CN109952060A

CN109952060A - 使用通量回路和垫片磁体的磁性粒子成像

Info

Publication number: CN109952060A
Application number: CN201780053595.9A
Authority: CN
Inventors: P·W·古德维尔
Original assignee: Magnetick Inset Co
Current assignee: University of California; Magnetic Insight Inc
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2017-07-12
Publication date: 2019-06-28
Anticipated expiration: 2037-07-12
Also published as: US20180017639A1; EP4085827A1; WO2018013738A1; US11204398B2; EP3484358B1; US20180017640A1; US20180017641A1; EP3484357B1; JP2019523115A; WO2018013731A1; JP7097879B2; US10466316B2; JP7097357B2; CN109937005B; EP3484357A1; CN109952060B; CN109937005A; JP2019527606A; JP2022126838A; CN116807441A

Abstract

一种磁性粒子成像(MPI)系统具有被配置为生成具有无场线的磁场的磁体，该磁体与通量回路集成，通量回路被设计为使得近似处于无场线中心处的通量路径具有第一磁阻，并且远离无场线的中心的第二通量路径具有第二磁阻，并且第二磁阻低于第一磁阻，以促进高保真度磁场和高保真度无场线。

Description

使用通量回路和垫片磁体的磁性粒子成像

相关申请的交叉引用

当前申请要求2016年7月12日提交且名称为“MAGNETIC PARTICLE IMAGING”的美国临时专利申请No.62/361463和2016年7月12日提交且名称为“MAGNETIC PARTICLEIMAGING”的美国临时专利申请No.62/361475的优先权，在此以引证的方式将各申请的内容全文并入。

背景技术

磁性粒子成像(MPI)是一种允许检测某些纳米粒子的技术，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。实施方案可以包括被配置为生成磁场的磁体，该磁场在磁场内具有无场线，无场线具有轴线和中心。通量回路(flux return)可以与磁体集成，该通量回路被配置为使得近似处于无场线的中心处的第一磁通路径具有第一磁阻，并且远离无场线的中心的第二磁通路径具有第二磁阻，并且第二磁阻低于第一磁阻。

在一些变体中，通量回路包括具有端部的极片，端部包括台阶。通量回路可以具有多个叠片，其中，第一磁通路径可以穿过第一叠片，并且第二磁通路径可以穿过第二叠片。第一叠片和第二叠片可以形成台阶。

在其他变体中，通量回路可以包括具有端部的极片，该端部可以是弯曲的或平滑变化。极片可以包括锥形物，该锥形物增加锥形物附近和接近无场线的磁通密度。

在又一些变体中，通量回路可以包括：极片；和通量回路臂，该通量回路臂被定位为比极片更远离无场线。至少一个通量回路臂可以朝向成像体积处的无场线成角度。

在其他变体中，第二磁阻至少部分借助于通量回路在第二磁通路径附近包括比第一磁通路径附近的材料的磁阻低的磁阻材料来低于第一磁阻。

公开了一种磁性粒子成像(MPI)系统。实施方案可以包括被配置为生成磁场的磁体，该磁场在磁场内具有无场线，无场线具有轴线和中心。第一垫片磁体(shim magnet)可以被定位在无场线上方，并且被配置为修改磁场。

在一些变体中，第二垫片磁体可以被定位在无场线下方。第二垫片磁体可以被配置为修改磁场。第一垫片磁体可以是无源垫片、有源垫片、或大体指向无场线的成角度垫片磁体或为细长的。

在其他变体中，第一垫片磁体可以被配置为减小沿着无场线的轴线的梯度或提高无场线的保真度。

在另一些变体中，磁体不包括通量回路或者可以包括与磁体集成的通量回路，其中，第一垫片磁体可以不需要水冷。第一垫片磁体可以被配置为将无场线重新成形为近似椭圆形无场区域，或者可以被配置为用于平板成像。

在其他变体中，第一垫片磁体可以被配置为被有源地控制以抵消由梯度强度变化造成的无场线保真度劣化。第一垫片磁体还可以被配置为被有源地控制以抵消成像期间由无场线的移位造成的无场线保真度劣化。

在一些变体中，控制系统可以被配置为在避免刺激主体的特定部分的同时成像。控制系统可以被配置为提高混合成像和磁性致动MPI中的空间选择性。

在另一些变体中，垫片磁体可以被配置为在磁性粒子成像系统被配置用于空间选择性的磁性流体高热应用时提供三维的局部加热和能量沉积。

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这里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某些方面的四极磁场、FFP以及FFL的图。

