CN104797189A - Mpi中的动态背景校正 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测视场(28)中的磁性颗粒的装置(100)，所述装置包括：选择器件、驱动器件、用于采集检测信号的接收器件，以及用于根据检测信号重建所述视场(28)的图像的重建器件(152)。所述重建器件适于在所述检测信号中识别在所述视场(28)中没有磁性颗粒存在的一个或多个背景时段(tb1、tb2、tb3、tb4)，其中，所在述视场(28)中存在有磁性颗粒的信号时段(ts1、ts2、ts1)与所述一个或多个背景时段(tb1、tb2、tb3、tb4)中的至少一个(tb2、tb3)穿插，使用在所述背景时段(tb1、tb2、tb3、tb4)获得的所述检测信号以校正在所述信号时段(ts1、ts2、ts1)获得的检测信号，并根据所校正的在所述信号时段(ts1、ts2、ts1)获得的检测信号来重建所述图像。

Description

MPI中的动态背景校正

技术领域

本发明涉及一种用于检测视场中的磁性颗粒的装置和方法，其实现了对背景信号的去除。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)是一种新兴的医学成像模态。第一版的MPI是二维的，在于它们产生二维图像。较新版的是三维(3D)的。能够通过将3D图像的时间序列组合成电影来创建非静态目标的四维图像，条件是该目标在针对单个3D图像的数据采集期间不显著改变。

MPI是一种重建成像方法，类似于计算机断层摄影(CT)或磁共振成像(MRI)。因此，在两个步骤中生成目标的感兴趣体积的MP图像。第一个步骤(被称为数据采集)是使用MPI扫描器执行的。MPI扫描器具有用于生成静态梯度磁场(被称为“选择场”)的器件，该选择场在扫描器的等中心具有(单个)无场点(FFP)或无场线(FFL)。而且，该FFP(或FFL；下文中提及“FFP”一般应被理解为意指FFP或FFL)被具有低磁场强度的第一子带围绕，第一子带继而被具有较高磁场强度的第二子带围绕。此外，扫描器具有用于生成时间相关、空间上接近均匀的磁场的器件。实际上，该场是通过叠加具有小幅度的快速改变场(被称作“驱动场”)与具有大幅度的缓慢变化场(被称作“聚焦场”)而获得的。通过向静态选择场增加时间相关的驱动和聚焦场。可以遍及围绕等中心的“扫描的体积”沿预定FFP轨迹移动FFP。扫描器也具有一个或多个(例如三个)接收线圈的布置，并且能够记录在这些线圈中感生的任意电压。针对数据采集，要被成像的目标被放置在扫描其器中，使得目标的感兴趣体积被扫描器的视场包围，扫描器的视场是扫描的体积的子集。

目标必须包含磁性纳米颗粒，或者其他磁性非线性材料；如果目标是动物或患者，则在扫描之前将包含这样的颗粒的造影剂施予给动物或患者。在数据采集期间，MPI扫描器沿谨慎选择的轨迹移动FFP，该轨迹描绘出/覆盖扫描的体积，或至少视场。目标内的磁性纳米颗粒经历变化的磁场并且通过改变它们的磁化做出响应。磁性颗粒的变化的磁化在接收线圈中的每个中感生时间相关的电压。在与接收线圈相关联的接收器中对该电压进行采样。记录由接收器输出的样本，并且该样本构成采集数据。控制数据采集的细节的参数构成“扫描协议”。

在图像生成的第二个步骤(被称为图像重建)中，从在第一个步骤中采集的数据计算或重建图像。该图像是数据的离散3D阵列，其表示对磁性纳米颗粒在视场中的位置相关的浓度的抽样近似。重建一般由运行合适的计算机程序的计算机执行。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。与所有重建成像方法相同，该模型能够被制定为在采集数据上操作的积分算子；重建算法试图尽可能地取消模型的作用。

这样的MPI装置和方法具有以下优点，它们能够被用于在接近检查目标的表面和远离检查目标的表面两种情况，以非破坏性的方式并且以高的空间分辨率，检查任意检查目标——例如人体。这样的装置和方法是周知的，并且在DE 10151778A1和Gleich,B.与Weizenecker,J.(2005)在Nature，第435卷第1214-1217中的“Tomographic Imaging using the nonlinearresponse of magnetic nanoparticles”中首次得到描述，其中也大体描述了重建原理。该出版物中描述的用于磁性颗粒成像(MPI)的装置和方法利用了小磁性颗粒的非线性磁化曲线。

背景信号变化和杂散信号——其发生在MIP校准扫描和目标扫两者中——能够强烈危害图像质量。不同来源的背景信号呈现不同的谱学行为，从而背景信号贡献不均匀地分布在所测量的带宽上，但强度和时间模式在不同的频率分量之间变化。

另外，迄今为止所描述的MPI装置和方法设计对于人类而言尚非最佳。

尤其地，背景信号或者由扫描器部件(即MPI装置的部件)生成，或者从外面被耦合到屏蔽舱里面并然后被检测系统拾取。为了达到良好的图像质量，应从所测量的数据去除信号背景。背景中时间恒定的分量可以使用一次背景测量容易地减去。然而，在目标或患者扫描期间时间变化的背景分量则很难用现有的策略去除掉。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于检测视场中的磁性颗粒的装置和方法，其实现了对这样的较大对象(人类、动物)的检查，尤其针对成年人类，并且其允许背景信号的去除。

在本发明的第一个方面中，提供一种用于影响和/或检测磁性颗粒的装置，该装置包括：

-选择器件，其包括选择场信号生成器单元和选择场元件以生成选择磁场，所述选择磁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第一子带和具有较高磁场强度的第二子带，在所述第一子带中所述磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子带中所述磁性颗粒的磁化饱和，

-驱动器件，其包括驱动场信号生成器单元和驱动场线圈以借助于驱动磁场来改变所述两个子带在所述视场中的空间位置，使得所述磁性材料的磁化局部地改变，

-接收器件，其包括至少一个信号接收单元和至少一个接收线圈以采集检测信号，该检测信号取决于所述视场中的磁化，所述磁化受所述第一子带和第二子带的所述空间位置的变化影响，以及

-重建器件，其用于根据检测信号来重建所述视场的图像，其中，所述重建器件适于：

-在所述检测信号中识别在所述视场中没有磁性颗粒存在的一个或多个背景时段，其中，在所述视场中存在有磁性颗粒的信号时段与所述一个或多个背景时段中的至少一个穿插，

-使用在所述背景时段获得的所述检测信号以校正在所述信号时段获得的检测信号，并且

-根据所校正的在所述信号时段获得的检测信号来重建所述图像。

在本发明的另一方面中，提供一种用于影响和/或检测视场中的磁性颗粒的装置，该装置包括：

i)选择与聚焦器件，其用于生成磁性选择与聚焦场，并且用于改变所述视场在检查区内的空间位置，所述磁性选择与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第一子带和具有较高磁场强度的第二子带，在所述第一子带中所述磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子带中所述磁性颗粒的磁化饱和，所述选择与聚焦器件包括至少一组选择与聚焦场线圈和用于生成要被提供到所述一组选择与聚焦场线圈的选择与聚焦场电流的选择与聚焦场生成器单元，所述至少一组选择与聚焦场线圈用于控制所述磁性选择与聚焦场的生成，

其中，所述至少一组选择与聚焦场线圈包括：

-至少一个内层选择与聚焦场线圈，其被形成为关于内层线圈轴的闭合环路，以及

-一组至少两个外层选择与聚焦场线圈，其被布置在比所述至少一个内层选择与聚焦场线圈距所述内层线圈轴更大距离处，并且在不同的角位置，每个外层选择与聚焦场线圈被形成为关于相关联的外层线圈轴的闭合环路，以及

ii)驱动器件，其包括驱动场信号生成器单元和驱动场线圈以借助于驱动磁场来改变所述两个子带在所述视场中的空间位置和/或大小，使得所述磁性材料的磁化局部地改变，

ii)接收器件，其包括至少一个信号接收单元和至少一个接收线圈以采集检测信号，所述检测信号取决于所述视场中的磁化，所述磁化受所述第一子带和所述第二子带的所述空间位置的所述变化影响，以及

iv)重建器件，其用于根据所述检测信号重建所述视场的图像，其中，所述重建器件适于：

-在所述检测信号中识别在所述视场(28)中没有磁性颗粒存在的一个或多个背景时段(tb1、tb2、tb3、tb4)，其中，在所述视场中存在有磁性颗粒的信号时段与所述一个或多个背景时段中的至少一个穿插，

