CN109937005A - 使用便携式磁体的磁性粒子成像 - Google Patents

Abstract

一种磁性粒子成像(MPI)系统包括生成无场线的机械可旋转磁体，其中，系统能够以多个旋转角度获取多个投影，并且其中，投影获取包括以多个角度将无场线定位在多个位置处。

Description

使用便携式磁体的磁性粒子成像

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年7月12日提交且标题为“MAGNETIC PARTICLE IMAGING”的美国临时专利申请No.62/361475和2016年7月12日提交且标题为“MAGNETIC PARTICLEIMAGING”的美国临时专利申请No.62/361463的优先权，在此以引证的方式将上述申请的内容全文并入。

背景技术

磁性粒子成像(MPI)是一种允许检测特定纳米颗粒的技术，并且例如可以用于诊断成像应用中。成像可以借助被设计为创建无场区域(FFR)的磁体来促进。无场区域的示例包括无场点(FFP)和无场线(FFL)。

发明内容

公开了一种磁性粒子成像(MPI)系统。一些实施方案可以包括机械可旋转磁体，该机械可旋转磁体被配置为生成包括无场线的磁场。其他实施方案可以包括激励源和RF检测器。MPI系统的实施方案可以包括控制系统，该控制系统被配置为以多个角度获取投影。获取投影可以包括旋转机械可旋转磁体，以便以角度定向无场线。可以以若干位置和角度定位无场线。可以控制激励源和RF检测器从在所述位置处的无场线内的样本中的磁性粒子获取信号。图像重构系统可以被配置为至少基于投影生成图像。

在一些变体中，将无场线定位在所述位置处可以在机械可旋转磁体以一角度固定的情况下发生。图像重构系统还可以被配置为从以固定角度获取的投影创建图像。图像重构系统还可以被配置为生成三维图像。

在其他变体中，将无场线定位在所述位置处可以在机械可旋转磁体旋转的同时发生。机械可旋转磁体可以包括在投影的获取期间反转旋转方向。

在一些变体中，控制系统还可以被配置为在获取期间使样本移动穿过机械可旋转磁体的孔，或配置为使样本移动穿过机械可旋转磁体的孔，以其他角度获取另外的投影，并且图像重构系统可以被配置为生成三维图像。

在其他变体中，控制系统还可以被配置为使无场线沿着机械可旋转磁体的旋转轴线电子地移动，并以另外的多个角度获取另外的投影，或者可以被配置为生成三维图像。将无场线定位在所述位置处可以至少通过机械可旋转磁体生成修正的磁场来完成。

在仍然其他的实施方案中，将无场线定位在位置中可以包括用移位磁体和激励磁体改变无场线仅在X方向上的位置。

在一些变体中，将无场线定位在所述位置中包括用至少一个磁体和至少一个激励磁体改变无场线在X方向和Z方向这两者上的位置。

在其他变体中，MPI系统可以包括被配置为改变磁场的垫片磁体，其中，磁场的改变可以引起无场线的变宽。

当前主题的实施方案可以包括但不限于与这里提供的描述一致的方法以及物品，这些物品包括有形具体实施的机器可读介质，该介质可操作为使得一个或多个机器(例如，计算机等)引起实施所述特征中的一个或多个的操作。类似地，还预期计算机系统，这些计算机系统可以包括一个或多个处理器以及耦合到一个或多个处理器的一个或多个存储器。可以包括计算机可读存储介质的存储器可以包括、编码、存储等一个或多个程序，该一个或多个程序使得一个或多个处理器执行这里描述的操作中的一个或多个。与当前主题的一个或多个实施方案一致的计算机实施的方法可以由存在于单个计算系统或跨多个计算系统存在的一个或多个数据处理器来实施。这种多个计算系统可以连接，并且可以经由一个或多个连接(包括但不限于通过网络(例如，互联网、无线广域网、局域网、广域网、有线网络等)进行的连接、经由多个计算系统中的一个或多个之间的直接连接等)交换数据和/或命令或其他指令。

附图和以下描述中阐述了这里描述的主题的一个或多个变体的细节。这里描述的主题的其他特征和优点将从描述和附图且从权利要求明显。虽然为了例示性目的关于特定实施方案描述了当前公开主题的特定特征，但应容易地理解，这种特征不旨在限制。本公开之后的权利要求旨在限定所保护主题的范围。