图2是例示了根据本公开的某些方面的、简化MPI系统和FFL、具有通量回路的简化MPI系统、以及用由于通量回路引起的磁场梯度的示例性增大示出的两个简化磁通路径的图。

图3是例示了根据本公开的某些方面的、用于包括通量回路的MPI系统的示例性磁体构造的立体图。

图4是例示了根据本公开的某些方面的无场线和两个磁通路径的、图3的MPI系统的正面剖面图。

图5是例示了根据本公开的某些方面的包括极片的通量回路的、图3的MPI系统的顶部剖面图。

图6是根据本公开的某些方面的示例性通量回路的立体图。

图7是根据本公开的某些方面的、形成图6的通量回路的两个示例性叠片的简化图。

图8是根据本公开的某些方面的、包括成角度臂的示例性通量回路的简化图。

图9是例示了根据本公开的某些方面的垫片磁体的示例的、示例性MPI系统的立体图。

图10是例示了根据本公开的某些方面的垫片磁体的示例的、图9的MPI系统的顶部剖面图。

图11是例示了根据本公开的某些方面的垫片磁体的示例的、图9的MPI系统的侧面剖面图。

图12是例示了根据本公开的某些方面的成角度垫片磁体的示例的、示例性MPI系统的顶部剖面图。

图13是例示了根据本公开的某些方面的成角度垫片磁体的示例的、图12的MPI系统的侧面剖面图。

图14是例示了根据本公开的某些方面的细长垫片磁体的示例的、示例性MPI系统的顶部剖面图。

图15是例示了根据本公开的某些方面的细长垫片磁体的示例的、图14的MPI系统的侧面剖面图。

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或这种区域穿过它们和由示踪粒子经历的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。

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体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的对称点处。

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系统的成像体积内是大体细长或“线性的”。使FFL在成像体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、接近成像体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FFL 140在左上角中的简化MPI系统的图。在右上角中，图2例示了具有通量回路250和两个简化磁通路径230和240的MPI系统。图2的底部包括详述根据本公开的某些方面的、由于通量回路250的包括引起的磁场梯度的示例性增大的图。

如图2所示，MPI系统可以包括被构造为生成磁场的磁体，该磁场具有在磁场内的无场线140。在图2所示的示例性设计中，磁体包括第一磁体210和第二磁体220。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磁体、载流线圈或电磁体、具有通量回路的电磁体或者这种磁体的任意组合。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。

无场线140被理解为具有沿着无场线140的长度延伸的轴线和在轴线上的中心，该中心通常被理解为接近成像体积的中心。

图2的右上角示出了与磁体集成的通量回路250(这里被例示为包括第一磁体210和第二磁体220)。如在本公开中使用的，“通量回路”指成形磁通量的材料组成的任意结构。通量回路250例如可以包含诸如铁的铁磁材料(或如与其他物质相比或如与空气相比具有低磁阻的任意其他材料)，以更高效地输送、引导、成形或集中磁通量。通量回路250例如可以被制造为两个单独的半部或者可以堆叠或以其他方式组装以形成通量回路250的若干层叠片。

本公开的通量回路例如可以用创建具有变化磁阻的通量路径的方式来成形磁通分布。例如，与空气相比包括大量铁的路径将具有比具有较少铁和较多空气的相同长度路径更低的磁阻。磁电阻或如这里使用的“磁阻”是用于磁路的分析中的概念。它类似于电路中的电阻。与电场使得电流遵循最小电阻的路径的方式相似，磁场使得磁通量遵循最小磁阻的路径。类似于电阻，磁阻是标量、广延量。用于磁阻的单位是亨利(Henry)的倒数H^-1。

如图2的底部处所示，通量回路的通量引导和集中效果可以用于创建较大的场梯度，其中，与没有通量回路的磁体系统相反，较强的场使用通量回路250来获得。图2底部处的图例示了使用通量回路时的磁场中的增大的梯度。

场对称和保真度可以被描述为由磁体结构实现的场与期望的形状和通量密度(例如，对称FFL 140)匹配的怎么样。如这里使用的，“磁场保真度”或“场保真度”指磁场图案的质量，因为它与例如FFL 140的形状和质量有关。例如，它可以有益于具有高度线性且对称的FFL 140，沿着FFL 140的轴线具有低的梯度，但在与包围FFL 140的轴线正交的方向上具有高的场梯度。

