CN102427762A - 用于影响和/或检测磁性颗粒并且用于出血监控的配置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于影响和/或检测作用区域中的磁性颗粒的配置和方法，尤其用于使用磁性颗粒成像(MPI)监控脑内或者颅内出血。提供线圈阵列的每一个线圈一个公共耦合单元用于将用于生成磁场的全部信号耦合到公共线圈组。并且，相同的线圈用于获取检测信号。按照这种方式，能够构成尤其用于出血监控的对于患者可长久保留或者可以向患者定期提供的小型扫描仪。
Description
技术领域
本发明涉及用于影响和/或检测作用区域中的磁性颗粒的配置和方法。此外，本发明涉及用于检测作用区域中的磁性颗粒并且用于出血监控的配置和方法。而且，本发明涉及用于在计算机上实施所述方法并且控制这样的配置的计算机程序。
本发明尤其涉及脑内和颅内出血的检测。
技术背景
根据德国专利申请DE 101 51 778 A1已知这种类型的配置。在该公开描述的配置中，首先生成具有磁场强度的空间分布的磁选择场，以使得在检查区(zone)中形成具有相对低磁场强度的第一子区以及具有相对高磁场强度的第二子区。然后偏移检查区中子区空间中的位置，以使得检查区中颗粒的磁化强度局部改变。记录取决于检查区中的磁化强度的信号，该磁化强度已经受到子区空间中位置的偏移影响，并且从这些信号中提取关于检查区中磁性颗粒的空间分布的信息，以使得能够形成检查区的图像。这样的配置具有的优点在于：其能够用于在接近检查对象的表面和远离检查对象的表面两种情况下以非破坏性方式，并且不产生任何损害地，以高空间分辨率检查任意检查对象，例如人体。
根据Gleich，B.和Weizenecker，J.(2005)，“Tomographic imaging usingthe nonlinear response of magnetic particles”in nature，vol.435，pp.1214-1217已知类似的配置和方法。在该公开中描述的用于磁性颗粒成像(MPI)的配置和方法利用小磁性颗粒的非线性磁化强度曲线。
可以在正常诊断扫描期间利用所建立的成像方式，类似CT或者MRI，在原处检测脑内或者颅内出血。这在神经事件的鉴别诊断期间是一般惯例以允许区分缺血性中风(stroke)和出血。然而，这排除了对于出血需要持续监控的患者，例如在大脑或者颅骨动脉的解剖之后或者经受溶解术治疗的患者，其中主要并发症之一是发生自发性出血。
可以用于检测出血的医学成像的公知方式，例如MRI(磁共振成像)或者CT(计算机断层扫描)，仅可适用于有限的时间，例如适用于诊断扫描。然而，需要持续监控出血的患者需要一种持续可用的或者周期性可用的并且能够以非常小的代价可用到的系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于影响和/或检测作用区域中的磁性颗粒的配置和方法，以及允许在较长的时间段内对患者进行持续或者定期监控并且对于患者容易获得的出血监控的方法。
在本发明的第一方面中，提供一种用于影响和/或检测作用区域中的磁性颗粒的配置，包括：
-包括选择场信号生成器单元和选择场线圈的选择装置，用于生成磁选择场，所述磁选择场在其磁场强度的空间中具有一图案，以使得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形成在所述作用区域中；
-包括驱动场信号生成器单元和驱动场线圈的驱动装置，用于利用磁驱动场改变所述作用区域中所述两个子区的空间位置，以使得所述磁性材料的磁化强度局部改变；
-包括至少一个信号接收单元和至少一个接收线圈的接收装置，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，所述磁化强度受所述第一子区和第二子区的空间位置的改变的影响；
其中，所述选择场线圈、所述驱动场线圈和所述至少一个接收线圈由公共线圈组来实现；并且
其中，所述配置还包括耦合装置，该耦合装置包括所述公共线圈组的每一个线圈一个的耦合单元，耦合在所述选择场信号生成器单元、驱动场生成器单元和所述公共线圈组的相关联线圈之间。
在本发明的另一方面中，提供一种相对应的方法。
本发明的优选实施例限定于从属权利要求中。应该理解，请求保护的方法具有与请求保护的配置以及在从属权利要求中限定的类似和/或相同的优选实施例。
本发明基于以下构思：使用线圈的公共组，即单个线圈阵列，用于生成全部必要磁场，即磁选择场、磁驱动场以及如果可应用的磁聚焦场，以及用于检测取决于作用区域中的磁化强度的检测信号。这尤其通过使用耦合在各种场信号生成器单元及其各自线圈之间的公共耦合单元变得可能，即对于所述公共线圈组(也被称为线圈阵列)的每一个线圈提供一个耦合单元。按照这种方式，合并用于生成各种磁场的各种信号以共同控制所述公共线圈组的线圈。