-使用在所述背景时段获得的所述检测信号以校正在所述信号时段获得的检测信号，以及

-根据所校正的在所述信号时段获得的检测信号来重建所述图像。

在一实施例中，提供一种包括程序代码单元的计算机程序，所述程序代码单元当在计算机上运行所述计算机程序时，用于令所述计算机控制根据本发明所述的装置来执行根据本发明所述的方法的步骤。

在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应理解，要求保护的方法和计算机程序具有与要求保护的线圈布置以及与从属权利要求中所限定的相似和/或相同的优选实施例。

本发明旨在获得在目标或患者扫描期间的几个时间点处的纯背景谱。为此，识别在其期间所述视场(即所述成像体积，从其获得检测信号并且将针对其重建图像)中没有示踪剂材料(即所述磁性颗粒或包含磁性颗粒的材料)存在的时段，并且其因此表示所述纯背景信号。在对无场点轨迹(即沿其移动第一子带的轨迹)的一次重复期间采集的谐波的谱，是用于在因所述信号背景的变化造成的信号改变与因示踪剂材料进入所述成像体积而造成的那些改变之间进行区分的有用工具。

一般能够通过使用两次背景测量——一次在目标扫描之前并且一次在目标扫描之后，去除缓慢地且相当线性地改变的时间变化的分量。使用在两次测量之间的线性插值，能够生成适用于背景减法的数据。然而，如果所述背景信号以更为复杂的方式改变(例如跳跃、非单调变化等)，则线性两点插值失败。因此提出获得与目标测量穿插的几次背景测量。

本发明因此建议提议通过对所述信号谱的一个或多个频率分量的分析，来对在其期间没有检测到示踪剂的时段进行识别。这些时段出现在所述目标或患者在所述扫描器中但示踪剂材料尚没有被注射到所述目标或对象中时，或者所述目标或所述成像体积被移动使得在有效成像体积中没有示踪剂时。在这些时段期间，所述信号直接表示所述背景信号并且能够被用于背景去除。

该途径具有这样的优点，即大体上可获得在时间上非常接近目标测量的许多背景测量，一次实现了最优的可能的背景校正。由于所述背景有时在扫描中间突然改变，因而使用在目标扫描之前和之后的背景扫描之间的线性插值的途径常常失败，同时所提出的途径得到准确得多的结果。

在优选的实施例中，聚焦场被用于在固定时间间隔之后将所述成像体积移动到没有示踪剂材料位于其中并且仅检测到背景信号的区域。然而，这需要扫描的短时中断。

在更为灵活的实施例中，在不同的谐波监测所述信号，以识别在其期间没有示踪剂材料在所述成像体积中的时段。这些时段能够然后被用作额外背景测量，得到更多的点用于所述背景插值。作为副作用，使用该信息能够丢弃在其中没有示踪剂在所述成像体积中的长时段，并且因此节省存储空间和重建时间。

如上所述，在一实施例中，所述重建器件适于通过随时间分析一个或多个频率分量，来在所述检测信号识别所述一个或多个背景时段。优选地，为此目的而分析一个或多个频率分量，它们是所述驱动磁场的驱动场频率的谐波或所述驱动磁场的驱动场频率的谐波的混合频率，因为那些谐波最可能在磁性颗粒进入所述视场时显示变化。

在另一实施例中，识别所述一个或多个频率分量的和/或从所述一个或多个频率分量导出的一个或多个导出函数的变化，该变化被用作分别对从该时刻起没有磁性颗粒在所述视场中存在或者不再存在于所述视场中的指示。优选地识别在所述一个或多个频率分量的和/或从所述一个或多个频率分量导出的一个或多个导出函数中是否存在以及何时存在幅度的变化。

在再另一实施例中，在每个频率分量，从在所述信号时段获得的检测信号去除或减去在所述背景时段获得的检测信号。以此方式，实现对所检测的信号的良好校正。

在一实施例中，优选的是计算每个频率分量的内插的背景信号或平均背景信号，并从在所述信号时段获得的所述检测信号减去所述内插的背景信号或所述平均背景信号。对背景信号校正的进一步改进——其可以被用于实时信号校正——能够通过这样的实施例来实现，根据该实施例计算每个频率分量以及每个背景时段的背景信号或其平均，并从在相邻信号时段获得的所述检测信号减去所述背景信号或其平均。在实时情境中，所述背景测量在所述目标信号窗口之后尚不可获得，从而使用先前的(可能是平均的)背景值。

优选地，所述重建器件适于将所识别的变化与指示磁性颗粒何时存在于所述视场中和/或存在于所述视场中的何处的额外信息进行相关。这提供了对所述背景信号检测的进一步改进。所述额外信息，例如，指示磁性颗粒已被引入存在于所述视场中的目标时的时间，和/或所述目标与所述视场之间的位置关系。

优选地提出的采用组合的选择与聚焦场线圈的MPI装置基于以下想法，即将一般在已知的MPI装置中被提供为分开的线圈的聚焦场线圈和选择场线圈组合成一组组合的选择与聚焦场线圈。因此，单电流被提供到所述线圈中的每个，而不是如常规地被提供到每个聚焦场线圈和每个选择场线圈的分开的电流。所述单电流因此被视为用于聚焦场生成和选择场生成的两个叠加的电流。能够容易地通过控制到各个线圈的电流，来改变所述视场在所述检查区内的期望位置和移动。然而，并不是全部的选择与聚焦场线圈都必须总是被提供以控制电流，而是仅需要一些线圈用于所述视场的某些移动。

所提出的装置还提供了如何以及在何处相对于所述对象位于其中的所述检查区布置所述线圈的更大自由。利用该布置尤其有可能建立开放扫描器，其可容易地被患者或者医生或医学人员(例如外科医师在介入期间)触及。

利用这样的装置，利用磁场强度的空间分布来生成梯度磁场(即所述选择磁场)，使得所述视场包括具有较低磁场强度的第一子区(FFP)和具有较高磁场强度的第二子区，所述较低磁场强度适于使得位于所述第一子区中的所述磁性颗粒的磁化不饱和，所述较高磁场强度适于使得位于所述第二子区中的所述磁性颗粒的磁化饱和。由于所述磁性颗粒的磁化特性曲线的非线性，所述磁化以及由此由所述磁性颗粒生成的所述磁场显示较高谐波，其例如能够被检测线圈检测到。所评价的信号(所述信号的较高谐波)包含关于所述磁性颗粒的空间分布的信息，其再次能够被用于，例如医学成像、用于对所述磁性颗粒的空间分布的可视化，和/或用于其他应用。

根据本发明的所述MPI装置基于不同于其他已知常规医学成像技术(例如核磁共振(NMR))的新的物理原理(即被成为MPI的原理)。尤其地，该新的MPI原理——与NMR相反——不利用材料对质子的磁共振特性的影响，而是通过利用磁化特性曲线的非线性来直接检测磁性材料的磁化。尤其地，MPI技术利用所生成的磁信号的较高谐波——其是由在其中磁化从不饱和改变到饱和状态的区域中磁化特性曲线的非线性产生的。

