CN103945760B - 具有大视场的用于影响和/或检测磁性颗粒的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于影响和/或检测视场(28)中的磁性颗粒的装置和方法，具体而言用于人类患者的检查的。所述装置包括：i)用于生成磁选择和聚焦场(50)的选择和聚焦器件(120)，其中，所述至少一组选择和聚焦场线圈包括：‑被形成为围绕内侧线圈轴(115a)的闭环的至少一个内侧选择和聚焦场线圈(113、115)，即第一内侧选择和聚焦场线圈(115)；‑至少两个外侧选择和聚焦场线圈(116‑119)的组，所述至少两个外侧选择和聚焦场线圈与所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈(113、115)相比，被布置为与所述内侧线圈轴(115a)的距离更大且处于不同的角位置处，所述至少两个外侧选择和聚焦场线圈的每个均被形成为围绕相关联的外侧线圈轴(116a‑119a)的闭环，以及ii)包括驱动场信号发生器单元(122)和驱动场线圈(124；125、126、127)的驱动器件(120)，所述驱动器件用于借助磁驱动场改变所述视场(28)中的两个子区(52、54)的空间位置和/或尺寸，使得磁性材料的磁化发生局部改变。

Description

具有大视场的用于影响和/或检测磁性颗粒的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于影响和/或检测视场中的磁性颗粒的装置和方法。此外，本发明还涉及线圈布置和/或极靴。本发明尤其涉及磁性颗粒成像领域。
背景技术
磁性颗粒成像(MPI)是一种新兴的医疗成像模态。MPI的最初版本是二维的，其中其产生二维图像。较新的版本是三维(3D)的。能够通过将3D图像的时域序列结合成影片而建立非静态对象的四维图像，其前提是对象在单幅3D图像的数据采集期间没有发生显著变化。
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)。因此，分两个步骤生成对象的感兴趣体积的MP图像。使用MPI扫描器执行被称为数据采集的第一步骤。MPI扫描器具有生成被称为“选择场”的静态磁梯度场的器件，所述的静态磁梯度场在扫描器的等中心处具有(单个)无场点(FFP)或无场线(FFL)。此外，这种FFP(或者FFL；在下文中提到“FFP”一般应当被理解为是指FFP或FFL)被具有低磁场强度的第一子区包围，该第一子区又被具有较高磁场强度的第二子区包围。此外，扫描器具有生成时间相关的在空间上近乎均匀的磁场的器件。实际上，这一场是通过使具有小幅度的快速变化的场(称为“驱动场”)与具有大幅度的缓慢变化的场(称为“聚焦场”)叠加而得到的。通过向静态选择场增加时间相关的驱动和聚焦场，可以使FFP沿贯穿围绕等中心的“扫描体积”的预定FFP轨迹移动。扫描器还具有一个或多个，例如三个接收线圈的布置，从而能够记录在这些线圈中感生的任何电压。对于数据采集而言，将所要成像的对象安置到扫描器中，使得对象的感兴趣体积被扫描器的视场包围，所述视场是扫描体积的子集。
对象必须含有磁性纳米颗粒或其他磁性非线性材料；如果所述对象为动物或患者，那么在扫描之前向动物或患者施用含有这样的颗粒的造影剂。在数据采集期间，MPI扫描器使FFP沿有意选择的轨迹移动，所述轨迹将描出/覆盖扫描体积或者至少描出/覆盖视场。对象内的磁性纳米颗粒经历变化的磁场，并且通过改变其磁化而做出响应。纳米颗粒的变化的磁化将在每个接收线圈中感生出时间相关的电压。在与接收线圈相关联的接收器中对这种电压采样。记录由接收器输出的样本，所述样本构成了采集数据。控制数据采集的细节的参数构成了“扫描协议”。
在图像生成的被称为图像重建的第二步骤中，由在第一步骤中采集的数据计算或重建图像。图像为离散的3D数据阵列，其表示处于视场中的磁性纳米颗粒的位置相关浓度的采样近似。一般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。与所有重建式成像方法的情况一样，能够将这种模型表达为作用于所采集的数据的积分算子；重建算法尝试在尽可能的程度上消除模型的作用。
这样的MPI装置和方法的优点在于，其能够用于以非破坏性方式，以高空间分辨率对诸如人体的任意检查对象进行检查，所述检查既可以接近检查对象的表面，也可以远离其表面。这样的装置和方法一般是已知的，在DE10151778A1和Gleich,B.and Weizenecker,J.(2005)的文章“Tomographic imaging using the nonlinear response of magneticparticles”(Nature，第435卷，第1214-1217页)中对其做出了首次描述，其中，也对重建原理给出了大体的描述。在该文献中描述的用于磁性颗粒成像(MPI)的装置和方法利用了小的磁性颗粒的非线性磁化曲线。
到目前为止，描述的MPI装置和方法的设计对于人类而言还不是最佳的。
US2008/309330A1公开了一种磁性颗粒成像装置，其基于由磁性颗粒的磁化生成磁通量的变化形成了所述磁性颗粒的分布的图像。所述装置包括：调制线圈，其通过将调制磁场施加到无场区域来将所述无场区域中存在的磁性颗粒磁化；以及检测线圈，其被设置为抑制由调制线圈施加的调制磁场造成的并包括在检测的磁通量中的影响。
WO2010/134006A2公开了一种用于在作用区域中影响和/或检测磁性颗粒的布置和方法，具体而言用于使用磁性颗粒成像(MPI)监测脑内或颅内出血。提供线圈阵列的每个线圈的公共耦合单元，以耦合所有信号，从而向公共线圈的集合生成磁场。此外，相同的线圈用于采集检测信号。以此方式，能够建立小的扫描器，其能够永久留给患者或者被周期性提供给患者，具体而言用于出血监测。
发明内容
本发明的目的在于提供用于影响和/或检测视场中的磁性颗粒的装置和方法，其能够实现对较大受检者(人类、动物)的检查，尤其是对成年人的检查。
在本发明的第一方面中，提出了一种用于影响和/或检测视场中的磁性颗粒的装置，其包括：
i)用于生成磁选择和聚焦场的选择和聚焦器件，所述磁选择和聚焦场具有其磁场强度的空间模式，使得在所述视场中形成具有低磁场强度的、磁性颗粒的磁化不饱和的第一子区和具有较高磁场强度的、磁性颗粒的磁化饱和的第二子区，所述第一子区和所述第二子区用于改变所述视场在检查区域内的空间位置，所述选择和聚焦器件包括至少一组选择和聚焦场线圈，并且包括选择和聚焦场发生器单元，所述选择和聚焦场发生器单元用于生成要提供给所述至少一组选择和聚焦场线圈的选择和聚焦场电流，以控制所述磁选择和聚焦场的生成，
其中，所述至少一组选择和聚焦场线圈包括：
-被形成为围绕内侧线圈轴的闭环的至少一个内侧选择和聚焦场线圈，以及
-至少两个外侧选择和聚焦场线圈的组，所述至少两个外侧选择和聚焦场线圈与所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈相比，被布置为与所述内侧线圈轴的距离更大且处于不同的角位置上，每个被形成为围绕相关联的外侧线圈轴的闭环，以及
ii)包括驱动场信号发生器单元和驱动场线圈的驱动器件，其用于借助磁驱动场改变视场中的两个子区的空间位置和/或尺寸，使得磁性材料的磁化发生局部改变。
在本发明的另一方面中，提出了一种对应的方法。
在本发明的又一方面中，提出了一种线圈布置，其在用于影响和/或检测视场中的磁性颗粒的装置中用作选择和聚焦场线圈布置，所述线圈布置包括至少一组选择和聚焦场线圈，所述至少一组选择和聚焦场线圈包括：
-被形成为围绕内侧线圈轴的闭环的至少一个内侧选择和聚焦场线圈，以及
-至少两个外侧选择和聚焦场线圈的组，所述至少两个外侧选择和聚焦场线圈与所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈相比，被布置为与所述内侧线圈轴的距离更大且处于不同的角位置上，并且每个被形成为围绕相关联的外侧线圈轴的闭环。
在本发明的实施例中，在用于影响和/或检测视场中的磁性颗粒的装置中提供具有承载各个选择和聚焦场线圈的多个极靴段(pole shoe segment)和连接所述极靴段的极靴轭(pole shoe yoke)的至少一个极靴(pole shoe)。可以将其提供为承载一组选择和聚焦场线圈的线圈，所述一组选择和聚焦场线圈包括被形成为围绕内侧线圈轴的闭环的至少一个内侧选择和聚焦场线圈，以及至少两个外侧选择和聚焦场线圈的组，所述至少两个外侧选择和聚焦场线圈与所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈相比，被布置为与所述内侧线圈轴的距离更大且处于不同的角位置上，并且每个被形成为围绕相关联的外侧线圈轴的闭环，
所述极靴包括
-用于承载所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈的至少一个内侧极靴段，
-至少两个外侧极靴段，其被布置为与所述内侧线圈轴的距离更大，每个用于承载所述至少两个外侧选择和聚焦场线圈之一，以及
-连接所述极靴段的极靴轭。
在实施例中，提出了一种包括程序代码段的计算机程序，所述计算机程序当在计算机上执行时，令计算机控制根据本发明的装置执行根据本发明的方法步骤。
在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，所要求保护的方法、所要求保护的线圈布置和极靴具有与所要求保护的装置相似和/或等同的如从属权利要求中定义的优选实施例。
本发明基于这样的想法，即，将在已知的MPI装置中一般作为单独的线圈提供的聚焦场线圈和选择场线圈组合成一组组合的选择和聚焦场线圈。因而，向线圈的每个提供单一电流，而不是像常规那样向每个聚焦场线圈和每个选择场线圈提供单独的电流。因而，能够将这种单一电流看作是用于聚焦场生成和选择场生成的两个叠加的电流。能够通过控制通往各个线圈的电流容易地改变视场在检查区域内的预期位置和移动。然而，并不是总要为所有的选择和聚焦场线圈提供控制电流，而是视场的特定移动只需一些线圈。
