CN103260507B - 用于影响和/或检测磁性颗粒的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于工作在磁性颗粒成像模式中以影响和/或检测视场（28）中的磁性颗粒，并工作在磁共振成像模式中的设备（100）和对应的方法，所述设备包括：包括选择场信号生成器单元（110）和选择场线圈（116）的选择装置；包括驱动场信号生成器单元（130）和驱动场线圈（136a，136b，136c）的驱动装置，用于利用磁性驱动场改变视场（28）中两个子区（52，54）的空间位置，使得磁性物质的磁化发生局部改变；以及聚焦装置，其包括聚焦场信号生成器单元（120）和聚焦场线圈单元（126），用于利用磁性聚焦场改变所述视场（28）的空间位置，其中所述聚焦场线圈单元（126）包括至少六个聚焦场线圈（32a-32d，34a-34d；33a-33f），所述至少六个聚焦场线圈被布置成在不同方向上生成磁性聚焦场分量，其中第一组至少三个聚焦场线圈（32a，32c，34a，34c；33a-33c）布置于所述视场（28）的第一侧，第二组至少三个聚焦场线圈（32b，32d，34b，34d；33d-33f）布置于所述视场（28）与所述第一侧相对的第二侧。

Description

用于影响和/或检测磁性颗粒的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于工作在磁性颗粒成像模式中以影响和/或检测视场中的磁性颗粒并工作于磁共振成像模式中的设备和方法。此外，本发明涉及在计算机上实施所述方法和控制这种设备的计算机程序。本发明尤其涉及磁性颗粒成像（MPI）和磁共振成像（MRI）领域。

背景技术

磁性颗粒成像（MPI）是一种新兴的医疗成像模态。第一个版本的MPI是二维的，因为它们生成二维图像。更新的版本是三维（3D）的。如果在针对单个3D图像的数据采集期间对象不显著变化，可以通过将3D图像的时间序列组合成电影来生成非静态对象的四维图像。

MPI是一种重建式成像方法，像计算机断层摄影（CT）或磁共振成像（MRI）那样。因此，分两个步骤产生对象感兴趣体积的MP图像。第一步被称为数据采集，是利用MPI扫描器执行的。MPI扫描器具有生成静态梯度磁场的装置，静态梯度磁场称为“选择场”，其在扫描器的等中心具有（单个）无场点（FFP）（或者，在其他实施例中，在扫描器的中心区中具有无场线）。此外，这一FFP被具有低磁场强度的第一子区围绕，第一子区又被具有更高磁场强度的第二子区围绕。此外，扫描器具有产生时间相关性、空间上接近均匀的磁场的装置。实际上，通过将称为“驱动场”的小振幅迅速变化的场与称为“聚焦场”的大幅度缓慢变化场叠加来产生这种场。通过向静态选择场增加时间相关性驱动场和聚焦场，可以在等中心周围的“扫描体积”内沿着预定FFP轨迹移动FFP。扫描器还具有一个或多个，例如三个接收线圈的布置，并且能够记录这些线圈中感应的任何电压。为了进行数据采集，将要成像的对象放在扫描器中，使得对象的感兴趣体积被扫描器的视场包围，感兴趣体积是扫描体积的子集。

对象必须包含磁性纳米颗粒；如果对象是动物或患者，在扫描之前为动物或患者施用含这种颗粒的造影剂。在数据采集期间，MPI扫描器沿着人为选择的轨迹移动FFP，该轨迹描绘出/覆盖扫描体积，或至少描绘出视场。对象之内的磁性纳米颗粒经受变化的磁场并通过改变其磁化来做出响应。纳米颗粒的变化的磁化在每个接收线圈中诱发时间相关性电压。在与接收线圈相关联的接收器中对这个电压进行采样。接收器输出的样本被记录并构成采集的数据。控制数据采集细节的参数构成“扫描规程”。

在图像生成的称为图像重建的第二步中，根据第一步中采集的数据计算或重建图像。图像是离散的数据3D阵列，表示视场中磁性纳米颗粒取决于位置的浓度的采样近似。通常由执行适当计算机程序的计算机执行重建。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。像所有重建式成像方法那样，可以将这种模型表达一种作用于采集的数据的积分算子；重建算法尝试尽可能地取消该模型的作用。

这种MPI设备和方法有下列好处，即可以使用它们以非破坏性方式检查任意的检查对象，例如人体，并具有高的空间分辨率，在接近检查对象的表面和远离其表面时都是如此。在如下文献中可大致了解并首先描述了这样的设备和方法：DE10151778A1，以及Gleich，B.和Weizenecker，J.（2005），“Tomographicimagingusingthenonlinearresponseofmagneticparticles”，Nature，第435卷，第1214-1217页，其中还大致描述了重建原理。那篇公开中描述的用于磁性颗粒成像（MPI）的设备和方法利用了小磁性颗粒的非线性磁化曲线。

与MRI扫描器相比，在MPI扫描器中，产生具有磁场强度空间分布的梯度磁场（即磁性选择场），使得视场包括具有较低磁场强度的第一子区域（例如FFP）和具有较高磁场强度的第二子区域，较低磁场强度被调适为使得位于第一子区域中的磁性颗粒的磁化不饱和，较高磁场强度被调适为使得位于第二子区域中的磁性颗粒的磁化饱和。由于磁性颗粒的磁化特性曲线的非线性，所以磁化，以及因此由磁性颗粒产生的磁场，显示出高次谐波，例如，可以由检测线圈检测到高次谐波。评估的信号（信号的高次谐波）包含关于磁性颗粒的空间分布的信息，可以再次将其用于例如医学成像，用于磁性颗粒空间分布的可视化和/或用于其他应用。

于是，MPI设备和方法基于与其他已知常规医学成像技术不同的新物理原理（即，称为MPI的原理），常规医学成像技术例如是局部磁共振（LMR）或核磁共振（NMR）。具体而言，与LMR和NMR相反，这种新的MPI原理未利用材料对质子磁共振特性的影响，而是利用磁化特性曲线的非线性直接检测磁性物质（磁性颗粒）的磁化。具体而言，MPI技术利用所生成磁信号的高次谐波，高次谐波源自磁化从不饱和变为饱和状态的区域中磁化特性曲线的非线性。

如上所述，MPI输送磁性颗粒分布的3D图像。为了提供解剖学参考，非常需要利用MPI扫描器的MRI，如果可以应用标准的梯度编码方案，这将被大大简化。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于工作在磁性颗粒成像模式中以影响和/或检测视场中的磁性颗粒并用于工作在磁共振成像模式中的设备和方法。本发明的另一目的是提供一种用于实施所述方法的对应计算机程序。

在本发明的第一方面中，提供了一种用于工作在磁性颗粒成像模式中以影响和/或检测视场中的磁性颗粒并用于工作在磁共振成像模式中的设备，包括：

-选择装置，其包括选择场信号生成器单元和选择场线圈，用于生成其磁场强度具有空间图案的磁性选择场，从而在视场中形成具有低磁场强度的第一子区和具有更高磁场强度的第二子区，其中在所述第一子区中所述磁性颗粒的磁化未饱和，且其中在所述第二子区中所述磁性颗粒的磁化饱和，

-驱动装置，其包括驱动场信号生成器单元和驱动场线圈，用于利用磁性驱动场改变视场中两个子区的空间位置，使得磁性颗粒的磁化发生局部改变，以及

-聚焦装置，其包括聚焦场信号生成器单元和聚焦场线圈单元，用于利用磁性聚焦场改变所述视场的空间位置，

其中，所述聚焦场线圈单元包括至少六个聚焦场线圈，布置成在不同方向上生成磁性聚焦场分量，其中第一组至少三个聚焦场线圈布置于视场的第一侧上，第二组至少三个聚焦场线圈布置于视场与所述第一侧相对的第二侧上。

在本发明的一方面中，提供了一种对应方法，用于操作这样的设备，所述方法包括如下步骤：

i)针对在磁性颗粒成像模式中操作设备，

-为相对地布置于视场不同侧上的不同组的两个聚焦场线圈提供方向相反的聚焦场电流，用于在聚焦场线圈之间生成基本均匀的磁性聚焦场，以及

-为选择场线圈提供选择场电流，用于生成其磁场强度具有空间图案的磁性选择场，从而在视场中形成具有低磁场强度的第一子区和具有更高磁场强度的第二子区，其中，在所述第一子区中磁性颗粒的磁化未饱和，且其中，在所述第二子区中磁性颗粒的磁化饱和，

ii)针对在磁共振成像模式中操作设备，

-为相对地布置于视场不同侧上的不同组的两个聚焦场线圈提供方向相同的梯度场电流，用于在聚焦场线圈之间生成梯度磁场，以及

-为所述选择场线圈提供均匀场电流，用于生成均匀的静态磁场或预极化和偏置磁场。

在本发明的另一方面中，提供了用于工作在磁性颗粒成像模式中以影响和/或检测视场中的磁性颗粒并用于工作在磁共振成像模式中的另一种设备，包括：

-选择装置，其包括选择场信号生成器单元和选择场元件，用于生成其磁场强度具有空间图案的磁性选择场，从而在视场中形成具有低磁场强度的第一子区和具有更高磁场强度的第二子区，其中在所述第一子区中所述磁性颗粒的磁化未饱和，且其中在所述第二子区中所述磁性颗粒的磁化饱和，