本发明尤其可应用于使用小尺寸线圈时且需要小磁场强度时。由于所述小尺寸以及这样小的场强，能够构成一种紧凑而方便的配置，特别是公共线圈组，其允许或者使得在患者病床处长久可使用或者通过将其定期带到患者病床而不费力地可使用，例如，安装在手推车上。因而，例如，能够构建专用于监控脑内或者颅内出血的磁性颗粒成像扫描仪，并且能够以开放方式构建所述扫描仪，这允许在监控患者的同时舒适而容易地触及患者。当然，本发明可以实现为用于其它目的配置，特别是用于监控患者的其它部位，例如心脏或者腹部区域。
根据优选实施例，所述线圈组的线圈设置在公共外壳中，所述公共外壳包括实质上由连接所述线圈的软磁材料制成的线圈连接器。所述软磁材料优选由铁制成，并且线圈连接器优选包括尤其是由铜制成的屏蔽。所述线圈连接器提供磁通量的良好引导并且增加场强。此外，所述屏蔽防止在磁线圈连接器中主要是由于磁驱动场而生成谐波。
根据另一实施例，所述公共线圈组的所述线圈、所述外壳以及所述线圈连接器适于放置为邻近患者的身体部分，尤其是患者的头部。本发明允许设计需要放置在待监控的身体部分旁边的基本元件以使得它们仅覆盖这些关键部分并且可以放置未接近这些部分。如上所述，所述配置的这些元件可以实现为直接设置在患者病床上以实现持久监控例如出血，或者设置在手推车上以实现容易提供所述配置用于几个不同患者的定期扫描。
为了监控患者头部的出血，将这些元件设置为例如能够放置在患者病床上的头盔形式，患者的头部可以放置在该头盔中。
在另一实施例中，所述线圈连接器设置为覆盖所述公共线圈组的所述线圈的半壳体形式，并且包括用于连接到所述线圈的延伸部，尤其是刺状的延伸部。这些延伸部尤其提高了磁通量并且将所述磁通量引导到各个线圈。进一步的优点在于这导致更低的功耗要求。
优选地，所述耦合单元包括振荡(tank)电路，所述振荡电路优选适于将由场信号生成器单元生成的信号同时耦合到线圈。所述振荡电路尤其设置为用于确保驱动场信号不会短接到地，以使得检测信号将不可检测，因为其被引导到地。
为了正确检测由用作接收线圈的所述公共线圈组的一个或者多个线圈获得的检测信号，建议在进一步实施例中提供串联耦合到接收线圈的感应元件，并且进一步提供耦合在所述感应元件和所述接收线圈的耦合点与和所述接收线圈相关联的所述接收单元之间的谐振(resonant)电路。因而，通过所述感应元件和所述接收线圈形成感应分压器，用于在其间的耦合点处正确地分接检测器信号。
在另一实施例中，提供用于控制所述驱动场信号生成器单元的控制单元，以使得在预定区域中所生成的磁驱动场的幅度不超出预定磁场强度。按照这种方式，可以确保在所述预定区域中不出现过热。例如，按照这种方式能够最小化潜在的补牙和类似支架或者护圈的整形外科设备的加热，从而防止在持续监控过程期间对患者造成任何损害。
在本发明的另一方面中，提供一种用于检测作用区域中的磁性颗粒以及用于出血监控的配置，该配置包括用于处理由所述信号接收装置接收的检测信号的信号处理装置，所述信号处理装置包括：
-比较装置，用于将所接收的作用区域的检测信号与先前从同一作用区域获取的参考信号进行比较，
-第一确定装置，用于基于所述比较来确定血液容量增加的区域，
-第二确定装置，用于确定所述血液容量增加的区域中所述血液的脉动模式，以及
-第三确定装置，用于基于所确定的脉动模式来确定所述血液容量增加的区域中哪些是出血的区域。
本发明的该方面尤其涉及监控出血并且允许确定表现出血液容量增加的特定区域是出血的区域，还是仅表示局部血液容量的正常变化。主要构思在于通过利用在所述血液容量增加的区域中血液的脉动模式的确定来区分这样的区域。局部血液容量正常变化(增加)的区域通常表现出由于心跳造成的特性脉动模式，而由于出血造成具有血液容量增加的区域将具有完全不同的模式。根据本发明的该方面优选利用这一识别。
如上面解释的根据本发明第一方面的配置尤其可以应用于所述出血监控，特别是由于其能够用于患者的持续或者定期监控。对于这些类型的应用，磁性颗粒成像(MPI)技术相对于常规成像方式具有优势。
根据另一优选实施例，处理装置还包括配准装置，用于将由所述信号接收装置接收的信号与参考信号配置，用于患者的运动校正。这提高了所述方法的精度。
附图说明
参照以下描述的实施例，本发明的这些和其它方面将是明显和显见的。在以下附图中：
图1示出磁性颗粒成像(MPI)配置的原理布局的示意图；
图2示出由图1所示的配置产生的磁力线图案的示例；
图3示出了作用区域中存在的磁性颗粒的放大视图；
图4a和4b示出这样的颗粒的磁化强度特性；
图5示出根据本发明的配置的方框图；
图6示意性示出根据本发明的配置作为手推车形式的实现；
图7示意性示出根据本发明的配置的线圈作为头部线圈的另一实现；
图8示意性示出根据本发明的配置的线圈作为一种头盔的实现；
图9示出根据本发明的配置的电路图；以及
图10示出说明根据本发明的用于出血监控方法的流程图。
具体实施方式
在说明本发明的细节之前，将参照图1到图4详细说明磁性颗粒成像的基本原理。