所提出的线圈的装置还提供了有关相对于安置对象的检查区域布置所述线圈的方式和位置的更高自由度。利用这种布置尤其有能够构建开放扫描器，患者和医生或医务人员，例如，介入期间的外科医生都能够容易地获取该开放扫描器。
根据本发明将磁梯度场(即磁选择场)生成为具有磁场强度的空间分布，使得视场包括：具有较低磁场强度的第一子区(例如，FFP)，所述较低磁场强度适于使位于所述第一子区内的磁性颗粒的磁化不饱和；以及具有较高磁场强度的第二子区，所述较高磁场强度适于使位于所述第二子区内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的原因，磁化和因此磁性颗粒生成的磁场表现出了能够(例如)通过检测线圈检测到的高次谐波。所估测的信号(所述信号的高次谐波)含有有关磁性颗粒的空间分布的信息，所述信息又能够用于(例如)医疗成像、磁性颗粒的空间分布的可视化和/或其他应用。
因而，根据本发明的装置和方法基于不同于其他已知的常规医疗成像技术(例如，核磁共振(NMR))的新的物理原理(即，称为MPI的原理)。具体而言，这一新的MPI原理相比于NMR不利用材料对质子的磁共振特性的影响，而是利用磁化特性曲线的非线性直接检测磁性材料的磁化。具体而言，MPI技术利用所生成的磁信号的高次谐波，所述谐波是由磁化特性曲线的磁化从非饱状态变化为饱和状态的区域中的非线性导致的。
根据优选实施例，所述的外侧选择和聚焦场线圈的闭环具有环段形式的轮廓。换言之，将所述外侧选择和聚焦场线圈中的每个的绕组缠绕成闭环，沿绕所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈的角区域布置所述闭环，所述角区域覆盖包围所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈的环的环段。
所述至少一组选择和聚焦场线圈优选包括至少四个外侧选择和聚焦场线圈的组。一般而言，甚至可以提供更多的选择和聚焦场线圈，优选它们被布置为距所述内侧线圈轴的距离相同，但是处于绕所述内侧线圈轴的不同角位置上。
例如，在实施例中，假设所述至少一组选择和聚焦场线圈包括四个外侧选择和聚焦场线圈的组，所述四个外侧选择和聚焦场线圈被布置为距所述内侧线圈轴的距离相同，但是相对于彼此具有90°的角位移。在另一甚至具有更多组的外侧选择和聚焦场线圈的实施例中，各个组的线圈被布置为距所述内侧线圈轴的距离不同。
在另一实施例中,所述至少一组选择和聚焦场线圈包括第一内侧选择和聚焦场线圈以及第二内侧选择和聚焦场线圈，所述第二内侧选择和聚焦场线圈被形成为围绕所述内侧线圈轴的闭环并且具有比所述第一内侧选择和聚焦场线圈更大的直径。可以提供在不同的距离上被形成为围绕所述内侧线圈轴的闭环的甚至更多的内侧选择和聚焦场线圈。这些内侧选择和聚焦场线圈一般对磁选择和聚焦场的生成更加有效，因而通常在装置的运行期间始终被提供有控制电流。
优选地，所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈和/或所述外侧选择和聚焦场线圈被分裂为至少两个，尤其是至少四个线圈段，其中，线圈的线圈段被布置为沿相关联的线圈轴的方向彼此相邻，并且其中，使相邻线圈段电连接。通过这种方式，能够将期望电流密度控制为在特定区域处，例如，在更加靠近检查区域的区域处更高，即，优选地所述线圈段被布置使得沿相关联的线圈轴的方向，所获得的电流密度随着与检查区域的距离的缩小而增大。这进一步提高了所生成的磁场的效率。
出于控制期望电流密度的目的，能够采取就所相对于线圈段的不同措施。具体而言，与线圈的被布置为与检查区域相距较远的、由不同材料制成的一个或多个线圈段相比，该线圈的被布置为与所述检查区域相距较近的一个或多个线圈段具有更厚的绕组，更加紧凑和/或沿相关联的线圈轴的方向具有更高的厚度。
在优选实施例中，所述选择和聚焦器件还包括至少一个极靴，所述极靴具有承载各个选择和聚焦场线圈的多个极靴段以及连接所述极靴段的极靴轭。这样的极靴不仅充当着各个线圈的机械载体，而且还用于通过传导磁通量而提高磁场的效率。
优选地，所述至少一个极靴包括承载所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈的至少一个内侧极靴段以及至少两个外侧极靴段，所述至少两个外侧极靴段被布置为与所述内侧线圈轴的距离更大并且每个用于承载所述至少两个外侧选择和聚焦场线圈之一。因此，所述极靴的设计适于选择和聚焦场线圈的设计，从而对磁场生成的效率提供最佳支持。
优选地，所述至少一个极靴包括至少四个外侧极靴段，每个承载外侧选择和聚焦场线圈。因此，对于每个外侧选择和聚焦场线圈而言，将外侧极靴段提供为引导相关联的选择和聚焦线圈的磁场。因此，在针对外侧选择和聚焦线圈的对应设计的实施例中，所述至少一个极靴包括四个外侧极靴段，每个承载外侧选择和聚焦场线圈，所述外侧极靴段被布置为距所述内侧线圈轴的距离相同，但是相对于彼此存在90°的角位移。此外，每个外侧极靴段优选具有环段形式的横截面。
在所述选择和聚焦线圈包括第二内侧选择和聚焦线圈的又一实施例中，所述至少一个极靴包括具有绕所述第一内侧极靴段的闭环的形式的第二内侧极靴段，所述第二极靴段承载所述第二内侧选择和聚焦场线圈。
在优选实施例中，至少所述至少一个内侧极靴段和所述外侧极靴段的朝向所述检查区域的头部是由具有高饱和感应强度的软磁性材料制成的，所述材料尤其为FeCo、FeSi、Fe、FeNi、Dy、Gd或其合金，例如，Fe49V1.9Co49。优选地，完整的极靴应当由最佳地引导磁通量的最佳软磁性材料制成。然而出于成本的原因，只有所述极靴的一部分由这种材料制成，从而在该处具有最佳饱和磁化强度。所述外侧极靴段的背离所述检查区域的尾部和所述极靴轭是由与所述内侧极靴段的材料相比饱和感应强度更低的软磁性材料制成的，该材料尤其为FeSi、FeNi、坡莫合金或其合金，例如，Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7。
此外，在实施例中，所述极靴由导磁薄板制成，其中，形成内侧极靴段和极靴轭的相邻头部的薄板按照平行于内侧线圈轴的方向被布置。所述薄板用于抑制涡流，并且被布置为传导磁通量。
优选地，将形成所述极靴轭的尾部的薄板按照垂直于所述内侧线圈轴的方向被布置。其允许在抑制涡流的同时引导磁通量。
在实施例中，所述选择和聚焦器件还包括机械连接所述极靴的极靴支座，所述极靴支座由导磁材料制成。所述极靴支座还优选由导磁薄板制成，所述薄板被布置为在与形成连接至所述极靴支座的极靴部分的薄板相同的方向上彼此相邻。所述极靴支座应当既提供机械稳定性又提供良好的磁通量。
在有利的实施例中，与所述外侧极靴段和所述外侧选择和聚焦场线圈相比，所述至少一个内侧极靴段和所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈被布置为与所述检查区域的距离更大。其提供了这样的优点，即有更多空间以布置驱动场线圈，尤其是在装置包括两组相对布置的选择和聚焦场线圈以及两个相对布置的极靴的情况下，这是因为所述驱动场线圈优选不与所述外侧极靴段相邻布置。
与所述第二内侧极靴段的背离所述检查区域的尾部的平行横截面相比，垂直于所述内侧线圈轴贯穿所述第二内侧极靴段的面向所述检查区域的头部的横截面优选覆盖更小的面积。其提高了针对给定电流强度可获得的梯度场强度。
在另一实施例中,所述第二内侧极靴段的所述头部的外径沿内侧线圈轴随着与检查区域的距离的缩小而降低。其在面向检查区域的表面上提供了更高的磁通量密度，因而允许在检查区域内提供更高的磁场梯度。
此外，在实施例中，与贯穿所述外侧极靴段的背离所述检查区域的尾部的平行横截面相比，垂直于所述内侧线圈轴的贯穿所述外侧极靴段的朝向所述检查区域的头部的横截面覆盖更大的面积。这种措施还有助于在朝向所述检查区域的表面上获得更高的磁通量密度。
有助于在面向检查区域的表面上获得较高的磁通量密度的另一措施是使外侧极靴段的所述头部的内径与内侧线圈轴的距离在内侧线圈轴的方向上随着与检查区域的距离的缩小而降低。
一组选择和聚焦场线圈的线圈的布置优选是相当平的，其中，所述外侧线圈轴彼此平行并且平行于所述内侧线圈轴。这种线圈布置节省空间，相对易于制造，并且允许更加容易地计算和/或模拟可获得的磁场。
在实施例中，所述选择和聚焦器件包括：
i1)第一组选择和聚焦场线圈，
i2)至少一个第二组选择和聚焦场线圈，以及
i3)用于生成将提供给所述第一组选择和聚焦场线圈以及所述组选择和聚焦场线圈以控制所述磁选择和聚焦场的生成的选择和聚焦场电流的选择和聚焦场发生器单元。优选地，使用被布置在所述检查区域的相对侧的一个第二组选择和聚焦场线圈而不是所述第一组选择和聚焦场线圈，从而得到可从至少一侧进入检查区域的装置。其允许将患者容易地定位到检查区域内，例如，通过只是将患者从转运床抬到被布置在检查区域内的患者台上。这样还避免了需要使很多线圈围绕检查区域同轴布置，从而使检查区域具有处于其间的必须将患者移到其内的隧道的形式，就像常规的MRI扫描器。因此，与处于那些常规MRI扫描器中相比，患者感到的不舒服会少一些。
在其他实施例中，提供超过两组选择和聚焦场线圈，它们被布置为在围绕检查区域的不同角位置上。例如，就三组而言，它们优选相对于彼此具有120°角的位移。
优选地，第一组的选择和聚焦场线圈与至少一个第二组的选择和聚焦场线圈等同。此外，就两个组而言，优选地，一个组的各个线圈被布置为刚好与另一组的每个相应的线圈相对，这样做还支持了对可获得的磁场的更加容易的计算。
在实施例中，所述选择和聚焦场发生器单元被配置为生成单独用于所述至少一组选择和聚焦场线圈的每个选择和聚焦场线圈的选择和聚焦场电流。其提供了最高的生成期望磁场的灵活性，但是也需要最高数量的发生器单元/信道。
为了降低发生器单元/信道的数量，在优选实施例中提出，所述选择和聚焦场发生器单元被配置为生成单独用于所述第一组选择和聚焦场线圈和第二组选择和聚焦场线圈中的每一对选择和聚焦场线圈的选择和聚焦场电流，其中，一对包括两组中的相对布置的选择和聚焦场线圈。
另一个降低发生器单元/信道的数量的建议提出，所述选择和聚焦场发生器单元被配置为生成单独用于所述至少一组选择和聚焦场线圈的每一对外侧选择和聚焦场线圈的选择和聚焦场电流，其中，一对包括同一组选择和聚焦场线圈的两个相对布置的外侧选择和聚焦场线圈。