-驱动装置，其包括驱动场信号生成器单元和驱动场线圈单元，用于利用磁性驱动场改变视场中两个子区的空间位置，使得磁性颗粒的磁化发生局部改变，其中所述驱动场线圈单元包括至少六个驱动场线圈，布置成在不同方向上生成磁性驱动场分量，其中第一组至少三个驱动场线圈布置于视场的第一侧上，第二组至少三个聚焦场线圈布置于视场与所述第一侧相对的第二侧上。

在本发明的一方面中，提供了一种用于操作这样的设备的对应方法，所述方法包括如下步骤：

i)针对在磁性颗粒成像模式中操作设备，

-为相对地布置于视场不同侧上的不同组的两个驱动场线圈提供方向相反的驱动场电流，用于在驱动场线圈之间生成基本均匀的磁性驱动场，以及

-为所述选择场线圈提供选择场电流，用于生成其磁场强度具有空间图案的磁性选择场，从而在视场中形成具有低磁场强度的第一子区和具有更高磁场强度的第二子区，其中，在所述第一子区中磁性颗粒的磁化未饱和，且其中，在所述第二子区中磁性颗粒的磁化饱和，

ii)针对在磁共振成像模式中操作设备，

-为相对地布置于视场不同侧上的不同组的两个驱动场线圈提供方向相同的梯度场电流，用于在驱动场线圈之间生成梯度磁场，以及

-为所述选择场线圈提供均匀场电流，用于生成均匀的静态磁场或预极化和偏置磁场。

再者，在本发明的一方面中，提供了一种包括程序代码模块的计算机程序，当在计算机上执行所述计算机程序时，程序代码模块令计算机控制根据本发明提供的设备执行根据本发明提供的用于操作的方法步骤。

在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应当理解，所主张的方法和所主张的计算机程序与所主张并在从属权利要求中限定的设备具有相似和/或相同的优选实施例。

本发明基于如下构思，即由更大数量的不同布置的聚焦场线圈和/或驱动场线圈替换常规MPI扫描器的聚焦场线圈和/或驱动场线圈。针对至少两对常规使用的聚焦场线圈和/或驱动场线圈这样做，即，由一群组至少六个聚焦场线圈替代两对常规聚焦场线圈，和/或由一群组六个驱动场线圈替代两对常规驱动场线圈。一组相应三个（聚焦场或驱动场）线圈的相应线圈布置于视场的不同（相对）侧上（像常规布置中一对的两个线圈），例如高于和低于视场。优选地，布置在视场相对侧上月的两组线圈基本彼此面对，即相应线圈的匝覆盖的区域基本布置成彼此相对。

通过这种方式，可以由所述线圈生成MPI模式和MRI模式两者的期望实质磁场。具体而言，在MPI模式中，生成基本均匀的磁场，而在MRI模式中，由那些组的聚焦场线圈或驱动场线圈分别生成梯度磁场。因此，可以通过仅为它们提供不同的电流在两种模式中都使用相同的线圈，在已知的MPI设备或已知的MRI设备中这都是不可能的。

聚焦场线圈还能够生成例如高于100mT的充分强磁场，以覆盖相关的视场，利用常规MRI设备中使用的标准梯度线圈这是不可能的，因此不能将其简单用作MPI模式中的聚焦场线圈。驱动场线圈还能够在高于20kHz频率下生成例如高于15mT的充分强磁场，利用常规MRI设备中使用的标准梯度线圈这是不可能的，因此不能将其简单用作MPI模式中的驱动场线圈。

还可以将根据本发明的设备中提供的选择场线圈用于生成两种模式的期望磁场。具体而言，在MPI模式中，生成具有基本无场点的磁性梯度场，而在MRI模式中，由那些选择场线圈生成均匀的静态磁场（经典MRI中的所谓B0场）或预极化和偏置磁场（对于预极化MRI而言）。

为了生成RF脉冲并为了在MRI模式中接收MR信号，一般可以使用设备的各种线圈，尤其是用于在MPI模式中接收MPI信号的接收线圈或一般用于在MPI模式中通过视场移动FFP的驱动场线圈。或者，可以为这些目的提供独立的线圈。

根据所提出设备将工作于的模式，向各线圈提供适当的电流。相应地调适聚焦场信号生成器单元和选择场生成器单元，尤其用于生成如上所述操作设备所需的电流。

在优选实施例中，每组聚焦场线圈的至少三个聚焦场线圈基本布置于相应的聚焦场线圈平面层中。在这里，要将聚焦场线圈平面理解为具有特定厚度的一种层，该厚度基本对应于聚焦场线圈在垂直于所述平面的方向上的延伸范围。换言之，所述聚焦场线圈基本布置于所述平面中，而不是布置于不同平面中和/或从所述平面位移不同距离。这种布置提供了聚焦场线圈的简单机械布置，使得能够更容易地计算/预测所述聚焦场线圈生成的磁场。

根据另一实施例，不同组的相应两个聚焦场线圈形成具有基本相同对称轴的一对聚焦场线圈，其中不同对的对称轴布置成基本彼此平行并布置在相对于所述视场的不同位置。相应组的至少三个聚焦场线圈例如基本布置于等边三角形的三个角，即布置在规则网格上，这进一步便于计算/预测所生成的磁场。在每组有四个聚焦场线圈的情况下，例如，可以将它们布置在矩形的四个角。

优选地，在实施例中，所述聚焦场线圈单元包括至少八个聚焦场线圈，所述八个聚焦场线圈被分配到两个聚焦场线圈子单元，每个都包括两对聚焦场线圈，所述两个聚焦场线圈子单元的所述八个聚焦场线圈布置于视场的不同侧，其中四对中每对的两个相应线圈基本彼此面对。这样能够在MRI模式中在两个方向上生成磁性梯度场，并在MPI模式中，在两个不同方向上生成均匀磁场。该实施例基于如下构思：将常规MPI扫描器的聚焦场线圈和/或驱动场线圈分成聚焦场线圈和/或驱动场线圈对。针对至少一对常规使用的聚焦场线圈和/或驱动场线圈这样做，即，由一群组四个聚焦场线圈（下文中称为“聚焦场线圈子单元”）替代一对常规聚焦场线圈，和/或由一群组四个驱动场线圈（下文中称为“驱动场线圈子单元”）替代一对常规驱动场线圈。将一群组的相应线圈（“子单元”）布置在视场的不同侧（像常规布置中一对的两个线圈），进一步布置其，使得布置在视场相对侧上的两个线圈基本彼此面对，即相应线圈的匝覆盖的区域基本布置成彼此相对。

因此，一种操作设备的这种实施例的方法包括如下步骤：

i)针对在磁性颗粒成像模式中操作设备，

-为相对地布置于视场不同侧上的不同组的两个驱动场线圈提供方向相反的驱动场电流，用于在驱动场线圈之间生成基本均匀的磁性驱动场，以及

-为所述选择场线圈提供选择场电流，用于生成所述磁性选择场，

ii)针对在磁共振成像模式中操作设备，

-为相对地布置于视场不同侧上的不同组的两个驱动场线圈提供方向相同的梯度场电流，用于在驱动场线圈之间生成梯度磁场，以及

-为选择场线圈提供均匀场电流，用于生成均匀静态磁场或预极化和偏置磁场。

因此，在应当在MPI模式中操作这种设备的实施例中，调适聚焦场信号生成器单元以为所述聚焦场线圈子单元的每对聚焦场线圈的两个聚焦场线圈提供方向相反的聚焦场电流，以在聚焦场线圈之间生成基本均匀的磁性聚焦场，并且调适选择场生成器单元以为选择场线圈提供选择场电流，用于生成所述磁性选择场。此外，在应当在MRI模式中操作设备时，调适聚焦场信号生成器单元以为所述聚焦场线圈子单元的所述聚焦场线圈对的两个聚焦场线圈提供方向相同的梯度场电流，其中为第一对的两个聚焦场线圈提供与第二对的两个聚焦场线圈方向不同的梯度场电流，用于在聚焦场线圈之间生成梯度磁性聚焦场。此外，在本实施例中，选择场生成器单元适于为选择场线圈提供均匀场电流，用于生成用于经典MRI的均匀静态磁场或用于预极化MRI的预极化磁场（优选地，偏置磁场）。