在图3例示的符合本公开的MPI系统的一个实施方案中，组件包括四个高功率水冷电磁体，其中，磁体为细长的(即，在一个维数上长于另一个维数且不是圆形的)。图3还例示了根据本公开的某些方面的示例性通量回路250。

在一些实施方案中，磁体中的两个可以被构造为生成用于使FFL 140的位置例如沿着Z轴移位的均匀场；这种磁体在这里可以被称为“移位磁体(shifting magnets)”并被标记为Z1和Z2(例如，参见图5)。这里被标记为X1和X2(参见图5)的主磁体还可以被构造为以使FFL 140的位置移位的方式改变磁场。在其他实施方案中，可以使用另外的磁体来生成用于使FFL 140的平均位置快速移位的快速驱动场。

如图3所示，MPI系统还可以包括接受要被成像的主体的孔310。FFL 140可以垂直于孔310延伸。在一些实施方案中，MPI系统可以被构造为围绕孔310的轴线旋转，并且在这种实施方案中，磁场和FFL 140的方位对应地变化。

图4是图3的MPI系统的剖面图(由图3中的粗实剖面线指示，穿过系统的中间示出，并且对应于该图中的X-Y平面)。图4例示了通量回路250，该通量回路在该特定实施方式中包围四个磁体。还示出了根据本公开的某些方面的FFL 140和两个磁通路径230和240。

图5是图3的MPI系统的另一个剖面图(由图3中围绕系统的虚线指示，对应于该图中的X-Z平面)。图5还例示了根据本公开的某些方面的通量回路250且示出了其包括的极片。极片510(为了例示性目的，以交叉影线示出)可以穿过例如主磁体210、220的中心，这些主磁体在图5中被示出为X1和X2。

在示例性实施方式中，通量回路250可以被构造为使得近似地处于无场线140中心处的第一磁通路径230具有第一磁阻，并且远离无场线140的中心的第二磁通路径240具有第二磁阻，并且第二磁阻低于第一磁阻(参见被示出为图3和图4中的虚线的通量路径230和240的简化插图)。在该实施方式中，预期“远离无场线140的中心的”第二磁通路径240借助于通量回路250的设计而具有较低磁阻，而不是借助于简单地行进较短距离的通量路径240(该路径也处于远离FFL 140的中心的点)而具有较低磁阻。在该实施方式的描述中，假定磁通路径230和240各是延伸出以穿过点相邻无场线140的路径。

图6借助示例性通量回路250的立体图例示了该示例性实施方式的一个实施方案，而图7示出了组成图6的通量回路的三个叠片中的两个。

如图6和图7所示，通量回路250可以包括具有端部的极片510，并且该端部可以包括台阶。为了形成台阶，通量回路250可以包括叠片或层，其中，第一叠片610和第二叠片620形成台阶。在该示例中，第一磁通路径230穿过第一叠片610，并且第二磁通路径240穿过第二叠片620。如所示，极片510中的台阶被构造为使得底部叠片620朝向成像体积比处于极片510中心处的叠片突出更远，从而增加在极片底部中的通量回路材料(即，铁)的量，由此，降低远离FFL 140中心的点处的磁阻。虽然该磁阻改变设计被示出为通过使用不同成形的叠片来创建台阶，但台阶还可以由被加工成类似规格的单个极片或由叠片与已加工极片的组合来创建。虽然已经关于极片510示出台阶的该实施方案，但预期可以实施在通量回路250外部上(例如，在标签610和620附近)的类似台阶。

虽然上述磁阻变化特性可以借助“台阶”来创建(例如在如所述的极片510中)，但这些特性还可以通过加工极片以创建更平滑变化的通量回路极片轮廓来实现。例如，极片510可以加工成同样导致远离FFL 140中心的点朝向成像体积突出更远的连续或部分曲线。平滑变化的极片例如可以采取弧或弦、抛物线、双曲线或双曲正切形状的形状。在另一些实施方案中，可以存在具有变化长度的极片的任意数量的叠片或层，其可以堆叠以便形成半平滑或良好台阶状极片。

