CN105530861A - 具有快速视场运动的mpi装置 - Google Patents

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CN105530861A CN201380079521.4A CN201380079521A CN105530861A CN 105530861 A CN105530861 A CN 105530861A CN 201380079521 A CN201380079521 A CN 201380079521A CN 105530861 A CN105530861 A CN 105530861A
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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(100)，具体为MPI装置，所述装置包括：选择场元件(116)，其用于生成磁选择场(50)；驱动场线圈(124；125、126、127)，其用于借助于磁驱动场来改变两个子区带(52、54)的空间位置；聚焦场元件(116)，其用于借助于磁聚焦场来改变所述视场(28)的空间位置；以及接收元件(148)，其用于采集检测信号。所述装置的静态系统函数是在没有磁聚焦场的情况下获得的，扩展的系统函数是根据所述静态系统函数，通过使所述静态系统函数的时域表示以与由所述磁聚焦场的施加引起的所述视场的位置的变化成比例的方式进行移位来生成的。所述扩展的系统函数然后用于根据所述检测信号来重建所述视场中所述磁性颗粒的空间分布。

Description

具有快速视场运动的MPI装置
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，具体涉及允许快速视场运动的磁性颗粒成像装置。
背景技术
磁性颗粒成像(MPI)是一种新兴的医学成像模态。MPI的第一版本是二维的，这是因为其产生二维图像。较新的版本是三维(3D)的。能够通过将3D图像的时间序列组合成影片来创建非静态目标的四维图像，前提是所述目标在针对单幅3D图像的数据采集期间不显著改变。
MPI是如计算机断层摄影(CT)或磁共振成像(MRI)的重建成像方法。因此，以两个步骤来生成目标的感兴趣体积的MP图像。使用MPI扫描器来执行被称为数据采集的第一步骤。MPI扫描器被布置为生成被称为“选择场”的静态磁梯度场，所述静态磁梯度场具有在扫描器的等中心处的(单个或多个)无场点(FFP)或无场线(FFL)。此外，该FFP(或FFL；下文中提到“FFP”一般应被理解为意指FFP或FFL)由具有低磁场强度的第一子区带围绕，所述第一子区带继而由具有较高磁场强度的第二子区带围绕。另外，扫描器具有用于生成时间相关的、在空间上几乎均质的磁场的单元。实际上，该场是通过将具有小幅度的快速变化的场(被称为“驱动场”)与具有大幅度的缓慢变化的场(被称为“聚焦场”)相叠加而得到的。通过将时间相关的驱动场和聚焦场添加到静态选择场，可以使FFP沿着贯穿围绕等中心的“扫描体积”的预定FFP迹线移动。扫描器还具有对一个或多个(例如，三个)接收线圈的布置，并且能够记录在这些线圈中感应出的任何电压。为了数据采集，要被成像的目标被放置在扫描器中，使得目标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。
目标必须含有磁性纳米颗粒或其他磁性非线性材料；如果目标是动物或患者，则在扫描之前对动物或患者施予含有这样的颗粒的示踪剂。在数据采集期间，MPI扫描器使FFP沿着有意选取的迹线移动，所述迹线描出/覆盖扫描体积或至少描出/覆盖视场。目标内的磁性纳米颗粒经受变化的磁场，并且通过改变其磁化而做出响应。纳米颗粒的变化的磁化在接收线圈中的每个中感应出时间相关的电压。在与接收线圈相关联的接收器中对该电压进行采样。由接收器输出的样本被记录并构成采集到的数据。控制数据采集的细节的参数构成“扫描协议”。
在图像生成的被称为图像重建的第二步骤中，根据在第一步骤中采集到的数据来计算或重建图像。图像是表示对视场中的磁性纳米颗粒的位置相关的浓度的采样的近似结果的数据的离散3D阵列。一般由运行适合的计算机程序的计算机来执行重建。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。正如所有重建性成像方法一样，该模型能够被用公式表达为作用于采集到的数据的积分算子；重建算法尝试尽可能地复原模型的动作。
这样的MPI装置和方法的优点在于，其能够用于以非破坏性的方式并以高空间分辨率来检查诸如人体的任意检查目标，所述检查既可以接近检查目标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，并且在DE10151778A1中以及Gleich,B.和Weizenecker,J.的“Tomographicimagingusingthenonlinearresponseofmagneticparticles”(Nature，第435卷，第1214-1217页，2005年)中首次对其进行了描述，在其中还大体描述了重建原理。在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的优点。
与如MRI和CT的所建立的成像模态相对比，尚未识别出针对MPI的用于根据采集到的数据来重建图像的简单数学变换。因此，MPI图像重建要求关于描述对颗粒的给定空间分布的系统响应(即，将颗粒位置映射到频率响应)的“系统函数”的知识。为了解决重建问题，系统函数必须被反转，通常要求某种正则化方案。
能够通过以实验方式在与图像像素或体素的数量相对应的大量空间位置处测量点状样本的磁化响应来确定所述系统函数。该校准流程要求非常长的采集时间，尤其是为了获得合理的信噪比(SNR)。能够在WO2010/067248A1和WO2010/067264A1中找到关于对系统函数的采集、特征和使用以及用于更快采集并用于减小用于存储系统函数的存储空间的优选实施例的更多细节，这里通过引用将所述细节并入本文。
能够通过移动视场(FOV)来实现在MPI中的大空间覆盖，所述视场是使用被称为磁聚焦场的额外的均质偏置场通过磁驱动场而被编码的。至今，磁聚焦场已经例如应用于利用如在J.Rahmer等人的“ContinuousFocusFieldVariationforExtendingtheImagingRangein3DMPI”(MagneticParticleImaging:ANovelSPIONanoparticleImagingTechnique140，2012年，第255页)中所描述的3D编码来生成缓慢的连续FOV运动。对于成像期间的连续FOV运动，“缓慢”意味着在一个编码时期期间的移位保持在经重建的空间分辨率以下。在以上提及的J.Rahmer的文章中，针对大约20mm/s的移位速度展示了非受损的图像质量，所述大约20mm/s的移位速度足够大地低于50mm/s，所述50mm/s对应于21.5ms的3D编码时间与约1mm的分辨率之间的比率。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于影响和/或检测视场中的磁性颗粒的装置和方法，即，一种MPI装置，所述装置和所述方法使得即使在通过使用快速磁聚焦场变化来快速地覆盖成像体积(即，比通过磁驱动场激励覆盖的体积大得多)的情况下也使得能够重建不具有运动伪影或具有减少的运动伪影的图像。
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，包括：
-选择元件，其包括选择场信号发生器单元和选择场元件，所述选择元件用于生成磁选择场，所述磁选择场具有其磁场强度的空间样式，使得在所述视场中形成具有低磁场强度的第一子区带和具有较高磁场强度的第二子区带，在所述第一子区带中所述磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子区带中所述磁性颗粒的磁化饱和，