每两对聚焦场线圈的所述四个聚焦场线圈基本布置于相应的聚焦场线圈层中，其中在优选实施例中，所述两个相应的聚焦场线圈层基本彼此正交地布置。如上所述，聚焦场线圈的这种规则布置允许更容易地计算/预测所生成的磁场。此外，便于聚焦场线圈的机械布置。

再者，在实施例中，所述两个聚焦场线圈子单元的每个的两个相应聚焦场线圈布置于相应的聚焦场线圈平面中，其中所述两个相应的聚焦场线圈平面基本彼此平行地布置于视场的不同侧上。于是，在第一聚焦场线圈平面中，布置第一子单元的两个聚焦场线圈和第二子单元的两个聚焦场线圈，而其他四个聚焦场线圈布置于另一聚焦场线圈平面中。优选地，将这两个聚焦场线圈平面布置成垂直于所述两个相应聚焦场线圈层（如上所述，每个层优选包括子单元的全部四个聚焦场线圈）。

例如，如果第一聚焦场线圈子单元的四个聚焦场线圈布置于与（笛卡尔坐标系的）x-z平面平行的聚焦场线圈层中，第二子单元的四个聚焦场线圈布置于与y-z平面平行的聚焦场线圈层中，本实施例的两个聚焦场线圈平面布置得平行于x-y平面。于是，优选地，根据本实施例实现了所有聚焦场线圈非常规则的布置。

有利地，提供了第三聚焦场线圈子单元，所述第三聚焦场线圈子单元包括一对聚焦场线圈，所述两个聚焦场线圈基本彼此面对。尽管通常也可以将选择场线圈用作用于在第三方向上生成均匀场的第三聚焦场线圈子单元，但在本实施例中优选为此目的提供独立的聚焦场线圈。优选将这些聚焦场线圈布置成基本平行于上文所指的两个相应聚焦场线圈平面。当然，作为替代，第三聚焦场线圈单元也可以包括四个相当类似于上述其他聚焦场线圈子单元的聚焦场线圈。然后可以在这样的聚焦场线圈层中布置第三聚焦场线圈子单元的这四个聚焦场线圈：其布置为与布置有第一和第二子单元的聚焦场线圈的其他聚焦场线圈层正交。

对于聚焦场线圈的形状，可以使用不同的实施例。具体而言，仅仅为了举几个例子，可以用环形线圈的形式布置聚焦场线圈，例如具有绕公共轴缠绕的圆形。绕组可以圆形或螺旋地布置于公共平面上或可以布置成螺线管形式。优选地，在一实施例中，所述聚焦场线圈具有基本D形形状，其中不同对的相应两个聚焦场线圈的直臂彼此相邻（但以短距离分开）。通过这种方式，可以将它们布置成彼此接近，并能够在聚焦场线圈之间的其中央区中生成很好的均匀磁场。

再者，在实施例中，该设备包括接收装置，该接收装置包括至少一个信号接收单元和至少一个接收线圈，用于采集检测信号，所述检测信号取决于视场中的磁化，所述磁化受到所述第一和第二子区的空间位置变化的影响。利用检测信号，例如，可以获得视场中磁性颗粒局部分布的信息，可以将其用于导出位于视场中患者身体部分的解剖信息。

在上文中，尤其针对聚焦场线圈的布置和形状解释了各实施例。如果作为聚焦场线圈的替代或补充，如本发明以上一方面中所述提供并布置驱动场线圈，则对于驱动场线圈的布置和形状存在类似甚至相同的实施例。简单地说，在上文解释的实施例中，可以用“驱动场”替代术语“聚焦场”以理解针对这样的设备存在的各实施例：与已知的设备相比，其通过修改驱动场线圈的类型、数量和/或布置而不是修改聚焦场线圈的类型、数量和/或布置，或作为修改聚焦场线圈的类型、数量和/或布置的补充来修改驱动场线圈的类型、数量和/或布置，而利用上述构思。

在优选实施例中，所述驱动场线圈单元包括三个驱动场线圈子单元，

其中至少一个驱动场线圈子单元包括布置成在第一方向上生成磁性驱动场分量的一对驱动场线圈，并且

其中，另外两个驱动场线圈子单元一起包括布置成在两个其他方向上生成磁性驱动场分量的所述至少六个驱动场线圈。

因此，一种操作设备的这种实施例的方法包括如下步骤：

i)针对在磁性颗粒成像模式中操作设备，

-为所述驱动场线圈子单元的每对驱动场线圈的两个驱动场线圈提供方向相反的驱动场电流，用于在驱动场线圈之间生成基本均匀的磁性驱动场，以及

-为所述选择场线圈提供选择场电流，用于生成所述磁性选择场，

ii)针对在磁共振成像模式中操作设备，

-为所述驱动场线圈子单元的所述对驱动场线圈的两个驱动场线圈提供方向相同的梯度场电流，其中为第一对的两个驱动场线圈提供与第二对的两个驱动场线圈不同方向的梯度场电流，用于在驱动场线圈之间生成梯度磁场，以及

-为选择场线圈提供均匀场电流，用于生成均匀静态磁场或预极化和偏置磁场。

此外，在实施例中，所述至少一个驱动场线圈子单元的所述两对驱动场线圈的四个线圈基本布置在公共线圈层中。

在另一实施例中，所述至少一个驱动场线圈子单元的所述两对驱动场线圈中每对的两个线圈的每个具有基本相同的对称轴，其中两对的对称轴基本布置成平行于视场的相对侧。

在另一实施例中，两个驱动场线圈子单元均包括两对驱动场线圈，所述两个驱动场线圈子单元的所述八个线圈布置在视场的不同侧，四对中每对的两个线圈基本彼此面对。

在另一实施例中，所述两个驱动场线圈子单元中每两对驱动场线圈的四个线圈基本布置于相应的线圈层中，其中所述两个相应的线圈层基本彼此垂直地布置。

在另一实施例中，所述两个驱动场线圈子单元的每个的两个相应线圈布置于相应的线圈平面中，其中所述两个相应的线圈平面基本彼此平行地布置于视场的不同侧上。

在另一实施例中，所述两个相应线圈平面垂直于所述两个相应线圈层布置。

在另一实施例中，第三驱动场线圈子单元包括一对驱动场线圈，所述两个驱动场线圈基本彼此面对。

在另一实施例中，所述第三驱动场线圈子单元的驱动场线圈基本平行于所述两个相应的线圈平面布置。

在另一实施例中，所述驱动场信号生成器单元适于为所述至少一个驱动场线圈子单元的每对驱动场线圈的两个驱动场线圈提供方向相反的驱动电流，用于在所述驱动场线圈子单元的线圈之间生成基本均匀的磁性驱动场。

所述驱动场信号生成器单元适于为所述至少一个驱动场线圈子单元的每对驱动场线圈的两个驱动场线圈提供方向相同的驱动电流，其中为第一对的两个驱动场线圈提供与第二对的两个驱动场线圈方向不同的驱动电流，用于在所述驱动场线圈子单元的线圈之间生成梯度磁性驱动场。

在实施例中，所述驱动场线圈具有基本D形形状，其中不同对的相应两个驱动场线圈的直臂彼此相邻。

附图说明

本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并参考其加以阐述。在以下附图中：

图1图示了MPI设备的第一实施例，

图2图示了图1所示设备产生的选择场图案，

图3图示了MPI设备的第二实施例，

图4图示了根据本发明的设备的方框图，

图5图示了根据本发明提出的线圈布置的实施例，

图6图示了根据本发明的设备的第一实施例，

图7图示了根据本发明提出的利用线圈在MPI模式中产生均匀磁场，

图8图示了根据本发明提出的利用线圈在MRI模式中产生梯度磁场，

图9示出了根据本发明的设备的第二实施例，

图10示出了根据本发明提出的线圈布置的另一实施例，

图11示出了根据本发明的设备的第三实施例，

图12示出了根据本发明提出的线圈布置的其他实施例，

图13到20图示了如何在图11中所示布置的线圈提供不同工作模式中的相应电流。

具体实施方式

在解释本发明的细节之前，应当参考图1到4详细解释磁性颗粒成像的基本知识。具体而言，将描述用于医学诊断的MPI扫描器的两个实施例。还将给出数据采集的通俗描述。将指出两个实施例之间的异同。