附图说明

被包含在本说明书中且构成本说明书一部分的附图示出了本文公开的主题的某些方面，并且连同描述一起帮助说明与所公开实施方案关联的一些原理。在附图中：

图1是例示了根据本公开的特定方面的四极磁场、FFP以及FFL的图。

图2是例示了根据本公开的某些方面的、用于移动FFL的示例性脉冲序列的图。

图3是例示了根据本公开的某些方面的、FFL在成像期间沿着轨迹的移动的图。

图4是例示了根据本公开的某些方面的、用二维的FFL移动扫描样本以生成图像的图。

图5是例示了根据本公开的某些方面的简化MPI系统的图。

图6是例示了根据本公开的某些方面的MPI系统的示例的图。

图7是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统的直接驱动的小齿轮和齿轮的图。

图8是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统的端部轴承支架的示例的图。

图9是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统的中心轴承支架的示例的图。

图10是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统的三轴承支架的示例的侧面立视图。

图11是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统的三轴承支架的示例的正面立视图。

图12是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统的两个开孔轴承组件的示例的图。

图13是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统的多个小轴承组件的示例的图。

图14是例示了根据本公开的某些方面的、用于垂直孔MPI系统的单轴承组件的示例的图。

图15是例示了根据本公开的某些方面的机械挡块的示例的图。

图16是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统中的受限旋转的电缆轨道的示例的图。

图17是例示了根据本公开的某些方面的射频(RF)屏蔽件的示例的图。

图18是例示了根据本公开的某些方面的MPI系统中的步进扫描成像的示例的图。

图19是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统中的步进扫描成像的脉冲序列的示例的图。

图20是例示了根据本公开的某些方面的MPI系统中的连续旋转成像的示例的图。

图21是例示了根据本公开的某些方面的、用于连续旋转成像的脉冲序列的示例的图。

图22是例示了根据本公开的某些方面的MPI系统中的前后成像的示例的图。

图23是例示了根据本公开的某些方面的MPI系统中的螺旋成像的示例的图。

图24是例示了根据本公开的某些方面的、通过移动MPI系统中的FFL螺旋成像的示例的图。

具体实施方式

MPI系统可以用于对可能存在于对象(例如，人或动物的解剖结构)中的示踪粒子成像。MPI系统可以通过使得示踪粒子响应于局部变化磁场发出电磁辐射来对它们成像。磁场的变化可以由外部施加磁场的变化、示踪粒子的移动或这两者的组合产生。

在许多实施方案中，MPI系统将产生包括无场区域或磁性零位的磁场。存在于对象中的示踪粒子可以随着它们穿过这种区域和磁场从被定向在一个方向上变为定向在另一个方向上而改变它们磁矩的方位。备选地，示踪粒子可以被使得由单独电磁脉冲改变它们处于无场区域中时的方位。

MPI系统通常包括检测器，该检测器被配置为检测来自示踪粒子的电磁辐射，或者检测由示踪粒子响应磁场的变化或移动穿过磁场造成的磁通量的变化。该电磁信号可以用于生成位于成像容积内的示踪粒子的图像。

磁性粒子成像的一些实施方案可以包括移动要成像的对象、移动无场区域的位置或这两者的组合。

在主体中成像的示踪粒子的分布可以与对象的特定解剖结构特征或物理结构(例如，在腔或血管中累积的粒子)有关，或者与示踪粒子附着到的对象中的元素(例如，具有与示踪粒子优先结合的倾向的特定分子、细胞或组织类型或示踪粒子已经附着到或包含在其内的分子)的分布有关。这样，所确定的示踪粒子的位置可以用于对对象内部的特征成像。

图1是例示了根据本公开的某些方面的四极磁场、FFP 130以及FFL 140的图。MPI系统可以产生包含磁性零位、零点或无场区域120的四极磁场(图1的上部)。在图1的简化示例中，电流沿相反方向行进的两个线圈正在生成四极磁场。四极磁场的四个“极”110由短箭头示出。极110被设置为等效于图1所示的两个相对线圈的磁性构造的示例。极110在两个线圈中的电流相等且相反的情况下位于线圈之间。

在一些实施方案中，无场区域120可以为FFP 130(如由图1的左下半部中的简化插图示出的)。在其他实施方案中，无场区域可以采取无场线140的形式(如由图1的右下半部中的简化插图示出的)。为了与稍后的图一致，图1中的图的Y轴被标记为垂直的，这示出了无场线140的通常垂直方位。在MPI系统被配置为生成无场线140时，从线接收MPI信号，而不是从点接收MPI信号。由此，FFL构造可以使用基于投影的成像和重构技术。

无场线140是具有长度和厚度的大体细长区域，在该处磁场显著低于由MPI系统生成的磁场中的其他位置处的磁场。如这里使用的，“无场线”被理解为考虑以下事实：线无法为完美笔直的，也不完全不存在磁场，但这通常是FFL的目标。

无场线140在一些实施方案中可以仅在MPI系统的成像容积内是大体细长或“线性的”。使FFL在成像容积外部维持线性不是那么重要的，由此，无场线140可以偏离为远离其中心、接近成像容积的中心的不同形状。类似地，如这里使用的，“无场点”指低磁场的近似球形区域。

图2是例示了根据本公开的某些方面的、用于移动FFL 140的示例性脉冲序列的图。为了生成图像，可以移动FFL 140来扫描成像容积中的不同位置(例如，样本周围)。为了移动FFL 140，MPI系统可以实施脉冲序列。脉冲序列是由MPI扫描硬件执行的动作的集合。脉冲序列可以被设计为例如借助FFL 140的移动、样本410的移动、MPI系统的移动或上述移动的任意组合对期望视场(FOV)成像。

图2例示的示例脉冲序列包括指定磁场梯度(图2的顶部面板中示出)、FFL 140覆盖视场的电子移动(图2中间的两个面板示出)、以及由激励磁体或线圈从样本诱导信号进行的FFL 140的快速电子移动(图2的底部面板中示出)。

在其他实施方案中，脉冲序列还可以包括控制样本的机械移动、MPI系统的移动或旋转、设置激励场向量(由激励磁体或线圈生成的磁场的强度和方向)、指定角度的数量和值、或其任意组合。

这些动作可以借助MPI磁体中的电流的计算机控制改变、驱动场磁体中的变化电流、以及使用马达的MPI系统的机械移动来实施。在脉冲序列期间，数据获取可以发生在驱动场的施加期间。图像重构然后可以基于具有产生图像的所接收信号的脉冲序列(即，所施加电流和机械位置)的细节。