图1示出待利用MPI配置10检查的任意对象。图1中的附图标记1表示对象，在这种情况下是放置在患者台2上的人或者动物患者，仅示出其上半部。在应用成像方法之前，在本发明的配置10的作用区域300中设置磁性颗粒100(图1中未示出)。特别是在例如肿瘤的治疗和/或诊断治疗之前，例如利用注射到患者1的身体中的包括磁性颗粒100的液体(未示出)，将磁性颗粒100设置在作用区域300中。
图2中示出作为线圈配置的示例，包括形成选择装置210的多个线圈，所述选择装置210的范围限定出作用区域300，其也被称为治疗区域300。例如，选择装置210设置在患者1上方和下方或者设置在台面的上方和下方。例如，选择装置210包括第一对线圈210′，210″，均包括在患者1的上方和下方同轴设置并且由相等电流，特别是沿相反方向流过的两个相同构造的绕组210′，210″。下面将第一线圈对210′，210″一起称为选择装置210。优选地，在这种情况下使用直流。选择装置210生成在图2中由磁力线表示的通常为梯度磁场的磁选择场211。其在选择装置210的线圈对的(例如垂直)轴的方向上具有实质上恒定的梯度并且在该轴上的一点处达到零值。从该无场点(图2中没有单独示出)开始，随着与无场点的距离增加，磁选择场211的场强度在全部三个空间方向上增加。在由无场点周围的虚线表示的第一子区301或者区域301中，场强度小到使得存在于该第一子区301中的颗粒100的磁化强度不饱和，而存在于第二子区302(区域301外部)中的颗粒100的磁化强度处于饱和状态。作用区域300的无场点或者第一子区301优选是空间相干区域；其也可以是点状区域或者线或平坦区域。在第二子区302(即，作用区域300中位于第一子区301外部的剩余部分)中，磁场强度强到足以将颗粒100保持在饱和状态。通过改变作用区域300内两个子区301，302的位置，作用区域300中的(整体)磁化强度改变。通过测量作用区域300中的磁化强度或者受磁化强度影响的物理参数，能够获得关于作用区域中磁性颗粒的空间分布的信息。为了改变作用区域300中两个子区301，302的相对空间位置，另一磁场，即所谓的磁驱动场221叠置到作用区域300中或者至少部分作用区域300中的选择场211。
图3示出与上面示出且根据本发明的配置10一起使用的这种磁性颗粒100的示例。该磁性颗粒例如包括例如玻璃的球形基底101，该球形基底提供有厚度例如为5nm并且例如由铁镍合金(例如坡莫合金)构成的软磁层102。该层可以例如利用保护颗粒100免受诸如酸之类的化学和/或物理侵蚀性环境的涂覆层103覆盖。这样的颗粒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，例如颗粒100的直径、磁层102所使用的磁性材料以及其它参数。
在例如10μm直径的情况下，则需要大致800A/m(大致对应于1mT的磁通密度)的磁场，而在100μm直径的情况下，80A/m的磁场可满足。在选择具有较低饱和磁化强度的材料的涂覆102时或者在层102的厚度减小时，获得甚至更小的值。
对于优选磁性颗粒100的进一步细节，这里以引用的方式结合DE10151778的相应部分，特别是要求DE 10151778优先权的EP 1304542 A2的第16到20段和第57到61段。
第一子区301的大小一方面取决于磁选择场211的梯度强度，并且另一方面取决于饱和所需的磁场的场强度。为了磁性颗粒100在80A/m的磁场强度以及等于160103A/m2的磁选择场211的场强度(在给定的空间方向上)的梯度下充分饱和，颗粒100的磁化强度不饱和的第一子区301具有大约1mm的尺度(在该给定的空间方向上)。
在将另一磁场，以下称为磁驱动场221，叠置在作用区域300中的磁选择场210(或者梯度磁场210)上时，第一子区301相对于第二子区302在该磁驱动场221的方向上偏移；该偏移的程度随着磁驱动场221的强度增加而增加。当叠置的磁驱动场221在时间上变化时，第一子区301的位置在时间和空间上相应地变化。有利的是接收或者检测来自位于第一子区301中的磁性颗粒100的、处于磁驱动场221变化的频率带之外的另一频率带(偏移到较高频率)的信号。这是可行的，原因在于由于磁化强度特性的非线性，磁驱动场221频率的高次谐波的频率分量由于作用区域300中磁性颗粒100的磁化强度改变而发生。
为了在空间中的任意给定方向生成这些磁驱动场221，进一步提供三个线圈对，即下面一起被称为驱动装置220的第二线圈对220′、第三线圈对220″和第四线圈对220″′。例如，第二线圈对220′生成在第一线圈对210′，210″或者选择装置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′的绕组由相同方向上的相等电流流过。利用第二线圈对220′实现的效果在原理上也可通过相同方向的电流叠置在第一线圈对210′，210″中相反的相等电流上来实现，以使得电流在一个线圈中降低而在另一线圈中增加。然而，并且特别是出于具有更高信噪比的信号译码目的，在由选择装置210和驱动装置220的分立线圈对生成时间恒定(或者准恒定)的选择场211(也被称为梯度磁场)和时间可变的垂直磁驱动场时，这是有利的。