图1中所示MPI扫描器的第一实施例10具有三个共轴平行圆形线圈对12、14、16，这些线圈对如图1中所示那样布置。这些线圈对12、14、16用于生成选择场以及驱动场和聚焦场。三个线圈对12、14、16的轴18、20、22相互正交，并且在单个点，即表示为MPI扫描器10的等中心24处，相交。此外，这些轴18、20、22充当附着于等中心24的笛卡尔x-y-z坐标系的轴。垂直轴20被指定为y轴，因此x和z轴是水平的。以其轴命名线圈对12、14、16。例如，y线圈对14是由扫描器顶部和底部的线圈形成的。此外，具有正（负）y坐标的线圈被称为y⁺线圈（y^-线圈），其余线圈类似。在更方便的时候，应当为坐标轴和线圈标记x₁、x₂和x₃，而不是x、y和z。

可以将扫描器10设置成引导预定的时间相关性电流通过这些线圈12、14、16中的每个并沿任何方向。如果在沿线圈的轴观看时电流绕线圈沿顺时针方向流动，将认为其是正的，否则视为负的。为了产生静态选择场，使恒定的正电流I^S流经z⁺线圈，使电流-I^S流经z^-线圈。然后z线圈对16充当反平行圆形线圈对。

这里应当指出，这一实施例中的轴布置和赋予轴的命名仅仅为范例，在其他实施例中也可能不同。例如，在实际实施例中，常常把垂直轴视为z轴而不是像本实施例中的y轴。不过，这一般不会改变装置的功能和运行以及本发明的效果。

在图2中由场力线50表示通常为梯度磁场的磁性选择场。它在产生选择场的z线圈对16的（例如水平）z轴22的方向上具有基本恒定的梯度，在这个轴22上的等中心24中达到零值。从这个无场点（图2中未逐个示出）开始，磁性选择场50的场强在全部三个空间方向上，随着距无场点的距离的增加而增大。在等中心24周围的虚线表示的第一子区或区域52中，场强很小，从而该第一子区52中存在的颗粒的磁化不饱和，而第二子区54（区域52外部）中存在的颗粒的磁化处于饱和状态。在第二子区54中（即在扫描器视场28中第一子区52外部的剩余部分中），选择场的磁场强度充分强，以将磁性颗粒保持在饱和状态中。

通过改变两个子区52、54（包括无场点）在视场28之内的位置，视场28中的（总体）磁化发生变化。通过确定视场28中的磁化或被磁化影响的物理参数，可以获得视场28中磁性颗粒的空间分布的信息。为了改变两个子区52、54（包括无场点）在视场28中的相对空间位置，向选择场50叠加其他磁场，即磁性驱动场，以及，如果适当的话，磁性聚焦场。

为了生成驱动场，使时间相关性电流I^D ₁流经两个x线圈12，使时间相关性电流I^D ₂流经两个y线圈14，使时间相关性电流I^D ₃流经两个z线圈16。于是，三个线圈对的每个都充当平行的圆形线圈对。类似地，为了生成聚焦场，使时间相关性电流I^F ₁流经两个x线圈12，使电流I^F ₂流经两个y线圈14，使电流I^F ₃流经两个z线圈16。

应当指出，z线圈对16是特殊的：其不仅生成驱动场和聚焦场的其份额，而且生成选择场（当然，在其他实施例中，可以提供独立的线圈）。流经z^±线圈的电流为I^D ₃+I^F ₃±I^S。流经其余两个线圈对12、14的电流为I^D _k+I^F _k,k=1,2。因为它们的几何结构和对称性，三个线圈对12、14、16解耦很好。这正是所希望的。

选择场由反平行的圆形线圈对生成并关于z轴是旋转对称的，在等中心24周围的可观体积中，其z分量在z中接近线性，并独立于x和y。具体而言，选择场在等中心处具有单个无场点（FFP）。相反，由平行圆形线圈对生成的对驱动场和聚焦场的贡献在等中心24周围的可观体积中在空间上是接近均匀的并平行于相应线圈对的轴。由全部三个平行圆形线圈对联合生成的驱动场和聚焦场在空间上接近均匀，可以被赋予任何方向和强度，直到最大强度。驱动场和聚焦场也是与时间有关的。聚焦场和驱动场之间的差异在于，聚焦场在时间上变化缓慢并可以具有大振幅，而驱动场变化迅速且具有小振幅。以不同方式处理这些场有着物理和生物医学的理由。迅速变化的大振幅场会难以生成且对患者可能是危险的。

在实际的实施例中，可以将FFP视为理论点，在此假设磁场为零。磁场强度随着与距FFP的距离增大而增大，其中对于不同方向增长率可能不同（例如，取决于装置的具体布局）。只要磁场强度低于使磁性颗粒进入饱和状态所需的场强，颗粒就对装置测量的信号的信号生成有主动贡献；否则，颗粒饱和，不生成任何信号。

MPI扫描器的实施例10具有额外的至少一对，优选额外三对平行圆形线圈，同样沿着x、y和z轴取向。图1中未示出的这些线圈对充当接收线圈。如用于驱动场和聚焦场的线圈对12、14、16那样，流经这些接收线圈对之一的恒定电流生成的磁场在视场之内在空间上接近均匀并平行于相应线圈对的轴。接收线圈应当是解耦良好的。在接收线圈中诱发的时间相关性电压被附着于这个线圈的接收器放大和采样。更确切地说，为了应对这个信号的巨大动态范围，接收器对接收的信号和参考信号之间的差异进行采样。从零赫兹（“DC”）直到预期信号电平降到噪声电平之下的频率，接收器的传递函数都是非零的。

图1所示的MPI扫描器的实施例10具有沿z轴22，即沿选择场的轴的圆柱形膛26。所有线圈都位于这个膛26之外。为了进行数据采集，将要成像的患者（或对象）放在膛26中，使得患者的感兴趣体积（应当成像的患者（或对象）的体积）被扫描器的视场28（扫描器能够对其内含物成像的扫描器体积）包围。患者（或对象）例如放在患者台上。视场28在几何上是膛26内部简单的等中心体积，例如立方体、球、圆柱或任意形状。图1中示出了立方体视场28。

第一子区52的尺寸取决于磁性选择场的梯度强度以及饱和所需磁场的场强，这又取决于磁性颗粒。为了使典型磁性颗粒在80A/m的磁场强度和总计50×10³A/m²的磁性选择场场强（沿给定空间方向的）梯度下充分饱和，其中的颗粒磁化未饱和的第一子区52（在给定空间方向上）具有大约1mm的尺度。

患者的感兴趣体积应当包含磁性纳米颗粒。在例如肿瘤的诊断成像之前，例如，利用注射到患者（对象）身体或以其他方式施用（例如口服）给患者的含磁性颗粒的液体，将磁性颗粒置入感兴趣体积中。

通常，有多种将磁性颗粒置入视场中的方式。具体而言，对体内将引入磁性颗粒的患者而言，可以利用手术和非手术方法施用磁性颗粒，既有需要专家（像医学从业者）的方法，也有不需要专家的方法，例如可以由外行或普通技能的人或患者自己执行。在手术方法中，存在可能无风险和/或安全的例行介入，例如涉及有创步骤，如向血管中注射造影剂（如果这样的注射被认为是手术方法），即，不需要大量专业医疗知识来执行且不涉及严重健康风险的介入。此外，可以应用非手术方法，像吞咽或吸入。

通常，在执行数据采集的实际步骤之前，事先输送或事先施用磁性颗粒。不过，在实施例中，也可能向视场中输送/施用更多磁性颗粒。

磁性颗粒的实施例包括，例如，如玻璃的球形基质，其具备厚度例如为5nm且由例如铁镍合金（例如坡莫合金）构成的软磁层。可以利用例如涂层覆盖这一层，涂层保护颗粒免受化学和/或物理侵蚀性环境，例如酸的影响。使这种颗粒的磁化饱和所需的磁性选择场50的磁场强度取决于各种参数，例如，颗粒直径、为磁层使用的磁性物质和其他参数。

对于例如这样的磁性颗粒直径为10μm的情况，那么需要大约800A/m（对应于大约1mT的磁通密度）的磁场，而对于100μm的直径，80A/m的磁场就足够了。在选择饱和磁化更低的物质的涂层或在减小层厚时，获得更小的值。

在实践中，常常使用市场上可买到的商标名为Resovist的磁性颗粒（或类似磁性颗粒），其具有磁性物质核心或形成为整块球体且直径在若干纳米范围内，例如40或60nm。