-驱动元件，其包括驱动场信号发生器单元和驱动场线圈，所述驱动元件用于借助于磁驱动场来改变两个子区带在所述视场中的空间位置，使得磁性材料的磁化局部地改变，
-聚焦元件，其包括聚焦场信号发生器单元和聚焦场元件，所述聚焦元件用于借助于磁聚焦场来改变所述视场的空间位置，
-接收元件，其用于采集检测信号，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区带和所述第二子区带的所述空间位置的变化影响，
-存储元件，其用于存储在没有磁聚焦场的情况下获得的所述装置的静态系统函数，
-处理元件，其用于通过使所述静态系统函数的时域表示以与由所述磁聚焦场的施加引起的所述视场的位置的变化成比例的方式进行移位来生成扩展的系统函数，并且所述处理元件用于根据所述检测信号和所述扩展的系统函数来重建所述视场中所述磁性颗粒的空间分布。
在本发明的第二方面中，提出了一种用于影响和/或检测视场中的磁性颗粒的装置，包括：
-选择元件，其包括选择场信号发生器单元和选择场元件，所述选择元件用于生成磁选择场，所述磁选择场具有其磁场强度的空间样式，使得在所述视场中形成具有低磁场强度的第一子区带和具有较高磁场强度的第二子区带，在所述第一子区带中所述磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子区带中所述磁性颗粒的磁化饱和，
-驱动元件，其包括驱动场信号发生器单元和驱动场线圈，所述驱动元件用于借助于磁驱动场来改变两个子区带在所述视场中的空间位置，使得磁性材料的磁化局部地改变，
-聚焦元件，其包括聚焦场信号发生器单元和聚焦场元件，所述聚焦元件用于借助于磁聚焦场来改变所述视场的空间位置，
-接收元件，其用于采集检测信号，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区带和所述第二子区带的所述空间位置的变化影响，
-存储元件，其用于存储所述装置的多个静态系统函数和/或扩展的系统函数，其中，所述静态系统函数是在没有磁聚焦场的情况下在所述视场的不同位置处已经获得的，并且所述扩展的系统函数是通过使静态系统函数的时域表示以与由不同磁聚焦场的施加引起的所述视场的位置的不同变化成比例的方式进行移位而已经生成的，或者所述扩展的系统函数是在由不同磁聚焦场的施加引起所述视场的位置的不同变化时已经获得的，
-处理元件，其用于根据所述检测信号和扩展的系统函数来重建所述视场中所述磁性颗粒的空间分布，所述扩展的系统函数是基于应用于改变所述视场的所述空间位置的所述磁聚焦场，根据所存储的多个静态系统函数和/或扩展的系统函数来选择或构建的。
在本发明的另外的方面中提出了对应的方法。
在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的装置和方法具有与从属权利要求中定义的相似和/或相同的优选实施例。
本发明基于修改系统函数的想法，所述系统函数典型地是在没有可变磁聚焦场的情况下被采集的并且是以频域表示的方式被存储的。例如经由傅里叶变换来将该“静态”系统函数变换成时域。然后根据由所述可变磁聚焦场诱发的FFP移位来对表示在无场点序列(即，迹线)期间的不同时间的顺序的体积进行移位。之后，将所述静态系统函数变换回频域，在所述频域中应用标准重建流程。
在MPI中对大空间体积的快速覆盖要求磁聚焦场的快速变化，这展现出FOV的快速移位。如果这些发生在成像处理期间，则出现运动伪影。利用所提出的补偿技术，能够在图像重建中对故意的FOV运动或因残留涡流造成的不想要的运动进行补偿，只要额外的磁场的时间演变是已知的。因此，根据本发明，对于高达几百mm/s的高FOV速度，能够通过所提出的将线性移位添加到用于图像重建的系统函数的时域表示来减少运动伪影。
根据所述第一方面，仅存储所述装置的所述静态系统函数，所述静态系统函数是在没有施加任何磁聚焦场的情况下已经提前获得(因此被称为“静态系统函数”)的。在对检测信号的真实数据采集期间或之后，通过使用关于由所述磁聚焦场引起的所述视场的变化的信息来生成所述扩展的系统函数。因此，获得覆盖较大体积的系统函数(因此被称为“扩展的系统函数”)，然后所述扩展的系统函数用于根据所述较大体积中的所述检测信号来重建期望的图像(即，用于重建所述视场中所述磁性颗粒的空间分布)。
为了将经移位的系统函数组合(连结)，一般可用若干选项。一个选项是创建包括所有移动样式的大系统函数。然后重建提供完整的图像。然而，所述扩展的系统函数可能变得非常大。另一选项是(典型地根据一个利萨如期(Lissajousperiod))重建小的子体积，所述小的子体积稍后被组合成完整的图像。对于交叠区可以应用加权，所述加权朝向各自的数据集的边缘降低。
根据所述第二方面，存储所述装置的多个静态系统函数和/或扩展的系统函数，所述多个静态系统函数和/或所述扩展的系统函数是在没有磁聚焦场时(为了获得针对所述视场的不同位置的静态系统函数)或在已经施加了不同的磁聚焦场时(为了获得扩展的系统功能)而已经提前获得的。在对检测信号的真实数据采集期间或之后，根据多个存储的静态系统函数和/或扩展的系统函数来选择或构建最可能与在对所述检测信号的所述采集期间实际施加的所述磁聚焦场相对应的静态系统函数和/或扩展的系统函数。换言之，在一个实施例中，选择在已经施加了磁聚焦场时已经生成的所存储的扩展的系统函数，所述所存储的扩展的系统函数尽可能与在采集检测信号期间实际施加的所述磁聚焦场相对应。在另一实施例中，根据所存储的静态系统函数和/或所述扩展的系统函数中的一个或多个来构建扩展的系统函数。
在根据所述第一方面的所述装置的优选实施例中，所述存储元件被配置为存储所述静态系统函数的频域表示，并且所述处理元件被配置为将所述静态系统函数的所述频域表示转换成在使所述静态系统函数的所述时域表示进行移位之前的时域表示，以生成扩展的系统函数并将所述扩展的系统函数转换成用于重建所述磁性颗粒的所述空间分布的频域表示。因此，以时域来执行对所述静态系统函数的所述空间移位，而优选地以频域来存储所述系统函数，并且还以频域将所述系统函数用于重建图像。
以时域来测量数据，并且一般也可以以时域来存储所述数据，但以频域来存储数据对于背景校正和数据处理而言是更为有利的(例如，在滤波的情况下)。另外，能够从处理中丢弃不必要的频率分量并且不需要将其存储。
优选地，根据所述第一方面的所述装置还包括用于测量所述磁聚焦场的测量单元，其中，所述处理元件被配置为使用测得的磁聚焦场来使所述静态系统函数的所述时域表示以与由测得的磁聚焦场引起的所述视场的位置的变化成比例的方式进行移位。尽管所述装置大体知晓施加了哪个磁聚焦场并且因此知晓所述视场如何移位，但测量所述磁聚焦场并使用来自该测量结果的信息来使所述静态系统函数在空间上进行移位可以进一步增加所述移位、所获得的扩展的系统函数、以及因此经重建的图像的准确度。所述测量单元优选地包括霍尔传感器或能够测量磁场的任何其他传感器。通过该测量可以测量动态涡流影响，然后能够对所述动态涡流影响进行补偿。
在根据所述第一方面的所述装置的另一优选实施例中，所述处理元件被配置为通过在所述磁聚焦场的运动方向上进行填补(pad)来生成所述扩展的系统函数，其中，(通过使所述静态系统函数进行移位而获得的较大体积的)经填补的体素被填充为零或被填充有邻近体素的值的外插值，其中，外插的流程也能够依赖于仿真数据。
在根据所述第二方面的所述装置的优选实施例中，扩展的系统函数是通过使在没有磁聚焦场的情况下获得的所述装置的静态系统函数的时域表示以与由所述磁聚焦场的施加引起的所述视场的位置的变化成比例的方式进行移位来生成的。
优选地，根据所述第二方面的所述装置还包括用于测量所述磁聚焦场的测量单元，其中，所述处理元件被配置为使用测得的磁聚焦场以根据所存储的多个静态系统函数和/或扩展的系统函数来选择或构建扩展的系统函数。如以上针对根据所述第一方面的所述装置所解释的，这可以增加准确度。所述测量单元也优选地包括霍尔传感器或能够测量磁场的任何其他传感器。