进一步提供两个线圈对220″，220″′，以生成磁驱动场221的分量，该磁驱动场221的分量在空间中的不同方向上延伸，例如在作用区域300(或者患者1)的纵向方向上水平延伸或者在与其垂直的方向上延伸。如果出于该目的使用赫尔姆霍兹类型的第三和第四线圈对220″，220″′(类似用于选择装置210和驱动装置220的线圈对)，则这些线圈对将必须被分别设置到治疗区域的左侧和右侧或者该区域的前面和后面。这将影响作用区域300或者治疗区域300的易接近性。因此，第三和/或第四磁性线圈对或者线圈220″，220″′还可设置在作用区域300的上方和下方，并且因此其绕组的配置必须与第二线圈对220′不同。然而，根据具有开放磁体(开放MRI)的磁共振装置的领域已知这种类型的线圈，其中射频(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的、时间可变磁场。因此，这里不需要进一步详细描述这样线圈的构造。
配置10还包括图1中仅示意性示出的接收装置230。接收装置230通常包括线圈，该线圈能够检测由作用区域300中磁性颗粒100的磁化强度图案感应的信号。然而，根据磁谐振装置的领域已知这种类型的线圈，其中例如射频(RF)线圈对位于作用区域300周围以便于具有尽可能高的信噪比。因此，这里不需要进一步详细描述这样线圈的构造。
在对于图1所示的选择装置210的可选实施例中，可以使用永磁体(未示出)以生成梯度磁选择场211。在位于这样(相对的)永磁体(未示出)的两个磁极之间的空间中，形成有与图2类似的磁场，即此时相对的磁极具有相同极性。在该配置的另一可选实施例中，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″。
通常用于或用在选择装置210、驱动装置220和接收装置230的不同分量中的频率范围大致如下：由选择装置210生成的磁场或者根本不随着时间变化或者变化相对缓慢，优选地在大致1Hz和大致100Hz之间。由驱动装置220生成的磁场优选在大致25kHz和大致100kHz之间变化。接收装置应该敏感的磁场变化优选在大致50kHz到大致10MHz的频率范围内。
图4a和4b示出在具有这样的颗粒的散布中的磁化强度特性，即颗粒100(图4a和4b中未示出)的磁化强度M作为该颗粒100的位置处的场强度H的函数的变化。其表现为磁化强度M在场强度+Hc之上和场强度-Hc之下不再改变，这意味着达到了饱和磁化强度。磁化强度M在值+Hc和-Hc之间不饱和。
图4a示出在颗粒100的位置处正弦磁场H(t)的效果，其中所产生的正弦磁场H(t)(即“由颗粒100发现”)的绝对值低于使颗粒100磁性饱和所需的磁场强度，即在没有另一磁场作用的情况下。对于该条件，一个颗粒100或者多个颗粒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。在磁化强度时间方面所产生的变化由图4a的右手侧的标记M(t)表示。可以看出，磁化强度也周期性改变并且这样颗粒的磁化强度周期性反向。
曲线中心处的虚线部分表示作为正弦磁场H(t)的场强度的函数的磁化强度M(t)的大致平均变化(variation)。随着偏离该中心线，在磁场H从-Hc增加到+Hc时磁化强度稍微向右延伸，并且在磁场H从+Hc降低到-Hc时磁化强度稍微向左延伸。这一已知效应称为构成用于生成热的机制的滞后效应。形成在曲线的路径之间并且其形状和尺寸取决于材料的滞后表面积是基于磁化强度变化生成热的计量单位。
图4b示出叠置有静态磁场H1的正弦磁场H(t)的效果。由于磁化强度处于饱和状态，因此其实际上不受正弦磁场H(t)影响。在该区域处磁化强度M(t)在时间上保持恒定。因此，磁场H(t)没有造成磁化强度状态改变。
图5示出根据本发明的装置10的实施例的方框图。除非以其它方式指明，上面解释的磁性颗粒成像的基本原理在这里也是有效且可适用的。
图5所示的装置10的实施例包括用于生成全部必要的磁场并且用于将在下面说明的信号检测的三个公共线圈200a，200b，200c的组200。为了生成上面所说明的磁选择场，提供选择场信号生成器单元20，优选对于将用作选择场线圈的组200的每一个线圈200a，200b，200c，提供单独的选择场信号生成器单元20(尽管通常也可以对于全部选择场线圈提供单个公共选择场信号生成器单元20)。所述选择场信号生成器单元20包括可控的选择场电流源21(通常包括放大器)和滤波器单元22，该选择场电流源和滤波器单元为各自选择场线圈提供选择场电流以在期望方向单独设定选择场的梯度强度。优选地，提供DC电流。如果将选择场线圈设置为例如在作用区域的相对侧上的相对线圈，则优选相对线圈的选择场电流相对地取向。