对于一般可用磁性颗粒和颗粒组成的更多细节，在此援引EP1304542、WO2004/091386、WO2004/091390、WO2004/091394、WO2004/091395、WO2004/091396、WO2004/091397、WO2004/091398、WO2004/091408的对应部分，在此通过引用将其并入。在这些文献中，一般还可以找到MPI方法的更多详情。

在数据采集期间，x、y和z线圈对12、14、16生成取决于位置和时间的磁场，即施加场。这是通过引导适当电流通过场生成线圈实现的。实际上，驱动场和聚焦场四处推动选择场，使得FFP沿着描绘出扫描体积的预选择FFP轨迹移动，扫描体积是视场的超集。施加场对患者体内的磁性纳米颗粒进行取向。在施加场变化时，所得的磁化也改变，尽管其对施加场的响应是非线性的。变化的施加场和变化的磁化之和沿着x_k轴在接收线圈对的端子两端诱发时间相关性电压V_k。关联的接收器将这个电压转换成信号S_k并对其进一步处理。

像图1中所示的第一实施例10那样，图3中所示的MPI扫描器的第二实施例30具有三个圆形且互相正交的线圈对32、34、36，但这些线圈对32、34、36仅生成选择场和聚焦场。同样生成选择场的z线圈36被填充以铁磁材料37。本实施例30的z轴42垂直取向，而x轴38和y轴40水平取向。扫描器的膛46平行于x轴38，从而垂直于选择场的轴42。驱动场由沿x轴38的螺线管（未示出）和沿两个其余轴40、42的鞍形线圈对（未示出）生成。绕着形成膛的管道缠绕这些线圈。驱动场线圈还充当接收线圈。

给出这种实施例的一些典型参数：选择场的z梯度G具有强度G/μ₀=2.5T/m，其中μ₀为真空磁导率。驱动场的时间频率谱集中于25kHz附近的窄频带中（直到大约150kHz）。接收信号的有用频谱位于50kHz和1MHz之间（最后直到大约15MHz）。膛的直径为120mm。拟合到膛46中的最大立方体28边长为 $120\mathrm{mm}/\sqrt{2}\≈84\mathrm{mm}.$

由于场生成线圈的构造是本领域中公知的，例如，从磁共振成像领域获知，所以不必在此进一步详述这一主题。

在用于生成选择场的替代实施例中，可以使用永久磁体（未示出）。在这种（相对）永久磁体（未示出）的两极之间的空间中，形成有类似于图2所示的磁场，亦即，在相对磁极具有相同极性时产生的磁场。在另一替代实施例中，可以通过混合至少一个永久磁体和至少一个线圈来生成选择场。

图4示出了根据本发明的MPI设备100的大致方框图。除非另作说明，上文解释的磁性颗粒成像的一般原理对于本实施例也是有效且适用的。

图4中所示的设备100的实施例包括各组用于生成期望磁场的线圈。首先，将解释线圈和它们在MPI中的功能。

为了生成上述磁性选择场，提供选择装置，其包括一组选择场线圈116，优选包括至少一对线圈元件。选择装置还包括选择场信号生成器单元110。优选地，为该组选择场线圈116的每个线圈元件（或每对线圈元件）提供独立的生成器子单元。所述选择场信号生成器单元110包括能够控制的选择场电流源112（一般包括放大器）和滤波器单元114，为相应部分的场线圈元件提供选择场电流，以逐个设置选择场的梯度强度。不过，由于选择场一般是静态的，因此也可以省略滤波器单元114。优选地，提供恒定电流。如果将选择场线圈元件布置为相对线圈，例如在视场的相对侧，优选将相对线圈的选择场电流进行相反取向。

选择场信号生成器单元110可以由控制单元150控制，控制单元优选控制选择场电流的生成110，从而将选择场所有空间部分的场强之和以及梯度强度之和维持在预定义水平。为此目的，也可以由用户根据MPI设备的期望应用为控制单元150提供控制指令，不过，根据本发明优选省略控制指令。

为了生成磁性聚焦场，设备100还包括聚焦装置，聚焦装置包括一组聚焦场线圈，称为聚焦场线圈单元126。具体而言，如下所述，提供三个聚焦场线圈子单元，每个聚焦场线圈子单元均包括两个或更多个聚焦场线圈，用于改变第一子区和第二子区的空间位置，尤其是利用磁性聚焦场改变视场28的空间位置。聚焦场线圈由聚焦场信号生成器单元120控制，聚焦场信号生成器单元优选包括针对每个聚焦场线圈子单元甚至所述一组聚焦场线圈子单元的每个线圈（或至少每对线圈元件）的独立聚焦场信号发生子单元。所述聚焦场信号生成器单元120包括聚焦场电流源122（优选包括电流放大器）和滤波器单元124，用于向相应聚焦场线圈提供聚焦场电流，所述聚焦场线圈用于生成磁性聚焦场。聚焦场电流单元120也受控制单元150控制。对于本发明而言，也可以省略滤波器单元124。

常规上，聚焦场线圈单元包括三个子单元，每个子单元均包括一对相对布置的聚焦场线圈，即，在常规MPI设备中，提供三对相对布置的聚焦场线圈。相反，根据本发明，聚焦场线圈单元包括至少六个聚焦场线圈，其被布置成在（优选两个）不同方向上生成磁性聚焦场分量，其中至少三个聚焦场线圈的第一组布置于视场的第一侧，至少三个聚焦场线圈的第二组布置于视场与所述第一侧相对的第二侧。此外，优选地，可以提供另一对两个聚焦场线圈（可以与选择场线圈相同）以在第三方向上生成磁性聚焦场分量。图6、9和11中示出，且下文解释示出了这种线圈布置的更详细和具体实施例。

为了生成磁性驱动场，设备100还包括驱动装置，驱动装置包括驱动场线圈的子组，优选包括三对136a、136b、136c相对布置的驱动场线圈元件。驱动场线圈由驱动场信号生成器单元130控制，驱动场信号生成器单元优选包括针对所述一组驱动场线圈的每个线圈元件（或至少每对线圈元件）的独立驱动场信号生成子单元。所述驱动场信号生成器单元130包括驱动场电流源132（优选包括电流放大器）和滤波器单元134（对于本发明也可以省略），用于向相应驱动场线圈提供驱动场电流。驱动场电流源132适于生成时间相关的电流，并也受到控制单元150的控制。

应当指出，在图1所示的设备10的实施例中，优选使用相同的线圈生成磁性驱动场和磁性聚焦场。

为了检测信号，提供了接收装置148，尤其是接收线圈，和信号接收单元140，信号接收单元140接收所述接收装置148检测的信号。优选地，在实践中提供三个接收线圈148和三个接收单元140——每个接收线圈一个——，但也可以使用超过三个接收线圈和接收单元，在这种情况下，采集的检测信号不是3维的，而是K维的，K是接收线圈的数目。

所述信号接收单元140包括用于对接收到的检测信号进行滤波的滤波器单元142。这种滤波的目的是将检查区域中磁化导致的测量值与其他干扰信号分开，检查区域中的磁化受到两个部分区域（52，54）的位置改变的影响。为此，可以设计滤波器单元142，例如使得时间频率小于操作接收线圈148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142。然后通过放大器单元144向模拟/数字转换器146（ADC）发送信号。将模拟/数字转换器146产生的数字化信号馈送给图像处理单元（也称为重建装置）152，图像处理单元从这些信号以及相应位置重建磁性颗粒的空间分布，所述相应位置是在接收相应信号期间检查区域中第一磁场的第一部分区域52采用的且由所述图像处理单元152从控制单元150获得的。最后通过控制装置150向计算机154发送重建的磁性颗粒空间分布，计算机154在监视器156上显示该空间分布。于是，可以显示示出了磁性颗粒在检查区域的视场中分布的图像。

此外，可以提供输入单元158，例如键盘。因此用户能够设置最高分辨率的期望方向，并接着接收监视器156上作用区域的相应图像。如果需要最高分辨率的关键方向偏离首先由用户设置的方向，用户仍然能够人工改变方向，以便产生成像分辨率提高的另一图像。也可以由控制单元150和计算机154自动操作这种分辨率改善过程。本实施例中的控制单元150设置第一方向上的梯度场，将其自动估计或由用户设置为起始值。然后逐步改变梯度场的方向，直到这样接收的图像分辨率（由计算机154进行比较）最大，相应不再改善。因此能够发现最关键方向相应自动调适，以便接收最高可能的分辨率。