在又一个实施方案中，可以至少部分借助于通量回路250在第二磁通路径240附近的磁阻材料比在第一磁通路径230附近的磁阻材料少而使第二磁阻低于第一磁阻。

在又一些实施方案中，第二磁阻可以借助于通量回路的形状结合所选通量回路材料来低于第一磁阻。

通量回路250可以包括“通量回路臂”(例如，被示出为图6中的630)，除了极片510可以发挥的作用之外，这些通量回路臂还可以在成形或会聚磁通量时发挥作用。

图8是根据本公开的某些方面的、包括成角度通量回路臂810的示例性通量回路250的简化图。如图8所示，通量回路臂可以朝向成像体积处的无场线成角度。如图6和图7所示，该成角度与被定向为与孔310的轴线大体垂直的通量回路臂710不同。这种成角度通量回路臂还可以使在FFL 140的成像体积位置处的区域中的磁通量聚焦或成形。图8还例示了可以由于这种成角度通量回路臂产生的磁场线。

例如图6和图7中例示了可以对于MPI成形或优化磁通密度的另一种方式，其中，极片510可以以包括锥形物的方式来制造。极片510中的这种锥形物可以增大锥形物附近和接近无场线140的磁通密度。

这里提及的锥形物(如图所示)被锥形化为与FFL 140横切，或换言之，极510的外缘朝向FFL 140锥形化。锥形物如图所示的可以为线性的，或者可以在其横截面的部分或全部上平滑变化(或者可以为平滑变化和线性分段的组合)。锥形物可以达到在基片510端部处的点，或者可以仅为在极片510的平坦端部中终止的部分锥形物(如示例性附图所示)。锥形物可以由组成极片510或通量回路250的不同尺寸层的材料的加工或应用的任意组合来完成。

MPI系统中的磁场可以借助匀场来修改或进一步成形。例如，匀场可以被执行为成形磁场，以提高无场线140的保真度或改变无场线140的形状。

无源匀场指为了成形磁场而进行的永磁体或其他磁性材料(例如，铁、钢、高导磁合金等)到MPI系统的机械附着。一些实施方案包括添加无源垫片组(passive shim sets)来优化特定具体操作点处的磁场或主梯度磁体的强度。这种无源垫片组通常将充分优化大范围的梯度场强(例如，4-7T/m)上的磁场分布。然而，当期望在已优化范围外部的梯度操作点时，可能需要使用单独的一组无源垫片。

有源匀场指为了成形磁场而进行的在MPI系统内包括的电磁体的供电，经常以在磁性粒子成像系统的操作期间有源地改变驱动垫片磁体的功率的方式来进行。

MPI系统的匀场使用有源垫片、无源垫片或这两者的组合来执行。

图9是例示了根据本公开的某些方面的垫片磁体910的示例的、示例性MPI系统的立体图。图10是MPI系统的顶部剖面图，并且图11是MPI系统的侧面剖面图。

如图9所示，垫片磁体910可以沿着孔310的长度定心，可以基本上对齐在通量回路250的中心中，并且可以定位在极片510之间。如可以在图11中看到的，在该位置中，垫片磁体910被近似定心在位于在孔310内的成像体积中的无场线140的部分上方(这里被称为“无场线上方”)。图11中还示出的垫片磁体1110可以被类似地放置在被近似定心在位于在孔310内的成像体积中的无场线140的部分下方(这里被称为“无场线下方”)的位置处。在一个特定实施方案中，如下面进一步描述的，垫片磁体910和1110在FFL 140位于成像体积的中心中时定心在FFL 140的轴线上(在这种情况下，在孔310的中心处，并且被定心在磁体210与220之间)，从而，允许FFL 140的有益成形。在成像期间，FFL 140可以移位至成像体积内的不同位置，由此，垫片磁体910和1110在这种时候将仅被近似地定心在FFL 140上方。

虽然在示例性附图9-11中示出了单对的相对垫片磁体910、1110，但本公开预期可以存在沿着孔310的任意位置处且以围绕孔310的任意方位角定位(例如，沿着X轴定向，而不是如图所示沿着Y轴定向)的任意数量的垫片磁体(例如，1、2、4、6等)。另外，有源垫片磁体可以电气地串联或并联到彼此，或者它们可以完全独立于彼此。

图12和图13例示了根据本公开的某些方面的备选的成角度垫片磁体1210、1220。这种成角度垫片磁体可以用于进一步成形或控制FFL 140，并且可以被定位为远离FFL 140的轴线(即，不在轴线上)，而是可选地大体指向FFL 140。成角度垫片磁体1210、1220可以对称设置，使得沿Z方向生成的磁场的部件在FFL 140的轴线处可以实质上取消。成角度垫片磁体1210、1220可以具有相对于FFL 140的任意角度，例如，如所示的近似45度、0度(即，与FFL 140平行)、30度、60度等。如图11所示，还可以存在是在孔310下方的成角度垫片磁体1310、1320的类似结构，该成交度垫片磁铁1310、1320与成角度垫片磁体1210、1220相对。