在根据所述第二方面的所述装置的另一优选实施例中，所述存储元件被配置为存储多个扩展的系统函数，所述多个扩展的系统函数是针对所述第一子区带的不同移动速度、所述第一子区带的不同移动方向和/或所述第一子区带沿着其移动的不同迹线已经获得的。因此，存储各个扩展的系统函数的目录，这允许通过使用所述磁聚焦场来选择或构建与所述视场的实际移位尽可能地适配的扩展的系统函数，引起经重建图像的准确度的增加。
通过对所述静态系统函数的时域表示进行移位而得到补偿的、由所述磁聚焦场的施加引起的所述视场的位置的变化优选地包括以下中的一个或多个：线性移位运动、加速运动、减速运动以及曲线运动。因此，一般地，可以根据本发明对所有不同种类的由所述磁聚焦场引起的所述视场的运动进行补偿。
根据实施例，所述处理元件被配置为对经重建迹线的起点和/或终点进行移位，其中，能够重建不同的时间移位，并且所述处理元件被配置为将经移位的扩展的系统函数进行连结。以这种方式，能够提高重建的质量，并且这还能够实现重建较大的体积。
根据另一实施例，所述处理元件被配置为确定由所述第一子区带覆盖的所述迹线的路径(即，FFP)之间的最大间隙的大小和位置。这可能在因所述聚焦场引起的所述FFP的额外移位过快的情况下出现，使得能够向用户发出警告以减小所述移位的速度，从而避免重建的质量的退化。
在又一实施例中，所述处理元件被配置为对所述磁性颗粒的经重建的空间分布应用失真校正。以这种方式，能够进一步增加经重建图像的质量。
所述处理元件优选地被配置为基于在施加所述磁聚焦场期间所述第一子区带的所述移动的速度来应用对所述扩展的系统函数的幅度的幅度校正。当与在没有聚焦场的情况下采集到的系统函数比较时，这对空间信号响应样式的幅度的微小修改进行补偿，所述微小修改是由将所述磁聚焦场添加到所述磁驱动场而引起的，并且因此这进一步提高了经重建图像的质量。一般地，并不是对完整的扩展的系统函数进行幅度校正，而是单独对每个时间步骤进行幅度校正。
在一个实施例中，所述聚焦场单元和所述选择元件是通过单独的元件(即，单独的线圈和/或单独的发生器单元)来实施的。在另一实施例中，MPI装置采用组合的选择和聚焦场线圈(以及优选的组合的发生器单元)，这是基于这样的想法：即，将在已知的MPI装置中一般被提供为单独的线圈的聚焦场线圈与选择场线圈组合成组合的选择和聚焦场线圈组。因此，对所述线圈中的每个提供单一的电流，而不是如常规地对每个聚焦场线圈和每个选择场线圈提供单独的电流。因此所述单一的电流能够被认为是用于聚焦场生成和选择场生成的两个叠加的电流。能够通过控制到各个线圈的电流来容易地改变所述视场在所述检查区内的期望的位置和移动。然而，并不是所有的选择和聚焦场线圈总是必须被提供具有控制电流，而是只需要针对所述视场的特定移动而为某些线圈提供电流。
使用组合的选择和聚焦场线圈的所提出的实施例还提供了关于如何以及在哪里将所述线圈相对于放置对象的检查区进行布置的更多的自由度。尤其能够利用该布置来建立患者和医生或医学人员(例如，介入期间的外科医生)都能容易访问的开放式扫描器。
所述驱动场线圈优选地被布置在两组选择和聚焦场线圈中的第一内部选择和聚焦场线圈之间的区中。所述驱动场线圈可以被设计为使得它们被(固定地或可移动地)布置在两组选择和聚焦场线圈之间。在另外的实施例中，所述驱动场线圈在某种程度上是柔性的，并且能够在将患者放置在所述检查区的里面之前被布置在患者的身体的期望部分上。
在这样的实施例的情况下，利用磁场强度的空间分布来生成磁梯度场(即，磁选择场)，使得所述视场包括具有较低磁场强度(即，所述FFP)的第一子区和具有较高磁场强度的第二子区，调整所述较低磁场强度使得被定位在所述第一子区中的磁性颗粒的磁化不饱和，调整所述较高磁场强度使得被定位在所述第二子区中的所述磁性颗粒的磁化饱和。归因于所述磁性颗粒的磁化特性曲线的非线性，所述磁化以及由此的由所述磁性颗粒生成的磁场示出较高次谐波，例如能够由检测线圈检测到所述较高次谐波。经评估的信号(信号的较高次谐波)包含关于所述磁性颗粒的所述空间分布的信息，所述信息又能够用于对所述磁性颗粒的所述空间分布的可视化(例如，用于医学成像)和/或用于其他应用。
根据本发明的MPI装置基于新的物理原理(即，被称为MPI的原理)，所述新的物理原理不同于其他已知的常规医学成像技术，例如，核磁共振(NMR)。具体地，与NMR相对比，这种新的MPI原理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。具体地，所述MPI技术利用所生成的磁信号的较高次谐波，所述较高次谐波是由在磁化从非饱状态变为饱和状态的区中的磁化特性曲线的非线性造成的。
附图说明
参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是明显的并且得到阐明。在以下附图中：
图1示出了MPI装置的第一实施例，
图2示出了由如图1所示的装置产生的选择场样式的范例，
图3示出了MPI装置的第二实施例，
图4示出了MPI装置的第三实施例和第四实施例，
图5示出了根据本发明的MPI装置的方框图，
图6示出了图示在不应用线性对角线移位的情况下以及在应用了线性对角线移位之后的利萨如迹线的两个视图的示意图，
图7示出了在不具有以及具有用于获得扩展的系统函数的内插/填补的情况下静态系统函数的若干时域表示的示意图，并且
图8示出了来自在慢聚焦场运动的情况下以及在快聚焦场运动的情况下(使用以及不使用本发明)获得的体模的3D体积的正交切片。
具体实施方式
在解释本发明的细节之前，将参考图1至图4详细解释磁性颗粒成像的基础。具体地，将描述用于医学诊断的MPI扫描器的四个实施例。还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点和差异。总体上，本发明能够被使用在MPI装置的所有这些不同的实施例中。
图1中示出的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，这些线圈对被布置为如图1中所图示的。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，并且相交在单个点中，所述单个点指代MPI扫描器10的等中心24。另外，这些轴18、20、22充当被附着到等中心24的3D笛卡尔x-y-z坐标系的轴。纵轴20被指定为y轴，使得x轴和z轴是水平的。以线圈对12、14、16的轴对其命名。例如，y线圈对14由在扫描器的顶部和底部的线圈形成。此外，具有正(负)y坐标的线圈被称为y+线圈(y-线圈)，并且其余的线圈也是类似的。在更方便的情况下，坐标轴和线圈应当被标记为x1、x2和x3，而不是被标记为x、y和z。
扫描器10能够被设定为引导预定的、时间相关的电流在任一方向上通过这些线圈12、14、16中的每个。如果在沿线圈的轴看去时电流围绕线圈顺时针流动，则所述电流被视为正的，否则被视为负的。为了生成静态选择场，使恒定正电流IS流过z+线圈，并且使电流-IS流过z-线圈。然后z线圈对16用作反平行圆形线圈对。
这里应当注意，在该实施例中对轴的布置和基于轴的命名仅是范例，并且在其他实施例中也可能不同。例如，在实际的实施例中，纵轴通常被认为是z轴，而不是如当前实施例中被认为是y轴。然而，这一般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来表示一般为磁梯度场的磁选择场。所述磁选择场在生成选择场的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，并且在该轴22上的等中心24中达到零值。从该无场点(未在图2中独立示出)开始，磁选择场50的场强随着与无场点的距离的增大而在所有三个空间方向上增大。在由围绕等中心24的虚线指代的第一子区带或区域52中，场强小到在该第一子区带52中存在的颗粒的磁化不饱和，而在第二子区带54(区域52的外面)中存在的颗粒的磁化处于饱和状态。在第二子区带54中(即，在扫描器的视场28处于第一子区带52外面的剩余部分中)，选择场的磁场强度足够强以使磁性颗粒维持在饱和状态中。