附图说明

本发明的这些及其他方面将从后文描述的(一个或多个)实施例变得明显，并将参考所述实施例得以阐明。在下图中：

图1示出MPI装置的第一实施例，

图2示出由图1中示出的装置产生的选择场模式的范例，

图3示出MPI装置的第二实施例，

图4示出MPI装置的第三和第四实施例，

图5示出根据本发明的MPI装置的方框图，

图6示出针对所述MPI装置的所述第三和第四实施例的选择与聚焦场线圈的实施例的两个垂直横截面，

图7示出针对所述MPI装置的所述第三和第四实施例的极靴布置的两个垂直横截面，

图8示出图7中示出的极靴布置的实施例的透视图，

图9示出针对所述MPI装置的所述第三和第四实施例的选择与聚焦场线圈布置的两个垂直横截面，

图10示出对图9中示出的所述选择与聚焦场线圈布置的一组选择与聚焦场线圈的实施例的横截面之一的放大，

图11图示根据优选实施例的背景信号测量结果，以及

图12图示背景插值、平滑化和校正。

具体实施方式

在应解释本发明的细节之前，应参考图1至图4详细解释磁性颗粒成像的基础。尤其地，将描述用于医学诊断的MPI扫描器的四个实施例。也将给出对数据采集的非正式描述。将指出不同实施例之间的相似性和差异。一般而言，本发明能够被用于全部这些不同实施例的MPI装置。

图1中示出的MPI扫描器的第一实施例10具有三对12、14、16共轴平行的圆形线圈，这些线圈对被如图1中图示的布置。这些线圈对12、14、16用来生成选择场以及驱动与聚焦场。三个线圈对12、14、16的轴18、20、22相互正交，并且在单个点(指代MPI扫描器10的等中心24)相遇。此外，这些轴18、20、22充当连接到等中心24的3D笛卡尔x-y-z坐标系的轴。垂直轴20被指定为y轴，使得x轴和z轴是水平的。线圈对12、14、16以它们的轴来命名。例如，y线圈对14由在扫描器的顶部和底部的线圈形成。而且，具有正(负)y坐标的线圈被称为y⁺线圈(y^-线圈)，并且对于剩余的线圈类似。在更方便时，应利用x₁、x₂和x₃，而非利用x、y和z来标记坐标轴和线圈。

扫描器10能够被设置为导向预定的事件相关的电流通过这些线圈12、14、16中的每个，并且在任一方向。如果在沿线圈的轴看时电流绕该线圈顺时针流动，则其将被当作正的，否则为负。为了生成静态选择场，使恒定的正电流I^S流动通过z⁺线圈，并且使电流-I^S流动通过z^-线圈。z线圈对16因此充当反平行圆形线圈对。

这里应指出，轴的布置以及在该实施例中给予轴的命名仅为范例，并且也可以在其他实施例中不同。例如，在实际实施例中，垂直轴通常被视为z轴，而非本实施例中的y轴。然而，这一般而言不改变设备的功能和操作以及本发明的效果。

在图2中通过场线50表示选择磁场(一般为梯度磁场)。其在生成选择场的z线圈对16的(例如水平)z轴22的方向具有基本上恒定的梯度，并且在该轴22的等中心24达到值零。从该无场点(为在图2中单独示出)起始，选择磁场50的场强随着距无场点的距离而在全部三个空间方向增大。在第一子带或区域52(其由绕等中心24的虚线指代)中，场强如此小以至于该第一子带52中存在的颗粒的磁化不饱和，而存在于第二子带54(在区域52外面)中的颗粒的磁化在饱和状态。在第二子带54(即在扫描器的视场28中在第一子带52外面的剩余部分)中，选择场的磁场强度足够强以保持磁性颗粒在饱和状态。

通过改变两个子带52、54(包括无场点)在视场28内的位置，视场28中的(整体)磁化改变了。通过确定视场28中的磁化或受磁化影响的物理参数，能够获得关于视场28中的磁性颗粒的空间分布的信息。为了改变两个子带52、54(包括无场点)在视场28中的相对空间位置，将另外的磁场(即驱动磁场)，以及如果适用的话，聚焦磁场，叠加到选择场50。

为了生成驱动场，使时间相关的电流I^D ₁流动通过两个x线圈12，使时间相关的电流I^D ₂流动通过两个y线圈14，以及使时间相关的电流I^D ₃流动通过两个z线圈16。因此，三个线圈对中的每个都充当平行圆形线圈对。类似地，为了生成聚焦场，使时间相关的电流I^F ₁流动通过两个x线圈12，使时间相关的电流I^F ₂流动通过两个y线圈14，以及使时间相关的电流I^F ₃流动通过两个z线圈16。

应指出，z线圈对16是特殊的：其不仅生成其在驱动与聚焦场的份额，而且还生成选择场(当然，在其他实施例中，可以提供单独的线圈)。流动通过z^±线圈的电流是I^D ₃+I^F ₃±I^S。流动通过剩余两个线圈对12、14的电流是I^D _k+I^F _k，k＝1、2。由于它们的几何配置和对称性，三个线圈对12、14、16良好解耦。这是想要的。

由反平行圆形线圈对生成，选择场关于z轴旋转对称，并且其z分量在等中心24周围的相当大的体积中在z中(并且独立于x和y)接近线性。尤其地，选择场具有在等中心的单个无场点(FFP)。相反，对驱动与聚焦场(其由平行圆形线圈对生成)的贡献在等中心24周围并且平行于各自线圈对的轴的相当大的体积中空间上接近均匀。驱动与聚焦场(其共同由全部三个平行圆形线圈对生成)空间上接近均匀，并且能够被给予任意方向和强度，直到某个最大强度。驱动与聚焦场也是时间相关的。聚焦场与驱动场之间的差异在于，聚焦场在时间上缓慢地变化并且可以具有大的幅度，而驱动场快速变化并且具有小的幅度。存在有用于以不同方式处理这些场的物理的和生物医学的原因。具有大幅度的快速变化的场将难以生成并且可能危害患者。

在实际实施例中，FFP能够被视为数学上的点，在该点处的磁场被假设为零。磁场强度随着距FFP的距离的增加而增加，其中增加速率可以针对不同方向而有不同(取决于例如设备的特定布局)。只要磁场强度在用于将磁性颗粒带入饱和状态所需要的场强以下，颗粒就积极地贡献于由设备测量的信号的信号生成；否则，颗粒饱和并且不生成任何信号。

实施例10的MPI扫描器具有至少一个另外的对，优选地三个另外的对的平行圆形线圈，再次沿z、y和z轴取向。这些线圈对(图1中未示出)充当接收线圈。正如针对驱动与聚焦场的线圈对12、14、16，由流动通过这些接收线圈对中的一个的恒定电流生成的磁场在视场内空间上接近均匀，并且平行于各自线圈对的轴。接收线圈被认为是良好解耦的。在接收线圈中感生的时间相关的电压被放大，并且由附接到该线圈的接收器采样。更确切地，为了应付该信号的巨大的动态范围，接收器采样在接收到的信号与参考信号之间的差。接收器的转移函数是从零赫兹(“DC”)直到在其中预计信号水平降到噪声水平以下的频率的非零。备选地，MPI扫描器没有专用接收线圈。而是驱动场发射线圈被用作接收线圈。

图1示出的实施例10的MPI扫描器具有沿z轴22——即沿选择场的轴——的圆柱形膛26。全部线圈都被放置在该膛26外面。针对数据采集，要被成像的患者(或目标)被放置在膛26中，使得患者的感兴趣体积(患者(或目标)的要被成像的体积)被扫描器的视场28(扫描器中扫描器能够成像其内容物的体积)包围。患者(或目标)例如被放置在患者台上。视场28是在膛26内部的几何简单的等中心体积，例如立方体、球、圆柱体或任意形状。图1中图示立方体视场28。

第一子带52的大小与选择磁场的梯度的强度以及与用于饱和所需要的磁场的场强相关，其继而取决于磁性颗粒。针对在磁场强度为80A/m时的典型磁性颗粒，以及选择磁场的场强的梯度达到50×103A/m²(在给定空间方向)，在其中颗粒的磁化不饱和的第一子带52具有(在给定空间方向)为约1mm的尺寸。

