将粒子100保持在饱和状态中。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(总体)磁化强度会变化。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，向作用区域300中或作用区域300的至少一部分中的选择场211叠加另一磁场，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。例如，它包括球形基质101，例如玻璃基质，为其提供软磁层102，所述软磁层厚度例如为5nm，由例如铁-镍合金(例如坡莫合金)构成。例如，可以借助涂布层103覆盖这一层，所述涂布层保护粒子100免受化学和/或物理侵蚀性环境，例如酸的侵蚀。这种粒子100的磁化强度饱和所需的磁选择场211的磁场强度取决于多个参数，例如粒子100的直径、用于磁层102的磁性材料和其他参数。
对于直径例如为10 μm的情况，需要大约800 A/m的磁场(大致对应于1 mT的磁通密度)，而对于直径为100 μm的情况，80 A/m的磁场就足够了。在选择了饱和磁化强度更低的材料涂层102时，或在层102的厚度减小时，获得更小的值。
要了解优选磁性粒子100的更多细节，在此通过引用并入DE 10151778的对应部分，尤其是要求享有DE 10151778的优先权的EP 1304542 A2的16到20段和57到61段。
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的磁场场强。为了使磁性粒子100在80 A/m的磁场强度和总计160 103A/m2的磁选择场211场强梯度(沿给定空间方向)下充分饱和，粒子100的磁化强度不饱和的第一子区301的尺度大约为1 mm(沿给定空间方向)。
当在作用区域300中的磁选择场211(或梯度磁场211)上叠加另一磁场(下文称为磁驱动场221)时，第一子区301在这一磁驱动场221的方向上相对于第二子区302偏移；这种偏移的程度随着磁驱动场221强度增大而增大。在叠加的磁驱动场221随时间变化时，第一子区301的位置在时间和空间上相应地变化。有利的是，在与磁驱动场221变化的频带不同的另一频带(向较高频率偏移)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。这是可能的，因为由于作用区域300中磁性粒子100磁化强度因磁化特性的非线性而变化，磁驱动场221的频率出现较高次谐波的频率分量。
为了针对空间中的任何给定方向产生这些磁驱动场221，提供了三个额外的线圈对，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′产生在第一线圈对210′、210″或选择装置210的线圈轴方向上延伸，即，例如垂直延伸的磁驱动场221的分量。为此，第二线圈对220′的绕组中有同样方向的相等电流流过。从原理上讲，借助第二线圈对220′能够实现的效果也能够通过在第一线圈对210′、210″中的相反相等电流上叠加同方向电流来实现，这样使得一个线圈中的电流减小，另一个线圈中的增加。不过，尤其是出于以更高信噪比解释信号的目的，在时间上恒定(或准恒定)的选择场211(也称为梯度磁场)和时间上可变的垂直磁驱动场是由选择装置210和驱动装置220的独立线圈对产生时，可能是有利的。
提供了另外两个线圈对220″、220″′，以便产生在不同空间方向上延伸的磁驱动场221的分量，例如，所述分量在作用区域300(或患者350)的纵向方向上和垂直于其的方向上水平延伸。如果为此目的使用亥姆霍兹(Helmholtz)型(像用于选择装置210和驱动装置220的线圈对)第三线圈对220″和第四线圈对220″′，必须要将这些线圈对分别布置在处置区域的左右或该区域的前后。这会影响到作用区域300或处置区域300的可及性。因此，第三磁线圈对或线圈220″和/或第四磁线圈对或线圈220″′也布置在作用区域300的上下，因此，它们的绕组配置必须与第二线圈对220′的绕组配置不同。不过，从具有开放磁体(开放MRI)的磁共振设备领域可知道这种线圈，其中射频(RF)线圈对位于处置区域的上下，所述RF线圈对能够产生水平的时间变化的磁场。因此，本文不再对这种线圈的构造进行赘述。
根据本发明的设备10还包括图1中仅示意性示出的接收装置230。接收装置230通常包括能够检测作用区域300中的磁性粒子100的磁化图案感生的信号的线圈。不过，从磁共振设备领域可知道这种线圈，其中，例如射频(RF)线圈对位于作用区域300周围，以便具有尽可能高的信噪比。因此，本文不再对这种线圈的构造进行赘述。