通过改变两个子区带52、54(包括无场点)在视场28内的位置来改变视场28中的(总体)磁化。通过确定视场28中的磁化或者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。为了改变两个子区带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，磁驱动场，以及如果适用的话，磁聚焦场)叠加到选择场50。
为了生成驱动场，使时间相关的电流ID 1流过两个x线圈12，使时间相关的电流ID 2流过两个y线圈14，并且使时间相关的电流ID 3流过两个z线圈16。因此，三个线圈对中的每个都用作平行圆形线圈对。类似地，为了生成聚焦场，使时间相关的电流IF 1流过两个x线圈12，使电流IF 2通过两个y线圈14，并且使电流IF 3通过两个z线圈16。
应当指出，z线圈对16是特殊的：其不仅生成其对驱动场和聚焦场的份额，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)。流过z±线圈的电流为ID 3+IF 3±IS。流过其余两个线圈对12、14的电流为ID k+IF k，k＝1、2。由于其几何结构和对称性，三个线圈对12、14、16被很好地去耦合。这是想要的结果。
由反平行圆形线圈对生成的选择场关于z轴旋转对称，并且其z分量在z上几乎是线性的并且在围绕等中心24的相当大的体积中独立于x和y。具体地，选择场具有在等中心处的单个无场点(FFP)。相反，对由平行圆形线圈对生成的驱动场和聚焦场的贡献在围绕等中心24的相当大的体积中在空间上几乎是均质的，并且与各自的线圈对的轴平行。由所有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几乎是均质的，并且能够被给予任何方向和强度，直到某个最大强度。驱动场和聚焦场也是相关的。聚焦场与驱动场之间的差异在于，聚焦场随时间缓慢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。对这些场进行不同处置是具有物理学和生物医学原因的。具有大是幅度的快速变化的场是难以生成的，并且对患者来说有潜在危险。
在实际的实施例中，FFP能够被认为是理论点(mathematicalpoint)，在所述理论点处磁场被假设为零。磁场强度随着与FFP的距离的增大而增大，其中，对于不同的方向增长率可能不同(取决于例如设备的具体布局)。只要磁场强度低于使磁性颗粒进入饱和状态所要求的场强，则颗粒就对由设备测得的信号的信号生成做出积极贡献；否则，颗粒饱和并且不生成任何信号。
MPI扫描器的实施例10具有至少一个另外的平行圆形线圈对，优选地是另外三对，也沿着x轴、y轴和z轴定向。这些在图1中未示出的线圈对充当接收线圈。如在用于驱动场和聚焦场的线圈对12、14、16的情况中，由流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是在空间上几乎均质的，并且与各自的线圈对的轴平行。接收线圈被认为被很好地去耦合。通过被附接到接收线圈的接收器来对在该线圈中感应出的时间相关的电压进行放大和采样。更精确地，为了应付该信号的极大的动态范围，接收器对接收到的信号与参考信号之间的差进行采样。接收器的传递函数是非零的，从零赫兹(DC)直到预期信号水平降至噪声水平以下的频率。备选地，MPI扫描器不具有专用接收线圈。而是将驱动场发射线圈用作接收线圈，如在根据本发明的、使用组合的驱动-接收线圈的情况中的那样。
图1中示出的MPI扫描器的实施例10具有沿着z轴22(即，沿着选择场的轴)的圆柱形膛26。所有线圈都被放置在该膛26的外面。为了采集数据，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(即，患者(或目标)的要被成像的体积)被扫描器的视场28(即，扫描器能够对其内容进行成像的扫描器的体积)包围。例如，患者(或目标)被放置在患者台上。视场28是膛26内部的几何结构简单的等中心体积，例如，立方体、球体、圆柱体或任意形状。图1中图示了立方体视场28。
第一子区带52的大小取决于磁选择场的梯度的强度，并且取决于饱和所要求的磁场的场强，而所述场强继而又取决于磁性颗粒。对于典型磁性颗粒在80A/m的磁场强度以及磁选择场的场强的梯度(在给定的空间方向上)总计为50×103A/m2处的足够的饱和，颗粒的磁化不饱和的第一子区带52(在所述给定的空间方向上)具有大约1mm的尺寸。
患者的感兴趣体积被认为含有磁性纳米颗粒。例如，在对肿瘤的诊断成像之前，借助于包括磁性颗粒的液体来将磁性颗粒带到感兴趣体积，所述液体被注射到患者(目标)的身体中或以其他方式(例如，口服)施予给患者。
一般地，存在用于将磁性颗粒带到视场中的各种方式。具体地，在磁性颗粒要被引入到患者体内的情况中，能够使用手术方法和非手术方法来施予磁性颗粒，并且既存在要求专家(如医学从业者)的方法，也存在不要求专家的方法，例如，能够由外行或普通术人员或患者他/她本身执行的方法。在手术方法中，存在潜在无风险和/或安全的例行介入，例如，涉及如将示踪剂注射到血管中(如果这样的注射完全被认为是手术方法的话)的有创步骤，即，不要求相当专业的医学专门技能来执行且不涉及严重健康风险的介入。另外，能够应用如吞服或吸入的非手术方法。
一般地，磁性颗粒是在执行实际的数据采集步骤之前被预递送或预施予的。然而，在实施例中，也能够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衬底，所述衬底被提供具有例如5nm厚并由例如铁镍合金(例如，坡莫合金)构成的软磁层。例如可以借助于保护颗粒不受化学和/或物理侵害性环境(例如，酸)影响的涂层来覆盖所述软磁层。这样的颗粒的磁化饱和所要求的磁选择场50的磁场强度取决于各种参数，例如，颗粒的直径、用于磁性层的所使用的磁性材料以及其他参数。
在这样的磁性颗粒具有例如10μm的直径的情况中，要求大约800A/m的磁场(大约与1mT的通量密度相对应)，而在100μm的直径的情况中，80A/m的磁场是足够的。在选取具有较低饱和磁化的材料的涂覆时或者在降低所述层的厚度时甚至获得更小的值。
实际上，常常使用商业可用的商标名为Resovist的磁性颗粒(或类似的磁性颗粒)，其具有磁性材料的核或被形成为整块球体，并且其直径在例如40或60nm的几纳米范围中。
针对一般可用的磁性颗粒和颗粒成分的进一步的细节，这里参考EP1224542、WO2004/091386、WO2004/091390、WO2004/091394、WO2004/091395、WO2004/091396、WO2004/091397、WO2004/091398、WO2004/091408的对应部分，这里通过引用将其并入本文。在这些文献中还能够找到一般MPI方法的更多细节。
在数据采集期间，x线圈对12、y线圈对14和z线圈对16生成位置相关且时间相关的磁场，即，施加场。这是通过引导适合的电流通过场生成线圈来实现的。实际上，驱动场和聚焦场驱使选择场，使得FFP沿描绘扫描体积的预选择的FFP迹线移动，所述扫描体积是视场的超集。施加场将磁性纳米颗粒在患者中定向。随着施加场改变，结果得到的磁化也改变，尽管其对施加场以非线性方式做出响应。变化的施加场和变化的磁化之和在沿着xk轴的接收线圈对的终端之间感应出时间相关的电压Vk。相关联的接收器将该电压转换成信号Sk，并对其进一步处理。