优选地，如上文简要提到的，所述装置包括被布置到所述检查区域的不同侧上的至少两个极靴，每个极靴具有承载各个选择和聚焦场线圈的多个极靴段和连接所述极靴段的极靴轭。
为了从驱动场线圈生成的磁场对所述至少一组选择和聚焦场线圈进行屏蔽，利用屏蔽来覆盖所述至少一组选择和聚焦场线圈的朝向所述检查区域的内表面。这种屏蔽尤其避免了对测量信号的干扰，如果驱动场与软磁性材料相互作用，就会发生这种干扰。
如上所述，所述驱动场线圈被布置到两组选择和聚焦场线圈中的所述第一内侧选择和聚焦场线圈之间的区域中。所述驱动场线圈可以被设计为使得它们(以固定或可移动的方式)被布置到两组选择和聚焦场线圈之间。在其他实施例中，所述驱动场线圈稍具柔性，并且能够在将患者置于检查区域内部之前被布置到患者身体的期望部分上。
优选地，所述驱动场线圈在垂直于内侧线圈轴的方向上小于相对的外侧选择和聚焦场线圈在所述方向上的距离。此外，所述驱动场线圈优选包括两对围绕垂直于所述内侧线圈轴的中心对称轴布置的鞍形线圈和围绕所述中心对称轴布置的螺线管。
在另一优选实施例中，所述驱动场信号发生器单元适于为所述驱动场线圈中的一个或多个生成并提供单独的驱动场电流。此外，在实施例中，所述驱动场信号发生器单元适于根据所述检查区域内的第一子区或视场的灵敏度和/或位置生成驱动场电流。这些措施允许降低SAR(比吸收率)和PNS(末梢神经刺激)，这对于人类尺寸的装置尤为重要，而且这些措施还允许降低驱动场线圈中的耗散的平均功率，从而带来成本节约。
为了接收确定检查区域内的磁性颗粒分布，继而生成例如患者心脏区域的检查区域的图像所需的检测信号，所述装置还包括含有至少一个信号接收单元和用于采集检测信号的至少一个接收线圈的接收器件，所述检测信号取决于视场内的磁化，所述磁化受到第一子区和第二子区的空间位置的变化的影响。
在优选实施例中，所述一个或多个内侧极靴段和/或外侧的一个或多个极靴段包括具有不同横截面，尤其是具有不同形式(例如，圆柱形、椭圆形、矩形等)、不同直径和/或不同对称轴的两个或更多部分。
在优选实施例中，内侧极靴段(优选所有的内侧极靴段)包括内柱体和围绕所述内柱体布置的外侧环。优选地，第一线圈被布置到内柱体和外侧环之间，并围第二线圈被布置为围绕外侧环。
此外，在实施例中，外侧环包括两个或更多部分，其中，在背离相对的极靴的下部中，外径大于朝向相对的极靴的上部中的外径。
在优选实施例中，外侧极靴段(优选所有的外侧极靴段)包括背离相对的极靴的下部和朝向相对的极靴的上部，它们的横截面不同。优选地，下部具有圆形截面，而上部则具有椭圆形截面。此外，在实施例中，与上部相比，下部被布置为与内侧极靴段的距离更大。
优选地，单个线圈或者两个或更多串联耦合的线圈被布置为围绕外侧极靴段的上部和下部两者。在另一实施例中，仅围绕下部极靴段布置线圈。
在优选实施例中，极靴包括一组内侧极靴段，尤其包括优选以阵列(例如，三角形或正方形)布置的三个或四个内侧极靴段。
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下文描述的实施例加以阐述。在以下附图中：
图1示出了MPI装置的第一实施例，
图2示出了图1所示的装置产生的选择场模式的范例，
图3示出了MPI装置的第二实施例，
图4示出了根据本发明的MIP装置的大体外侧布局的两个实施例，
图5示出了根据本发明的MPI装置的框图，
图6示出了贯穿根据本发明的选择和聚焦场线圈布置的实施例的两个垂直横截面，
图7示出了贯穿根据本发明的极靴布置的实施例的两个垂直横截面，
图8示出了图7所示的根据本发明的极靴布置的实施例的透视图，
图9示出了贯穿根据本发明的选择和聚焦场线圈布置的实施例的两个垂直横截面，
图10示出了贯穿图9所示的选择和聚焦场线圈布置的一组选择和聚焦场线圈的实施例的横截面之一的放大图，
图11示出了根据本发明的极靴布置的另一实施例的透视图，
图12示出了根据本发明的选择和聚焦场线圈布置的另一实施例的透视图，
图13示出了根据本发明的选择和聚焦场线圈布置的又一实施例的透视图，
图14针对根据本发明的MPI装置示出了显示作为电功率的函数的梯度场强度的图示，
图15示出了驱动场线圈的实施例，
图16示出了螺线管中的磁场，
图17示出了沿两个正交轴的场强，
图18示出了用于解释另一实施例的两个共平面驱动场线圈，
图19示出了在提供不同的线圈电流时图18所示的共平面线圈生成的磁场，
图20示出了图18所示的共平面线圈的线圈灵敏度，
图21示出了根据本发明的极靴布置的另一实施例的透视图，
图22示出了使用图21所示的极靴布置的根据本发明的选择和聚焦场线圈布置的另一实施例的透视图，
图23示出了根据本发明的极靴布置的另一实施例的透视图，
图24示出了根据本发明的极靴布置的另一实施例的透视图，
图25示出了根据本发明的极靴布置的另一实施例的透视图，
图26示出了使用图25所示的极靴布置的根据本发明的选择和聚焦场线圈布置的另一实施例的透视图，
图27示出了根据本发明的极靴布置的另一实施例的透视图，
图28示出了根据本发明的极靴布置的另一实施例的透视图，并且
图29示出了根据本发明的极靴布置的另一实施例的透视图。
具体实施方式
在解释本发明的细节之前，应当参考图1到3详细解释磁性颗粒成像的基本知识。具体而言，将描述用于医疗诊断的MPI扫描器的两个实施例。还将给出对数据采集的非正式描述。将指出两个实施例之间的相似之处和差别。
图1所示的MPI扫描器的第一实施例10具有三对同轴平行圆形线圈12、14、16，这些线圈对的布置如图1所示。这些线圈对12、14、16的作用在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，并相交于单个点，该点表示MPI扫描器10的等中心24。此外，这些轴18、20、22充当附着至等中心24的3D笛卡尔x-y-z坐标系的轴。将纵轴20指定为y轴，因而x轴和z轴是水平的。线圈对12、14、16是按它们的轴命名的。例如，y线圈对14由处于扫描器的顶部和底部的线圈形成。此外，将具有正(负)y坐标的线圈称为y+线圈(y-线圈)，其余线圈类似。在更加方便时，应当利用x1、x2、x3标记坐标轴和线圈，而不是x、y、z。
能够将扫描器10设定为引导预定的时间相关的电流沿任一方向通过这些线圈12、14、16中的每个。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。为了生成静态选择场，使恒定的正电流IS流经z+线圈，使电流-IS流经z-线圈。之后z线圈对16充当反平行圆形线圈对。
这里应注意，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，经常认为纵轴是z轴，而不是当前实施例中的y轴。然而，这不会在大体上改变设备的功能和运行以及本发明的效果。
在图2中由场线50表示大体为磁梯度场的磁选择场。它在生成选择场的z线圈对16的(例如水平的)z轴22的方向上具有基本恒定的梯度，并在这个轴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大而增大。在由围绕等中心24的虚线表示的第一子区或区域52内，场强小到未使第一子区52内存在的颗粒的磁化饱和，而(区域52之外的)第二子区54内存在的颗粒的磁化则处于饱和状态。在第二子区54中(即，在扫描器视场28的处于第一子区52以外的剩余部分中)，所述选择场的磁场强度充分强到使磁性颗粒保持饱和状态。
通过改变视场28中的两个子区52、54(包括无场点在内)的位置，使视场28中的(总体)磁化发生改变。通过确定视场28中的磁化以及受磁化影响的物理参数，能够获得有关视场28中的磁性颗粒的空间分布的信息。为了改变视场28中的两个子区52、54(包括所述无场点在内)的相对空间位置，向选择场50叠加额外的磁场，即，磁驱动场以及磁聚焦场(如果适用的话)。
为了生成所述驱动场，使时间相关的电流ID 1流经两个x线圈12，使时间相关的电流ID 2流经两个y线圈14，并且使时间相关的电流ID 3流经两个z线圈16。因此，三个线圈对中的每对都起着平行圆形线圈对的作用。类似地，为了生成所述聚焦场，使时间相关的电流IF 1流经两个x线圈12，使时间相关的电流IF 2流经两个y线圈14，并且使时间相关的电流IF 3流经两个z线圈16。
应注意，z线圈对16很特殊：其不仅生成其在驱动场和聚焦场内的份额，还生成选择场(当然，在其他实施例中可以提供单独的线圈)。流经z±线圈的电流为ID 3+IF 3±IS。流经其余两个线圈对12、14的电流为ID k+IF k，k＝1、2。由于其几何结构和对称性的原因，三个线圈对12、14、16得到了很好的去耦。这一点是想要的。
所述选择场是由反平行圆形线圈对生成的，其围绕z轴旋转对称，并且其z分量沿z近乎呈线性，并且在围绕等中心24的可观体积中与x和y无关。具体而言，选择场在等中心处具有单个无场点(FFP)。相反，由所述平行圆形线圈对生成的对驱动场和聚焦场的贡献在围绕等中心24的可观体积内近乎空间均匀，并且与相应的线圈对的轴平行。由所有的三个平行圆形线圈对共同生成的驱动和聚焦场是近乎空间均匀的，并且能够被赋予任何方向和强度，直至特定最大强度。所述驱动和聚焦场也是时间相关的。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，并可以具有大幅度，而驱动场变化迅速且具有小幅度。出于物理学和生物医学的原因对这些场做不同处理。快速变化的具有大幅度的场难以生成，而且对患者具有潜在的危险。