患者的感兴趣体积被认为包含磁性纳米颗粒。在对例如肿瘤的诊断成像之前，例如借助于包括磁性颗粒的液体，将磁性颗粒带到感兴趣体积，所述液体被注射到患者(或目标)的身体里或者以其他方式(例如口服)施予给患者。

一般而言，存在用于将磁性颗粒带入视场中的各种方式。尤其地，在磁性颗粒要被引入其身体中的患者的情况中，能够通过外科手术或非外科手术方法的使用来施予磁性颗粒，并且存在需要专业人员(如执业医师)的方法和不需要专业人员(例如能够由外行或本领域普通技术人员或患者自己执行)的方法两者。在外科手术方法中，存在潜在的非风险性和/或安全的常规介入，例如涉及诸如造影剂到血管中的注射的有创步骤(如果果然要将这样的注射视为外科手术方法的话)，即不需要相当执业的医学专家执行的以及不涉及严重的健康风险的介入。另外，能够应用例如吞咽或吸入的非外科手术方法。

一般而言，在执行数据采集的实际步骤之前预先递送或预先施予磁性颗粒。然而，在实施例中，也有可能将另外的磁性颗粒递送/施予到视场中。

磁性颗粒的实施例包括，例如玻璃的球形基底，其被提供有软磁性层，所述软磁性层具有为例如5nm的厚度，并且由例如铁镍合金(例如坡莫合金)组成。例如可以借助于涂层来覆盖该层，涂层保护颗粒抵抗化学和/或物理侵蚀性环境(例如酸)。用于这样的颗粒的磁化的饱和所需要的选择磁场50的磁场强度与各种参数相关，例如颗粒的直径、针对磁性层所使用的磁性材料，以及其他参数。

在例如直径为10μm的这样的颗粒的情况中，则需要大致为800A/m的磁场(大致对应于1mT的通量密度)，而在直径为100μm的情况中，80A/m的磁场就够了。当选择具有较低饱和磁化的材料的涂层时，或者当减小层的厚度时，获得还要更小的值。

在实践中，常常使用以商品名铁羧葡胺(Resovist)在商业上可获得的磁性颗粒(或类似的磁性颗粒)，其具有磁性材料的芯或者被形成为大量的球体，并且其具有在纳米范围内的直径，例如40nm或60nm。

针对一般可用的磁性颗粒和颗粒组合物的另外的细节，这里参考EP1304542、WO 2004/091386、WO 2004/091390、WO 2004/091394、WO2004/091395、WO 2004/091396、WO 2004/091397、WO 2004/091398、WO2004/091408的对应部分，通过引用将它们并入本文。在这些文件中，也能够找到一般的MPI方法的更多细节。

在数据采集期间，x、y和z线圈对12、14、16生成位置和空间相关的磁场，即所施加的场。这通过导向合适的电流通过场生成线圈来实现。实际上，驱动与聚焦场推动选择场移动，使得FFP沿预选的FFP轨迹移动，预选的FFP轨迹描绘出扫描的体积——视场的超集。所施加的场在患者中为磁性纳米颗粒取向。随着所施加的场改变，得到的磁化也改变，尽管其非线性地对应于所施加的场。改变的施加场与改变的磁化的加和，沿x_k轴感生跨接收线圈对的端子的时间相关的的电压V_k。相关联的接收器将该电压转化成信号S_k，其进一步处理该信号。

如在图1中示出的第一实施例10，在图3中示出的第二实施例30的MPI扫描器具有三个圆形且相互正交的线圈对32、34、36，但这些线圈对32、34、36仅生成选择场和聚焦场。z线圈36(其再生成选择场)被填充以铁磁材料37。该实施例30的z轴42被垂直取向，而x轴38和y轴40被水平取向。扫描器的膛46平行于x轴38，并且因此垂直于选择场的轴42。驱动场是由沿x轴38的螺线管(未示出)以及由沿两个剩余轴40、42的鞍形线圈(未示出)的对生成的。这些线圈绕形成膛的管缠绕。驱动场线圈也充当接收线圈。

为了给出这样的实施例的几个典型参数：选择场的z梯度，G，具有G/μ₀＝2.5T/m的强度，其中μ₀是真空磁导率。驱动场的时间频率谱集中在25kHz周围的窄带中(直到大致150kHz)。接收到的信号的有用频率谱位于50kHz与1MHz之间(最终直到大致15MHz)。膛具有为120mm的直径。装入膛46中的最大立方体28具有为120mm/√2≈84mm的边长。

由于对场生成线圈的构建是本领域公知的，例如从磁共振成像的领域，因此本文中不需要进一步详述该主题。

在用于选择场的生成的备选实施例中，能够使用永磁体(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，形成有类似于图2中示出的磁场，亦即，当相对的两极具有相同极性时。在另一备选实施例中，能够通过至少一个永磁体与至少一个线圈的混合来生成选择场。

图4示出使用MPI装置200、300的一般外层布局的两个实施例。图4A示出所提出的MPI装置200的实施例，包括两个基本上相同并且被布置在形成在它们之间的检查区230的相对两侧的选择与聚焦场线圈单元210、220。另外，驱动场线圈单元240被布置在选择与聚焦场线圈单元210、220之间，它们被置于患者(未示出)的感兴趣区周围。选择与聚焦场线圈单元210、220包括几个选择与聚焦场线圈，用于生成表示上文解释的选择磁场与聚焦磁场的组合磁场。尤其地，每个选择与聚焦场线圈单元210、220均包括一组优选地相同的选择与聚焦场线圈。下面将解释所述选择与聚焦场线圈的细节。

驱动场线圈单元240包括许多驱动场线圈，用于生成驱动磁场。这些驱动场线圈可以包括几对驱动场线圈，尤其是一对驱动场线圈，用于生成在三个空间方向中的每个中的磁场。在一实施例中，驱动场线圈单元240包括针对两个不同空间方向的两对鞍形线圈，以及用于生成在患者的纵轴上的磁场的一个螺线管线圈。

选择与聚焦场线圈单元210、220一般被安装到保持单元(未示出)或房间的墙壁。优选地，在选择与聚焦场线圈单元210、220包括用于承载各自的线圈的极靴的情况中，保持单元不仅在机械上保持选择与聚焦场线圈单元210、220，而且还提供连接两个选择与聚焦场线圈单元210、220的极靴的磁通量的路径。

如图4a中所示，两个选择与聚焦场线圈单元210、220每个均包括屏蔽层211、221，用于将选择与聚焦场线圈从由驱动场线圈单元240的驱动场线圈生成的磁场屏蔽开。

在图4B中示出的MPI装置201的实施例中，提供仅单个选择与聚焦场线圈单元220以及驱动场线圈单元240。一般而言，单个选择与聚焦场线圈单元足以生成所需要的组合磁性选择与聚焦场。所述单个选择与聚焦场线圈单元220因此可以被集成到(未示出)患者被放置在其上用于检查的患者台中。优选地，驱动场线圈单元240的驱动场线圈可以已经提前被布置在患者的身体周围，例如作为柔性线圈元件。在另一实施方式中，驱动场线圈单元240能够是开放式的，例如可分成两个子单元241、242，如由图4b中在周向示出的分隔线243、244指示的，使得患者能够被放置在它们之间，并且驱动场线圈子单元241、242能够然后被耦合在一起。

在MPI装置的再另外的实施例中，可以提供还要更多的选择与聚焦场线圈单元，其优选地根据在检查区230周围的均匀分布来布置。然而，使用越多的选择与聚焦场线圈单元，用于将患者放置在其中以及用于在检查期间由医学助理或医生触及患者自身的检查区的可及性也越受限。