如图1中示出的第一实施例10的那样，图3中示出的MPI扫描器的第二实施例30具有三个圆形且相互正交的线圈对32、34、36，但是这些线圈对32、34、36只生成选择场和聚焦场。也生成选择场的z线圈36被填充有铁磁性材料37。该实施例30的z轴42被垂直地定向，而x轴38和y轴40被水平地定向。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。驱动场由沿着x轴38的螺线管(未示出)并由沿着其余的两条轴40、42的鞍形线圈对(未示出)生成。这些线圈围绕形成膛的管进行缠绕。驱动场线圈还充当接收线圈。
给出了这样的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在25kHz周围的窄带中(高达大约150kHz)。接收到的信号的有用的频率谱处于50kHz与1MHz之间(最终高达大约15MHz)。所述膛具有120mm的直径。适配到膛46中的最大立方体28的边长为120mm/√2≈84mm。
由于在本领域中场生成线圈的构造一般是已知的，例如是根据磁共振成像的静态B0场而已知的，因此在本文中不需要对该主题加以详述。
在针对生成选择场的备选实施例中，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，形成了与图2中示出的类似的磁场，亦即，与相对的极具有相同的极性时类似的磁场。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示出了MPI装置的一般外侧布局的两个实施例200、300。图4A示出了包括两个选择和聚焦场线圈单元210、220的所提出的MPI装置200的实施例，所述两个选择和聚焦场线圈单元210、220基本相同并且被布置在形成于其间的检查区230的相对侧上。另外，驱动场线圈单元240被布置在围绕患者的感兴趣区(未示出)所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包括用于生成表示以上解释的磁选择场和磁聚焦场的组合磁场的若干选择和聚焦场线圈。具体地，每个选择和聚焦场线圈单元210、220包括优选地为相同的选择和聚焦场线圈的组。以下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若干对驱动场线圈，尤其是用于生成在空间中的三个方向中的每个上的磁场的一对驱动场线圈。在实施例中，驱动场线圈单元240包括针对空间中两个不同方向的两对鞍形线圈和用于生成在患者的纵轴上的磁场的一个螺线管线圈。
选择和聚焦场线圈单元210、220一般被安装到固持单元(未示出)或房间的墙壁上。优选地，在选择和聚焦场线圈单元210、220包括用于承载各自的线圈的极靴的情况中，固持单元不仅对选择和聚焦场线圈单元210、220进行机械固持，而且还为磁通量提供连接两个选择和聚焦场线圈单元210、220的极靴的路径。
如图4a所示，两个选择和聚焦场线圈单元210、220每个包括用于将选择和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的屏蔽层211、221。
在图4B中示出的MPI装置201的实施例中，仅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。一般地，单个选择和聚焦场线圈单元足以生成所要求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集成到患者台(未示出)中，患者被放置在所述患者台上以进行检查。优选地，可以提前已经将驱动场线圈单元240的驱动场线圈例如作为柔性线圈元件布置在患者的身体周围。在另一实施方式中，驱动场线圈单元240能够是开放式的，例如能在轴向上分成如由图4b中示出的分离线243、244所指示的两个子单元241、242，使得患者能够被放置在其间，并且然后能够将驱动场线圈子单元241、242耦合到一起。
在MPI装置的又另外的实施例中，甚至可以提供更多的选择和聚焦场线圈单元，优选地根据围绕检查区230的均匀分布来布置所述更多的选择和聚焦场线圈单元。然而，选择和聚焦场线圈单元用得越多，对用于将患者放置在其中并用于在由医学辅助人员或医生进行的检查期间访问患者本身的检查区的可访问性将受到越多限制。
图5示出了根据本发明的MPI装置100的总体方框图。除非另作说明，否则以上解释的磁性颗粒成像的一般原理对该实施例同样有效并适用。
图5中示出的装置100的实施例包括用于生成期望的磁场的各个线圈。首先，将解释MPI中的线圈及其功能。
为了生成组合的磁选择和聚焦场，提供了选择和聚焦元件110。磁选择和聚焦场具有其磁场强度的空间样式，使得在视场28中形成具有低磁场强度的第一子区带(图2中的52)和具有较高磁场强度的第二子区带(图4中的54)，在所述第一子区带中磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子区带中磁性颗粒的磁化饱和，所述视场28是常规地通过使用磁选择场实现的检查区230的一小部分。另外，通过使用磁选择和聚焦场，能够改变视场28在检查区230内的空间位置，如常规通过使用磁聚焦场所完成的那样。
选择和聚焦元件110包括至少一组选择和聚焦场线圈114以及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112用于生成要被提供到所述至少一组选择和聚焦场线圈114(表示图4A、图4B中示出的选择和聚焦场线圈单元210、220中的一个)的选择和聚焦场电流，以控制所述磁选择和聚焦场的生成。优选地，为至少一组选择和聚焦场线圈114中的每个线圈元件(或每对线圈元件)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)和滤波器单元，它们为各自的线圈元件提供场电流，以独立地设定每个线圈对磁选择和聚焦场的梯度强度和场强的贡献。应当注意，也能够省略滤波器单元。在另一实施例中，将单独的选择元件和聚焦元件(即，选择场发生器单元、聚焦场发生器单元、选择场线圈和聚焦场线圈)提供为单独的元件。
为了生成磁驱动场，装置100还包括驱动元件120，所述驱动元件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、图4B中示出的驱动线圈单元240)，所述驱动元件120用于借助于磁驱动场来改变视场中两个子区带的空间位置和/或大小，使得磁性材料的磁化局部地改变。如以上所提及的，所述驱动场线圈124优选地包括两对相对布置的鞍形线圈125、126以及一个螺线管线圈127。其他实施方式(例如，三对线圈元件)也是可能的。
驱动场信号发生器单元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)的单独的驱动场信号发生子单元。所述驱动场信号发生器单元122优选地包括驱动场电流源(优选地包括电流放大器)和滤波器单元(在本发明中其也可以被省略)，以向各自的驱动场线圈提供时间相关的驱动场电流。
优选地由控制单元150来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150优选地控制选择和聚焦场信号发生器单元112使得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在预定义的水平处。出于该目的，还能够由用户根据MPI装置的期望应用来为控制单元150提供控制指令，然而，根据本发明优选地将其省略。
