CN113281688A - 磁粒子成像设备和用于产生磁场的方法 - Google Patents

磁粒子成像设备和用于产生磁场的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在试样体积(PV)中对待检查对象进行成像的磁粒子成像设备，所述磁粒子成像设备包括磁体组件，所述磁体组件构造成，在试样体积中产生具有梯度B1和无场线(FFL)的磁粒子磁场，其中，所述磁体组件包括第一磁体环对，所述第一磁体环对具有两个以海尔贝克偶极子结构的磁体环(R1、R2)，所述磁体环同轴地布置在延伸穿过试样体积的共同的Z轴线上，其特征在于，所述磁体组件包括第二磁体环对，所述第二磁体环对具有两个另外的以海尔贝克偶极子结构的磁体环(R3、R4)，所述第二磁体环对布置成与第一磁体环对同轴，各所述磁体环布置成能绕Z轴线相对于彼此转动。本发明还涉及一种用于在试样体积中产生磁场的方法。

Description

磁粒子成像设备和用于产生磁场的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在试样体积中对待检查对象进行成像的磁粒子成像设备，其包括磁体组件，所述磁体组件构造成，在试样体积中产生具有梯度B1和无场线的磁粒子磁场，其中，磁体组件包括具有两个以海尔贝克偶极子结构的磁体环的第一磁体环对，磁体环同轴地布置在延伸穿过试样体积的共同的Z轴线上。本发明也涉及一种用于借助于磁粒子成像设备在试样体积中产生具有梯度和无场线的磁场的方法。
背景技术
从文献[1]中已知这种类型的磁粒子成像设备。
在磁粒子(MPI)成像中，获得可磁化的纳米粒子在对象内部中的局部浓度。所述纳米粒子通过以预定的频率周期性变化的磁粒子激励磁场(驱动场)周期性地被磁化。为了局部分辨率，使激励磁场与时间上恒定的选择磁场叠加，选择磁场具有无场的区域。从该无场的区域开始，选择磁场快速增大，从而可磁化的纳米颗粒在相对于无场的区域很近的距离中已经达到磁饱和。因此，磁粒子测量信号来自无场区域的局部环境中并且说明在此存在的局部的粒子浓度的情况。因此，对于磁粒子测量来说，必须提供具有梯度B1和无场的区域的磁场。
从现有技术中已知的是，借助于永磁体产生用于光谱的和成像的方法的磁场：
例如，文献[5]公开了一种用于产生用于电子自旋共振测量的均匀磁场的磁体系统。该磁体系统具有多个可相对于彼此转动地支承的、由具有磁化区域的环组成的堆垛部。通过环的相对于彼此转动，可改变磁场分布。
在文献[3]中，作为用于产生MRI所需的主磁场的器件，尤其使用以海尔贝克结构的永磁体。在海尔贝克环中，环周面沿着周面走向的磁化方向在垂直于环轴线的平面中具有持续的转动，其中，在绕整个环周面一周之后，磁化方向返回其初始值。
也已知，将海尔贝克环用于产生用于在存储环中聚焦粒子射流[4]的磁场。在文献[4]中公开的设备此外包括多个可相对于彼此转动的海尔贝克环。
然而，利用在文献[3]、[4]和[5]中公开的设备不能产生磁粒子激励磁场。
文献[2]公开了一种磁粒子扫描器，在其中，借助于环形磁体产生具有无场点的选择场，并且附加地使用海尔贝克阵列，以使得借助于环形磁体产生的无场点径向移动。这实现了无电流地产生无场点并且使无场点移动。然而，在此不能改变选择场，尤其是无场点的大小和形状。
文献[1]描述了一种海尔贝克环用于产生磁粒子选择磁场的应用方案。通过由两个海尔贝克环组成的磁体组件绕轴线的转动，可产生无场线，并且使无场线在扫描平面中转动。在量值上的梯度大小不可变。此外，在文献[1]中描述的方法中，不能匹配选择场的场强度，该场强度确定无场线的清晰度
Figure BDA0002944057700000021
发明内容
本发明的目的是，提出一种磁粒子成像设备，该磁粒子成像设备借助于永磁体实现可变地产生磁粒子选择场。
根据本发明，该目的通过根据权利要求1所述的磁粒子成像设备以及根据权利要求7的用于产生磁场的方法实现。