图5示出根据本发明的MPI装置100的一般性方框图。上文解释的磁性颗粒成像的一般原理对该实施例也有效且适用，除非另外指明。

图5中示出的实施例的装置100包括用于生成期望磁场的各个线圈。首先，应解释线圈及它们在MPI中的功能。

为了生成组合磁性选择与聚焦场，提供选择与聚焦器件110。磁性选择与聚焦场具有其磁场强度的空间模式，使得在为检查区230的小部分的视场28中形成具有低磁场强度的第一子带(图2中的52)和具有较高磁场强度的第二子带54(图4中的54)，在所述第一子带中磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子带中磁性颗粒的磁化饱和，这在常规上是通过选择磁场的使用来实现的。另外，通过使用磁性选择与聚焦场，能够改变视场28在检查区230内的空间位置，如在常规上通过使用聚焦磁场完成的。

选择与聚焦器件110包括至少一组选择与聚焦场线圈114和选择与聚焦场生成器单元112，用于生成要被提供到所述至少一组选择与聚焦场线圈114(表示图4A、图4B中示出的选择与聚焦场线圈单元210、220之一)的选择与聚焦场电流，以控制所述磁性选择与聚焦场的生成。优选地，针对至少一组选择与聚焦场线圈114中的每个线圈(或每对线圈元件)提供单独的生成器子单元。所述选择与聚焦场生成器单元112包括可控电流源(一般包括放大器)和滤波器单元，其为各自的线圈元件提供场电流，以个体地设置每个线圈对磁性选择与聚焦场的贡献的梯度强度和场强。应指出，也能够省略滤波器单元114。

为了生成驱动磁场，装置100还包括驱动器件120，其包括驱动场信号生成器单元122和一组驱动场线圈124(表示图4A、图4B中示出的驱动线圈单元)，用于借助于驱动磁场来改变两个子带在视场中的空间位置和/或大小，使得磁性材料的磁化局部地改变。如上所述，所述驱动场线圈124优选地包括两对125、126相对布置的鞍形线圈和一个螺线管线圈127。其他实施方式，例如三对线圈元件，也是可能的。

驱动场信号生成器单元122优选地包括针对所述一组驱动场线圈124中的每个线圈元件(或至少每对线圈元件)单独的驱动场信号生成子单元。所述驱动场信号生成器单元122优选地包括驱动场电流源(优选地包含电流放大器)和滤波器单元(根据本发明其也可以被省略)，用于向各自的驱动场线圈提供时间相关的驱动场电流。

选择与聚焦场信号生成器单元112和驱动场信号生成器单元122优选地受控制单元150控制，控制单元150优选地控制选择与聚焦场信号生成器单元112，使得选择场的全部空间点的场强的加和和梯度强度的加和被设置在预定水平。为此目的，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地省略控制单元150。

为了使用MPI装置100用于确定磁性颗粒在检查区(或检查区中的感兴趣区域)中的空间分布，尤其为了获得该感兴趣区域的图像，提供信号检测接收器件148(尤其是接收线圈)和信号接收单元140(其接收由接收期间148检测的信号)。优选地，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。但在实践中，也可以使用多于三个接收线圈和接收单元，在该情况中，所采集的检测信号不是3维的而是K维的，其中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。该滤波的目的是将测量值与其他干扰信号分离，该测量值是由检查区中的磁化引起的，该磁化受两个部分区域(52、54)的位置改变影响。为此，滤波器单元142可以被设计为，例如使得具有这样的时间频率的信号不通过滤波器单元142，该时间频率小于接收线圈148操作的时间频率，或者小于这些时间频率的两倍。信号然后被经由放大器单元144传输到模拟/数字转换器146(ADC)。

由模拟/数字转换器146产生的数字化信号被馈送到图像处理单元(也被称作重建器件)152，其从这些信号以及在接收期间第一磁场的第一部分区域52在检查区中采取的并且图像处理单元152从控制单元150获得的各自位置，来重建磁性颗粒的空间分布。所重建的磁性颗粒的空间分布最终经由控制装置150被传输到计算机154，计算机154将其显示在监视器156上。因此，能够显示示出磁性颗粒在检查区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(例如针对过热处置)或者用于移动磁性颗粒(例如被附接到导管用于移动导管，或者被附接到药物用于将药物移动到某个位置)，也可以省略或简单地不使用接收器件。

另外，可以任选地提供输入单元158，例如键盘。用户可以因此能够设置最高分辨率的期望方向并继而在监视器156上接收动作的区域的各自图像。如果在其中需要最高分辨率的关键方向偏离由用户首先设定的方向，则用户仍能够手动变化方向，以产生具有改善的成像分辨率的另外的图像。该分辨率改善过程也能够由控制单元150和计算机154自动操作。控制单元150在该实施例中设置在第一方向的梯度场，其被自动估计或由用户估计为起始值。然后逐步变化梯度场的方向，直到由此接收的图像的分辨率(通过计算机154进行比较)最大，分别不再得到改善。因此能够自适应地分别找到最关键的方向，以接收最高可能分辨率。

尽管根据本发明选择场线圈和聚焦场线圈一般被实施为分开的元件，但根据本发明的优选实施例，该选择与聚焦场线圈114包括至少一个内层选择与聚焦场线圈115(其被形成为关于内层线圈轴115a的闭合环路)，以及一组至少两个外层选择与聚焦场线圈116、117(其被布置在比该至少一个内层选择与聚焦场线圈115距该内层线圈轴115a更大距离处并且在不同角度位置，每个外层选择与聚焦场线圈被形成为关于相关联的外层线圈轴116a、117a的闭合环路，如示出垂直横截面的图6A和图6B中所示)。优选地，提供两个额外的外层选择与聚焦场线圈118、119，每个都被形成为关于相关联的外层线圈轴118a、119a的闭合环路，如由图6B中的虚线指示的。

根据本发明总体上有可能选择与聚焦场器件仅包括如图6中所示的各个线圈。然而，根据本发明优选的是，选择与聚焦场器件是为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。至少一个极靴起传导磁通量并且因此增加所需要的磁场的生成的作用。

在图7和图8中示出了极靴布置的实施例，其中图7A和图7B示出极靴布置300的两个垂直横截面，并且图8示出极靴布置300的透视图。在该实施例的极靴布置300中，提供两个极靴310、320，它们经由极靴轴承330被连接，极靴轴承330机械承载并磁耦合两个极靴310、320。尽管这些图中示出的极靴310、320在该实施例中具有这里所释出的几何学性质，但特定形状的极靴轴承330在这里仅被示出作为简单范例，针对实际应用的特定形状将由构建参数(如所需要的稳定性)确定。

如图7和图8中所示，每个极靴310、320分别包括至少一个——在该实施例中为两个——内层极靴段311、312和321、322，并且分别包括至少两个——在该实施例中为四个——外层极靴段313-316和323-326。另外，每个极靴310、320分别包括极靴轭317和327，极靴轭连接相同极靴的各个极靴段。

共同极靴的全部极靴段被关于共同内层线圈轴115a共轴布置，其中第二内层极靴段312、322被布置为绕各自的内层极靴段311、321的环形。外层极靴段313-316和323-326分别每个被设计为环形段的形式，该环形段被布置在绕内层线圈轴115a的相同距离处，但具有不同的角位置，如图7B中所示。

极靴的这样的布置——选择与聚焦场线圈的各个线圈被布置在其上，如将在下文示出并解释的——对于实现选择与聚焦场线圈(第一子带52)的期望移动是有利的。对外层极靴段的分割——这里被分割成二至四段(一般至少两段，但也可能为更多段)对于FFP沿x方向和y方向的移动尤其有利。

在实际实施方式中，内层极靴段311、321(在z方向)之间的距离d_i至少如大至患者以及驱动场线圈能够被布置在其之间。这意味着距离d_i应为至少40cm，优选地至少45cm。外层极靴段b之间的距离d_o能够略小，这是因为它们之间一般不布置驱动场线圈。因此，距离d_o应为至少25cm，优选地至少40cm.