在实际的实施例中，能够将FFP视为数学点，假设在该点上磁场为零。磁场强度随着与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，取决于设备的具体布局)。只要磁场强度低于使磁性颗粒进入饱和状态所需的场强，颗粒就对设备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具有平行圆形线圈的至少另外的对，优选另外三对，同样使它们沿x、y、z轴取向。图1中未示出的这些线圈对充当接收线圈。与用于驱动和聚焦场的线圈对12、14、16的情况一样，由通过这些接收线圈对之一流动的恒定电流生成的磁场在视场内近乎空间均匀，并且与相应的线圈对的轴平行。接收线圈应当是解耦良好的。在接收线圈中感生的时间相关的电压由附着于这个线圈的接收器放大并采样。更确切地说，为了应对这个信号的巨大动态范围，所述接收器对接收的信号和参考信号之间的差异进行采样。所述接收器的传递函数从零赫兹(DC)一直到预期信号水平降至噪声水平以下的频率都是非零的。或者，MPI扫描器不具有专用接收线圈。而是使用驱动场发射线圈作为接收线圈。
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。所有的线圈都放在该腔膛26之外。对于数据采集而言，将所要成像的患者(或对象)安置到膛26中，使得患者的感兴趣体积(患者(或对象)的将被成像的体积)被扫描器的视场28包围，所述视场是扫描器能够对其内容进行成像的扫描器的体积。例如，将患者(或对象)置于患者台上。视场28是膛26内部的从几何学的角度来看简单的等中心体积，例如，立方体、球体、圆柱体或任意形状。图1示出了立方体视场28。
第一子区52的尺寸取决于磁选择场的梯度的强度，并且取决于达到饱和所需的磁场的场强，而场强又取决于磁性颗粒。为了使典型磁性颗粒在80A/m的磁场强度和总计50×103A/m2的磁选择场的场强的(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。
假定患者的感兴趣体积含有磁性纳米颗粒。在(例如)肿瘤的诊断成像之前，借助(例如)注射到患者(对象)体内或者患者(例如)口服的包括磁性颗粒的液体将磁性颗粒带到所述感兴趣体积。
一般而言，存在各种用于将磁性颗粒带到视场中的方式。具体而言，就要将磁性颗粒引入其体内的患者而言，能够利用手术方法和非手术方法施用所述磁性颗粒，既有需要专家(例如，医疗从业人员)的方法，也有不需要专家的方法，例如，能够由外行或普通人员或者患者本身实施的方法。在手术方法当中，存在潜在无风险和/或安全的例行介入，例如，其涉及诸如向血管中注射造影剂(如果将这样的注射全然视作是一种手术方法)的有创步骤，即，存在不需要由相当专业的医疗专家执行的，而且不涉及严重的健康风险的介入。此外，还能够应用诸如吞服或吸入的非手术方法。
一般而言，磁性颗粒是在执行实际的数据采集步骤之前预先输送或者预先施用的。然而，在实施例中，也能够向视场内输送/施用另外的磁性颗粒。
磁性颗粒的实施例包括，例如，由例如玻璃制成的球形衬底，其设有具有例如5nm的厚度，由例如铁镍合金(例如坡莫合金)构成的软磁层。可以借助例如涂层覆盖这一层，所述涂层保护所述颗粒免受在化学和/或物理学上具有侵害性的环境的影响，例如，不受酸的影响。使这样的颗粒的磁化饱和所需的磁选择场50的磁场强度取决于各种参数，例如，颗粒的直径、所述磁层所使用的磁性材料以及其他参数。
就这样的磁性颗粒的例如10μm的直径而言，需要大约800A/m的磁场(大约对应于1mT的通量密度)，而就100μm的直径而言，80A/m的磁场就足够了。在选择具有较低饱和磁化强度的材料的涂层时或者在降低所述层的厚度时甚至获得了更小的值。
在实践中，常常使用市场上可买到的名为Resovist的磁性颗粒(或类似磁性颗粒)，其具有磁性材料核心或被形成为整块球体且直径在纳米范围内，例如40或60nm。
为了获得一般可用的磁性颗粒和颗粒成分的更多细节，可在此参考EP1304542、WO2004/091386、WO2004/091390、WO2004/091394、WO2004/091395、WO2004/091396、WO2004/091397、WO2004/091398、WO2004/091408的对应部分，通过引用将其并入本文。在这些文献中还能够找到一般的MPI方法的更多细节。
在数据采集期间，x、y、z线圈对12、14、16生成位置和时间相关的磁场，即外加场。这一目的是通过引导适当的电流通过场发生线圈实现的。实际上，驱动和聚焦场摆布选择场，使得FFP沿描出扫描体积(为视场的超集)的预选FFP轨迹移动。所述外加场对患者体内的磁纳米颗粒定向。随着外加场的变化，所得的磁化也变化，但其非线性地响应外加场。变化的外加场和变化的磁化之和将感生出跨越沿xk轴的接收线圈对的端子的时间相关的电压Vk。相关联的接收器将这一电压转换成信号Sk，并对其进一步处理。
与图1所示的第一实施例10类似，图3所示的MPI扫描器的第二实施例30具有三个圆形的相互正交的线圈对32、34、36，但是这些线圈对32、34、36将只生成选择场和聚焦场。利用铁磁材料37填充同样生成选择场的z线圈36。本实施例30的z轴42具有垂直取向，而x和y轴38、40具有水平取向。扫描器的膛46平行于x轴38，并因此垂直于选择场的轴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。这些线圈绕形成膛的管缠绕。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(直到大约150kHz)附近的窄频带中。接收到的信号的有用频谱处于50kHz和1MHz之间(最终可高达大约15MHz)。所述膛具有120mm的直径。拟合到膛46中的最大立方体28边长为120mm/√2≈84mm。
由于场发生线圈的构造一般是本领域已知的，例如，是磁共振成像领域已知的，因而文中将不再对这一主题加以详述。
在用于生成选择场的备选实施例中，能够使用永久磁铁(未示出)。在这样的(相对的)永磁体(未示出)的两极之间的空间中形成了与图2所示的类似的磁场，亦即，这时相对的极具有相同的极性。在另一备选实施例中，能够通过至少一个永磁体和至少一个线圈的混合来生成选择场。
图4示出了根据本发明的MIP装置200、300的大体外侧布局的两个实施例。图4A示出了所提出的包括两个选择和聚焦场线圈单元210、220的MPI装置200的实施例，两个选择和聚焦场线圈单元基本等同，并且被布置在形成于其间的检查区域230的相对两侧上。此外，驱动场线圈单元240被布置到围绕患者(未示出)的感兴趣区域放置的选择和聚焦场线圈单元210、220之间。选择和聚焦场线圈单元210、220包括几个选择和聚焦线圈，以生成代表上文解释的磁选择场和磁聚焦场的组合磁场。具体而言，每个选择和聚焦场线圈单元210、220优选包括等同的选择和聚焦场线圈组。下文将解释所述选择和聚焦场线圈的细节。
驱动场线圈单元240包括用于生成磁驱动场的多个驱动场线圈。这些驱动场线圈可以包括几对驱动场线圈，尤其是用于沿三个空间方向中的每个生成磁场的一对驱动场线圈。在实施例中，驱动场线圈单元240包括针对两个不同的空间方向的两对鞍形线圈和用于沿患者的纵轴生成磁场的螺线管。
一般将选择和聚焦场线圈单元210、220安装到固定单元(未示出)或室壁上。优选地，在选择和聚焦场线圈单元210、220包括用于承载相应的线圈的极靴的情况下，所述固定单元不仅对所述选择和聚焦场线圈单元210、220进行机械固持，而且还提供了连接两个选择和聚焦场线圈单元210、220的极靴的磁通量路径。
如图4A所示，两个选择和聚焦场线圈单元210、220每个包括用于从驱动场线圈单元240的驱动场线圈生成的磁场屏蔽所述选择和聚焦场线圈的屏蔽层211、221。
在图4B所示的MPI装置201的实施例中，只提供了单个选择和聚焦场线圈单元220以及驱动场线圈单元240。一般而言，单个选择和聚焦场线圈单元足以生成所需的组合的磁选择和聚焦场。因此，可以将所述单个选择和聚焦场线圈单元220集成到安置要接受检查的患者的患者台(未示出)中。优选地，驱动场线圈单元240的驱动场线圈可以预先被布置到患者身体周围，例如，作为柔性线圈单元。在另一种实施方式中，驱动场线圈单元240能够是开放的，例如，可分成如图4B沿轴向示出的分隔线243、244所指示的两个子单元241、242，使得患者能够置于其间，之后驱动场线圈子单元241、242能够耦合到一起。
在MPI装置的另一实施例中，甚至可以提供更多的选择和聚焦场线圈单元，其优选地根据围绕检查区域230的均匀分布被布置。然而，选择和聚焦场线圈单元使用得越多，检查区域的用于将患者置于其内并且允许医疗辅助人员或医生在检查期间触及患者本身的可进入性的受限程度就越高。
图5示出了根据本发明的MPI装置100的大体框图。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5所示的装置100的实施例包括用于生成期望磁场的各种线圈。首先，将解释线圈及其在MPI中的功能。
为了生成组合的磁选择和聚焦场，提供选择和聚焦器件110。所述磁选择和聚焦场具有其磁场强度的空间模式，使得在视场28中形成具有不使磁性颗粒的磁化饱和的低磁场强度的第一子区(图2中的52)以及具有使磁性颗粒的磁化饱和的较高磁场强度的第二子区(图4中的54)，所述视场是检查区域的一小部分，它是通过常规方式利用磁选择场获得的。此外，利用磁选择和聚焦场，能够改变视场28在检查区域230内的空间位置，就像以常规方式利用磁聚焦场完成的那样。
选择和聚焦器件110包括至少一组选择和聚焦场线圈114，还包括选择和聚焦场发生器单元112，选择和聚焦场发生器单元112用于生成要提供给所述至少一组选择和聚焦场线圈114(表示图4A、4B所示的选择和聚焦场线圈单元210、220之一)的选择和聚焦场电流，以控制所述磁选择和聚焦场的生成。优选为所述至少一组选择和聚焦场线圈114的每个线圈元件(或者每对线圈元件)提供单独的发生器子单元。所述选择和聚焦场发生器单元112包括可控电流源(一般包括放大器)和滤波单元，它们向相应的线圈元件提供场电流，从而单独设置每个线圈对所述磁选择和聚焦场所做贡献的梯度强度和场强度。应注意，也能够省略滤波单元114。
为了生成所述磁驱动场，装置100还包括驱动器件120，驱动器件120包括驱动场信号发生器单元122和一组驱动场线圈124(表示图4A、4B所示的驱动线圈单元240)，以借助磁驱动场改变所述视场中的两个子区的空间位置和/或尺寸，从而使磁性材料的磁化发生局部改变。如上所述，所述驱动场线圈124优选包括相对布置的两对鞍形线圈125、126和一个螺线管127。其他实施方式，例如，三对选取元件也是可能的。