图3是例示了根据本公开的某些方面的、FFL 140在成像期间沿着轨迹320的移动的图。FFL 140的位置310可以由MPI系统中的磁体的组合通过生成相对于图1所例示的四极场的修正磁场来改变。这些磁体例如可以包括：主磁体或“X磁体”，这些磁体被构造为生成FFL 140并控制FFL 140的X位置310；移位磁体或“Z磁体”，这些磁体被构造为修正或控制FFL 140周围的梯度，而且使FFL 140的Z位置310移位。图3中由之字形路径例示FFL 140的位置310的缓慢变化的示例。这里，FFL 140在大体沿Z方向移动的同时沿X方向前后移动。

而且，MPI系统可以包括激励磁体，这些激励磁体被构造为生成例如FFL 140的X或Z位置的快速变化，并且激励粒子示踪物生成信号。图3所示的示例示出了激励磁体(被驱动为使FFL 140沿Z方向在短距离内快速移动)引起借助X和Z磁体创建的缓慢路径周围的扫描成像区域的密集采样。

取决于用于改变FFL 140的位置310的磁体的选择，可以获取成像容积的“切片”的图像，或者可以获取成像容积的“厚片”。如这里使用的，“切片”通常是具有显著小于“厚片”的厚度的二维成像区域。例如，定位FFL 140可以包括用移位磁体和激励磁体仅沿一个方向(例如，X方向)改变FFL 140的位置310。在该示例中，因为在正交方向(例如，Z方向)上没有变化，所以FFL 140扫除薄切片。

厚片可以在定位FFL 140包括沿与FFL 140的轴线正交的两个方向上改变无场线的位置(例如，在X方向和Z方向这两者上改变)时成像。如图4所示，FFL 140的位置310可以用例如X磁体和Z磁体缓慢改变。另外，激励磁体(这些磁体使FFL 140的位置310沿X或Z方向快速移动)还可以向用FFL 140成像的容积增加某一标称厚度。

FFL 140轨迹320的细节可以取决于激励磁场向量变化。例如，沿Z的激励场在沿X方向快速移位时可以覆盖视场。同样，X方向上的激励场在沿Z方向快速移位时可以覆盖视场。在一些实施方案中，激励场可以沿X方向和Z方向这两者产生。

图4是例示了根据本公开的某些方面的、用FFL 140二维地扫描样本410以生成图像420的图。如这里使用的“投影”指从由FFL 140中的示踪粒子发出的电磁辐射检测的信号，“投影”可以用于重构样本410中的示踪粒子分布的图像420。在FFL 140的各位置310处，基于来自FFL 140中的示踪粒子的信号生成投影。

如在图4的顶部中示出的，在一些实施方案中，可以沿着一个轴线(例如，X轴)快速和沿着第二轴线(例如，Z轴)缓慢跨样本410移动FFL 140。在其他实施方案中，诸如螺旋(例如，其中，FFL 140在X-Z平面中以螺旋图案移动)和笛卡尔(Cartesian)网格(例如，其中，FFL 140仅沿着X移动，然后沿着Z移动短距离，然后沿相反方向沿着X返回等等，直到形成网格状图案为止)的扫描轨迹是可以的。凭借足够数量的投影，例如可以由X空间重构、层析成像方法等重构图像420(如图所示为2D，或者在其他实施方案中为3D)。

投影的数量可以取决于期望的欠采样或过采样水平、磁场梯度的强度以及所用的示踪粒子而在从用于稀疏数据集的少数几个到50甚至500+的范围内。在其他实施方案中，投影还可以使用样本410的机械移动来获取。

图5是例示了根据本公开的某些方面的简化MPI系统的图。

如图5所示，MPI系统500可以包括两个磁体510、520。例如，在磁体510、520具有相反电流时，它们可以生成与图1中的示例类似地包括FFL 140的四极磁场。FFL 140可以具有FFL轴线540，该FFL轴线沿着FFL 140的长度延伸，并且穿过FFL 140的FFL中心550。在图5所示的示例性设计中，磁体包括第一磁体510和第二磁体520。然而，本公开预期必备磁场和无场线可以由任意数量和任意类型的磁体来生成。例如，磁体可以包含多个磁体(2、3、4等)，并且这种磁体例如可以是永久磁体、载流线圈或电磁体、具有通量回路的电磁体或者这些磁体的任意组合。磁体实际上可以仅为单个磁体，到这能够生成无场线的程度(例如，海尔贝克(Halbach)圆柱体)。这里包括两个主磁体的示例性磁体设计的讨论不旨在限制。

MPI系统500的一些实施方案可以包括两个或更多个高功率水冷电磁体、以及两个垫片磁体(shim magnet)(但可以使用少于或多于两个垫片磁体)。垫片磁体可以改变磁场，例如以引起FFL 140的缩短。

在其他实施方案中，磁体510、520可以为细长的。如这里使用的，术语“细长”指磁体在一个维数上长于另一个维数上的几何结构(即，不是圆形线圈)。这种细长构造的长度可以部分确定FFL 140的长度。

MPI系统如这里描述的可以包括激励源、RF检测器以及控制系统，该控制系统被构造为根据这里描述的方法中的任意一个获取投影。激励源可以包括向FFL 140供给RF的任意类型的RF生成器，例如，一个或多个线圈或发送线圈、天线、波导等。控制系统可以包括被构造为控制磁体、用于机械可旋转磁体610的旋转驱动器、RF接收器或接收线圈、等的操作的硬件和软件的任意组合。控制系统的部件中的任意一个可以被构造为一起工作来启用这里描述的方法、机械操作以及软件操作。控制系统如这里描述还可以执行脉冲序列。