为了使用MPI装置100来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元件148以及接收由所述接收元件148检测到的信号的信号接收单元140。优选地，实际上提供了三个接收线圈148和三个接收单元140，即，每个接收线圈一个接收单元，但是也能够使用多于三个的接收线圈和接收单元，在这种情况中，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。该滤波的目的是使测得的值与其他干扰信号分开，所述测得的值是由检查区中受两部分区域(52、54)的位置改变影响的磁化引起的。为此，滤波器单元142可以被设计为例如使得时间频率小于接收线圈148操作的时间频率、或小于这些时间频率两倍的信号不经过滤波器单元142。然后将信号经由放大器单元144传输到模拟/数字转换器146(ADC)。
将由模拟/数字转换器146产生的数字化信号馈送到图像处理单元(又称为重建单元)152，所述图像处理单元152根据这些信号以及在各自的信号的接收期间检查区中第一磁场的第一部分区域52所假设的以及图像处理单元152从控制单元150获得的各自的位置来重建磁性颗粒的空间分布。最终经由控制单元150将经重建的磁性颗粒的空间分布传输到计算机154，所述计算机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，例如在用于影响磁性颗粒(例如，用于热疗处置)或者用于移动磁性颗粒(例如，附着到导管以移动导管，或附着到药物以将药物移动到特定位置)的应用中，也可以省略或简单地不使用接收单元。
另外，可以任选地提供输入单元158(例如，键盘)。因此，用户能够设定具有最高分辨率的期望方向，并且继而在监视器156上接收作用区域的各自的图像。如果需要最高分辨率的关键方向偏离了最初由用户设定的方向，则用户仍然能够手动改变方向，从而产生具有提高的成像分辨率的另外的图像。也能够由控制单元150和计算机154来自动操作该分辨率提高处理。在该实施例中控制单元150设定在第一方向上的梯度场，所述梯度场是自动估计的或者由用户设定为起始值。然后逐步改变梯度场的方向，直到由此接收到的、由计算机154进行比较的图像的分辨率最大并且相应地不再提高。因此，能够使最关键的方向相应地自动调整，以便接收尽可能最高的分辨率。
为了进行对远大于由驱动场激励覆盖的体积的成像体积的快速覆盖，能够采取快速聚焦场变型。然而，当在一个编码序列期间结果得到的空间移位大于经重建的空间分辨率时，出现图像伪影。本发明对数据处理侧上的运动进行补偿，并且因此重建没有运动伪影或具有减小的运动伪影的图像。
对于高达几百mm/s的高FOV速度，能够通过将(例如线性的)移位添加到用于图像重建的静态系统函数的时域表示来减小伪影。静态SF典型地是在没有可变聚焦场的情况下采集到的，并且被以频域表示存储在存储单元151中，例如，诸如硬盘或半导体存储器的存储器元件。该“静态”系统函数因此是针对具体的MPI装置而提前获得的，并且被存储以用于稍后的使用。
在所提出的系统和方法的优选实施例中，在对检测信号的实际数据采集期间或之后，经由傅里叶变换将存储的静态系统函数变换到时域中。然后根据由可变聚焦场诱发的FFP移位来对表示在无场点(FFP)沿迹线移动期间的不同时间的顺序的体积进行移位。之后，所获得的扩展的系统函数被变换回频域，在频域中使用所获得的扩展的系统函数来应用标准重建流程。以这种方式，对FOV相对于编码时期的快速移位进行补偿，并且减小或甚至完全避免伪影。
也能够使用允许生成适当的系统函数的任何其他表示(例如，时域相对经傅里叶变换的空间域，其中，经由傅里叶移位定理来执行移位校正；或者时间相对经余弦变换的空间域)。
磁聚焦场一般对于对应的发生器单元和/或控制单元是已知的，使得处理单元152能够确定由施加磁聚焦场而引起的FFP的移动，并且因此能够计算用于获得扩展的系统函数所必须的静态系统函数的移位。然而，为了也对涡流进行补偿，在其他实施例中提供测量单元160以测量磁聚焦场，其中，所述处理元件152被配置为使用测得的磁聚焦场来使所述静态系统函数的时域表示以与由测得的磁聚焦场引起的视场位置变化成比例的方式移位。所述测量单元优选地包括霍尔传感器。
图6示出了图示在不应用线性对角线移位的情况下以及在应用了线性对角线移位之后的利萨如迹线的两个视图的示意图。图6具体示出了当一个3D利萨如循环的路线与具有恒定速度的快速平移运动叠加时，FFP路径如何变化。图6A示出了原始利萨如迹线的顶视图，并且图6B示出了原始利萨如迹线的倾斜视图。图6C示出了在应用线性对角线移位之后的利萨如迹线的顶视图并且图6D示出了其倾斜视图，这示出了利萨如迹线在较大体积上是分散的。为了进行重建，使静态系统函数的静态时域表示的个体体积相应地移位。图7对此进行了描绘。
图7示出了在不具有以及具有用于获得扩展的系统函数的内插/填补的情况下的静态系统函数的若干时域表示的示意图。具体地，图7A、图7B、图7C示出了测得的静态系统函数的不同时间帧，并且图7D、图7E、图7F示出了所生成的扩展的系统函数的不同时间帧，所述扩展的系统函数是通过将被应用到利萨如迹线的线性对角线移位应用到静态系统函数的各自的时间帧而获得的。如能够看出的，由扩展的系统函数覆盖的体积较大，并且静态系统函数的各自的时间帧在所述较大体积内的位置随时间帧而变化。该较大体积优选地是通过在运动方向上进行填补和/或内插而获得的。优选地，静态系统函数的各自的时间帧被复制成较大体积在正确的空间位置处的时间帧，并且剩余的体积被填充为零(或被填充有外插的体素)。在该范例中，经填补的体素被填充为零。然而，为了减小伪影，剩余的体素被填充有根据邻近的测量值而外插的值(例如，利用朝向体积的边缘的平滑衰减)。
以上描述的采集静态系统函数的实施例提供的优点在于，这允许灵活地处理不同的移位方向和速度，其中，根据响应于对聚焦场的施加而实际应用的视场的移动而稍后(在行进中)对所述静态系统函数进行修改。
一般地，如果场演化是已知的，则不仅能够对线性移位进行补偿，而且能够对加速运动和/或曲线运动进行补偿。为了使空间相关的场失真最小化，应当接近采集目标数据(即，检测数据)的位置来测量静态系统函数。
在图6C和图6D中能够看出扩展的FOV不再被均质地覆盖。为了使目标在一个利萨如循环期间被FFP路径完全覆盖，在另外的实施例中提出使经重建迹线的起点和终点移位。例如，如果目标由循环的后半部和下一循环的前半部覆盖，则对利萨如循环的一半的时移将目标放置在经重建体积的中心。例如，如果使空间移位在若干利萨如循环上延伸，则优选地可以不重建从t＝0到t＝TR(TR是循环的持续时间)的一个迹线，而是重建例如从t＝TR/2到t＝3*TR/2的较后面的部分，这是因为在该较后面的时间部分期间可以更好地对目标进行采样(即，空间覆盖)。还能够重建从t＝a*TR到t＝b*TR(其中，a<b)的任意时间部分。
因此，能够重建不同的时间移位以找到最优结果。另外，将经移位的(扩展的)系统函数与各自的目标时间信号进行连结能够是有用的，其目的在于在单个步骤中重建较大的体积。因此根据对检测信号的采集的顺序来按顺序布置经移位的(扩展的)系统函数的时间表示。能够以这种方式形成任意长的扩展的系统函数。
如果所应用的移位非常快，则可能在由FFP覆盖的路径之间出现大的间隙。这能够使局部空间分辨率退化。因此，在另一实施例中，应用算法来确定针对给定的聚焦场移位的最大间隙的大小和位置。能够向用户指示该信息，作为应当选取更慢的或其他的聚焦场变型的警告(例如，在太大的间隙或错位的间隙的情况下)。更一般地，能够与图像一起显示表示迹线密度的一些量度的图，以指示局部图像质量。
如果经移位校正的(扩展的)系统函数扩展到远远超过其被测量的位置，则在实施例中考虑偏离中心的场失真(与恒定选择场梯度的偏差、聚焦场和驱动场中的非均质性)。根据另一实施例，使用仿真的或根据实验确定的场图，对经重建图像应用适当的失真校正。此外，能够对源于涡流动态场失真进行测量或建模，并且然后将所述动态场失真应用于对时间相关的图像失真的校正。
由于绝对FFP速度因将动态聚焦场添加到驱动场而稍微改变，因此空间信号响应样式不但移位而且还在幅度上稍微改动。根据优选实施例，为了对此进行补偿，引入了基于绝对FFP速度(聚焦+驱动场作用)的幅度校正。信号强度基本与FFP的速度成比例。在这种情况中，可以根据仿真结果或测量结果来检索两种状况(动态的与静态的)之间的信号差异。