选择场信号生成器单元20由控制单元70控制，控制单元70优选控制生成选择场电流以使得选择场的全部空间部分的场强度之和以及梯度强度之和保持在预定水平。
为了生成磁驱动场，装置10还包括驱动场信号生成器单元30，优选为用于所述组200的每一个线圈的单独的驱动场信号生成单元，所述组将用于驱动场生成。所述驱动场信号生成器单元30包括驱动场电流源31(优选包括电流放大器)和用于向各自驱动场线圈提供驱动场电流的滤波器单元32。驱动场电流源31适于生成AC电流并且也由控制单元70控制。
优选(但不是必需地)，装置10还包括聚焦场信号生成器单元40，该聚焦场信号生成器单元包括聚焦场电流源41(优选包括电流放大器)和滤波器单元42，该滤波器单元用于向将用于生成磁聚焦场的所述线圈组200的各自线圈提供聚焦场电流。如在MPI技术中公知的，所述磁聚焦场通常用于改变在作用区域的空间位置。
对于信号检测，提供信号接收单元50，其接收由用于信号检测的所述组200的线圈200a，200b，200c检测的信号。优选地，对于将用作信号接收线圈的所述组的每一个线圈，提供单独的信号接收单元50。所述信号接收单元50包括用于对所接收的检测信号进行滤波的滤波器单元51。该滤波的目的在于将测量值与其它干扰信号分离，所述测量值通过在受两个部分区域(301，302)的位置改变影响的检查区中的磁化强度产生。为此，例如滤波器单元51可以设计为使得时间频率比线圈200a，200b，200c操作的时间频率小，或者比这些时间频率的两倍小的信号不通过滤波器单元51。该信号随后经由放大器单元52传输至模/数转换器53(ADC)。将由模/数转换器53产生的数字化信号馈送到图像处理单元(也被称为重构装置)71，该图像处理单元根据这些信号以及在各自信号的接收期间检查区中第一磁场的第一部分区域301所处的并且图像处理单元71从控制单元70获得的各自位置来重构磁性颗粒的空间分布。最终经由控制装置70将重构的磁性颗粒的空间分布传输到计算机12，该计算机将其显示在监控器13上。因而，可以显示表示磁性颗粒在检查区中的分布的图像。
并且，提供例如键盘的输入单元14。因此，用户能够设定最高分辨率的期望方向，并且转而在监控器13上接收作用区域的各自图像。如果需要最高分辨率的关键方向偏离用户开始设定的方向，则用户仍然可以手动改变该方向以便产生具有改善的成像分辨率的进一步图像。该分辨率改善处理也能够由控制单元70和计算机12自动操作。在该实施例中，控制单元70在自动估计的或者由用户设定为开始值的第一方向上设定梯度场。随后逐步改变梯度场的方向直到由计算机12比较的所接收的图像的分辨率最大，分别不再被改善。因此可以分别找到自动修改的最关键方向以接收最高的可能分辨率。
装置10还包括耦合装置60，该耦合装置包括所述公共线圈组200的每一个线圈200a，200b，200c的耦合单元60a，60b，60c。所述耦合装置60耦合在选择场信号生成器单元20、驱动场生成器单元30、聚焦场信号生成器单元40(如果存在)以及所述公共线圈组200的相关联线圈200a、200b、200c之间。耦合装置60适于合并生成磁场所需的各种信号，该耦合装置通常能够用于全部线圈尺寸和磁场强度。但是，如果线圈具有小尺寸并且如果需要小的磁场强度，特别是考虑到所需的功率和冷却，这是尤其有利的。下面将更加详细地说明这样的耦合单元的实施例。
图6示意性说明了根据本发明的配置的第一实现方式。在该实施例中，将患者病床2的一部分实现为一种用于放置在患者身体的一部分，这里是头部，下方的可移动手推车2b，同时将患者身体的主要部分放置在患者病床的固定部分2a上。因而该配置的公共线圈放置在手推车内部，从而图6中示出的手推车2b的说明通常被理解为示意性说明。按照这种方式，通过在监控周期内周期性地将该配置带到患者病床2，能够容易地实现该配置。然而，相同的配置也能够用于监控其它患者。而且，该配置以不遮挡患者视线以及医护人员对患者的视线的开放形式来构建。
图7中示意性示出另一实现方式。这里，线圈阵列200包括放置在患者头部3周围的总共七个线圈200a-200g(仅作为示例)。按照这样的方式设置线圈以使得它们最佳地适于患者头部300的解剖结构。而且，优选设置将用作选择场线圈的线圈的对称轴从耳朵指向耳朵，即水平地，这避免了患者面部被任何线圈覆盖。
如图8中示意性示出的，线圈配置也能够实现为一种包括放置有线圈200a-200e的外壳400的头盔。并且，在该实施例中，整个线圈阵列200由形成线圈连接器410的软磁材料覆盖并且与该软磁材料连接，所述线圈连接器优选由铁或者其它软磁材料制成。并且，在线圈连接器410上提供铜屏蔽420以防止由于磁驱动场而在软磁材料中生成谐波和互调，从而引导磁通量并且增加场强度。屏蔽420优选提供在整个线圈连接器410周围。优选地，也如图8所示，线圈连接器4实现为使得其象半壳一样地覆盖线圈阵列200，以用于进一步改善磁通量的引导并且增加场强度，该半壳具有连接到各线圈200a-200e的刺状的延伸部430。