图5还示出了与第一和第二磁体510和520集成的通量回路530。如这里使用的，“通量回路”指以这里描述的方式成形磁通量的材料组成的任意结构。通量回路530例如可以包含诸如铁的铁磁材料或与其他材料相比具有低磁阻的任意其他材料(诸如空气)，以更高效地输送、引导、成形或集中磁通量。通量回路530例如可以分成两半或者为可以堆叠或以其他方式组装以形成通量回路530的若干层叠片。

图5中的简化图还示出了在磁体周围的通量回路530中的正方形缝隙。该缝隙可以与成像区域(或孔)对齐，以允许穿过通量回路530进入无场区域。

图6是例示了根据本公开的某些方面的MPI系统600的图。

旋转MPI系统600包括机械可旋转磁体610，该机械可旋转磁体可以生成包括用于成像样本410的FFL 140的磁场。然而，凭借机械可旋转磁体610，可以借助机械旋转以不同角度获取投影。

与静止MPI系统类似，图像重构系统可以被构造为生成二维图像或三维图像。图像重构系统可以基于以不同角度获取的投影生成在所有三个维数上分辨的图像。然而，凭借机械可旋转磁体610，因为投影以不同角度来获取，所以可以使用与用静止MPI系统进行的数据获取和重构不同的数据获取和重构方法。凭借机械可旋转磁体610，仍然可以执行之前描述的MPI操作中的许多。例如，磁体可以至少由机械可旋转磁体610(例如，Z磁体、X磁体、垫片磁体或激励磁体)定位无场线。

MPI系统600与MPI系统500类似，然而，MPI系统600包括被构造为围绕旋转轴线620旋转的部件(诸如机械可旋转磁体610)。如图6所示，MPI系统600还包括可以接受要被成像的对象的孔630。FFL 140可以与孔630(这里为沿着Z轴)垂直(这里为沿着Y轴)地延伸，但如这里描述的，FFL 140可以通过施加附加磁场沿任意方向移位。在一些实施方案中，MPI系统600可以围绕孔630的旋转轴线620旋转。

本公开预期MPI系统600的一些部件可以围绕一个或多个旋转轴线旋转。在本公开提及“MPI系统600”时，该MPI系统指被构造为围绕旋转轴线620旋转的可旋转MPI系统600的任意部分，而不暗示MPI系统600的每一个部件被构造为(或必须)旋转来启用所公开的方法。可以被构造为旋转的MPI系统的部件例如可以包括磁体(例如，主磁体、移位磁体、垫片磁体、激励磁体)、无源垫片、通量回路、检测器、屏蔽件、电缆、用于上述内容中的任意一个的台架或其他支撑系统、或上述内容的任意组合。

如这里使用的，“旋转轴线620”指MPI系统600的任意部分被构造为围绕其旋转的任意轴线。例如，如图3所示，第一磁体510和第二磁体520以及通量回路530被示出为能够围绕旋转轴线620旋转，在这种情况下，该轴线是沿着孔630的长度的中心延伸的z轴。在其他实施方案中，MPI系统600可以围绕其他轴线旋转，这些轴线可以或可以不是如图6所示的正交的X、Y或Z轴。在MPI系统600围绕旋转轴线620(例如，Z轴)旋转时，应该理解坐标系(被当作在MPI系统600的参考系中，而不是实验室参考系)对应地旋转(例如，X轴和Y轴随着MPI系统600旋转)。

在一个实施方案中，台架可以用直接驱动马达直接驱动。该方法允许磁体位置310的准确控制。然而，直接驱动马达的选择可能昂贵，并且在需要用于软管和载流导体的穿过台架的大出入孔时可能需要使用独特的马达。

图7是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统的直接驱动的小齿轮和齿轮的图。图7的顶部示出了磁体轴承组件的附接。图7的中部示出了安装到侧隙调节杠杆臂的小齿轮、齿轮箱以及伺服马达。图7的底部示出了安装到框架的马达和小齿轮组件。在一些实施方案中，可以使用驱动齿轮齿方法的小齿轮来使MPI系统600旋转。小齿轮可以由直接驱动马达或由耦合到马达的高准确度齿轮箱来驱动。在使用小齿轮时，可以调节小齿轮到主齿轮的侧隙。该调节可以通过使用杠杆臂螺钉调节来完成。

还可以使用皮带来旋转磁体，例如，在连续旋转MPI系统600时。

旋转磁体的另一种方法是使用液压活塞。液压活塞在使磁体移动时高效，但为了使得能够180°或360°旋转而可能需要复杂连杆。

本公开预期包括或排除组成用于旋转MPI系统的旋转台架组件的部件的若干方式。因为FFL 140的旋转是旋转台架组件的目的，所以磁体通常安装到台架且随着台架旋转。在一些实施方案中，诸如RF屏蔽系统和RF接收子系统的其他部件附接到旋转台架，并且在其他设计中，RF屏蔽件和RF接收子系统保持静止。

图8是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统的端部轴承支架的图。支撑水平孔MPI系统的一种方法是从单端支撑磁体。如图8所示，可以存在将MPI系统600操作地耦合到支撑台架820的端部轴承组件810。在该实施方案中，孔630和旋转轴线被定心在端部轴承组件810上。

图9是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统的中心轴承支架的图。在一些实施方案中，磁体还可以在图9中示出的插入到中心轴承组件910中。中心轴承组件910可以靠近MPI系统600的重心。