极靴一般是由软磁性材料制成的。优选地，分别的两个内层极靴段311、312和321、322，以及头部分313h-314h和323h-324h(参见图7A；在该图中未明确示出其他外层极靴段的头部分)是由软磁性材料制成的，并且具有高饱和感应，尤其是FeCo、Fe、Dy、Gd或其合金，例如Fe₄₉V_1.9Co₄₉(例如以商品名Vacoflux48已知的材料)。备选地，可以使用FeNi，但该材料具有较低的饱和感应。优选地，外层极靴段的尾部分313t、314t和323t、324t(未明确示出极靴段315或316、325、326的尾部分)——背对检查区和极靴轭——由相同的材料制成。然而，出于成本原因，有可能用具有比内层头极靴段的材料更低的饱和感应的软磁性材料来制作它们，尤其是FeSi、FeNi、坡莫合金或其合金，例如Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_15.5B₇(通常被称为Nanoperm)。

图9示出选择与聚焦场线圈布置400的实施例的两个垂直横截面，其中，各个选择与聚焦场线圈被安装在如图7和图8中示出的极靴布置300上。

图10示出单个选择与聚焦场线圈子单元410的放大示出，这将被用于解释其另外的细节。第一内层极靴段311承载第一内层选择与聚焦场线圈115，后者被形成为绕该第一内层极靴段311的环形。第二内层选择与聚焦场线圈113被形成为由第二内层极靴段312承载的另一环形线圈，第二内层极靴段312自身被形成为绕该第一内层选择与聚焦场线圈115的环形。四个外层选择与聚焦场线圈116、117(图9和图10中仅示出两个外层选择与聚焦场线圈；另外两个外层选择与聚焦场线圈未在图9和图10中示出)被各自的外层极靴段313、314、315、316承载。该外层选择与聚焦场线圈116、117中的每个都绕其相关联的外层极靴段313、314、315、316缠绕，使得电流绕各自的外层极靴段流动。每个外层极靴段313、314、315、316都具有被布置在绕内层线圈轴115a的不同角位置处的环形段的形式。

因此，图9A中示出的选择与聚焦场线圈布置400包括总计十二个选择与聚焦场线圈，六个线圈(线圈113、115-119)在上部选择与聚焦场线圈子单元410中，并且六个线圈(线圈133、135、136；剩余两个线圈在图9A中不可见)在下部选择与聚焦场线圈子单元420中。然而，应仅将该数目理解为示范性的数目。其他数目也是可能的。一般而言，期望至少六个，优选地至少八个选择与聚焦场线圈单元。

优选地，针对每个选择与聚焦场线圈，提供单个选择与聚焦场生成器子单元，从而能够通过向选择与聚焦场线圈提供各自的电流来各自地控制每个选择与聚焦场线圈。然而，也有可能将选择与聚焦场线圈耦合到一起，并为它们提供公共电流，从而能够减少选择与聚焦场生成器子单元的数目。例如，在一实施例中，为两个外层选择与聚焦场线圈116和117提供公共电流。类似地，另外两个外层选择与聚焦场线圈被耦合在一起。这意味着，针对这样的选择与聚焦场线圈布置，总计需要八个选择与聚焦场生成器子单元。

在另一实施例中，两个不同选择与聚焦场线圈子单元410、420的两个相对布置的选择与聚焦场线圈被耦合在一起，并被提供以公共电流。例如，右手边的两个(图9中)外层选择与聚焦场线圈可以被耦合在一起，并且被提供以相同的电流。对于其他的外层选择与聚焦场线圈同样如此。

优选地，根据一实施例，选择与聚焦场线圈中的一个或多个被分成至少两个，尤其是至少四个线圈段，其中线圈的线圈段被布置为在相关联的线圈轴的方向彼此相邻(这意味着，如果全部线圈轴都平行的话，则在内层线圈轴115a的方向相邻，如所描绘的实施例中所示)，并且其中，毗邻线圈段被电气连接。优选地，如图9和图10中所示，全部选择与聚焦场线圈都被分成几个线圈段，如在图9A和图10中由多个线圈样本划分线所指示的。

例如，第一内层选择与聚焦场线圈115被分成由图10中的字母A、B、C、D指示的四个线圈段。类似地，第二内层选择与聚焦场线圈113和各个外层选择与聚焦场线圈116、117被分成由字母A、B、C等指示的多个线圈段。

选择与聚焦场线圈到几个段的该划分使得能够实现沿各自选择与聚焦场线圈的不同的电流密度。下表汇总了(作为示范性实施例)针对每个线圈段的最大电流密度。针对电流密度的这些示范性的值是从模拟运行获得的，该模拟运行考虑到选择与聚焦场线圈的不同位置需要不同线圈中的大电流。总的来说，总的电功率是-100kW。第一内层选择与聚焦场线圈中的最大功率是49kW，同时不超过38kW被用于第二内层选择与聚焦场线圈中的电流。在外层选择与聚焦场线圈的每个中，耗散不超过20kW。

优选地，线圈段被布置为使得在相关联的线圈轴的方向，所获得的电流密度随着距检查区的距离减小而增大。下面的各个实施例是要获得该布置。优选的实施例包括，与被布置在距检查区更远、由不同材料制作的相同线圈的一个或多个线圈段相比较，线圈的一个或多个线圈段被布置为更接近检查区，具有更厚的绕组，更紧凑和/或在相关联的线圈轴的方向具有更大的厚度。例如，不同线圈段的电流密度的比率被用于确定在每个线圈内应如何变化线横截面。然而，在实践中，与理论值的偏差当然是需要的，因为电线的制造商一般仅提供有限数目的横截面值。

从图9和图10能进一步观察到，在该优选实施例中，与通过第二内层极靴段312的背对检查区的尾部分312t的平行横截面(即图10中示出的沿线Y的横截面)相比较，通过该第二内层极靴段312的面向该检查区的头部分312的垂直于内层线圈轴115a的横截面(即图10中示出的沿线X的横截面)覆盖更小的面积。

优选地，第二内层极靴段312的该头部分的外径在内层线圈轴315a的方向，随着距检查区230的距离减小而减小。换言之，头部分312h的外缘在内层线圈轴315a的方向倾斜。

再另外，与通过外层极靴段313、314的背对检查区的尾部分313t、314t的平行横截面(即沿线Y的横截面)相比较，通过该外层极靴段313、314的面向该检查区的头部分313h、314h的垂直于内层线圈轴315a的横截面(对于图10中未明确示出的其他外层极靴段同样如此)(即沿线X)覆盖更大面积。

再另外，外层极靴段313、314的该头部分313h、314h的内层直径距内层线圈轴315a的距离(对于其他未示出的极靴段同样如此)在内层线圈轴115a的方向，随着距检查区330的距离减小而减小。换言之，头部分313h、314h的内缘在内层线圈轴115a的方向倾斜。

如所示，第二内层选择与聚焦场线圈113和外层选择与聚焦场线圈116、117(对于其他未示出的选择与聚焦场线圈同样如此)在各自的极靴段周围移动，装配成与对应的极靴段相同的形状，然而这并不是必须的。

这些措施在内层极靴段311、312和内层选择与聚焦场线圈113、115的面向检查区的表面上提供最高通量密度，尤其用于获得磁场的高梯度。应指出，外层极靴段的外缘也能够向内层线圈轴115a的方向倾斜，以进一步增加该效应。

为了在检查区中移动视场28——这在常规上是通过聚焦磁场的使用来实现的，一般不需要为全部选择与聚焦场线圈提供以电流。尤其地，为了在向上和向下的方向——即沿内层线圈轴115a的内层方向——移动视场28，主要使用两个内层选择与聚焦场线圈115、113。例如，如果期望视场28从上部选择与聚焦场线圈子单元410在下部选择与聚焦场线圈子单元420的方向的移动，则增大被提供给下部选择与聚焦场线圈子单元420的第一内层选择与聚焦场线圈的电流，以及被提供给上部选择与聚焦场线圈子单元410的第二内层选择与聚焦场线圈的电流。备选地或此外，减小被提供给上部选择与聚焦场线圈子单元410的第一内层选择与聚焦场线圈的电流，以及被提供给下部选择与聚焦场线圈子单元420的第二内层选择与聚焦场线圈的电流。针对这样的移动不必须使用外层选择与聚焦场线圈。