图9示出根据本发明的配置的电路的实施例。具体地说，线圈组200的单个线圈200a连同电路一起示出，该电路用于提供通过所述线圈200a生成磁场的信号以及用于接收由所述线圈200a检测的信号。该图示出向耦合单元60提供驱动场电流的驱动场信号生成单元30。并且，示出向耦合单元60提供选择场电流和聚焦场电流的公共选择场信号生成器单元20和聚焦场信号生成器单元40。而且，由于选择场电流和聚焦场电流这两种电流的频率范围充分接近，因此能够通过同一生成器单元提供这两种电流。
耦合单元60包括振荡电路61，该振荡电路包括并联耦合的电感L1和电容C1。在用于驱动场电流的输入端子62和振荡电路61之间耦合有串联电容C2。并且，在用于驱动场电流的输入端子62和用于聚焦和选择场电流的输入端子63之间耦合有两个电容器C3和C4，这两个电容器C3和C4的连接点64耦合到接地电势。这一耦合使得能够合并高频驱动场信号(进行合适的滤波之后)以及低频选择场和聚焦场信号。振荡电路61主要使得驱动场信号不会短接到地。
耦合单元的电路使线圈谐振，并且例如对于电容C4，滤波器效应(作为低通滤波器)是相关的。电容C2和C3一起形成匹配电路以将驱动场信号生成单元30的阻抗匹配到线圈200a。
为了接收检测信号，将另一感应元件250串联耦合到线圈200a，该感应元件另一端连接到地。位于线圈200a和感应元件250之间的分接端子270向信号接收单元50提供检测信号，该检测信号经由包括并联耦合的感应元件L2和电容元件C5的谐振电路260提供。
应该注意，也可以由图5所示的单独的生成器单元生成聚焦和选择场电流。而且，并不是组200的每一个线圈都必须用作选择场线圈、驱动场线圈、聚焦场线圈和/或接收线圈。也可以是：特定的线圈仅具有所述功能中的单个或者一些，例如一个线圈仅生成磁场而另一线圈仅接收检测信号，而又一线圈提供上述二者功能。在这样的情况下，电路的各自部分或者能够完全省略，或者能够简单地不被激活并且提供有各自信号。例如，这可以由控制单元控制。
还应该注意，根据本发明，通常仅用于生成磁场和用于信号检测的线圈需要放置在将被监控、成像或者加热的身体部分(邻近)附近，而所有其它部分，即电路(特别是生成器单元、耦合单元、处理单元、控制单元等)可以放置在远离患者的分离位置。
在本发明许多特殊应用的情况下，大致5到10mm的空间分辨率将是足够的。因此，相当低的磁场强度将是足够的。例如，具有大致300mT/m的梯度场强度的选择场将是足够的。如在优选实施例中提供的，如果用于实现选择场的线圈之间的间隙，例如在患者耳朵附近，为大约200mm，则最大聚焦场强度需要为大致30mT，而驱动场强度可以限制在几个mT。这些小的场强度允许所描述的信号合并并且使用公共耦合单元。而且，这将患者的相邻部分的加热最小化。
WO 2008/078244A中也描述了滤波器单元和振荡电路的一般功能，其公开一种用于影响和/或检测磁性颗粒的配置，一种用于校准这样的配置的方法以及一种用于影响和/或检测作用区域中的磁性颗粒的方法。该配置具体包括利用耦合装置向驱动信号链和/或检测信号链提供补偿信号以增强信噪比的补偿控制器。在耦合装置处使用不同的模拟滤波器元件。特别地，使用电阻耦合以将补偿信号耦合到驱动信号链。对于补偿信号示出了三个不同的耦合点作为替代。优选地，选择耦合点以使得在该耦合点之后提供至少一个最终的无源滤波器级。
图10示出根据本发明的处理单元71的实施例。该实施例尤其涉及出血监控。出于该目的，处理单元71包括配准(registration)装置710，该配准装置用于将由信号接收装置接收的(实际扫描的)当前检测信号D与参考信号R(例如，在诸如第一扫描或者更早的扫描的参考扫描中获得)配置，以校正在信号检测期间或者更加具体地在检测信号D和参考信号R的检测之间患者的运动。这样的配准在本领域中是公知的。
在优选实施例中，患者的头部配备有两个或者更多基准(fiducial)标记物。在监控开始时，检测参考信号，并且确定坐标系统。在随后的检测信号D的信号检测期间，将患者头部的位置与利用基准标记物的参考信号检测期间的位置进行比较。当然，除了基准标记物以外，也可以使用大的动脉(或者其它有特点的身体部分或者点)作为解剖标记物，或者可以使用患者面部的可视外貌，即，使用视频照相机跟踪面部特征。如果患者运动，则根据标记物的位置(或者用于所述目的的其它元件)的比较得出转换(例如刚性转换)，并且应用于所获取的检测信号以使全部信号参照同一坐标系统。
接下来，通过比较装置711，将来自参考信号R的局部血液容量与来自(潜在校正的运动)随后检测信号D的血液容量进行比较。之后，基于所述比较，通过第一确定装置712，确定其中血液容量增加的区域。之后，通过使用第二确定装置713，确定在所述血液容量增加的区域中血液的脉动模式。随后，由第三确定装置714通过基于所确定的脉动模式来确定所述血液容量增加的区域中哪些是出血的区域来做出存在出血的决定。