图10是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统的三轴承支架的侧面立视图。图11是例示了三轴承支架的正面立视图。

MPI系统600可以从第一端支撑在第一轴承组件1010处，并且通过添加两个第二轴承组件1020来稳定，以支撑MPI系统的第二相对端。轴承可以压在板上，该板被对齐为使得它确保磁体的中心线也是旋转的轴线。这可以通过在制造磁体台架之后将板附接到磁体旋转台架来进行。优选地，为了确保板与旋转轴线的对齐的准确度，板能够单独对齐和附接。备选地，板可以在制造旋转台架之后在适当的位置加工，以确保外径与大轴承的旋转轴线同心。磁体的极大重量可能使得台架和支撑架弯曲，并且确保两个小轴承组件在完整旋转中保持与圆板一致接触。

在将磁体安装到框架之后，可以调节小轴承组件，使得它们接触圆板。在示例性设计中，有人可以使用可以忍受角错位的轴承(诸如自位轴承)，使得接触面为一条线。因为轴承支撑负载的大部分，所以改进的接触面可以防止金属板接触面的塑性变形。

为了仪器的构造和运送期间的安全性，大轴承可以被设计为支撑磁体的全重。两个小轴承可以被设计为在运送期间收缩，以防止运送期间的振动和冲击使圆板的边缘内缩。足够大小的压痕可能不利地影响磁体产生高分辨率图像的能力。为了确保磁体的安全性，可以向旋转板和台架的后部添加运送托架，以限制运送期间在三个仪器轴线和旋转轴线上的运动。

如图12所示，旋转电磁体的示例性设计是在两端处由轴承组件支撑的磁体。在磁体的前面，由与圆板配套的两个较小轴承支撑包含磁体和RF屏蔽件的台架。在磁体的后面，由具有透孔630的单个大轴承支撑台架。安装到台架的RF屏蔽盒延伸穿过透孔630。在磁体的后面是电缆管理组件。轴承组件可以上下调节。

图12是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统的两个开孔630轴承组件的图。该备选实施方案包括用于水平孔磁体的两个大轴承组件，图12中示出了这两个大轴承组件的示例。该设计可以包括使用一个标准轴承(例如，四点接触球轴承)和可以适应角错位的一个轴承，诸如自位轴承。

图13是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统的多个小轴承组件的图。在又一个实施方案中，磁体可以使用三个或四个小轴承接触面来支撑，图5中示出了该实施方式的示例。为了防止磁体从轴承脱出，可以在磁体上使用任意数量(例如，三个或四个)v形槽辊和匹配板。

图14是例示了根据本公开的某些方面的、用于垂直孔630MPI系统的单轴承组件的图。

在一些磁体设计中，期望使磁体围绕垂直样本410旋转。对于包括人体胸部扫描仪(从上方进入)或人体大脑扫描仪(从磁体下方进入，例如，处于就坐位置310中的患者)的两个独特扫描仪概念可以是这种情况。在这些情况下，磁体的极大重量可以支撑在轴承组件上。图14中示出了用于垂直孔磁体的示例性单轴承组件1410。

即使尽被采取确保磁体组件的旋转位置的准确控制的最大努力，也可以向台架本身添加另外的编码器，以提供台架位置的直接测量和反馈。用于台架位置的编码器装置包括台架本身上的打印编码器标记或使用配套到圆板的旋转编码器进行的台架位置的监测。

图15是例示了根据本公开的某些方面的机械挡块的图。

在磁体具有到支持设备(放大器、水冷等)的硬接线连接时，为了安全，磁体优选地包括机械挡块1510。硬挡块可以以磁体仍然可以旋转360度的这种方式来设计。硬挡块在台架旋转超过360度之后与台架上的柱啮合，从而仍然使得能够全360度移动。挡块还可以包含减震器，该减震器在使用机械挡块进行的快速停止期间安全地吸收系统的能量。

图16是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统中的受限旋转的电缆轨道的图。这里，我们选择使用电缆线轴来支持受限旋转范围。在受限旋转系统中，我们的目的是管理电线和软管，使得它们安全且重复地缠绕，没有扭结或系结。这可以通过将电线和软管安装在电缆载体(例如，易格斯(IGUS)有限公司)并将它们缠绕在线轴上来进行。图16中示出了示例性设计。在该示例性设计中，可以为了高弹性使用而对电缆和软管分等级。图16中示出的示例性设计指定适于重复屈曲的、具有凯夫拉尔(kevlar)涂层的波纹特氟龙(teflon)水软管。承载所接收信号的低噪电缆可以受益于使用低摩擦电噪声布线构造。一旦到达旋转末端，则可以反转旋转方向。

用于受限范围旋转系统(例如，360度)的电缆管理系统可以为如下系统：在该系统中，与台架系统的磁体和其他部件关联的电缆被路由穿过轴承的中心并离开旋转MPI系统600的一端。然后可以沿着可缠绕轨道引导电缆，该轨道具有某一挠性，以适应随着旋转MPI系统600转动而产生的电缆的缠绕。电缆然后可以与静止接口面板配套。