图14是例示了根据本公开的某些方面的细长垫片磁体1410的、MPI系统的顶部剖面图，并且图15是也描绘了细长垫片磁体1410的侧面剖面图。细长垫片磁体1410可以类似于垫片磁体910，但沿着孔310的长度伸长。如图15所示，特定实施方式还可以包括孔310下方的相对的细长垫片磁体1510。

在具有在FFL上方、在FFL下方或在FFL上方和下方的垫片磁体的本公开的实施方式中，垫片磁体可以被构造为辅助磁体周围的磁通分布的成形(例如，设置极片510之间的期望的通量到通量回路臂630)。这样构造的垫片磁体可以提高无场线的保真度，并且可以引起沿着无场线的轴线的梯度的降低。在一个实施方案中，垫片磁体可以具有促进期望磁通分布的足够强度，使得主磁体不需要通量回路。在另一个实施方案中，垫片磁体的通量促进性质与促进较高保真度FFL的磁体和通量回路设计一起使用，从而将垫片磁体的必要功率降低至垫片磁体不需要水冷的点。

在其他实施方案中，与辅助用于高保真度无场线的期望通量分布的以上讨论的构造相反，垫片磁体可以用于抵消主磁体周围的正常通量分布。凭借以该抵消方式构造的垫片磁体，可以将FFL重新成形为不同的形式，例如，将其成形为无场点的近似或椭圆形无场区域。在这种构造中，FFL式磁体可以被构造为表现地更像无场点磁体，由此允许在优选地避免来自主体部分的信号的情况下(例如，在寻求在尝试检测肝脏附近的小的来源的同时使来自肝脏的大的信号最小化时)的改进的成像。由此，与磁性粒子成像系统关联的控制系统可以被构造为避免刺激主体的特定部分。另外，这种构造可以允许混合成像和磁性致动MPI系统中的空间选择性提高。

在垫片磁体被构造为抵消在主磁体周围的正常通量分布的构造中，可以创建椭圆形无场区域，由此允许有益的平板成像。

在一些实施方式中，抵消主磁体通量分布的垫片磁体的这种构造可能需要高功率放大器、独立驱动机构以及用于冷却垫片磁体的系统。

本公开关注于用于在成像序列期间对磁体(例如，磁体520、530、540、550)有源地匀场的系统和方法。

由于通量回路的饱和的非线性，FFL 140的保真度可以随着磁体梯度强度变化而变化。例如，FFL 140在特定梯度强度下可以具有高保真度水平，但如果成像序列需要梯度强度的变化，则引起的对磁通分布的变化可能不利地影响FFL 140的保真度。本公开关注于如这里讨论的有源垫片的使用，以用垫片磁体场的添加来抵消保真度的劣化。

类似地，虽然FFL 140在位于成像体积的中心处时可以具有高保真度水平，但因为FFL在成像期间远离中心移位，所以FFL可能经历保真度的劣化。本公开关注于如这里讨论的有源垫片的使用，以抵消保真度的劣化。

在这里讨论的匀场方法和垫片磁体的某些实施方案中，可以相对于特定设计场设计主场梯度保真度，然后可以通过使用垫片磁体补偿强度和位置与该设计场的偏离。垫片磁体(以及其他磁体)中的电流可以使用先验模型来设置，实验地测量，并且使用查找表来设置，和/或可以使用例如霍尔(Hall)效应探针和反馈实时测量并调节，或者上述内容的任意组合。

在某些实施方式中，本公开所预期的垫片磁体还可以被构造为例如在磁性粒子成像系统被构造为用于空间选择磁性流体高热/刺激应用时提供三维的加热和能量沉积的进一步的局部化。例如，将无场线重新成形为点状或椭圆形无场区域可以包含在该较小区域中的加热或致动，而不是沿着无场线的整条线的加热或致动。