优选地，通过使用特定阈值的血液容量的比较来确定血液容量增加的区域，即在一些区域中存在多于之前相当多的血液。并且，优选排除诸如由于增加的兴奋或者焦虑而导致的血液容量自然增加的区域。这通过第三确定装置714优选使用以下事实来进行，即这样的血液容量增加的区域将由于心跳而表现出特性脉动模式，而由于出血具有血液容量增加的区域将具有不同的脉动模式或者根本不具有特性脉动模式。按照这种方式，可以自动建立用于出血监控的简单而有效的方法。
应该注意，处理单元71的元件能够以硬件、软件(例如作为在计算机或者处理器上运行的程序)或者硬件和软件的混合来实现。
关于优选用作示踪物材料的磁性纳米颗粒，要注意：应该使用表现出足够长的血液保持时间的磁性材料以允许随后较长时间段内的扫描。可选地，对于重复扫描，重复注射小剂量的磁性材料。而且，可以使用嵌入在血红细胞中并且因而在患者的血流中循环的磁性材料，只要这些加载的血红细胞自然存活。
例如根据A.Antonelli，C.Sfara，L.Mosca，E，Manuali，M.Magnani；Newbiomimetic constructs for improved in vivo circulation of superparamagneticnanoparticles.J.Nonosci Nanotechnol，8(5)：2270-2278，2008中已知这样的材料。其它适合的磁性材料例如是已知材料Resovist或者Feridex。
本发明可以优选用于医学领域，特别是用于中风诊断和监控的神经学领域中，例如在脑内或者颅内出血的连续监控中，脑内和颅内出血的重复地、周期性监控，大脑或者颅骨区域中血液局部集中的成像和/或脑部灌注的测量。当然其它应用也是可行的。具体而言，本发明还能够应用于影响作用区域中的磁性颗粒，特别是用于加热患者身体的所选部分，即，使用高温，以例如破坏癌细胞。
尽管在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述将理解为是说明性或者示例性的而非限制性的；本发明并不局限于所公开的实施例。通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，在实施请求保护的本发明时，本领域技术人员可以理解和实现所公开实施例的其它变化。
在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或者“一个”不排除多个。单个元件或者其它单元可以实现权利要求书中记载的若干项的功能。某些措施记载在彼此不同的从属权利要求中这一事实并不表明使用这些措施的组合不能获得有益效果。
权利要求中的任何附图标记不应该理解为是对范围的限制。
Claims (15)
1.一种用于影响和/或检测作用区域(300)中的磁性颗粒的配置(10)，所述配置包括：
-包括选择场信号生成器单元(20)和选择场线圈(200a，200b，200c)的选择装置，用于生成磁选择场(211)，所述磁选择场(211)在其磁场强度的空间中具有图案，以使得在所述作用区域(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)；
-包括驱动场信号生成器单元(30)和驱动场线圈(200a，200b，200c)的驱动装置，用于利用磁驱动场(221)改变所述作用区域(300)中所述两个子区(301，302)的空间位置，以使得所述磁性材料(100)的磁化强度局部改变；
-包括至少一个信号接收单元(50)和至少一个接收线圈(200a，200b，200c)的接收装置，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，所述磁化强度受所述第一子区和第二子区(301，302)的所述空间位置的改变的影响；
其中，所述选择场线圈、所述驱动场线圈和所述至少一个接收线圈由公共线圈(200a，200b，200c)组(200)来实现；并且
其中，所述配置还包括耦合装置(6a)，该耦合装置包括所述公共线圈组(200)的每一个线圈(200a，200b，200c)一个的耦合单元(60a，60b，60c)，耦合在所述选择场信号生成器单元(212)、驱动场生成器单元(222)和所述公共线圈组(200)的相关联线圈(200a，200b，200c)之间。
2.如权利要求所述1的配置(10)，
其中，所述线圈组(200)的所述线圈(200a，200b，200c)设置在公共外壳(400)中，该公共外壳包括实质上由连接所述线圈(200a，200b，200c)的软磁材料制成的线圈连接器(410)。
3.如权利要求2所述的配置(10)，
其中，所述线圈连接器(410)包括尤其是由铜制成的屏蔽(420)。
4.如权利要求2所述的配置(10)，