在图1所示的选择装置210的备选实施例中，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，形成了类似于图2的磁场，亦即，在相对磁极具有相同极性时。在根据本发明的设备的另一备选实施例中，选择装置210包括至少一个永磁体和图2中所示的至少一个线圈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所生成的磁场根本不随时间变化，或者变化相对地慢，优选介于大约1 Hz和大约100 Hz之间。驱动装置220所生成的磁场优选在大约25 kHz和大约100 kHz之间变化。接收装置应该敏感的磁场变化优选在大约50 kHz到大约10 MHz的频率范围中。
图4a和4b示出了磁化特性，亦即，在粒子100的分散体中，这种粒子(图4a和4b中未示出)的磁化强度M根据该粒子100位置处场强H的变化。可以看出，超过场强+Hc和低于场强-Hc，磁化强度M不再变化，这意味着到达了饱和磁化强度。在值+Hc和-Hc之间磁化强度M未饱和。
图4a示出了在粒子100的位置处正弦磁场H(t)的效应，其中，所得的正弦磁场H(t)的绝对值(即，  “粒子100看到的”)低于使粒子100磁饱和所需的磁场强度，即，在没有额外磁场活动的情况下。在这种条件下，一个或多个粒子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换。图4a右侧的参考M(t)表示所得的磁化强度时间变化。看起来磁化强度也周期性变化，且这种粒子的磁化强度周期性反转。
曲线中央线的虚线部分表示磁化强度M(t)根据正弦磁场H(t)的场强的近似平均变化。作为与这条中心线的偏离，在磁场H从-Hc增加到+Hc时，磁化强度稍微向右延伸，在磁场H从+Hc减小到-Hc时，稍微向左延伸。这种已知效应被称为磁滞效应，其构成发热机制的依据。磁滞表面区域形成于曲线路径之间，其形状和尺寸取决于材料，是对磁化强度变化时发热的度量。
图4b示出了叠加了静磁场H1的正弦磁场H(t)的效应。因为磁化强度处于饱和状态，所以它实际上不受正弦磁场H(t)的影响。在这个区域，磁化强度M(t)在时间上保持恒定。因此，磁场H(t)不会导致磁化强度状态的变化。
图5示出了图1所示设备10的方框图。图5中示意性示出了选择装置210。优选地，为选择装置210提供三个磁选择场生成装置，尤其是线圈、永磁体或线圈和永磁体的组合。优选布置所述三个磁选择场生成装置，使得针对每个空间方向，提供一个磁选择场生成装置。如果在一实施例中提供线圈对作为磁选择场生成装置，则从可控电流源32为线圈对供应DC电流，所述电流源32受控制装置76的控制。控制装置76又连接到计算机12，计算机12耦合到监视器13和输入单元14，监视器用于显示检查区域中磁性粒子的分布，输入单元例如是键盘。
线圈对(第二磁性装置)220′、220″、220″′连接到电流放大器41、51、61，从所述电流放大器所述线圈对接收其电流。在每种情况下，电流放大器41、51、61又连接到AC电流源42、52、62，所述AC电流源界定了要放大的电流Ix、Iy、Iz的时间过程。AC电流源42、52、62受控制装置76的控制。
图5中还示意性示出了接收线圈(接收装置)。接收线圈230中感生的信号被馈送到滤波器单元7 1，借助所述滤波器单元对信号进行滤波。这种滤波的目的是将实测值与其他干扰信号分开，实测值是由检查区域中受两个部分区域(301，302)的位置变化影响的磁化强度导致的。为此，例如可以设计滤波器单元71，使时间频率小于操作线圈对220′、220″、220″′的时间频率或小于这些时间频率两倍的信号不通过滤波器单元71。然后经由放大器单元72将信号发送到模/数转换器73(ADC)。模/数转换器73产生的数字化信号被馈送到处理装置74，处理装置从这些信号以及接收相应信号期间第一磁场的第一子区301在检查区域中采取的以及图像处理装置74从控制装置76获得的相应位置重建磁性粒子的空间分布。在处理装置74中将定量测量的作用区域中磁性材料的局部浓度变换成重建图像。
根据本发明的方法提出一种迭代过程，由所述处理装置74执行该迭代过程，以便使用所获取的信号强度作为被检查脉管的通量和直径的度量，因此将所获取的测量数据变换成高分辨率图像。最后通过控制装置76将这个经重建的高分辨率图像数据发送到计算机12，计算机在监视器13上显示所述图像。必须要指出，根据本发明，所述处理装置74包括在计算机中，其中，所提出的迭代方法可以具体由计算机程序执行。
图6中示出了由所述处理装置74执行的详细方法。特别针对冠状动脉内狭窄症410的成像应用设计所提出的方法。图7中示出了包含磁性粒子100的这种被检查脉管400的范例。在该方法的第一步骤S1中，将接收线圈230所获取的检测信号的信号强度变换成脉管400的近似图像420。由于磁性示踪剂是以丸剂注射形式应用的，因此仅有被检查脉管400响应于所产生的磁场生成信号，而脉管400的外部区域对信号没有贡献。因此，信号强度在已知脉管树的固定预定义区域周围进行积分。这种脉管树数据可以是要成像脉管400的进展的第一估计，并被用作信号变换的输入数据。在方法的第一步骤S1中产生的近似图像420例如是亮暗图像，其针对具有高信号强度的区域显示暗区425，针对具有低信号强度的区域显示亮区430。必须要指出，近似图像420未必一定是亮暗图像，也可以利用两种不同颜色或图案实现所述近似图像420，以便将具有高信号强度的区域425与具有低信号强度的区域430区分开。