为了实现台架和关联子系统的连续旋转，可以实施滑环。然而，因为滑环可能将噪声引入到MPI系统600并危害SNR，所以必须注意。可以考虑的具体设计选择包括刷式滑环、电感和电容滑环、液态金属滑环、光纤滑环以及水滑环。例如，高功率低频率磁体电流良好地匹配到刷式滑环。预放大器之后的低功率信号可能更难以发送到控制台，因此，在增加小噪声的同时存在取回信号的多个选项。这些选项包括低噪液态金属滑环(例如，麦克塔克(Mercotac)有限公司)、RF上转换和电容滑环或电感滑环的使用、以及台架上的数字化和经由光学或数字滑环到控制台的数字传输。

注意的是还可能需要向磁体和RF子系统供给冷却流体(例如，水、惰性液、热传导液或油)。存在能够供给足够冷却流体的现成滑环(例如，动态密封技术有限公司)。在示例性系统中，典型旋转速度将近似为0.5转到1转每秒，该速度将允许成像器临时分辨血液灌注。

在磁体可以连续旋转或旋转大角度(例如，360度)的实施方式中，穿过系统的电缆和软管的路由可能复杂。对于大轴承系统，软管和电线优选地路由穿过轴承中心。该路由被优选为使得磁体能够旋转360度或连续旋转，线不与磁体框架系结。图10中示出了可以用路由穿过轴承1010中心的电缆实施的示例性设计。

图17是例示了根据本公开的某些方面的射频(RF)屏蔽件1710的图。在一些实施方案中，孔630可以包括一个或多个RF发送线圈1720和一个或多个RF接收线圈1730。射频RF屏蔽件1710可以被实施为使孔630与外部环境静电且磁性地隔离。对于自屏蔽MPI系统(例如，未封闭在较大屏蔽室或屏蔽围场中)，可以集成RF屏蔽件1710。在示例性设计中，RF屏蔽件1710从前到后延伸穿过磁体。RF屏蔽件1710的前部固定RF接收器，并且RF屏蔽件1710的后部固定RF发送滤波器，这些RF发送滤波器提供例如所发送RF的高通、低通或带通滤波。

在一些实施方案中，RF屏蔽件1710可以安装为随着MPI系统旋转。预期RF屏蔽件1710的任意部分可以安装到MPI系统。例如，RF屏蔽件1710可以包括RF屏蔽件1710(包围孔630的一些或全部)、RF发送屏蔽件1740(屏蔽RF发送滤波器)、或RF接收屏蔽件1750(屏蔽RF接收滤波器和预放大器)。可以实施上述RF屏蔽的任意组合。类似地，上述RF屏蔽的任意组合可以安装为随着MPI系统旋转，而RF屏蔽的其他部分保持静止且不旋转。

随着旋转MPI系统600，可以在使机械可旋转磁体610旋转的同时获取投影。在一些实施方案中，投影的获取例如可以包括：旋转机械可旋转磁体610以用各种角度定向无场线，以多个角度将FFL 140定位在若干位置处，并且控制激励源和RF检测器从无场线内的样本410中的磁性粒子获取信号。

磁体可以被定向的角度可以为MPI系统600能够旋转到的任意数量和值的角度。在一些实施方案中，例如，如果期望或需要使用大量角度，则角度可以包括例如遍布于MPI系统600的360°旋转跨度的50、100、200或500个角度。角度的数量和值例如可以预定义(例如，存储在计算机数据文件中)，由用户在用户界面处选择，由控制系统计算，以提供用于获取特定分辨率的特定图像等的期望的角度集合。取决于对样本410成像的方法，成像可以用不同的扫描或旋转模式来执行。下面描述可以提供样本410的覆盖范围的一些示例性扫描模式。

图18是例示了根据本公开的某些方面的MPI系统中的步进扫描成像的示例的简化图。步进扫描方法通过以下步骤来获取若干角度的投影：旋转MPI系统、将机械可旋转磁体610固定在一个角度且然后将FFL 140定位在若干不同位置处以获取投影。该处理然后可以通过以下方式来重复：将磁体旋转到另一个角度，类似地获取投影等等。

图19是例示了根据本公开的某些方面的、用于MPI系统600中的步进扫描成像的脉冲序列的示例的图。该脉冲序列与图2所示的脉冲序列类似，然而，底图示出了MPI系统600的角度随着时间的进展。如图所示，MPI系统处于第一角度，获取投影，然后成像停止或暂停，同时将MPI系统旋转至下一角度，在这种情况下，获取另外的投影。

图19的右部中示出了FFL 140的示例性位置。如之前陈述的，示例性系统中的X-Z平面随着机械可旋转磁体610围绕Z轴旋转。因此，如图所示的FFL 140的位置与对于静止情况示出的位置类似。然而，在各角度下获取投影可以生成图像重构系统可以用来基于投影生成图像(包括三维图像)的数据。

在一些实施方案中，图像重构系统还可以被构造为从以固定角度获取的多个投影创建投影图像。

图20是例示了根据本公开的某些方面的、使用连续旋转的MPI系统的示例的简化图。如图20所示，在一些实施方案中，将FFL 140定位在不同位置处可以在机械可旋转磁体610旋转的同时发生。

连续旋转实施方案可以包括在仍然旋转MPI系统并获取投影的同时发生的旋转速度的变化，例如加速或减速。

图21是例示了根据本公开的某些方面的、用于连续旋转成像的脉冲序列的图。该脉冲序列与图19所示的脉冲序列类似，然而，不是将角度从一个值步进到另一个值，而是连续改变角度。