驱动场信号发生器单元122优选包括用于所述的一组驱动场线圈124中的每个线圈元件(或者至少每对线圈元件)的单独驱动场信号发生子单元。所述驱动场信号发生器单元122优选包括驱动场电流源(优选包括电流放大器)和滤波单元(就本发明而言其也可以省略)，以向相应的驱动场线圈提供时间相关的驱动场电流。
优选通过控制单元150控制选择和聚焦场信号发生器单元112和驱动场信号发生器单元122，所述控制单元优选控制选择和聚焦场信号发生器单元112，使得所述选择场的所有空间点的场强之和以及梯度强度之和被设定到预定水平上。出于这一目的，也能够由用户根据MPI装置的期望应用为控制单元150提供控制指令，然而根据本发明优选将其省略。
为了使用MPI装置100确定磁性颗粒在检查区域(或者检查区域内的感兴趣区域)内的空间分布，尤其是获得所述感兴趣区域的图像，提供了具体为接收线圈的信号检测接收器件以及接收由接收器件148检测到的信号的信号接收单元140。优选在实践中提供三个接收线圈148和三个接收单元140，即每个接收线圈一个接收单元，但是也能够使用三个以上的接收线圈和接收单元，在这种情况下，所采集到的检测信号不是三维的，而是K维的，其中，K是接收线圈的数量。
所述信号接收单元140包括用于对所接收到的检测信号进行滤波的滤波单元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)的位置变化的影响。为此，可以将滤波单元142设计为例如使得时间频率小于接收线圈148工作的时间频率或小于这些时间频率两倍的信号不通过滤波单元142。之后将所述信号经由放大单元144发送至模数转换器146(ADC)。
将模数转换器146产生的数字化信号馈送至图像处理单元(又称为重建器件)152，所述图像处理单元从这些信号以及各自的位置来重建磁性颗粒的空间分布，所述各自的位置是检查区域中第一磁场的第一部分区域52在相应信号的接收期间假设所处的位置，并且是由图像处理单元152从控制单元150处获得的。最后将所重建的磁性颗粒的空间分布经由控制器件150传输至计算机154，计算机154将其显示在监视器156上。因此，能够显示表明磁性颗粒在检查区域的视场中的分布的图像。
在MPI装置100的其他应用中，例如，用于影响磁性颗粒(例如，用于高热症治疗)或者用于移动磁性颗粒(例如，附着至导管，从而移动导管，或者附着至药物，从而使药物移动至特定位置)，接收器件也可以被省略或者简单地不被使用。
此外，可以任选地提供输入单元158，例如，键盘。因此，用户可以能够设置最高分辨率的期望方向，继而在监视器156上接收作用区域的相应图像。如果所述的需要最高分辨率的关键方向偏离了用户首先设置的方向，那么用户仍然能够手动改变方向，以便产生另一幅具有提高的成像分辨率的图像。还能够由控制单元150和计算机154自动操作这一分辨率提高过程。本实施例中的控制单元150设置第一方向上的梯度场，所述方向是自动估计的或者是由用户作为起始值设定的。之后逐步改变梯度场的方向，直到由此接收到的图像的通过计算机154比较的分辨率最大，并且相应地无法进一步提高。因此能够发现最关键方向相应地自动被调整，以便接收最高可能的分辨率。
根据本发明，选择和聚焦场线圈114包括被形成为围绕内侧线圈轴115a的闭环的至少一个内侧选择和聚焦场线圈115以及至少两个外侧选择和聚焦场线圈116、117的组，至少两个外侧选择和聚焦场线圈116、117与所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈115相比，被布置为与内侧线圈轴115a的距离更大，并且处于不同的角位置上，每个被形成为围绕相关联的外侧线圈轴116a、117a的闭环，如在示出了垂直横截面的图6A和6B中所示的。优选地，提供两个额外的外侧选择和聚焦场线圈118、119，每个被形成为围绕相关联的外侧线圈轴118a、119a的闭环，如由图6B中的虚线指示的。
根据本发明，一般能够使所述选择和聚焦场器件仅包括图6所示的各种线圈。然而，根据本发明，所述选择和聚焦场器件优选是一个或多个极靴的形式的磁性材料，尤其是软磁性材料与电磁线圈的组合。所述至少一个极靴用于磁通量的传导，因此用于提高所需的磁场的生成。
图7和图8示出了根据本发明的极靴布置的实施例，其中，图7A和7B示出了贯穿极靴布置300的两个垂直横截面，并且图8示出了极靴布置300的透视图。在极靴布置300的这一实施例中，提供两个极靴310、320，两个极靴310、320经由机械承载并机械耦合两个极靴310、320的极靴支座330被连接。尽管在这些附图中示出的极靴310、320在这一实施例中将具有这里示出的几何特性，但是这里示出的极靴支座330的具体形状只是简单的范例，而针对实际应用的具体形状将由诸如所要求的稳定性的构造参数来确定。
如图7和图8所示，每个极靴310、320分别包括至少一个，在这一实施例中为两个内侧极靴段311、312以及321、322，并且分别包括至少两个，在这一实施例中为四个外侧极靴段313-316和323-326。此外，每个极靴310、320分别包括连接同一极靴的各个极靴段的极靴轭317和327。
共同的极靴的所有极靴段均围绕公共的内侧线圈轴115a被同轴布置，其中，第二内侧极靴段312、321被布置为围绕相应的内侧极靴段311、321的环。外侧极靴段313-316和323-326每个分别被设计为环段的形式，所述环段被布置在内侧线圈轴115a周围的相同距离处，但是具有不同的角位置，如图7B所示。
这样的极靴布置(在所述布置上，选择和聚焦场线圈的各个线圈被布置为下文将示出并解释的)有利于取得所述选择和聚焦场线圈(第一子区52)的期望移动。对外侧极靴段的分段尤其有利于FFP沿x和y方向的移动，这里分为两个到四个段(一般为至少两个段，但是更多的段也是可能的)。
在实际的实施方式中，内侧极靴段311、321(沿z方向)之间的距离di至少要大到患者以及驱动场线圈能够被布置于其间。这意味着距离di应当至少为40cm，优选至少为45cm。外侧极靴段b之间的距离do能够略小，因为其间一般不布置任何驱动场线圈。因此，距离do应当至少为25cm，优选至少40cm。
所述极靴一般由软磁性材料制成。优选地，两个内侧极靴段311、312和321、322(分别地)以及头部313h-314h和323h-324h(参考图7A：在该图中没有明确示出另外的外侧极靴段的头部)由软磁性材料制成，并且具有高饱和感应强度，具体而言，由以下制成：FeCo、Fe、Dy、Gd或其合金，例如，Fe49V1.9Co49(例如已知的商标名为Vacoflux48的材料)。或者，可以使用FeNi，但是这种材料具有较低的饱和感应强度。优选地，所述外侧极靴段的背离检查区域的尾部313t、314t和323t、324t(外侧极靴段315或316、325、326的尾部没有明确示出)以及所述极靴轭由相同的材料制成。然而，出于成本的原因，能够用饱和感应强度低于内侧头部极靴段的材料的软磁性材料制作它们，具体而言能够由以下材料制作它们：FeSi、FeNi、坡莫合金或其合金，例如，Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7(通常称为Nanoperm)。
图9示出了贯穿根据本发明的选择和聚焦场线圈布置400的实施例的两个垂直横截面，该布置中的各个选择和聚焦场线圈被安装到极靴布置300上，如图7和图8所示的。
图10示出了单个选择和聚焦场线圈子单元410的放大图，将使用该图说明其更多的细节。第一内侧极靴段311承载被形成为围绕所述第一内侧极靴段311的第一内侧选择和聚焦场线圈115。第二内侧选择和聚焦场线圈113被形成为由第二内侧极靴段312承载的另一环形线圈，而所述第二内侧极靴段本身则被形成为围绕所述第一内侧选择和聚焦场线圈115的环。四个外侧选择和聚焦场线圈116、117(在图9和图10中仅示出了两个外侧选择和聚焦场线圈；在图9和图10中没有示出另外两个选择和聚焦场线圈)由相应的外侧极靴段313、314、315、316承载。使所述外侧选择和聚焦场线圈116、117中的每个缠绕其相关联的外侧极靴段313、314、315、316，使得电流围绕相应的外侧极靴段流动。每个外侧极靴段313、314、315、316均为被布置在围绕内侧线圈轴115a的不同角位置上的环段的形式。
因此，图9A所示的选择和聚焦场线圈布置400总共包括十二个选择和聚焦场线圈，六个线圈(线圈113、115-119)位于上方选择和聚焦场线圈子单元410中，并且六个线圈(线圈133、135、136；其余两个线圈在图9A中看不到)位于下方选择和聚焦场线圈子单元420中。然而，应当仅仅将这一数量理解为示范性数量。其他数量也是可能的。一般而言，期望有至少六个，优选至少八个选择和聚焦场线圈单元。
优选地，为每个选择和聚焦场线圈提供单个选择和聚焦场发生器子单元，使得能够通过向选择和聚焦场线圈提供单独的电流而对每个选择和聚焦场线圈单独地进行控制。然而，也能够将选择和聚焦场线圈耦合到一起，并为其提供公共电流，从而能够减少选择和聚焦场发生器子单元的数量。例如，在实施例中，为两个外侧选择和聚焦场线圈116和117提供公共电流。类似地，将其他两个外侧选择和聚焦场线圈耦合到一起。这意味着，对于这样的选择和聚焦场线圈布置而言，总共需要八个选择和聚焦场发生器子单元。
在另一实施例中，将两个不同的选择和聚焦场线圈子单元410、420的两个相对布置的选择和聚焦场线圈耦合到一起，并为其提供公共电流。例如，可以将右手侧的两个(图9中)外侧选择和聚焦场线圈耦合到一起，并为其提供等同电流。对于其他的外侧选择和聚焦场线圈这同样成立。
优选地，根据本发明的实施例，所述选择和聚焦场线圈中的一个或多个被分裂成至少两个，尤其是至少四个线圈段，其中，线圈的线圈段被布置为沿相关联的线圈轴的方向(如果所有的线圈轴与图示的实施例中一样是平行的，那么这意味着沿内侧线圈轴115a的方向)彼此相邻，并且其中，使相邻线圈段电连接。优选地，如图9和图10所示，如图9A和图10中的多条线圈样本划分线指示地，所有的选择和聚焦场线圈被分裂成几个线圈段。