其中，所述公共线圈组(200)的所述线圈(200a，200b，200c)、所述外壳(400)以及所述线圈连接器(420)适于放置为邻近患者的身体部分，尤其是患者(1)的头部(3)。
5.如权利要求4所述的配置(10)，
其中，所述公共线圈组(200)的所述线圈(200a，200b，200c)、所述外壳(400)以及所述线圈连接器(410)设置为用于放置在患者(1)的所述头部(3)上方的头盔的形式。
6.如权利要求5所述的配置(10)，
其中，所述线圈连接器(410)设置为覆盖所述公共线圈组(200)的所述线圈(200a，200b，200c)的半壳体的形式并且包括用于连接到所述线圈的延伸部(430)，尤其是刺状的延伸部(430)。
7.如权利要求1所述的配置(10)，还包括：
包括聚焦场信号生成器单元(40)和聚焦场线圈(200a，200b，200c)的聚焦场装置，用于利用磁聚焦场改变所述作用区域(300)的所述空间位置。
8.如权利要求1所述的配置(10)，
还包括感应元件(250)以及谐振电路(260)，所述感应元件串联耦合到所述接收线圈(200a)，所述谐振电路耦合在所述感应元件(250)和所述接收线圈(200a)的耦合点(270)与和所述接收线圈(200a)相关联的所述接收单元(50)之间。
9.如权利要求1所述的配置(10)，
还包括控制单元(70)，该控制单元用于控制所述驱动场信号生成器单元(30)以使得在预定区域中所生成的磁驱动场的幅度不超出预定磁场强度。
10.一种尤其根据权利要求1所述的用于检测作用区域(300)中的磁性颗粒并且用于出血监控的配置(10)，该配置包括用于处理由所述信号接收装置(23)接收的检测信号的信号处理装置(71)，所述信号处理装置(71)包括：
-比较装置(711)，用于将所接收的作用区域的检测信号与先前从同一作用区域获取的参考信号进行比较；
-第一确定装置(712)，用于基于所述比较来确定血液容量增加的区域；
-第二确定装置(713)，用于确定所述血液容量增加的区域中所述血液的脉动模式；以及
-第三确定装置(714)，用于基于所确定的脉动模式来确定所述血液容量增加的区域中哪些是出血的区域。
11.如权利要求所述10的配置(10)，
其中，所述第三确定装置(714)适于将不具有脉动模式的区域或者具有不是由于心跳造成的特性脉动模式的脉动模式的区域确定为出血的区域。
12.如权利要求10所述的配置(10)，
其中，所述处理装置(71)还包括配准装置(710)，所述配准装置用于将由所述信号接收装置接收的信号与所述参考信号配准，以用于所述患者的运动校正。
13.一种用于影响和/或检测作用区域(300)中的磁性颗粒的方法，所述方法包括以下步骤：
-通过包括选择场信号生成器单元(20)和选择场线圈(200a，200b，200c)的选择装置生成磁选择场(211)，所述磁选择场在其磁场强度的空间中具有图案，以使得在所述作用区域(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)；
-通过包括驱动场信号生成器单元(30)和驱动场线圈(200a，200b，200c)的驱动装置，利用磁驱动场(221)改变所述作用区域(300)中所述两个子区(301，302)的空间位置，以使得所述磁性材料(100)的磁化强度局部改变；
-通过包括至少一个信号接收单元(50)和至少一个接收线圈(200a，200b，200c)的接收装置获取检测信号，所述检测信号取决于所述作用区域(300)中的所述磁化强度，所述磁化强度受所述第一子区和第二子区(301，302)的所述空间位置的改变的影响；
其中，所述选择场线圈、所述驱动场线圈和所述至少一个接收线圈由公共线圈(200a，200b，200c)组(200)实现；以及
-通过耦合装置(60)将来自所述选择装置和所述驱动装置的信号耦合到所述公共线圈(200a，200b，200c)上，该耦合装置包括所述公共线圈组的每一个线圈一个的耦合单元(240)，耦合在所述选择场信号生成器单元(212)、驱动场生成器单元(222)和所述公共线圈组(200)的相关联线圈(200a，200b，200c)之间。
14.一种尤其根据权利要求13所述的用于检测作用区域(300)中的磁性颗粒并且用于出血监控的方法，包括以下步骤：
-处理由所述信号接收装置接收的检测信号；
-将所接收的作用区域的检测信号与先前从同一作用区域获取的参考信号进行比较；
-基于所述比较来确定血液容量增加的区域；
-确定所述血液容量增加的区域中所述血液的脉动模式；以及
-基于所确定的脉动模式来确定所述血液容量增加的区域中哪些是出血的区域。
15.一种计算机程序，包括程序代码模块，用于在计算机上执行所述计算机程序时使所述计算机控制如权利要求1所述的配置，以执行如权利要求13或者14所述的方法的步骤。
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