在又一实施例中，不仅提前获得并存储了单个静态系统函数，而且已经利用额外的平移运动获得了针对视场的不同位置的若干静态系统函数和/或若干扩展的系统函数，即，在施加不同的磁聚焦场时提前获得多个扩展的系统函数(优选地，针对磁驱动场和磁聚焦场的典型组合来获得扩展的系统函数)。换言之，作为一个选项，通过使静态系统函数的时域表示以与由不同磁聚焦场的施加引起的视场位置的不同变化成比例的方式进行移位来生成多个扩展的系统函数，或者在由不同磁聚焦场的施加引起视场位置的不同变化时获得多个扩展的系统函数。
在这种情况中，对磁聚焦场的知识可以用于选择或构建最优的扩展的系统函数。在另一实施例中，测量单元160(例如，霍尔传感器)可以被提供用于测量磁聚焦场，其中，所述处理元件152被配置为根据所存储的多个扩展的系统函数使用测得的磁聚焦场来选择或构建扩展的系统函数。
因此，在实施例中，可以根据先前采集到的静态系统函数和/或扩展的系统函数的目录来构建(或组建)最适合的扩展的系统函数。例如，针对迹线的每个时间部分，能够搜索针对相当的时间部分具有相似的进度的系统函数，能够在扩展的系统函数中使用所述部分。时间部分的长度应当在磁弛豫时间的范围中。然后将所述部分相继地布置(可能具有交叉混合(cross-fading))以形成最终期望的扩展的系统函数。
时域系统函数能够被视为针对各种不同的无场点运动方向而出现的点扩散函数(PSF)的目录。理想地，根据该目录，能够收集根据任意迹线来重建数据所必须的所有PSF并将其组合成适当的系统函数。为了对FFP的不同空间位置进行补偿，PSF必须被相应地移位。而且，由于PSF幅度取决于FFP速度，因此所述目录应当包含针对不同速度的PSF，或者应当引入针对不同速度的幅度校正。此外，针对非Langevin颗粒，FFP运动历史在时间的特定点处影响PSF。因此，应当已知在特定时间段(典型地通过磁弛豫时间来定义)上的先前的历史，以对其影响进行补偿。
对该目录方法的简单的实施方式是测量针对与用于目标测量的迹线紧密类似的迹线的目录(即，系统函数)。例如，在没有聚焦场的情况下获得的一个或多个静态系统函数能够被用作用于生成用于对在具有聚焦场变型的情况下采集到的数据进行重建的扩展的系统函数。在该简单的实施方式中，以时域相对空间域的形式来表示目录。然而，能够使用允许生成适当的系统函数的任何其他表示(例如，时域相对经傅里叶变换的空间域，其中，经由傅里叶移位定理来执行移位校正；或者时间相对经余弦变换的空间域)。
使用实验性的临床前演示器系统来执行测量。对于x、y和z通道，以16mT的幅度并以24.5、26.0和25.3kHz的频率来分别施加三个正交的驱动场。永磁体生成dBx/dx＝dBy/dy＝1.25T/m并且dBz/dz＝2.50T/m的选择场梯度，使得驱动场编码25.6×25.6×12.8mm3的FOV。为了进行成像，利用1:10稀释(对应于50mmol(Fe)/l的浓度)的Resovist来填充包括5个平行管的体模。以46.4Hz的速率来采集体积。为了进行图像重建，在校准扫描中确定系统函数，其中，将纯Resovist的小圆柱形样本(l＝2mm、Φ＝1mm)的响应记录在具有1.2×1.2×1.0mm3的间隔的30×30×20的尺寸的矩形网格上。在成像期间，以与大约33、66、132、264、528、1056、2112和4224mm/s的FOV移位速度相对应的速率来分别扫掠聚焦场。聚焦场在x和y通道上同时变化，结果得到在静态体模上对FOV的对角线扫掠。
图8示出了在体模上扫掠期间来自一个体积的正交切片。对于图8A，每个编码时间的移位(针对33mm/s的速度为0.7mm)保持在分辨率以下，而对于图8B，其大约为分辨率以上20倍(针对1056mm/s的速度为22.7mm)，导致大量的图像伪影。图8C示出了使用系统函数的重建，已经通过使时域信号响应以与在一个编码时期期间的FOV移位成比例的方式进行空间移位来对所述系统函数进行了调整。通过这种措施，几乎完全移除了伪影。
总而言之，当在成像期间对FOV进行移位时，在每个体积编码时间的移位大于分辨率的情况下出现伪影。直到大约1m/s的移位速度，能够通过针对快速平移对系统函数进行补偿来移除这些伪影。快速连续的FOV移位可以用于将单个成像体积快速转向到感兴趣区域，或者用于通过将FOV重复扫掠通过感兴趣体积来实现大的空间覆盖。
所提出的发明允许在成像体积的焦点在空间中快速移动时进行成像。这允许例如采用例如具有恒定变化率(恒定FOV移位速度)或正弦场变型的可变场的聚焦场序列以期在短时间量中覆盖大体积的实施方式。另外，能够在多站成像(例如，在J.Rahmer等人的“ResultsonRapid3DMagneticParticleImagingwithaLargeFieldofView”(Proc.ISMRM，第19卷，第629期，2011年)中描述的)中使用所述方法，以生成来自时间间隔的图像，在所述时间间隔期间焦点在所述站之间移动，并且至今必须抛弃所述时间间隔。因此，所有采集到的信息都能够用于对SNR和时间分辨率进行优化。
对于移位调整系统函数的方法适用于FOV与目标之间的相对运动的一般情况，即，如果FOV是静态的而目标快速移动，则能够应用相同的校正。
以上解释的各种想法每个都能够独立地用于单个驱动场线圈或所有驱动场线圈，但优选为一起使用在根据本发明的MPI装置的优选实施例中。
以上对利萨如迹线的引用仅应当被理解为范例。在使用其他迹线时也可以应用本发明。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
计算机程序可以被存储/分布在合适的非瞬态介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (17)

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：
-选择元件，其包括选择场信号发生器单元(110)和选择场元件(116)，所述选择元件用于生成磁选择场(50)，所述磁选择场具有其磁场强度的空间样式，使得在所述视场(28)中形成具有低磁场强度的第一子区带(52)和具有较高磁场强度的第二子区带(54)，在所述第一子区带中所述磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子区带中所述磁性颗粒的磁化饱和，
-驱动元件(120)，其包括驱动场信号发生器单元(122)和驱动场线圈(124；125、126、127)，所述驱动元件用于借助于磁驱动场来改变两个子区带(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，
-聚焦元件，其包括聚焦场信号发生器单元(110)和聚焦场元件(116)，所述聚焦元件用于借助于磁聚焦场来改变所述视场(28)的空间位置，
-接收元件(148)，其用于采集检测信号，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区带(52)和所述第二子区带(54)的所述空间位置的变化影响，
-存储元件(151)，其用于存储在没有磁聚焦场的情况下获得的所述装置的静态系统函数，