如果期望视场28在垂直于内层线圈轴115a的方向的移动，则额外地为外层选择与聚焦场线圈提供以电流。尤其地，通过该外层选择与聚焦场线圈，在沿期望的移动方向并且垂直于内层线圈轴115a生成额外的磁场。例如，如果在图9A中期望从左到右的移动，则额外地生成具有在左侧的北极和在右侧的南极(或者相反)的磁场。通过被提供给外层选择与聚焦场线圈的电流的幅度，能够控制视场28应在该方向被移动多远。

以上解释仅提供了能够如何实现视场的移动的简要想法。当然，在实践中，电流需要被精确控制，然而这仅是实施方式的问题，其严重依赖于整体布置的确切布局。

关于极靴应指出，它们优选地由导磁片制成，其中形成内层极靴段311、312以及极靴310的极靴轭317的相邻头部分317h(对于内层极靴段以及外层极靴段320的极靴轭同样如此)的片被沿平行于内层线圈轴315a的方向布置。形成极靴轭317的尾部分317t(对于外层极靴轭327同样如此)的片优选地被布置在基本上垂直于内层线圈轴315a的方向。这提供了磁通量的最优连接。

在使用通过极靴轴承330连接的两个或更多个极靴的情况中，如图8中所示，优选的是极靴轴承330由磁导片制成，该磁导片被布置为在与形成极靴中极靴轴承被连接到的部分的片相同方向中彼此相邻。例如，如果极靴轴承连接到极靴轭的头部分，则极靴轴承的片优选地被布置在垂直于内层线圈轴的方向。形成极靴轴承的片也被布置为至少在到极靴轭的连接处在垂直于内层线圈轴316a的方向。一般而言，该片应被布置为使得达到最佳磁通量连接。

应指出，除了各自的选择与聚焦场线圈以外，可以额外地在每个选择与聚焦场线圈子单元中提供永磁材料，以进一步增强选择磁场的生成，用于生成选择与聚焦场线圈。该永磁体将优选地位于接近检查带替换零件的软磁性材料。

另外，应指出，优选地提供冷却器件用于冷却线圈中的一些或全部。冷却器件可以使用诸如水或油的冷却液。线圈可以由铜或铝制成，但也有可能用超导材料来制作它们，然后将通过使用合适的冷却材料(例如氦)来冷却超导材料。在高温超导导体的情况中，能够通过使用气态氦来实现冷却。在低温超导导体的情况中，能够通过使用液氦来实现冷却。

针对某些应用(MR)，合乎期望的是生成不具有FFP但相当均匀的磁场。因此执行模拟，在其中在内层极靴之一中的电流方向被反转。使用全部线圈以及可用功率(100kW)的不同分布，在原点的最大观察场强是0.45T。场强沿z增大并且沿x/y减小。

为了计算磁场中存储的能量，在体积V上求以下积分：

$E=\frac{1}{2}{\∫}_{V}B\·\mathrm{HdV}$

在我们的模拟内，磁场中存储的最大观察能量在40kJ以下。最大值出现在试图获得均匀(MR)场的模拟中。

在下文中，将更详细地解释根据本发明提出的并且如由重建单元152执行的重建的过程。如上文解释的，目标扫描中发生的背景信号变化和杂散信号能够严重损害图像质量。不同来源的背景信号呈现不同的谱学行为，从而背景信号贡献不均匀地分布在所测量的带宽上，但强度和时间模式在不同频率分量之间变化。为了达到良好的图像质量，应从所测量的数据去除信号背景。根据本发明，这通过适当设计的重建单元152来完成。通过使用图11和图12来图示所提出的解决方案。

图11示出在扫描期间的谱学信号演变的图。横坐标显示在对无场点序列的一次重复(即沿轨迹的一次运行)期间，在通道(例如x通道)上测量的谱的频率分量。纵坐标涉及谱在连续FFP序列期间的演变，每个FFP序列编码完整体积。图12示出x通道信号的选择的谐波的时间信号变化。

重建器件152被配置为在检测信号中识别在视场中没有磁性颗粒存在的一个或多个背景时段tb1、tb2、tb3、tb4，其中，在视场中存在有磁性颗粒的信号时段ts1、ts2、ts1与所述一个或多个背景时段tb1、tb2、tb3、tb4中的至少一个tb2、tb3穿插。在背景时段tb1、tb2、tb3、tb4获得的检测信号然后被用于校正在信号时段ts1、ts2、ts1获得的检测信号。最终，根据所校正的在信号时段ts1、ts2、ts1获得的检测信号重建期望的图像。

因此，在信号时段ts1、ts2、ts1中，被填充以示踪剂材料的目标(或其部分)在成像体积中，产生在许多频率分量中的信号。在背景时段tb1、tb2、tb3、tb4中，成像体积中没有目标，并且因此所观察到的信号表示信号背景。由于改变的杂散信号或热效应，信号背景能够随时间改变，不仅平滑地，而且突然地，如由箭头指示的。为了成功的背景校正，这些效应增加了对使用背景信号的需要，背景信号在时间上非常接近目标测量。能够使用如图11中示出的标绘图或者如图16中指示的对包含信号的谐波的选择，来确定最佳时间窗口。

使用图12中示出的标绘图，能够识别在其期间成像体积中没有示踪剂材料的背景时段，并且因此能够以高准确度选择适用于背景校正的信号。如图11和图12中所示，不仅使用初始背景时段tb1(例如在一团示踪剂材料被引入目标中之前，或者在该团到达成像体积之前)和最终背景时段tb4(例如在该团已离开成像体积之后)，而且还检测在信号时段之间的至少一个背景时段(这里是两个背景时段tb2、tb3)。目标的检测信号的确切幅度一般取决于目标的形状。所显示的(示范性)谐波被选择为x激发频率的倍数(n*528，其中n＝2、3、4)，因为这些通常包含最多信号。

对于数据能够被用作背景数据的决策能够基于对一选择的谐波的时间信号演变以及激发频率的混合频率或者这些频率分量的组合或加权函数的视觉检测。能够随时间可视化信号演变或导出函数，例如如在图12中描绘的。假设在已知的时间点成像体积中没有示踪剂，则用户能够观察到在示踪剂进入成像体积时的谐波信号改变。使用该可视化，对于用户来说相当容易分配适用于背景减法的时段，例如通过使用计算机鼠标或其他输入设备在时间轴上定义这些区域。

在一实施例中，自动地评价一个或多个可能是预选的频率分量或其函数，例如所选频率分量的或者所选评分分量的时间倒数的平均、范数或方差。例如从无示踪剂成像体积开始，一个或优选地几个频率分量或其函数中的任意实质性改变(即优选地大于预定阈值，例如大于典型噪声变化)指示示踪剂材料已进入成像体积，以及现在获得的检测信号不能被用于背景校正。

如果怀疑信号改变是否真的是由示踪剂材料引起的，或者为了进一步改进对背景时段的检测，提出进一步关联信号改变与额外信息，例如注射示踪剂材料的团时的时间和/或成像体积相对于目标或患者的位置。

在扫描的另外的过程中，监测谱学分量或函数值何时回到典型的背景模式，以寻找在其期间示踪剂在成像体积中的下一时段。取决于在扫描器的背景谱学中发现的典型变化，对信号演变的该监测和评价必须允许背景信号随时间的某种改变。然而，如在图12中可见，成像体积中有示踪剂材料的区域通常被清楚地描绘出。在该语境中，典型的变化是出现在磁性颗粒不存在时的信号变化，例如由于发热或杂散信号。它们呈现某些模式，例如仅发生在低谐波中，或者同时影响所有频率分量的背景水平。