本公开关注于本文的实施方式中公开的计算可以以应用本文教导的相同概念的多种方式来执行，并且这种计算等效于所公开的实施方式。

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

1.一种磁性粒子成像(MPI)系统，该磁性粒子成像系统包括：

磁体，该磁体被配置为生成磁场，该磁场包括：

在所述磁场内的无场线，该无场线具有轴线和中心；和

与所述磁体集成的通量回路，该通量回路被配置为使得近似处于所述无场线的中心处的第一磁通路径具有第一磁阻，并且远离所述无场线的中心的第二磁通路径具有第二磁阻，并且所述第二磁阻低于所述第一磁阻。

2.根据权利要求1所述的磁性粒子成像系统，所述通量回路包括具有端部的极片，所述端部包括台阶。

3.根据权利要求2所述的磁性粒子成像系统，所述通量回路还包括多个叠片，其中，所述第一磁通路径穿过第一叠片，并且所述第二磁通路径穿过第二叠片，并且其中，所述第一叠片和第二叠片形成所述台阶。

4.根据权利要求1所述的磁性粒子成像系统，所述通量回路包括具有端部的极片，其中，所述端部是弯曲的或平滑变化。

5.根据权利要求1所述的磁性粒子成像系统，所述通量回路包括具有锥形物的极片，该锥形物增加所述锥形物附近和接近所述无场线的磁通密度。

6.根据权利要求1所述的磁性粒子成像系统，所述通量回路包括：

极片；和

至少一个通量回路臂，该至少一个通量回路臂被定位为比所述极片更远离所述无场线。

7.根据权利要求6所述的磁性粒子成像系统，其中，所述至少一个通量回路臂朝向成像体积处的无场线成角度。

8.根据权利要求1所述的磁性粒子成像系统，其中，所述第二磁阻至少部分借助于所述通量回路在所述第二磁通路径附近包括比所述第一磁通路径附近的材料的磁阻低的磁阻材料来低于所述第一磁阻。

9.一种磁性粒子成像(MPI)系统，该磁性粒子成像系统包括：

磁体，该磁体被配置为生成磁场，该磁场包括：

在所述磁场内的无场线，该无场线具有轴线和中心；和

第一垫片磁体，该第一垫片磁体被定位在所述无场线上方，所述第一垫片磁体被配置为修改所述磁场。

10.根据权利要求9所述的磁性粒子成像系统，还包括定位在所述无场线下方的第二垫片磁体，所述第二垫片磁体被配置为修改所述磁场。

11.根据权利要求9所述的磁性粒子成像系统，其中，所述第一垫片磁体是无源垫片。

12.根据权利要求9所述的磁性粒子成像系统，其中，所述第一垫片磁体是有源垫片。

13.根据权利要求9所述的磁性粒子成像系统，还包括大体指向所述无场线的成角度垫片磁体。

14.根据权利要求9所述的磁性粒子成像系统，其中，所述第一垫片磁体是细长的。

15.根据权利要求9所述的磁性粒子成像系统，其中，所述第一垫片磁体被配置为减小沿着所述无场线的所述轴线的梯度。

16.根据权利要求9所述的磁性粒子成像系统，其中，所述第一垫片磁体被构造为提高所述无场线的保真度。

17.根据权利要求15所述的磁性粒子成像系统，其中，所述磁体不包括通量回路。

18.根据权利要求15所述的磁性粒子成像系统，还包括与所述磁体集成的通量回路，并且其中，所述第一垫片磁体不需要水冷。

19.根据权利要求9所述的磁性粒子成像系统，其中，至少所述第一垫片磁体被配置为将所述无场线重新成形为近似椭圆形无场区域。

20.根据权利要求19所述的磁性粒子成像系统，还包括控制系统，该控制系统被配置为在避免刺激主体的特定部分的同时成像。

21.根据权利要求19所述的磁性粒子成像系统，还包括控制系统，该控制系统被配置为提高混合成像和磁性致动MPI中的空间选择性。

22.根据权利要求9所述的磁性粒子成像系统，其中，至少所述第一垫片磁体被配置为启用平板成像。

23.根据权利要求9所述的磁性粒子成像系统，其中，至少所述第一垫片磁体被配置为被有源地控制以抵消由梯度强度变化造成的无场线保真度劣化。

24.根据权利要求9所述的磁性粒子成像系统，其中，至少所述第一垫片磁体被配置为被有源地控制以抵消成像期间由所述无场线的移位造成的无场线保真度劣化。

25.根据权利要求9所述的磁性粒子成像系统，还包括垫片磁体，该垫片磁体被配置为在所述磁性粒子成像系统被配置用于空间选择性的磁性流体高热应用时提供三维的局部加热和能量沉积。