在图21右侧的图示出了随着FFL的位置沿X移位且在角度上连续旋转的FFL的序列的表示(例如，被简化为X-Y平面中的线)。该系列线表示在从左到右(由实线2110示出)到反转点2120的扫视和从右到左(由虚线2130示出)的扫视期间的FFL。如果仅考虑从左到右的扫视，则可以看到实线2110从垂直(例如，连同Y轴一起)逐渐旋转到在反转点2120处离垂直大约10°的角度。这里，FFL 140借助于MPI系统600的旋转来旋转。在反转点2120处，扫描方向变化，并且从右向左扫描FFL 140。然而，FFL 140的旋转继续改变FFL 140的角度，并且在从右到左扫描的末端，FFL 140处于离垂直大约20°的角度。再次，在FFL 140的各位置和角度处，可以获取投影并将其用于重构图像。因此，这可以允许获取用于重构诸如薄片的二维图像的投影。在FFL 140的位置或形状具有沿着旋转轴线620的某一范围时，还可以生成三维图像(例如，厚片)。

对于MPI系统未被构造为连续旋转的连续成像实施方式中，本公开预期成像可以发生在磁体的旋转包括在多个投影的获取期间反转旋转方向的时候。图22是例示了根据本公开的某些方面的MPI系统中的前后成像的示例的简化图。如在现有实施方案中，无场线被移动穿过若干不同位置，并且在磁体旋转的同时移动穿过这些位置。在某一点处，磁体旋转方向可以反转。反转可以发生在近似360°的旋转之后或在某一其他角度发生。

图23是例示了根据本公开的某些方面的MPI系统中的成像的简化图。在一个实施方案中，螺旋成像组合之前描述的在获取投影的同时进行的磁体的旋转，并且控制系统还被构造为使样本在磁体的旋转期间移动穿过磁体的孔。还预期可以如之前讨论的获取投影，并且在已经获取全集之后，控制系统可以使样本沿着孔的轴线移动，并且重复投影的获取。凭借这里描述的数据获取方法中的任一个，图像重构系统可以被构造为生成三维或容积图像。

在图24的简化图中描绘的另一个实施方案中，之前描述的在获取投影的同时进行的磁体的旋转可以与允许FFL沿着孔的轴线的平移的、控制系统的构造组合，该平移由磁体本身来实现，而不由系统一部分的物理移动来实现。FFL的该平移可以在磁体的旋转期间进行，或者仅在获取完全旋转数据集之后进行(以阶梯状方式进行)。在这种实施方案中获取的数据同样可以由图像重构系统用于创建三维或容积图像。

在允许薄切片视场上的重复快速成像的示例性实施方式中，磁体在获取投影的同时旋转，并且无场线的位置仅沿一个方向变化。例如，FFL位置可以仅沿X方向改变，并且激励源也可以仅沿X方向激励或移动FFL。数据获取的该方法可以对于主体的薄切片的快速灌注或功能MPI成像特别有用。

在另一个实施方式中，磁体在获取投影的同时旋转，并且无场线的位置沿两个方向变化。例如，FFL位置可以沿X方向和Z方向这两者改变，并且激励源也可以沿X方向和Z方向这两者激励或移动FFL。

在备选实施方式中，可以使用垫片磁体来抵消主磁体周围的正常通量分布，从而将FFL重新成形为不同形式，例如，将其重新成形为无场点的近似或椭圆体无场区域。将这种交替成形的FFL(诸如椭圆体)用于在磁体旋转期间获取投影可以启用有益的厚片式成像。

如这里公开的，预期可以组合这里描述的方法和系统来执行许多类型的二维和三维成像。这里提出的简化示例不旨在限制或不包括所公开特征的任何组合。

这里描述的主题的一个或多个方面或特征可以在数字电子电路、集成电路、专门设计的专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现。这些各种方面或特征可以包括可在可编程系统上执行和/或解释的一个或多个计算机程序中的实施方案，可编程系统包括可以为专用或通用的至少一个可编程处理器，该至少一个可编程处理器被耦合为从存储系统、至少一个输入装置以及至少一个输出装置接收数据和指令和向其发送数据和指令。可编程系统或计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常远离彼此，并且通常借助通信网络交互。客户端和服务器的关系借助于计算机程序出现，并且这些计算机程序运行在各计算机上并且具有到彼此的客户端-服务器关系。

这些计算机程序(还可以被称为程序、软件、软件应用、应用、部件、或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以用高级过程语言、面向对象的编程语言、函数编程语言、逻辑编程语言、和/或用汇编/机器语言来实现。如这里使用的，术语“机器可读介质”(或“计算机可读介质”)指用于向可编程处理器(包括接收机器指令作为机器可读信号的机器可读介质)提供机器指令和/或数据的任意计算机程序产品、设备和/或装置，诸如例如，磁盘、光盘、存储器、以及可编程逻辑装置(PLD)。术语“机器可读信号”(或“计算机可读信号”)指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任意信号。机器可读介质可以永久存储这种机器指令，诸如将为永久固态存储器或磁硬盘驱动器或任意等效存储介质。备选地或另外地，机器可读介质可以以暂态方式存储这种机器指令，诸如将为处理器缓存或与一个或多个物理处理器核心关联的其他随机存取存储器。

为了提供与用户的交互，这里描述的主题的一个或多个方面或特征可以在计算机上实施，该计算机具有：显示装置，该显示装置用于向用户显示信息，诸如阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)或发光二极管(LED)监测器；以及键盘和指向装置，诸如鼠标或跟踪球，用户可以由该键盘和指向装置向计算机提供输入。还可以使用其他种类的装置来提供与用户的交互。例如，向用户提供的反馈可以为任意形式的感觉反馈，诸如视觉反馈、听觉反馈、或触觉反馈；并且来自用户的输入可以以任意形式接收，包括但不限于声、语音或触觉输入。其他可能的输入装置包括但不限于触摸屏或其他触敏装置，诸如单或多点电阻或电容跟踪垫、语音识别硬件和软件、光学扫描仪、光学指针、数字图像捕捉装置和关联的解释软件等。