图5示出了一对常规使用的聚焦场线圈和根据本发明提出的包括四个聚焦场线圈的聚焦场线圈子单元的两个实施例的独立视图。图5a示出了一对两个聚焦场线圈，例如，如图3中所示的已知MPI设备中提供的x聚焦场线圈32。常规上将这些x聚焦场线圈用于MPI设备中以在x方向上生成均匀磁场。

根据本发明，用图5b和5c示出其两个实施例的包括四个线圈的聚焦场线圈子单元替代这对x聚焦场线圈32（注意，未必一定是x聚焦场线圈，但此外或替代地，可以是用于一个或多个其他方向的聚焦场线圈）。在图5b中所示的实施例中，聚焦场线圈子单元320包括四个环形缠绕的聚焦场线圈32a、32b、32c、32d。在这四个聚焦场线圈之间布置视场（未示出）。可以看出，第一对的聚焦场线圈32a、32b彼此面对，第二对的聚焦场线圈32c、32d彼此面对。此外，在本实施例中，在公共聚焦场线圈层中（例如参考图3中使用的坐标系）布置全部四个聚焦场线圈32a-32d，所述层平行于x-z平面布置。此外，在本实施例中，在第一聚焦场线圈平面（平行于x-y平面）中，布置两个上方聚焦场线圈32a、32c，在平行聚焦场线圈平面中布置下方聚焦场线圈32b、32d。这样的规则布置是优选的，使得能够容易对线圈进行机械布置并更好地计算/估计生成的磁场。不过，对于本发明而言，聚焦场线圈子单元的四个聚焦场线圈的这种规则布置不是必要的。

如图5b中进一步所示，第一对的聚焦场线圈32a、32b具有公共对称轴S1，第二对的聚焦场线圈32c、32d具有公共对称轴S2，两对的对称轴S1、S2在视场的相对侧上基本彼此平行地布置。

图5c中示出了用于替代图5a所示一对聚焦场线圈32的聚焦场线圈单元321的另一实施例。这个子单元321还包括四个聚焦场线圈32e、32f、32g、32h，其基本布置在与针对图5b所示聚焦场线圈子单元320解释的相同位置和相同取向。不过，在本实施例中，聚焦场线圈32e-32h没有圆形形状，而是具有D形，其中相应相邻聚焦场线圈的直臂330布置成彼此相邻，如图5c所示。这些聚焦场线圈32e-32h可以容易地集成到整个布置中，也可以布置于视场和（更大）选择场线圈之间。

使用D形线圈可以制造非常紧凑的场生成器，例如包括视场上方的3层线圈和视场下方的3层线圈。在这样的实施例中，一层包含2个D形线圈，用于生成x聚焦场，下一层包含2个旋转90°的D形线圈，用于生成z聚焦场，第三层具有单个圆形线圈，用于生成y聚焦场和选择场。当然，层彼此之间的其他布置也是可能的。于是，通常，使用D形线圈的优点是装置紧凑，因此可以将线圈做得更大，与相同场能的独立线圈相比，线圈中存储更少的能量。

图6示出了根据本发明的设备的第一实施例。图6a示出了该布置各线圈的详细布置，图6b示出了指示本实施例中提供的两个聚焦场线圈子单元的八个聚焦场线圈位置的示意图。

具体而言，在本实施例中，用图5b中所示，包括四个聚焦场线圈32a、32b、32c、32d的聚焦场线圈子单元替代图3中所示的常规MPI设备的两个x聚焦场线圈32。此外，用包括四个聚焦场线圈34a、34b、34c、34d的第二聚焦场线圈子单元替代图3所示常规MPI设备的两个y聚焦场线圈34。优选地，如图6b的示意图中特别示出的，在相应聚焦场线圈平面P1、P2中布置所述工具子单元的每个的两个聚焦场线圈，该平面被布置成彼此平行并并行于x-y平面，即线圈32a、32c、34a、34c布置于平面P1中，线圈32b、32d、34b、34d布置于平面P2中。此外，第一子单元的四个聚焦场线圈32a-32d全都布置于平行于x-z平面的第一聚焦场线圈层L1中，第二聚焦场线圈子单元的四个聚焦场线圈32a-32d全都布置于平行于y-z平面的第二聚焦场线圈层L2中。于是，在本实施例中，所述层L1和L2布置成彼此垂直并垂直于平面P1、P2。

聚焦场线圈的这种规则布置允许更容易地机械构造和布置，进一步更容易地计算/估计生成的磁场。

聚焦场线圈这种布置的另一优点是，其更容易接近患者，尤其是布置于视场中的患者身体部分，与图1和3所示MPI设备的常规布置相比，可以从x方向容易得多地接近之。

除了两个聚焦场线圈子单元之外，可以额外提供第三聚焦场线圈子单元，其可以仅包括一对聚焦场线圈（未示出）。或者，也可以将选择场线圈36用作上文参考图1和3所述的第三聚焦场线圈子单元。

此外，为了在MPI模式中生成磁性驱动场，可以通过常规方式提供额外的驱动场线圈（未示出），为了在MPI模式中接收检测信号，可以通过常规方式额外提供一个或多个接收线圈（未示出）。

再者，为了在MRI模式中操作设备，提供用于RF激励脉冲的一个或多个额外的RF线圈，并且提供用于接收MRI信号的接收线圈。出于这些目的，可以提供与MRI设备中常规使用的相同线圈。例如，在低频率下（对于MRI而言的低频率，例如，如在低场MRI或预极化MRI中使用的），也可以将驱动场线圈用作MRI的发射和接收线圈。

图7和8针对聚焦场线圈子单元320示出了在MPI模式（图7）和MRI模式（图8）中生成不同的磁场，仅仅作为范例。如图7a、7c、8a、8c中所示，以与图5b所示相同方式布置四个聚焦场线圈32a-32d。不过，根据该布置是在MPI模式还是在MRI模式中使用，向各线圈提供不同的电流。在图7a和8a中用箭头指示这些电流。此外，在图7a和8a中，示出了区域A1，其磁场分布分别在图7b和8b中示出。在图7c和8c中，指示了另一小得多的区域A2，其磁场分布分别在图7d和8d中示出。此外，在图7e和8e中，示出了z=0处磁场Bx（图7e）和Bx和Bz（图8e）与x的相关性。

如图7a所示，为了使设备在MPI模式中工作，为所述两对聚焦场线圈子单元320的每个的相应聚焦场线圈32a、32b和32c、32d提供相反方向的聚焦场电流，导致在x方向上在聚焦场线圈之间产生均匀的磁性聚焦场，即四个聚焦场线圈32a-32d的中央区中的Bx磁场相当均匀，如图7c到7e所示。

如图8a所示，为了使设备在MRI模式中工作，为所述两对聚焦场线圈子单元320的每个的相应两个聚焦场线圈32a、32b和32c、32d提供相同方向的聚焦场电流，其中为第一对的两个聚焦场线圈32a、32b提供与另一对的两个聚焦场线圈32c、32d不同方向的聚焦场电流。这获得梯度磁场，尤其是在沿x方向的Bz磁场中具有恒定梯度的磁场，如图8b、8d和8e所示。

在MPI模式中，以公知方式为选择场线圈36（参见图6a）提供选择场电流，用于生成期望的磁性选择场，而在MRI模式中，为所述选择场线圈36提供均匀场电流，用于根据MRI模式工作的类型生成均匀磁场（B0场）或预极化磁场（Bp场）和/或偏置磁场。

图9中示出了根据本发明的设备30'的另一实施例。本实施例相当类似于图6a所示的实施例，也包括两个聚焦场线圈子单元，每个聚焦场线圈子单元均包括四个聚焦场线圈32e-32h和34e-34h，替代图3所示的常规MPI设备的聚焦场线圈32、34。这八个聚焦场线圈也基本布置在与图6a所示实施例的八个聚焦场线圈相同的位置。不过，与其不同的是，聚焦场线圈取向不同，尤其是倾斜90°，使得对于第一聚焦场线圈子单元，聚焦场线圈32e和32f彼此面对，聚焦场线圈32g和32f彼此面对，对于第二聚焦场线圈子单元，聚焦场线圈34e、34f彼此面对，聚焦场线圈34g和34h彼此面对。结果，与可以利用图6a所示实施例的聚焦场线圈生成的磁场相比，可以由这些取向不同的聚焦场线圈生成的磁场取向不同。不过，总而言之，也可以利用设备的本实施例生成用于在MPI模式和MRI模式中操作设备的所有必要磁场。

如上所述，在图6-9中特别示出的实施例中，规则地布置和取向替代常规使用的聚焦场线圈对的聚焦场线圈组。不过，这不是本发明必要的。例如，如图10a和10b针对聚焦场线圈32a-32d所示的范例所示，聚焦场线圈子单元的四个聚焦场线圈可以彼此倾斜特定角度，或者可以使它们彼此相对位移，使得它们未必如上所述全被置于公共平面和/或层中。