例如，第一内侧选择和聚焦场线圈115被分裂成由图10中的字母A、B、C、D指示的四个线圈段。类似地，第二内侧选择和聚焦场线圈113以及各个外侧选择和聚焦场线圈116、117被分裂成由字母A、B、C等指示的多个线圈段。
这种将选择和聚焦场线圈分裂成几段能够实现沿相应的选择和聚焦场线圈的不同电流密度。作为示范性实施例，下表总结了每个线圈段的最大电流密度。电流密度的这些示范值是从考虑了选择和聚焦场线圈的不同位置需要处于不同线圈中的大电流的模拟运行中获得的。总的来讲，总电功率为-100kW。第一内侧选择和聚焦场线圈中的最大功率是49kW，同时不超过38kW的功率用于第二内侧选择和聚焦场线圈中的电流。在外侧选择和聚焦场线圈的每个中，耗散不超过20kW。
优选地，所述线圈段被布置使得沿相关联的线圈轴的方向，所获得的电流密度随着与检查区域的距离的缩小而增大。所采用的各种实施例都用于达到这一目的。优选实施例包括，与线圈的被布置为与检查区域相距较远的、由不同材料制成的一个或多个线圈段相比，该线圈的被布置为与所述检查区域相距较近的一个或多个线圈段具有更厚的绕组，更加紧凑和/或沿相关联的线圈轴的方向具有更高的厚度。例如，不同线圈段的电流密度的比率用于确定应当使导线横截面在每个线圈内如何变化。然而，在实践中，肯定需要与理论值的偏差，因为导线制造商一般只提供有限数量的横截面值。
从图9和图10还能够观察到，在这一优选实施例中，与贯穿第二内侧极靴段312的背离检查区域的尾部312t的平行横截面(即沿图10所示的线Y的平行横截面)相比，垂直于内侧线圈轴115a贯穿第二内侧极靴段312的面向检查区域的头部312h的横截面(即沿图10所示的线X的横截面)覆盖更小的面积。
优选地，第二内侧极靴段312的所述头部312h的外径在内侧线圈轴315a的方向上随着与检查区域230的距离的缩小而降低。换言之，头部312h的外缘在内侧线圈轴315a的方向上是倾斜的。
此外，与贯穿外侧极靴段313、314的背离检查区域的尾部313t、314t的平行横截面(即沿线Y的横截面)相比，垂直于内侧线圈轴315a贯穿所述外侧极靴段313、314(对于在图10中未明确示出的其他外侧极靴段同样成立)的朝向所述检查区域的头部313h、314h的横截面(即沿线X的横截面)覆盖更大的面积。
此外，外侧极靴段313、314(对于未示出的其他外侧极靴段同样成立)的所述头部313h、314h的内径与内侧线圈轴315a的距离在线圈轴115a的方向上随着与检查区域330的距离的缩小而降低。换言之，头部313h、314h的内缘在内侧线圈轴315a的方向上是倾斜的。
如图所示，使第二内侧选择和聚焦场线圈113以及外侧选择和聚焦场线圈116、117(对于未示出的其他外侧选择和聚焦场线圈同样成立)围绕相应的极靴段移动，从而组装出与对应的极靴段相同的外形，但是这一点不是必需的。
这些措施在内侧极靴段311、312以及内侧选择和聚焦场线圈113、115的朝向所述检查区域的表面上提供了最高通量密度，尤其用于获得高磁场梯度。应注意，也可以使外侧极靴段的外缘沿内侧线圈轴115a的方向发生倾斜，从而进一步提高这一效应。
为了使常规上使用磁聚焦场获得的视场28通过所述检查区域移动，一般不需要为所有的选择和聚焦场线圈提供电流。具体而言，为了使视场28朝上方或下方移动，即沿内侧线圈轴115a的内侧方向移动，主要使用两个内侧选择和聚焦场线圈115、113。例如，如果期望视场28从上方选择和聚焦场线圈子单元410朝下方选择和聚焦场线圈子单元420的方向移动，那么提高提供给下方选择和聚焦场线圈子单元420的第一内侧选择和聚焦场线圈的电流以及提供给上方选择和聚焦场线圈子单元410的第二内侧选择和聚焦场线圈的电流。备选地或额外地，降低提供给上方选择和聚焦场线圈子单元410的第一内侧选择和聚焦场线圈的电流以及提供给下方选择和聚焦场线圈子单元420的第二内侧选择和聚焦场线圈的电流。不必将外侧选择和聚焦场线圈用于这样的移动。
如果希望视场28沿垂直于内侧线圈轴115a的方向移动，那么额外向外侧选择和聚焦场线圈提供电流。具体而言，通过所述外侧选择和聚焦场线圈，在沿期望移动方向并且垂直于内侧线圈轴115a的方向上生成额外的磁场。例如，如果期望图9A中的从左至右的移动，那么额外生成北极在左侧，南极在右侧(或反之)的磁场。通过向外侧选择和聚焦场线圈提供的电流的幅度，那么能够控制视场28沿这一方向应被移动多远。
上述解释只是提供了大致如何能够实现视场移动的简略大意。在实践中，必须需要对电流进行精确控制，但是这只是一个强烈地依赖于总体布置的确切布局的实施方式问题。
相对于极靴，应当注意它们优选由导磁薄板制成，其中，形成内侧极靴段311、312和极靴310(对于内侧极靴段和其他极靴320的极靴轭同样成立)的极靴轭317的相邻头部317h的薄板沿平行于内侧线圈轴315a的方向被布置。形成极靴轭317(对于其他极靴轭327同样成立)的尾部317t的薄板优选沿基本上垂直于内侧线圈轴315a的方向被布置。这提供了磁通量的最佳连通性。
如图8所示，在使用通过极靴支座330连接的两个或更多极靴的情况下，极靴支座330也优选由彼此相邻布置的导磁薄板制成。例如，如果极靴支座连接至极靴轭的头部，那么极靴支座的薄板优选沿垂直于内侧线圈轴的方向被布置。形成极靴支座的薄板还沿垂直于内侧线圈轴315a的方向被至少布置在与极靴轭的连接处。一般而言，所述薄板应当被布置为实现最佳的磁通量连通性。
图11示出了根据本发明的极靴布置500的实施例的透视图。与图8所示的极靴布置300相比，在这一实施例中没有将外侧极靴段形成为环型段，而是将(第一极靴510的)外侧极靴段512-517和(第二极靴520的)外侧极靴段522-527形成为棒状圆筒，其优选与内侧极靴段511、521具有相同形状。这样的布置的优点主要是节约成本，因为只需制造一种或两种极靴。如果极靴的至少第二环(图11中未示出)被布置为围绕中央极靴，那么将实现主要优点。在其他实施例中，也可以使用另外形式的极靴段，尤其是外侧极靴段。
图12示出了根据本发明的选择和聚焦场线圈布置600的另一实施例的透视图。在这一实施例中，使用图11所示的极靴布置500，其中，为每个极靴段提供缠绕在环型线圈611-617(对于上方选择和聚焦场线圈子单元610而言；对于下方选择和聚焦场线圈子单元620同样成立)上的单独的选择和聚焦场线圈。
还有选择和聚焦场线圈布置的另外的实施例。例如，在图13所示的根据本发明的选择和聚焦场线圈布置600'的又一实施例中，在每个选择和聚焦场线圈子单元610、620的外侧和周围放置大的圆筒形磁场线圈631、632。此外，能够围绕磁支座630布置一个或多个额外的磁场线圈640，从而进一步强化磁场。
应注意，除了各种选择和聚焦场线圈之外，还可以额外地提供在每个选择和聚焦场线圈子单元中的永久性材料以进一步强化磁选择场的生成，以用于生成选择和聚焦场线圈。这种永磁体优选处于靠近检查区域的位置，以替代软磁性材料的部分。
此外，应注意，优选提供冷却器件以对线圈的一些或全部进行冷却。所述冷却器件可以使用冷却流体，例如，水或油。所述线圈可以由铜或铝制成，但是也能够由超导材料制成，此时可以使用诸如氦的适当冷却材料对其进行冷却。就高温超导导体而言，能够利用气态氦实现冷却。就低温超导导体而言，能够利用液态氦实现冷却。
使用上文描述的几何结构执行不同的模拟运行。将这样获得的结果总结如下。
对于处于几何结构的中心的FFP而言，利用30kW的电功率获得2.5T/m的梯度场强度。使用90kW的电功率，梯度场强度提高到3.3T/m。图14示出了梯度场强度如何随着电功率而增大。对于这些模拟而言，只有内侧选择和聚焦场线圈。在外侧选择和聚焦场线圈中没有电流流过。具体而言，第二内侧选择和聚焦场线圈中的电功率是第一内侧选择和聚焦场线圈中的电功率的四倍。
相对于沿z方向的移动而言，使用内侧选择和聚焦场线圈，能够将FFP放置于z轴上与原点相距10cm的位置上。就92kW的总功耗而言，所获得的梯度场强度是2.5T/m。电功率在线圈当中的分布如下。对于在FFP发生移动的方向中的极靴而言，第一内侧选择和聚焦场线圈耗散49kW，而第二内侧选择和聚焦场线圈中则没有电流流动。对于在其他方向中的极靴而言，第一内侧选择和聚焦场线圈耗散5kW，同时在第二选择和聚焦场线圈内必需38kW的功率。
相对于沿x和/或y方向的移动，使用外侧选择和聚焦场线圈，能够使FFP沿x和/或y移动。例如，在模拟之一当中，将FFP放置于x轴上与原点相距10.1cm的位置上。这里使用100kW的总电功率。在外侧选择和聚焦场线圈中的四个线圈中耗散了40kW的功率，而在内侧选择和聚焦场线圈中则使用了其余的60kW。所获得的梯度场强度为2.2T/m。但是，所述梯度是相当不均匀的。使用常用的计算方法获得的值为Gx＝-0.69T/m和Gy＝-1.51T/m。
对于特定应用(MR)而言，期望生成不具有FFP但是相当均匀的磁场。因此，执行使内侧极靴之一当中的电流方向反向的模拟。使用所有的线圈和不同的可用功率(100kW)分布，原点处的最大观测场强为0.45T。场强沿z增大，并且沿x/y降低。
为了计算磁场当中存储的能量，估算体积V上的积分
在我们的模拟内，存储在磁场中的最大观测能量低于40kJ。最大值是在尝试获得均匀(MR)场的模拟中看到的。
比吸收率(SAR)是对医疗检查期间进入(人)体内的输入热量进行定量的度量。存在特定限制和准则，其通常包括短期和长期限制以及部分身体和全部身体限制。末梢神经刺激(PNS)是这样一种效应，其中，(人)体内的神经和肌肉受到人体内的感生电场的刺激。所述电场是磁场变化的结果，因此，其与磁场强度以及其时间导数(通常为dB/dt，对于傅里叶空间中的正弦激励：ωB)成比例。
在用于小尺寸对象的MPI扫描器中，SAR和PNS尚未呈现出限制，因为对象(例如，小型动物)小。本发明提供了构建人类尺寸的扫描器的解决方案。这里，SAR和PNS可能变成潜在的限制因素。
在已知的MPI扫描器中，在检查期间独立于无场点的位置使磁驱动场的电流保持恒定。由于SAR和PNS的原因，在人类尺寸的扫描器中这种做法不能持续。实际上，将电流选择为使得在检查区域(一般形成膛)的正中心中生成(例如)20mT的峰值幅度。由于所述磁场的非均匀性的原因，这意味着在其他位置生成了更高的磁驱动场幅度。