在以上描述和权利要求中，诸如“的至少一个”或“的一个或多个”的短语可以出现，后面是元件或特征的连接列表。术语“和/或”也可以出现在两个或更多个元件或特征的列表中。除非另外由使用短语的语境含蓄或明确地否定，否则这种短语旨在意指所列元件或特征中独立的任意一个或与其他所列元件或特征中的任意一个组合的、所列元件或特征的任意一个。例如，短语“A和B中的至少一个”、“A和B中的一个或多个”以及“A和/或B”各旨在意指“A独自、B独自或A和B一起”。类似的解释也旨在用于包括三项或更多项的列表。例如，短语“A、B以及C中的至少一个”、“A、B以及C中的一个或多个”以及“A、B和/或C”各旨在意指“A独自、B独自、C独自、A和B一起、A和C一起、B和C一起、或A和B和C一起”。上面和权利要求中的术语“基于”的使用旨在意指“至少部分基于”，使得未列举的特征或元件也是可允许的。

这里描述的主题可以取决于期望构造而在系统、设备、方法、计算机程序和/或物品中具体实施。附图中描绘和/或这里描述的任意方法或逻辑流程不是必须需要所示的特定顺序或先后次序来实现期望的结果。前面描述中阐述的实施方案不表示符合这里描述的主题的所有实施方案。相反，它们仅是符合与所述主题有关的方面的一些示例。虽然上面已经详细描述了一些变体，但其他修改或添加是可以的。具体地，除了这里阐述的特征和/或变体之外，还可以提供另外的特征和/或变体。上述实施方案可以致力于所公开特征的各种组合和子组合和/或以上注释的另外特征的组合和子组合。此外，上述优点不旨在将任何所发布权利要求的应用限于伴随优点中的任何一个或全部的处理和结构。

另外，章节标题不应限制在可以从本公开发行的任何权利要求中阐述的本发明或描述其特征。具体地且用示例的方式，虽然标题提及“技术领域”，但这种权利要求不应受该标题下被选择为描述所谓技术领域的语言限制。进一步地，“背景技术”中的技术的描述不被解释为技术是本公开中的任意发明的现有技术的承认。“发明内容”也不被认为是所发行权利要求中阐述的本发明的特征描述。

Claims (17)

1.一种磁性粒子成像(MPI)系统，该MPI系统包括：

机械可旋转磁体，该机械可旋转磁体被配置为生成包括无场线的磁场；

激励源；

RF检测器；以及

控制系统，该控制系统被配置为以多个角度获取多个投影，所述获取包括：

旋转所述机械可旋转磁体，以便以所述多个角度定向所述无场线；

将所述无场线以所述多个角度定位在多个位置处；

控制所述激励源和RF检测器从在所述多个位置处的所述无场线内的样本中的磁性粒子获取信号；以及

图像重构系统，该图像重构系统被配置为至少基于所述多个投影生成图像。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，将所述无场线定位在多个位置处在所述机械可旋转磁体成角度固定的情况下发生。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述图像重构系统还被配置为从以固定角度获取的多个投影创建所述图像。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，将所述无场线定位在多个位置处在所述机械可旋转磁体旋转的同时发生。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，旋转所述机械可旋转磁体包括在获取所述多个投影期间反转旋转方向。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制系统还被配置为在所述获取期间使所述样本移动穿过所述机械可旋转磁体的孔。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述图像重构系统被配置为生成三维图像。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制系统还被配置为使所述样本移动穿过所述机械可旋转磁体的孔并以另外的多个角度获取另外的多个投影。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述图像重构系统被配置为生成三维图像。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制系统还被配置为使所述无场线沿着所述机械可旋转磁体的旋转轴线电子地移动并以另外的多个角度获取另外的多个投影。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述图像重构系统被配置为生成三维图像。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，将所述无场线定位在多个位置处至少通过所述机械可旋转磁体生成修正的磁场来完成。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，将所述无场线定位在多个位置中包括用移位磁体和激励磁体改变所述无场线仅在X方向上的位置。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，将所述无场线定位在多个位置中包括用至少一个磁体和至少一个激励磁体改变所述无场线在X方向和Z方向这两者上的位置。

15.根据权利要求1所述的系统，还包括被配置为改变所述磁场的至少一个垫片磁体。

16.根据权利要求16所述的系统，其中，所述磁场的改变引起所述无场线的变宽。

17.一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储指令的非暂态机器可读介质，所述指令在由至少一个可编程处理器执行时，使得所述至少一个可编程处理器执行包括以下步骤的操作：

使得包括机械可旋转磁体、激励源、RF检测器、控制系统以及图像重构系统的MPI系统执行包括以下步骤的操作：

由所述机械可旋转磁体生成包括无场线的磁场；

用所述控制系统以多个角度获取多个投影，所述获取包括：

旋转所述机械可旋转磁体，以便以所述多个角度定向所述无场线；

将所述无场线以所述多个角度定位在多个位置处；以及

控制所述激励源和RF检测器从在所述多个位置处的所述无场线内的样本中的磁性粒子获取信号；以及

用所述图像重构系统至少基于所述多个投影生成图像。