在图8中示范性示出了图7中示出的产生的有关脉管400的这种近似图像420。通过比较这两幅图，可以看出，狭窄症410周围的区域示出了图8中相当亮的图片430，因为信号强度处于脉管400收缩的部分中，也在脉管400中没有磁性粒子100的外部区域上进行积分。因此，在这个部分中还记录噪声，使得相对于脉管的不受限部分信号强度相当低，其中，信号强度仅在脉管400的内部中进行积分，在脉管400的内部中存在磁性粒子100且记录下更高的信号。因此，该方法第一步骤S1中产生的近似图像420(图8)仅给出狭窄症410位置的粗略指示。
在图6所示方法的第二步骤S2中，在所述近似图像420周围界定圆柱元件440。图9中示意性示出的圆柱元件440充当在以下步骤中对信号强度进行积分的积分体积。在界定圆柱元件440之后，分别在每个圆柱元件440的体积上对信号强度进行积分，逐一逐步调节每个圆柱元件440的半径r，直到每个圆柱元件440上的信号强度相等并达到从脉管400中磁性粒子100的已知浓度预计的强度(图6中的S3)。必须要指出，血液中磁性粒子100的浓度是已知的，具体可以基于示踪剂量和其中的磁性粒子100浓度进行计算。因此，可以通过在进行时间和空间平均确定之后采取成像数据集中测量的最高浓度接收血液中磁性粒子100的浓度。
在图示的范例中，因此狭窄症410周围的圆柱元件440减小，直到信号强度等于计算出的磁性粒子100的浓度。图10中明确示出了这种方法的步骤S3。进一步观察图10，可以看出，在长度为l1(如图10中)的相当长圆柱元件440的情况下，成像分辨率过低，因为那时狭窄症仅仅被单个圆柱元件440围绕，这会导致重建图像中的散漫形状。因此，优选选择更短的长度l2，如图11所示，以便接收更好的分辨率。根据应用和必要的分辨率，因此应当调节圆柱元件440的长度，仍然注意不应选择过小的长度，以免计算时间过长。
图12中示出了备选实施例，其中逐一调节圆柱长度。在图12中，因此，提出了四种不同长度l1-l4的圆柱元件440。这意味着，在第一近似图像420中测量信号强度的局部梯度，然后在梯度高的区域中缩短圆柱元件440的长度。换言之，在被成像脉管400的形状强烈变化，因此需要高分辨率的时候，提高分辨率。例如，这是接近狭窄症410或脉管400弯曲的部分的情况。相反，将剩余部分中的分辨率保持低值，以便节省数据量和处理时间。这样能够迅速但非常精确且可以逐一调节地产生重建图像。
在步骤S4(图6)中，然后基于步骤S3的经调节的圆柱元件440的半径、或长度通过变换所获取的信号的信号强度产生改善的图像450。之后，重复步骤S2到S4，直到满足预定义的条件S5。在每次迭代之内，将改善的图像450用作步骤S2中的近似图像420，再次执行上述方法步骤S2到S4。由此，预定义的条件可以是，执行迭代，直到圆柱元件的半径和位置不发生显著变化，或将迭代执行n次，其中n是大于一的整数。
在由于预定义的条件停止迭代过程之后，在最后步骤S6中在显示器13上显示重建图像。必须要指出，用户当然能够再次重复该方法或重新定义要检查的对象区域，以便接收例如详细部分的图片。
尽管已经在附图和上述说明中详细示出和描述了本发明，但是应当将这样的图示和说明看作是示范性或示例性的，而不是限定性的；本发明不限于所公开的实施例。通过感兴趣附图、说明书和所附权利要求，本领域技术人员能够在实践所要求保护的本发明的过程当中理解并实施针对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”不排除多个元件或步骤。单个元件或其他单元可以完成权利要求中列举的若干项功能。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施不表示不能有利地采用这些措施的组合。
可以将计算机程序存储/分布在适当的介质当中，例如，所述介质可以是光存储介质或者与其他硬件一起提供的或者作为其他硬件的部分的固体介质，但是，也可以使所述计算机程序通过其他形式分布，例如，通过因特网或者其他有线或无线电信系统。
权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (10)

1.一种用于对包括脉管(400)的对象成像的设备(10)，在所述脉管内存在磁性粒子(100)并且所述脉管被放在作用区域中，所述设备包括：
-选择装置(210)，其用于生成其磁场强度具有空间图案的磁选择场(21 1)，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)，其用于借助磁驱动场(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，使得磁性材料的磁化强度局部变化，