图11示出了根据本发明的设备30''的第三实施例。在本实施例中，聚焦场线圈单元126包括用于在不同方向上生成磁性聚焦场分量的六个聚焦场线圈33a-33f。将这六个聚焦场线圈33a-33f分成两组，其中第一组三个聚焦场线圈33a-33c布置于视场28的第一侧，这里高于视场28，第二组三个聚焦场线圈33d-33f布置于视场28与所述第一侧相对的第二侧，这里低于视场28。利用这六个聚焦场线圈33a-33f，一般可以如图6所示的设备30的实施例中的八个聚焦场线圈32a-32d、34a-34d那样，或如图9所示设备30'的实施例中的八个聚焦场线圈32e-32h、34e-34h那样，在MPI模式和MRI模式中生成类似或几乎相同的磁场。

优选地，每组包括相同数量的线圈，优选是相同的线圈，如图11所示布置线圈，即，不同组的相应两个线圈彼此面对。

图12示意性示出了根据本发明提出的六个聚焦场线圈33a-33f的布置的一些实施例。在图12a所示的实施例中，如设备30''的实施例中那样布置六个聚焦场线圈33a-33f，即，基本在等边三角形T1、T2的三个角处布置每组的三个聚焦场线圈。此外，两个组的两个三角形T1、T2都彼此平行且取向相同，即在z轴附近相同的角位置处。再者，每个包括两个聚焦场线圈33a和33d、33b和33e、33e和33f的三个相应对的对称轴S1、S2、S3彼此平行并平行于z轴。

在图12b所示的实施例中，也在彼此平行的等边三角形T1、T2的三个角处布置六个聚焦场线圈33a-33f，但两个三角形T1、T2取向不同，即在不同的角位置处。例如，两个三角形T1、T2绕z轴旋转60°（或0°和120°之间的另一个角度）。

图13到20图示了如何在不同工作模式中为图11和图12a中所示布置30''的聚焦场线圈33a-33f（或者，在另一实施例中，驱动场线圈）提供相应电流。图13示出了如何在MPI模式中为聚焦场线圈33a-33f提供电流（由箭头指示），用于在x方向上生成基本均匀的磁性聚焦场B_x。图13a示出了示意透视图，图13b示出了顶部线圈33a-33c的顶视图，图13c示出了底部线圈33d-33f的底视图。类似地，图14示出了如何在MPI模式中为聚焦场线圈33a-33f提供电流，用于在y方向上生成基本均匀的磁性聚焦场B_y。在这种模式中，在本范例中不为线圈33b和33e提供电流。图15示出了如何在MPI模式中为聚焦场线圈33a-33f提供电流，用于在z方向上生成基本均匀的磁性聚焦场B_z。图16示出了如何在MPI模式中为聚焦场线圈33a-33f提供电流，用于生成磁性选择场。图17示出了如何在MRI模式中为聚焦场线圈33a-33f提供电流，用于生成在x方向具有梯度的梯度磁场G_x（=dB_z/dx）。图18示出了如何在MRI模式中为聚焦场线圈33a-33f提供电流，用于生成在y方向具有梯度的梯度磁场G_y（=dB_z/dy）。在这种模式中，在本范例中不为线圈33b和33e提供电流。图19示出了如何在MRI模式中为聚焦场线圈33a-33f提供电流，用于生成在z方向具有梯度的磁性梯度场G_z（=dB_z/dz）。图20示出了如何在MRI模式中为聚焦场线圈33a-33f提供电流，用于在z方向上生成恒定均匀磁场B₀。与图13所示以相同方式提供了透视图（图14a-20a）、俯视图（图14b-20b）和底视图（图14c-20c）。

在上文中，已经解释了本发明的各实施例，其中由包括四个聚焦场线圈的聚焦场线圈子单元替代常规使用的聚焦场线圈。通过相同方式，作为聚焦场线圈的替代或补充，可以由均包括四个驱动场线圈的对应驱动场线圈子单元替代驱动场线圈。因此，上文结合聚焦场线圈的数量、布置和取向提供的所有解释同样适用于驱动场线圈。于是，在图5到20所示的实施例中，作为聚焦场线圈的替代或补充，可以提供驱动场线圈。当然，这样的驱动场线圈在MPI模式中生成磁性驱动场，而不是磁性聚焦场，而且在MRI模式中还生成所需的磁性梯度场，如上文针对聚焦场线圈所述。于是，在这样的实施例中，所述聚焦场线圈单元包括至少六个聚焦场线圈，其被布置成在不同方向上生成磁性聚焦场分量，其中第一组至少三个聚焦场线圈布置于视场的第一侧，第二组至少三个聚焦场线圈布置于视场与所述第一侧相对的第二侧。

这里应当指出，在几kHz下施加驱动场，但可以慢得多/长得多地施加梯度。于是，电流控制器应当能够工作于高低频率下。

还应当指出，数量和/或布置不限于上文所述和图示的实施例。例如，对于驱动场线圈和/或聚焦场线圈，可以使用线圈阵列，可以酌情将它们耦合在一起，以在期望的工作模式中生成期望的磁场。

尽管已经在附图和前面的描述中详细例示和描述了本发明，但这样的例示和描述被认为是例示性或示范性的而非限制性的；本发明不限于公开的实施例。通过研究附图、公开和所附权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开实施例的其他变化。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他线圈或步骤，不定冠词“一”不排除多个。单个元件或其他单元可以完成权利要求中列举的几个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举特定手段的简单事实并不表示不能有利地使用这些手段的组合。

可以在适当的永久性介质上存储和/或分布计算机程序，介质例如是与其他硬件一起供应或作为其他硬件一部分供应的光存储介质或固态介质，但也可以在其他形式中分布，例如通过互联网或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 (16)

1.一种用于工作在磁性颗粒成像模式中以影响和/或检测视场(28)中的磁性颗粒并用于工作在磁共振成像模式中的设备(100)，所述设备包括：

-选择装置，其包括选择场信号生成器单元(110)和选择场线圈(116)，用于生成其磁场强度具有空间图案的磁性选择场(50)，从而在所述视场(28)中形成具有低磁场强度的第一子区(52)和具有更高磁场强度的第二子区(54)，其中，在所述第一子区(52)中所述磁性颗粒的磁化未饱和，且其中，在所述第二子区(54)中所述磁性颗粒的磁化饱和，

-驱动装置，其包括驱动场信号生成器单元(130)和驱动场线圈(136a，136b，136c)，用于利用磁性驱动场改变所述视场(28)中两个子区(52，54)的空间位置，使得所述磁性颗粒的磁化发生局部改变，以及

-聚焦装置，其包括聚焦场信号生成器单元(120)和聚焦场线圈单元(126)，用于利用磁性聚焦场改变所述视场(28)的空间位置，

其中，所述聚焦场线圈单元(126)包括布置成在不同方向上生成磁性聚焦场分量的至少六个聚焦场线圈(32a-32d，34a-34d；33a-33f)，其中，第一组至少三个聚焦场线圈(32a，32c，34a，34c；33a-33c)布置于所述视场(28)的第一侧上，并且第二组至少三个聚焦场线圈(32b，32d，34b，34d；33d-33f)布置于所述视场(28)的与所述第一侧相对的第二侧上，

其中，针对在磁性颗粒成像模式中的工作，为相对地布置于所述视场的不同侧上的不同组的两个聚焦场线圈提供方向相反的聚焦场电流，用于在所述聚焦场线圈之间生成基本均匀的磁性聚焦场(B_x，B_y)，并且

其中，针对在磁共振成像模式中的工作，为相对地布置于所述视场的不同侧上的不同组的两个聚焦场线圈提供方向相同的梯度场电流，用于在所述聚焦场线圈之间生成梯度磁场(G_x，G_y)。

2.根据权利要求1所述的设备，

其中，每组聚焦场线圈的所述至少三个聚焦场线圈(32a-32d，34a-34d；33a-33f)基本布置于相应的聚焦场线圈平面(P1，P2)中。

3.根据权利要求1所述的设备，

其中，不同组的相应两个聚焦场线圈形成具有基本相同的对称轴的一对聚焦场线圈，其中，不同对的对称轴布置成基本彼此平行并布置在相对于所述视场(28)的不同位置。

4.根据权利要求1所述的设备，

其中，所述聚焦场线圈单元(126)包括至少八个聚焦场线圈(32a-32d，34a-34d)，所述八个聚焦场线圈被分配到两个聚焦场线圈子单元(320，321)，每个子单元都包括两对聚焦场线圈(32a-32d，34a-34d)，所述两个聚焦场线圈子单元(320，321)的所述八个聚焦场线圈(32a-32d，34a-34d)布置于所述视场(28)的不同侧上，其中，四对中每对的两个相应线圈基本彼此面对。