图15A和15B示出了用于生成围绕患者所处的检查区域230的磁驱动场的线圈。对于沿轴250的场而言，使用螺线管260(图15A)，对于两个正交轴而言，使用鞍形线圈261、262(图15B)。应注意，一般具有与鞍形线圈261、262正交的另一(未示出)对鞍形线圈。
图16示出了处于螺线管260的膛内的磁场线。基于这种线圈类型，简述下面的论点。针对鞍形线圈的论点将大致等同。
在图16中，标出三个点：P1、P2和P3。在膛中央，点P1将经历20mTpk/μ0的驱动场。在已知的MPI扫描器中，通过螺线管260的电流被选择使得在中心点P1处获得这些20mTpk/μ0。独立于FOV的位置，使这一电流在整个试验内保持恒定。
在人类尺寸的扫描器内，通过额外的聚焦场移动使视场得以扩大。聚焦场将视场的中心(即借助驱动场由无场点的快速移动采样的体积)带到膛内的任何期望位置上。例如，使视场移到位置P3。如果使电流保持恒定，那么该位置P3将经历仅为15mTpk/μ0的场强(如图17B所示)。因而这一位置处的图像质量/分辨率/颗粒响应发生了劣化。另一方面，如果(借助所述聚焦场)使视场移动到位置P2，那么该位置处的场强将变得更高，例如，30mT(如图17A所示)。现在，缺点实质上在于存在比成像过程所需的更高的驱动场幅度。实际上，图像不会进一步改善，而是实质上将不必要的功率馈送到了患者身体，即SAR内。而且，如果应用PNS，该现象将变得更加严重。
人类尺寸的扫描器的适当解决方案的第一个要求来自于点P3。这里，要求在这一具有弱灵敏度(即，生成的场强除以线圈中的电流)的点处，场强也应当达到适当的成像质量所需的20mTpk/μ0。这些20mTpk/μ0只能通过提高的电流实现。
现在，如果针对整个试验，即，针对应当扫描的所有位置都使这一较高的电流保持恒定，那么这将是不必要的情况。因而，所提出的解决方案是，一旦给定点的灵敏度较高就降低电流。具体而言，P2将需要“正常”电流，而P3则需要进一步降低的电流。
总而言之，电流的这种规则在几个方面都是有利的，即，提供了SAR的降低、PNS的降低和线圈中耗散的平均功率的降低(其直接转化为硬件中的成本节约)。
在另一实施例中，根据FFP(或视场)的位置来调整提供给一个或多个驱动场线圈的电流。为了在某一位置上生成例如20mT的峰值幅度，根据该位置处的线圈的灵敏度(用(安培/米)每安培来衡量)选择电流。假设所述选择和聚焦场的梯度是均匀的(即，独立于位置)，那么这一规则将生成偏移(在驱动场影响下FFP移动的距离)，所述偏移也将是均匀的(即独立于位置)。
此外，由于所述选择和聚焦场实际上是不均匀的，因而在用于选择驱动场电流的规则中也应当考虑这一点。通过这种措施，例如，能够生成不受选择和聚焦场的非均匀性扭曲的恒定体积视场。
根据另一实施例，鞍形线圈的对(图15B中示出了一对)被分裂(而不是围绕检查对象的三个线圈)，以提供SAR的降低、PNS的降低和线圈中耗散的平均功率的降低(其直接转化为硬件中的成本节约)。
在已知的MPI扫描器中，两个鞍形线圈261、262构成一个电串联的对，即两个鞍形线圈261、262具有流经它们的等同电流。根据在此所提出的改进，鞍形线圈261、262被分裂，并被提供有独立的，通常非等同的电流。好处在于，尽管需要双倍的功率发生和功率过滤硬件，但是所有的部件只具有一半的电流，即，能够将它们实现为较小的部件，从而使成本几乎不受影响。此外，可以同时使用两个鞍形线圈作为两个单独的接收线圈。连同另一接收器一起，两个接收器构成了受独立的热噪声(人体噪声、线圈噪声、接收器噪声)影响的两个独立度量。通过适当的重建，这对于系统信噪比而言是额外的好处，因而提高了图像质量。
出于简化的原因，将考虑两个平线圈270、271的如图18所示的亥姆霍兹式结构(而不是图15B所示的更加复杂的鞍形线圈)。如果FFP处于中央，那么线圈270、271两者具有朝向这一点的等同灵敏度，该点在图19B中被示为处于点P1处。为了使感应磁场降至最低，线圈270、271两者应当对场的生成做出等同的贡献，因而应当具有相同的电流。因而，在同等接近两个线圈270、271的地方感生出对SAR和PNS都有贡献的磁场。
如果FFP不处于中央(例如，处于图19B中的点P4处)，那么线圈270(即，更靠近FFP的线圈)将比另一线圈271具有更好的灵敏度。出于上述原因，使较近的线圈生成更多的磁驱动场一般是有利的(假设从医疗的意义上来讲所有的身体部分都具有等同的灵敏度)。作为对比，图19B示出了只为线圈270提供电流的情况下的磁场。
图20B示出了两个线圈270、271中的等同电流生成的场，其与相应灵敏度S270、S271(通过每生成电流的磁场强度来衡量；由S272指示累计灵敏度)成比例。例如，在位置P4处，来自线圈270的灵敏度S270高于来自线圈271的灵敏度S271。因此，线圈270应当贡献更多，以便使SAR、PNS和线圈中的功率损耗最小化。然而，出于连续性的原因，将不会是“胜者取得全部”的电流分配，而是在线圈之间的平滑过渡。因而，在位置P4上，情况不是图20A所示的线圈270具有全部电流，而线圈271被关闭。
优选地，算法将既在“全局”尺度上又在局部尺度上考虑SAR和PNS两者。因此，使所有可用的场发生器参与进来以便使靠近导体的多余场最小化通常是有利的。
如果患者身体的一部分比另一部分对磁场更为敏感，那么电流能够被分配为有利于身体的较不敏感的部分。
图21示出了根据本发明的极靴布置700的另一实施例的透视图，并且图22示出了使用图21所示的极靴布置700的根据本发明的选择和聚焦场线圈布置800的对应实施例的透视图。在这一实施例中，每个极靴710、720包括由外侧极靴段722-729包围的中央内侧极靴段721(仅在图21中明确指示并在下文解释了下方极靴720的极靴段；优选以相同的方式设计上方极靴710)。在本示范性实施例中，提供八个外侧极靴段，但是不同数量的外侧极靴段也是可能的。选择和聚焦场线圈布置800包括上方选择和聚焦场线圈子单元810和下方选择和聚焦场线圈子单元820，每个包括多个线圈821-830(同样，仅在图22中明确指示并在下文解释了下方选择和聚焦场线圈子单元820的线圈；优选以相同的方式设计上方选择和聚焦场线圈子单元810)。
在这一实施例中,内侧极靴段721包括由管形的线圈821围绕的由软磁性材料制成的内侧柱体721a。内侧极靴段721的内侧柱体721a由软磁性材料的环721b包围，环721b本身又由另一线圈830包围。软磁性材料的环721b具有一个(或多个)图21所示的台阶730，即，环721b的背离相对的极靴710的下方部分721b1的外径大于环721b的朝向相对的极靴710的上方部分721b2的外径。或者，将所述台阶实现为刃角(bezel)。
所述台阶还优选存在于线圈830的外径中，即，这种线圈优选具有恒定厚度，使得线圈830的下方部分的外径大于线圈830的上方部分的外径。
每个线圈821、830优选完全覆盖其相关联的极靴段721、721b，即，其范围从与C臂结构740的连接(即极靴支座)一直到极靴段的顶端。或者，每个线圈不必连接至C臂结构740，从而余下一些空间。空间840的优点在于可以将其用于安装设备和馈送装置，并且能够更加容易地制造线圈。
此外，每个线圈821、830优选包括串联的不同线圈段。每个段具有特定的绕组，使得电流密度沿极靴而发生变化。因此这里也能够使用上文相对于其他附图解释的对线圈的修改。
在这一实施例中，外侧极靴段722-729每个包括相互连接的下部722a和上部722b(仅针对外侧极靴段722由附图标记指示)，其中，将下部722a连接至C臂结构740。上部722a和下部722b两者由串联的线圈822a、822b围绕。上部722b相对于下部722a朝向内侧极靴段721移动，并且上部722b优选具有比下部722a大的直径。这种移动是可能的，因为由于内侧极靴段721上的台阶730的原因可得到所需的空间。
每个线圈822-829能够覆盖整个的相应极靴段722-729，即其范围能够从与C臂结构740的连接一直到相应极靴段722-729的顶端。或者，每个线圈822-829不必连接至C臂结构740，从而余下一些空间840，如图22所示。
在优选实施例中，每个线圈822-829包括串联的不同段。每段具有不同的绕组，使得电流密度沿该极靴段发生变化。
内侧极靴段721连同其相关联的线圈821、830一起主要生成具有FFP的磁场。线圈821、830中的电流的变化允许FFP沿纵轴移动。外侧极靴段722-729连同其相关联的线圈822-829一起主要允许FFP沿水平轴的方向移动。
在上文讨论的实施例中以及在下文中，极靴段通常具有柱体形状，该形状具有圆形基底区域。也能够实现其他形状。例如，在其他实施例中也能够使用具有椭圆形基底区域的柱体。
上方和下方极靴不必一定经由C臂结构连接。也能够利用其他承载结构，例如，利用由软磁性材料制成的例如四个棒(每个角上一个)实现所述连接。
图23示出了极靴布置900的另一实施例，其中，外侧极靴段922的上部922b具有椭圆形横截面(其优选对于两极靴910、920的所有外侧极靴段都成立)，而下部922a则具有圆形或椭圆形横截面。这种与圆形的偏差允许更好地利用可用空间。当然，诸如矩形或类似矩形的横截面的其他横截面通常也是可能的。
图24示出了极靴布置1000的另一实施例，其中，极靴段具有最简单的可能形状。在内侧极靴段1021处没有台阶，并且外侧极靴段1022也不被分成上下部分。其优选对于两个极靴1010、1020都成立。这样的实施方式的优点在于使得制造成本最小化。或者，也能够利用处于内侧极靴段上的台阶(如图21和23所示)实现图24的实施方式。
图25示出了根据本发明的极靴布置1100的另一实施例的透视图，并且图26示出了使用图25所示的极靴布置1100的根据本发明的选择和聚焦场线圈布置1200的对应实施例的透视图。在这一实施例中，外侧极靴段1122每个包括由软磁性材料制成的小的上部1122b(类似帽子)，其意在对磁场进行引导。这些“帽”1122b优选具有椭圆形横截面，但是如图26所示其不被电磁线圈围绕。只有外侧极靴段1122的下部1122a(优选具有圆形横截面)由线圈1222围绕。这一实施例是以合理的成本获得合理的磁场特征的备选方案。内侧极靴段和相关联的线圈优选被配置为图22或24所示的实施例。