-接收装置(230)，其用于获取检测信号，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)的所述空间位置的所述变化的影响，
-处理装置(74)，其用于基于所述脉管(400)内所述磁性粒子(100)的已知浓度和基于关于所述脉管(400)的进展的脉管树数据重建所述脉管(400)的图像，
所述处理装置(74)包括：
a)变换装置，其用于基于所述脉管树数据将所获取的检测信号的信号强度变换成所述脉管(400)的感兴趣段的近似图像(420)，
b)界定装置，其用于在所述近似图像(420)周围界定包括圆柱元件(440)的圆柱，
c)调节装置，其用于通过在所述圆柱元件(440)的信号强度上进行积分逐步且独立调节所述圆柱元件(440)的半径，其中，调节所述半径，使得在所述圆柱元件(440)上积分得到的信号强度等于从所述脉管(400)中所述磁性粒子(100)的已知浓度预计的强度，
d)重建装置，其用于基于经调节的所述圆柱元件(440)的半径通过变换所获取的检测信号的信号强度来重建改进的图像(450)，
e)迭代装置，其用于重复由所述界定装置、调节装置和重建装置执行的步骤，直到满足预定义的条件，其中，将所述改进的图像(450)用作在由所述界定装置执行的步骤中的近似图像(420)，以及
f)显示装置，其用于将所述重建图像显示为具有所确定半径的圆柱(440)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述圆柱元件(440)的长度可以根据期望的成像分辨率独立调节。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述预定义的条件是所述圆柱元件(440)的半径和位置不发生显著变化。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述预定义的条件是，将由所述界定装置、调节装置和重建装置执行的步骤重复n次，其中，n是等于或大于一的整数。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述调节装置被配置成，如果在所述圆柱元件(440)上积分得到的信号强度与所述脉管(400)中所述磁性粒子(100)的已知浓度不同，则向所述信号引入第一误差项。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述调节装置被配置成，如果所述圆柱元件(440)外部的信号强度大于零，则向所述信号引入第二误差项。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述调节装置被配置成根据与最近圆柱元件(440)的距离对所述第二误差项加权。
8.根据权利要求5和6所述的设备，其特征在于，所述调节装置被配置成，在满足所述预定义的条件之前至少调节所述第一误差项和第二误差项的参数一次。
9.一种用于对包括脉管(400)的对象成像的方法，在所述脉管内存在磁性粒子(100)并且所述脉管被放在作用区域(300)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，使得磁性材料的磁化强度局部变化，
-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)的所述空间位置的所述变化的影响，
-基于所述脉管(400)内所述磁性粒子(100)的已知浓度和基于关于所述脉管(400)的进展的脉管树数据重建所述脉管的图像，
重建图像的所述步骤包括如下步骤：
a)基于所述脉管树数据将所获取的检测信号的信号强度变换成所述脉管(400)的感兴趣段的近似图像(420)，
b)在所述近似图像(420)周围界定包括圆柱元件(440)的圆柱，
c)通过在所述圆柱元件(440)的信号强度上进行积分逐步且独立调节所述圆柱元件(440)的半径，其中，调节所述半径，使得在所述圆柱元件(440)上积分得到的信号强度等于从所述脉管(400)中所述磁性粒子(100)的已知浓度预计的强度，
d)基于经调节的所述圆柱元件(440)的半径通过变换所获取的检测信号的信号强度来重建改进的图像(450)，
e)重复步骤b)到d)，直到满足预定义的条件，其中，将所述改进的图像(450)用作在步骤b)中的近似图像(420)，以及
f)将所述重建图像显示为具有所确定半径的圆柱(440)。
10.一种计算机程序，其包括程序代码模块，当在计算机(12)上执行所述计算机程序时，用于令所述计算机(12)控制根据权利要求1所述的设备(10)以执行根据权利要求9所述的方法的步骤。
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