5.根据权利要求4所述的设备，

其中，每两对聚焦场线圈的四个聚焦场线圈基本布置于相应的聚焦场线圈层(L1，L2)中，其中，两个所述相应的聚焦场线圈层基本彼此正交地布置。

6.根据权利要求5所述的设备，

其中，所述两个聚焦场线圈子单元(126a，126b；320，321)的每个的两个相应聚焦场线圈布置于相应的聚焦场线圈平面(P1，P2)中，其中，两个所述相应的聚焦场线圈平面(P1，P2)基本彼此平行地布置于所述视场(28)的不同侧上。

7.根据权利要求6所述的设备，

其中，两个所述相应的聚焦场线圈平面(P1，P2)布置成垂直于两个所述相应的聚焦场线圈层(L1，L2)。

8.根据权利要求4所述的设备，

包括第三聚焦场线圈子单元(126c)，所述第三聚焦场线圈子单元包括一对聚焦场线圈(36)，所述一对聚焦场线圈中的两个聚焦场线圈基本彼此面对。

9.根据权利要求4所述的设备，

其中，所述聚焦场线圈(32e-32h)具有基本D形形状，其中，不同对的相应两个聚焦场线圈的直臂彼此相邻。

10.一种用于工作在磁性颗粒成像模式中以影响和/或检测视场(28)中的磁性颗粒并工作在磁共振成像模式中的设备(100)，所述设备包括：

-选择装置，其包括选择场信号生成器单元(110)和选择场线圈(116)，用于生成其磁场强度具有空间图案的磁性选择场(50)，从而在所述视场(28)中形成具有低磁场强度的第一子区(52)和具有更高磁场强度的第二子区(54)，其中，在所述第一子区(52)中所述磁性颗粒的磁化未饱和，且其中，在所述第二子区(54)中所述磁性颗粒的磁化饱和，

-驱动装置，其包括驱动场信号生成器单元(130)和驱动场线圈单元(136a-136c)，用于利用磁性驱动场改变所述视场(28)中两个子区(52，54)的空间位置，使得所述磁性颗粒的磁化发生局部改变，

其中，所述驱动场线圈单元包括至少六个驱动场线圈，所述至少六个驱动场线圈布置成在不同方向上生成磁性驱动场分量，其中，第一组至少三个驱动场线圈布置于所述视场(28)的第一侧上，并且第二组至少三个驱动场线圈布置于所述视场(28)的与所述第一侧相对的第二侧上，

其中，针对在磁性颗粒成像模式中的工作，为相对地布置于所述视场的不同侧上的不同组的两个驱动场线圈提供方向相反的驱动场电流，用于在所述驱动场线圈之间生成基本均匀的磁性驱动场(B_x，B_y)，并且

其中，针对在磁共振成像模式中的工作，为相对地布置于所述视场的不同侧上的不同组的两个驱动场线圈提供方向相同的驱动场电流，用于在所述驱动场线圈之间生成梯度磁场(G_x，G_y)。

11.根据权利要求10所述的设备，

其中，所述驱动场线圈单元包括三个驱动场线圈子单元(136a，136b，136c)，

其中，至少一个驱动场线圈子单元包括布置成在第一方向上生成磁性驱动场分量的一对驱动场线圈，并且

其中，另外两个驱动场线圈子单元一起包括布置成在两个其他方向上生成磁性驱动场分量的所述至少六个驱动场线圈。

12.根据权利要求1或10所述的设备，

还包括接收装置，所述接收装置包括至少一个信号接收单元(140)和至少一个接收线圈(148)，用于采集检测信号，所述检测信号取决于所述视场(28)中的所述磁化，所述磁化受到所述第一子区(52)和所述第二子区(54)的所述空间位置的变化的影响。

13.一种操作根据权利要求1所述的设备的方法，包括如下步骤：

i)针对在磁性颗粒成像模式中操作所述设备，

-为相对地布置于所述视场的不同侧上的不同组的两个聚焦场线圈提供方向相反的聚焦场电流，用于在所述聚焦场线圈之间生成基本均匀的磁性聚焦场(B_x，B_y)，以及

-为所述选择场线圈(116)提供选择场电流，用于生成其磁场强度具有空间图案的磁性选择场，从而在所述视场(28)中形成具有低磁场强度的第一子区(52)和具有更高磁场强度的第二子区(54)，其中，在所述第一子区(52)中所述磁性颗粒的磁化未饱和，且其中，在所述第二子区(54)中所述磁性颗粒的磁化饱和，

ii)针对在磁共振成像模式中操作所述设备，

-为相对地布置于所述视场的不同侧上的不同组的两个聚焦场线圈提供方向相同的梯度场电流，用于在所述聚焦场线圈之间生成梯度磁场(G_x，G_y)，以及

-为所述选择场线圈(116)提供均匀场电流，用于生成均匀的静态磁场，或生成预极化和偏置磁场。

14.一种操作根据权利要求10所述的设备的方法，包括如下步骤：

i)针对在磁性颗粒成像模式中操作所述设备，

-为相对地布置于所述视场的不同侧上的不同组的两个驱动场线圈提供方向相反的驱动场电流，用于在所述驱动场线圈之间生成基本均匀的磁性驱动场(B_x，B_y)，以及

-为所述选择场线圈(116)提供选择场电流，用于生成其磁场强度具有空间图案的磁性选择场，从而在所述视场(28)中形成具有低磁场强度的第一子区(52)和具有更高磁场强度的第二子区(54)，其中，在所述第一子区(52)中所述磁性颗粒的磁化未饱和，且其中，在所述第二子区(54)中所述磁性颗粒的磁化饱和，

ii)针对在磁共振成像模式中操作所述设备，

-为相对地布置于所述视场的不同侧上的不同组的两个驱动场线圈提供方向相同的梯度场电流，用于在所述驱动场线圈之间生成梯度磁场(G_x，G_y)，以及

-为所述选择场线圈(116)提供均匀场电流，用于生成均匀的静态磁场，或生成预极化和偏置磁场。

15.一种操作根据权利要求1所述的设备的装置，包括：

i)针对在磁性颗粒成像模式中操作所述设备，

-用于为相对地布置于所述视场的不同侧上的不同组的两个聚焦场线圈提供方向相反的聚焦场电流，用于在所述聚焦场线圈之间生成基本均匀的磁性聚焦场(B_x，B_y)的单元，以及

-用于为所述选择场线圈(116)提供选择场电流，用于生成其磁场强度具有空间图案的磁性选择场，从而在所述视场(28)中形成具有低磁场强度的第一子区(52)和具有更高磁场强度的第二子区(54)的单元，其中，在所述第一子区(52)中所述磁性颗粒的磁化未饱和，且其中，在所述第二子区(54)中所述磁性颗粒的磁化饱和，

ii)针对在磁共振成像模式中操作所述设备，

-用于为相对地布置于所述视场的不同侧上的不同组的两个聚焦场线圈提供方向相同的梯度场电流，用于在所述聚焦场线圈之间生成梯度磁场(G_x，G_y)的单元，以及

-用于为所述选择场线圈(116)提供均匀场电流，用于生成均匀的静态磁场，或生成预极化和偏置磁场的单元。

16.一种操作根据权利要求10所述的设备的装置，包括：

i)针对在磁性颗粒成像模式中操作所述设备，

-用于为相对地布置于所述视场的不同侧上的不同组的两个驱动场线圈提供方向相反的驱动场电流，用于在所述驱动场线圈之间生成基本均匀的磁性驱动场(B_x，B_y)的单元，以及

-用于为所述选择场线圈(116)提供选择场电流，用于生成其磁场强度具有空间图案的磁性选择场，从而在所述视场(28)中形成具有低磁场强度的第一子区(52)和具有更高磁场强度的第二子区(54)的单元，其中，在所述第一子区(52)中所述磁性颗粒的磁化未饱和，且其中，在所述第二子区(54)中所述磁性颗粒的磁化饱和，

ii)针对在磁共振成像模式中操作所述设备，

-用于为相对地布置于所述视场的不同侧上的不同组的两个驱动场线圈提供方向相同的梯度场电流，用于在所述驱动场线圈之间生成梯度磁场(G_x，G_y)的单元，以及

-用于为所述选择场线圈(116)提供均匀场电流，用于生成均匀的静态磁场，或生成预极化和偏置磁场的单元。