图27和28示出了极靴布置1300和1400的实施例，其中，由安装在三角形的角上的三个内侧极靴段1331、1332、1333(图27中)和1431、1432、1433(图28中)替换单个内侧极靴段。在图27所示的极靴布置1300中，极靴段是具有恒定外径的柱体，而图28所示的极靴布置1400中，极靴段是在其顶端具有台阶1440的柱体。作为这些台阶的替代，具有刃角的极靴段也是可能的。
图29示出了极靴布置1500的又一实施例。这里，由安装在正方形的角上的四个内侧极靴段1531-1534替换单个内侧极靴段。类似地，外侧极靴段1522-1529沿外侧正方形的边被布置。
在上面示出并解释的，具体在图21到29中的实施例中，针对每个极靴，外侧极靴段的一个环围绕内侧极靴段。或者，能够提供不只一个外侧极靴段的环。此外，在上极靴和下极靴中提供相等数量的极靴段。或者，两个极靴的极靴段的数量能够不同。此外，极靴中的每个极靴段被布置为与另一极靴中的对应极靴段相对。或者，能够将两个极靴的极靴段安装为相对于彼此存在移位。此外，如果所述极靴段并非被构造为是完全等同的，那么这能够是有利的。例如，为外侧极靴段选择较大的高度将在可获得的梯度场强度和FFP可移动性方面提供更好的特征。而且，能够实现不同的直径。最后，能够不同于附图所示的布置来选择极靴段相对于C臂结构的位置，例如，能够将极靴段安装到围绕平行于内侧极靴段的轴旋转的位置上。
尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明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、说明书和权利要求书，本领域的技术人员在实施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型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，量词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以完成权利要求中记载的几个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
权利要求中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。

Claims (20)

1.一种用于影响和/或检测视场(28)中的磁性颗粒的装置(100)，所述装置包括：
i)选择和聚焦器件(110)，其用于生成磁选择和聚焦场(50)，所述磁选择和聚焦场具有其磁场强度的空间模式，使得在所述视场(28)中形成具有低磁场强度的、所述磁性颗粒的磁化不饱和的第一子区(52)和具有较高磁场强度的、所述磁性颗粒的磁化饱和的第二子区(54)，并且，所述选择和聚焦器件用于改变所述视场(28)在检查区域(230)内的空间位置，所述选择和聚焦器件包括至少一组选择和聚焦场线圈(114；113、115-119)，并且包括选择和聚焦场发生器单元(112)，所述选择和聚焦场发生器单元用于生成要提供给所述至少一组选择和聚焦场线圈(114；113、115-119)的选择和聚焦场电流，以控制所述磁选择和聚焦场的生成，
其中，所述至少一组选择和聚焦场线圈包括：
-被形成为围绕内侧线圈轴(115a)的闭环的至少一个内侧选择和聚焦场线圈(113、115)，即第一内侧选择和聚焦场线圈(115)，
-至少两个外侧选择和聚焦场线圈(116-119)的组，所述至少两个外侧选择和聚焦场线圈与所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈(113、115)相比，被布置为与所述内侧线圈轴(115a)的距离更大且处于不同的角位置处，所述至少两个外侧选择和聚焦场线圈的每个均被形成为围绕相关联的外侧线圈轴(116a-119a)的闭环，以及
ii)包括驱动场信号发生器单元(122)和驱动场线圈(124；125、126、127)的驱动器件(120)，其用于借助磁驱动场来改变所述视场(28)中的两个子区(52、54)的空间位置和/或尺寸，使得磁性材料的磁化发生局部改变。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，所述至少一组选择和聚焦场线圈包括第一内侧选择和聚焦场线圈(115)和第二内侧选择和聚焦场线圈(113)，所述第二内侧选择和聚焦场线圈被形成为围绕所述内侧线圈轴(115a)的闭环，并且具有比所述第一内侧选择和聚焦场线圈(115)更大的直径。
3.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈(113、115)和/或所述外侧选择和聚焦场线圈(116-119)被分裂为至少两个线圈段，其中，线圈的线圈段被布置为沿相关联的线圈轴(115a-119a)的方向彼此相邻，并且其中，相邻线圈段被电连接。
4.根据权利要求3所述的装置(100)，其中，所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈(113、115)和/或所述外侧选择和聚焦场线圈(116-119)被分裂为至少四个线圈段。
5.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，所述驱动场线圈包括围绕垂直于所述内侧线圈轴(115a)的中心对称轴(250)布置的两对鞍形线圈(125、126)以及围绕所述中心对称轴(250)布置的螺线管(127)。
6.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，所述驱动场信号发生器单元(122)适于为所述驱动场线圈(124；125、126、127)中的一个或多个生成并提供单独的驱动场电流，和/或适于根据所述检查区域(230)内的所述第一子区或所述视场(28)的灵敏度和/或位置来生成驱动场电流。
7.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，所述至少一组选择和聚焦场线圈还包括至少一个极靴(310、320；510、520)，所述至少一个极靴具有承载各个选择和聚焦场线圈的多个极靴段(311-316)和连接所述极靴段(311-316)的极靴轭(317)。
8.根据权利要求7所述的装置(100)，其中，所述至少一个极靴(310、320)包括承载所述至少一个内侧选择和聚焦场线圈(113、115)的至少一个内侧极靴段(311、312)以及至少两个外侧极靴段(116-119)，所述至少两个外侧极靴段被布置为与所述内侧线圈轴(115a)的距离较大，并且每个外侧极靴段承载所述至少两个外侧选择和聚焦场线圈(116-119)中的一个。
9.根据权利要求7所述的装置(100)，其中，所述至少一个极靴(310、320)包括至少四个外侧极靴段(313-316)，每个外侧极靴段均承载外侧选择和聚焦场线圈(116-119)。
10.根据权利要求7所述的装置(100)，其中，所述至少一个极靴包括四个外侧极靴段(313-316)，每个外侧极靴段均承载外侧选择和聚焦场线圈(116-119)，所述外侧极靴段(313-316)被布置为与所述内侧线圈轴(115a)相距相同的距离，但相对于彼此存在90°的角位移。
11.根据权利要求7所述的装置(100)，其中，所述至少一个极靴(310、320)包括第一内侧极靴段(311)和具有围绕所述第一内侧极靴段(311)的闭环的形式的第二内侧极靴段(312)，所述第二内侧极靴段(312)承载所述第二内侧选择和聚焦场线圈(113)。
12.根据权利要求8所述的装置(100)，其中，所述至少一个内侧极靴段(311、312)和所述外侧极靴段(313、314)的朝向所述检查区域(230)的头部(313h、314h)是由具有高饱和感应强度的软磁性材料制成的。
13.根据权利要求12所述的装置(100)，其中，所述具有高饱和感应强度的软磁性材料为FeCo、Fe、FeNi、Dy、Gd或其合金。
14.根据权利要求13所述的装置(100)，其中，所述具有高饱和感应强度的软磁性材料为Fe49V1.9Co49。
15.根据权利要求7所述的装置(100)，其中，所述外侧极靴段(311、314)的背离所述检查区域(230)的尾部(313t、314t)和所述极靴轭(317)是由与所述内侧极靴段(311、312)的材料相比饱和感应强度更低的软磁性材料制成的。
16.根据权利要求15所述的装置(100)，其中，所述与所述内侧极靴段(311、312)的材料相比饱和感应强度更低的软磁性材料为FeSi、FeNi、坡莫合金或其合金。
17.根据权利要求16所述的装置(100)，其中，所述与所述内侧极靴段(311、312)的材料相比饱和感应强度更低的软磁性材料为Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7。
18.根据权利要求8所述的装置(100)，其中，所述极靴由导磁薄板制成，其中，形成所述至少一个内侧极靴段(311、312)和所述极靴轭(317)的相邻头部(317h)的薄板按照平行于所述内侧线圈轴(115a)的方向被布置。
19.根据权利要求7所述的装置(100)，其中，与贯穿所述外侧极靴段(313、314)的背离所述检查区域(230)的尾部(313t、314t)的平行横截面相比，垂直于所述内侧线圈轴(115a)贯穿所述外侧极靴段(313、314)的朝向所述检查区域(230)的头部(313h、314h)的横截面覆盖更大的面积。
20.根据权利要求7所述的装置(100)，包括被布置在所述检查区域的不同侧上的至少两个极靴(310、320)，每个极靴(310、320)具有承载各个选择和聚焦场线圈的多个极靴段(311-316)以及连接所述极靴段(311-316)的极靴轭(317)。
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