-处理元件(152)，其用于通过使所述静态系统函数的时域表示以与由所述磁聚焦场的施加引起的所述视场的位置的变化成比例的方式进行移位来生成扩展的系统函数，并且所述处理单元用于根据所述检测信号和所述扩展的系统函数来重建所述视场中所述磁性颗粒的空间分布。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述存储元件(151)被配置为存储所述静态系统函数的频域表示，并且其中，所述处理元件(152)被配置为将所述静态系统函数的所述频域表示转换成在使所述静态系统函数的所述时域表示进行移位之前的时域表示，以生成所述扩展的系统函数并将所述扩展的系统函数转换成用于重建所述磁性颗粒的所述空间分布的频域表示。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括用于测量所述磁聚焦场的测量元件(160)，其中，所述处理元件(152)被配置为使用测得的磁聚焦场来使所述静态系统函数的所述时域表示以与由测得的磁聚焦场引起的所述视场的位置的变化成比例的方式进行移位。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理元件(152)被配置为通过在所述磁聚焦场的运动方向上进行填补来生成所述扩展的系统函数，其中，经填补的体素被填充为零或被填充有邻近体素的值的外插值。
5.一种用于影响和/或检测视场(28)中的磁性颗粒的装置(100)，所述装置包括：
-选择元件，其包括选择场信号发生器单元(110)和选择场元件(116)，所述选择元件用于生成磁选择场(50)，所述磁选择场具有其磁场强度的空间样式，使得在所述视场(28)中形成具有低磁场强度的第一子区带(52)和具有较高磁场强度的第二子区带(54)，在所述第一子区带中所述磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子区带中所述磁性颗粒的磁化饱和，
-驱动元件(120)，其包括驱动场信号发生器单元(122)和驱动场线圈(124；125、126、127)，所述驱动元件用于借助于磁驱动场来改变两个子区带(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，
-聚焦元件，其包括聚焦场信号发生器单元(110；130)和聚焦场元件(116；136)，所述聚焦元件用于借助于磁聚焦场来改变所述视场(28)的空间位置，
-接收元件(148)，其用于采集检测信号，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区带(52)和所述第二子区带(54)的所述空间位置的变化影响，
-存储元件(151)，其用于存储所述装置的多个静态系统函数和/或扩展的系统函数，其中，所述静态系统函数是在没有磁聚焦场的情况下在所述视场的不同位置处已经获得的，并且所述扩展的系统函数是通过使静态系统函数的时域表示以与由不同磁聚焦场的施加引起的所述视场的位置的不同变化成比例的方式进行移位而已经生成的，或者所述扩展的系统函数是在由不同磁聚焦场的施加引起所述视场的所述位置的不同变化时已经获得的，
-处理元件(152)，其用于根据所述检测信号和扩展的系统函数来重建所述视场中所述磁性颗粒的空间分布，所述扩展的系统函数是基于应用于改变所述视场(28)的所述空间位置的所述磁聚焦场，根据所存储的多个静态系统函数和/或扩展的系统函数来选择或构建的。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，扩展的系统函数是通过使在没有磁聚焦场的情况下获得的所述装置的静态系统函数的时域表示以与由所述磁聚焦场的施加引起的所述视场的所述位置的变化成比例的方式进行移位来生成的。
7.根据权利要求5所述的装置，还包括用于测量所述磁聚焦场的测量元件(160)，其中，所述处理元件(152)被配置为使用测得的磁聚焦场以根据所存储的多个静态系统函数和/或扩展的系统函数来选择或构建扩展的系统函数。
8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述存储元件(151)被配置为存储多个扩展的系统函数，所述多个扩展的系统函数是针对所述第一子区带的不同移动速度、所述第一子区带的不同移动方向和/或所述第一子区带沿着其移动的不同迹线已经获得的。
9.根据权利要求3或7所述的装置，其中，所述测量元件(160)包括霍尔传感器。
10.根据权利要求1或5所述的装置，其中，通过使所述静态系统函数的时域表示进行移位而得到补偿的、由所述磁聚焦场的施加引起的所述视场的所述位置的所述变化包括以下中的一个或多个：线性移位运动、加速运动、减速运动以及曲线运动。
11.根据权利要求1或5所述的装置，其中，所述处理元件(152)被配置为使经重建迹线的起点和/或终点进行移位，其中，能够重建不同的时间移位，并且所述处理元件被配置为将经移位的扩展的系统函数进行连结。
12.根据权利要求1或5所述的装置，其中，所述处理元件(152)被配置为确定由所述第一子区带(52)覆盖的所述迹线的路径之间的最大间隙的大小和位置。
13.根据权利要求1或5所述的装置，其中，所述处理元件(152)被配置为对所述磁性颗粒的经重建的空间分布应用失真校正。
14.根据权利要求1或5所述的装置，其中，所述处理元件(152)被配置为基于在施加所述磁聚焦场期间所述第一子区带(52)的所述移动的速度来应用对所述扩展的系统函数的幅度的幅度校正。
15.一种用于影响和/或检测视场(28)中的磁性颗粒的方法，所述方法包括：
-生成具有其磁场强度的空间样式的磁选择场(50)，使得在所述视场(28)中形成具有低磁场强度的第一子区带(52)和具有较高磁场强度的第二子区带(54)，在所述第一子区带中所述磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子区带中所述磁性颗粒的磁化饱和，
-借助于磁驱动场来改变两个子区带(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，
-借助于磁聚焦场来改变所述视场(28)的空间位置，
-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区带(52)和所述第二子区带(54)的所述空间位置的变化影响，
-存储在没有磁聚焦场的情况下获得的装置的静态系统函数，
-通过使所述静态系统函数的时域表示以与由所述磁聚焦场的施加引起的所述视场的位置的变化成比例的方式进行移位来生成扩展的系统函数，并且根据所述检测信号和所述扩展的系统函数来重建所述视场中所述磁性颗粒的空间分布。
16.一种用于影响和/或检测视场(28)中的磁性颗粒的方法，所述方法包括：
-生成具有其磁场强度的空间样式的磁选择场(50)，使得在所述视场(28)中形成具有低磁场强度的第一子区带(52)和具有较高磁场强度的第二子区带(54)，在所述第一子区带中所述磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子区带中所述磁性颗粒的磁化饱和，
-借助于磁驱动场来改变两个子区带(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，
-借助于磁聚焦场来改变所述视场(28)的空间位置，
-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区带(52)和所述第二子区带(54)的所述空间位置的变化影响，
-存储装置的多个静态系统函数和/或扩展的系统函数，其中，所述静态系统函数是在没有磁聚焦场的情况下在所述视场的不同位置处已经获得的，并且所述扩展的系统函数是通过使静态系统函数的时域表示以与由不同磁聚焦场的施加引起的所述视场的位置的不同变化成比例的方式进行移位而已经生成的，或者所述扩展的系统函数是在由不同磁聚焦场的施加引起所述视场的位置的不同变化时已经获得的，
-根据所述检测信号和扩展的系统函数来重建所述视场中所述磁性颗粒的空间分布，所述扩展的系统函数是基于应用于改变所述视场(28)的所述空间位置的所述磁聚焦场，根据所存储的多个静态系统函数和/或扩展的系统函数来选择或构建的。
17.一种包括程序代码单元的计算机程序，所述程序代码单元用于当在计算机上执行所述计算机程序时令所述计算机控制根据权利要求1或5所述的装置执行根据权利要求15或16所述的方法的步骤。
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