在再另一实施例中，频率分量在时间窗口tb期间呈现快速变化，使得在窗口ts上的插值是不可行的。这通过在重建过程中丢弃或抑制(例如添加低的权重)这些频率分量或抑制(例如添加低的权重)得以实现。

由于MPI扫描产生非常多的数据，所提出的解决方案有利地被用于仅存储能够与示踪剂材料相关的数据，并且不存储对应于空成像体积的长时期的数据。此外，能够通过观察到的一个或多个频率分量(例如驱动磁场的驱动频率的谐波的幅度)的改变，来触发图像重建的开始，以避免在对空图像的重建上花费计算机能力。

总之，任意真正的MPI扫描器都产生能够随时间非线性改变的背景信号。所提出的方法通过使得可获得用于在目标或患者扫描期间动态背景校正的额外数据，确保了恒定且可再现的图像质量。

鉴于扫描器瑕疵和被接收系统拾取的杂散信号，背景减法是MPI中用于确保良好的图像质量的关键特征。本发明提供了用于有效的背景测量和减法的解决方案。

尽管已在附图和前面的描述中详细图示并描述了本发明，但要将这样的图示和描述视为说明性或示范性的而非限制新的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和权利要求书，能够理解并实现所公开实施例的其他变型。

在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“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书中记载的几个项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

权利要求书中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于检测视场(28)中的磁性颗粒的装置(100)，所述装置包括：

-选择器件，其包括选择场信号生成器单元(110)和选择场元件(116)以生成选择磁场(50)，所述选择磁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第一子带(52)和具有较高磁场强度的第二子带(54)，在所述第一子带中所述磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子带中所述磁性颗粒的磁化饱和，

-驱动器件(120)，其包括驱动场信号生成器单元(122)和驱动场线圈(124；125、126、127)以借助于驱动磁场来改变所述两个子带(52、54)在所述视场(28)中的空间位置，使得磁性材料的磁化局部地改变，

-接收器件，其包括至少一个信号接收单元(140)和至少一个接收线圈(148)以采集检测信号，所述检测信号取决于所述视场(28)中的磁化，所述磁化受所述第一子带(52)和所述第二子带(54)的所述空间位置的变化影响，以及

-重建器件(152)，其用于根据检测信号来重建所述视场(28)的图像，其中，所述重建器件适于：

-在所述检测信号中识别在所述视场(28)中没有磁性颗粒存在的一个或多个背景时段(tb1、tb2、tb3、tb4)，其中，在所述视场(28)中存在有磁性颗粒的信号时段(ts1、ts2、ts1)与所述一个或多个背景时段(tb1、tb2、tb3、tb4)中的至少一个(tb2、tb3)穿插，

-使用在所述背景时段(tb1、tb2、tb3、tb4)获得的所述检测信号以校正在所述信号时段(ts1、ts2、ts1)获得的检测信号，并且

-根据所校正的在所述信号时段(ts1、ts2、ts1)获得的检测信号来重建所述图像。

2.如权利要求1所述的装置，

其中，所述重建器件(152)适于通过随时间分析一个或多个频率分量，来在所述检测信号中识别所述一个或多个背景时段(tb1、tb2、tb3、tb4)。

3.如权利要求2所述的装置，

其中，所述重建器件(152)适于分析一个或多个频率分量，所述频率分量为所述驱动磁场的驱动场频率的谐波或所述驱动磁场的驱动场频率的谐波的混合频率。

4.如权利要求1所述的装置，

其中，所述重建器件(152)适于识别所述一个或多个频率分量的变化和/或从所述一个或多个频率分量导出的一个或多个导出函数的变化。

5.如权利要求4所述的装置，

其中，所述重建器件(152)适于识别在所述一个或多个频率分量中和/或在从所述一个或多个频率分量导出的一个或多个导出函数中是否存在以及何时存在幅度的变化。

6.如权利要求1所述的装置，

其中，所述重建器件(152)适于按频率分量，从在所述信号时段(ts1、ts2、ts1)获得的检测信号去除或减去在所述背景时段(tb1、tb2、tb3、tb4)获得的检测信号。

7.如权利要求1所述的装置，

其中，所述重建器件(152)适于从在所述信号时段(ts1、ts2、ts1)获得的检测信号抑制或去除背景测量结果中呈现快速不规则变化的频率分量。

7.如权利要求6所述的装置，

其中，所述重建器件(152)适于按频率分量计算内插的背景信号或平均背景信号，并从在所述信号时段(ts1、ts2、ts1)获得的所述检测信号减去所述内插的背景信号或所述平均背景信号。

8.如权利要求6所述的装置，

其中，所述重建器件(152)适于按频率分量并且按背景时段来计算背景信号或背景信号的平均，并从在相邻信号时段(ts1、ts2、ts1)获得的所述检测信号减去所述背景信号或所述背景信号的平均。

9.如权利要求1所述的装置，

其中，所述重建器件(152)适于从在所述信号时段(ts1、ts2、ts1)获得的检测信号抑制或去除在所述背景测量结果中呈现快速不规则变化的频率分量。

10.如权利要求4所述的装置，

其中，所述重建器件(152)适于将所识别的变化与指示磁性颗粒何时存在于所述视场中和/或存在于所述视场中的何处的额外信息进行相关。

11.如权利要求10所述的装置，

其中，所述额外信息指示磁性颗粒已被引入存在于所述视场中的目标时的时间和/或所述目标与所述视场之间的位置关系。

12.如权利要求1所述的装置，包括：

选择与聚焦器件(120)，其包括所述选择器件以生成磁性选择与聚焦场(50)以及改变所述视场(28)在检查区(230)内的空间位置，所述磁性选择与聚焦场具有其磁场强度的空间模式以使得在所述视场(28)中形成所述第一子带(52)和所述第二子带(54)，所述选择与聚焦器件包括至少一组选择与聚焦场线圈(114；113、115-119)和用于生成要被提供到所述至少一组选择与聚焦场线圈(114；113、115-119)的选择与聚焦场电流的选择与聚焦场生成器单元(112)以控制所述磁性选择与聚焦场的生成，

其中，所述至少一组选择与聚焦场线圈包括：

-至少一个内层选择与聚焦场线圈(113、115)，其被形成为关于内层线圈轴(115a)的闭合环路，第一内层选择与聚焦场线圈(115)以及

-至少两个外层选择与聚焦场线圈的组(116-119)，其被布置在比所述至少一个内层选择与聚焦场线圈(113、115)距所述内层线圈轴(115a)更大距离处，并且在不同的角位置，每个外层选择与聚焦场线圈被形成为关于相关联的外层线圈轴(116a-119a)的闭合环路。

13.一种用于检测视场(28)中的磁性颗粒的方法，所述方法包括：

-生成选择磁场(50)，所述选择磁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第一子带(52)和具有较高磁场强度的第二子带(54)，在所述第一子带中所述磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子带中所述磁性颗粒的磁化饱和，

-借助于驱动磁场来改变所述两个子带(52、54)在所述视场(28)中的所述空间位置，使得磁性材料的磁化局部地改变，

-采集检测信号，所述检测信号取决于所述视场(28)中的磁化，所述磁化受所述第一子带(52)和所述第二子带(54)的所述空间位置的变化影响，

-在所述检测信号中识别在所述视场(28)中没有磁性颗粒存在的一个或多个背景时段(tb1、tb2、tb3、tb4)，其中，在所述视场(28)中存在有磁性颗粒的信号时段(ts1、ts2、ts1与所述一个或多个背景时段(tb1、tb2、tb3、tb4)中的至少一个(tb2、tb3)穿插，

-使用在所述背景时段(tb1、tb2、tb3、tb4)获得的检测信号以校正在所述信号时段(ts1、ts2、ts1)获得的检测信号，以及

-根据所校正的在所述信号时段(ts1、ts2、ts1)获得的检测信号来重建图像。

14.一种包括程序代码单元的计算机程序，当在计算机上执行所述计算机程序时，所述程序代码单元用于令所述计算机控制如权利要求1所述的装置执行如权利要求13所述的方法。