在根据本发明的磁粒子成像设备中，磁体组件包括具有另外两个以海尔贝克偶极子结构的磁体环的第二磁体环对，第二磁体环对布置成与第一磁体环对同轴，其中，各磁体环布置成可绕Z轴线相对于彼此转动。不仅第一而且第二磁体环对优选地布置成相对于XY平面镜像对称。
因此，根据本发明的磁粒子成像设备包括两个分别具有两个以海尔贝克偶极子结构的磁体环的磁体环对，各磁体环对同轴地布置在延伸穿过试样体积的共同的Z轴线上。在实践中，磁体环通过离散的磁体段实现，这些磁体段具有随着角度逐渐变化的磁化。每个磁体环具有偶极子磁化方向相应于磁体环内部的磁场方向的磁化方式。每个磁体环的偶极子磁化方向垂直于Z轴线(即在XY平面中)延伸。其高度小于外直径的柱形的磁体对象也称为“磁体环”。
根据本发明，磁体环布置成可绕Z轴线相对于彼此转动，并且可单独地(机械解耦地)绕Z轴线转动。同轴地布置的磁体环可通过绕共同轴线相对于彼此转动形成不同的结构(两个磁体环的偶极子磁化方向的不同角度位置)。
通过第一磁体环对，优选地产生垂直于Z轴线的无场线。这可通过以下方式实现，即，在第一磁体环对内部使用在尺寸和磁化方式上结构相同的磁体环，其中，如此使磁体环彼此定向，使得由两个磁体环产生的偶极子场彼此相反地定向。亦即，磁体环对的两个磁体环的偶极子轴线相对于彼此转动180°(反平行)。
第二磁体环对(从试样体积开始)可轴向地或径向地布置在第一磁体环对外部或内部。第一磁体环对的磁体环彼此具有与第二磁体环对的磁体环不同的距离。磁体环对优选地布置成彼此同心，即，具有共同的中轴线。
第一磁体环对和第二磁体环对可绕Z轴线相对于彼此转动至少180°，优选地n*180°。优选地，环可在一个和/或多个环对内部无级地相对于彼此转动。
两个磁体环对的磁体环布置成相对于相同的对称平面(XY平面)对称。每个磁体环对产生一个磁场。所有磁体环的磁场叠加得到磁粒子磁场。优选地，在磁体环对内部的磁体环在尺寸和磁化方式上基本上结构相同，从而磁体环产生与相应的磁体环对的相应另一磁体环在量值上大小相同的磁性的偶极子场。在一种特殊的实施方式中，第一磁体环对的磁体环可产生与第二磁体环对的磁体环量值上同样大小的磁场。由于在不同磁体环对内部的磁体环的距离不同，于是第一磁体环对的磁体环通常与第二磁体环对的磁体环结构不同。尤其是，第一磁体环对的环的内直径、外直径以及环厚度与第二磁体环对的环不同。
磁体组件定义绕Z轴线转动的转动坐标系X’Y’Z。如以上描述的那样，至少在第一磁体环对中，两个磁体环的偶极子磁化方向彼此相反地定向。由此，产生具有无场线的磁场，该磁场可用作磁粒子选择场。第一磁体环对的磁体环中的一个磁体环定义X‘方向。于是，第一磁体环对的另一磁体环的偶极子磁化方向相应地在-X‘方向上定向。通过第一磁体环对产生的无场线在Y‘方向上定向(无场线在Y‘方向上长形地延伸)。
于是，根据相对于第一磁体环对的角度位置，第二磁体环对可用于，增大或减小通过第一磁体环对产生的磁场的梯度，或者例如通过使由第一磁体环对产生的无场线移动(第二磁体环对作为偏移场系统)产生与由第一磁体环对产生的无场线不同的无场线。以这种方式，可产生具有不同梯度和无场线的选择场。
在磁粒子成像设备的一种优选的实施方式中，在磁体环对内部的磁体环可机械耦合，从而第一磁体环对和第二磁体环对可绕Z轴线相对于彼此转动。通过磁体环对相对于彼此转动，例如可改变梯度的强度、无场线的大小/形状和位置。通过在一个磁体环对内部的两个磁体环的耦合，可尤其简单地实现这种情况。
一种特殊的实施方式规定，磁体组件的所有磁体环可机械耦合，从而磁体组件能作为整体绕Z轴线转动。通过磁体环的共同转动，可使无场线在敏感的/重建的成像区域(视域-FoV)内部转动。可离散地或连续地以在DC-100Hz至DC-200Hz的范围中的转动频率进行该转动，并且将该转动用于拍摄不同的投影角度。通过磁体环的共同转动以及同时推入待检查对象，可进行螺旋扫描。
根据本发明的磁粒子成像设备优选地包括用于产生至少一个磁性激励场的磁粒子激励线圈系统。激励线圈系统以激励频率f1使无场线运动穿过试样体积。
优选地，以在1kHz至300kHz的范围中的激励频率使磁粒子激励线圈系统电谐振地运行。
优选地，磁粒子激励线圈系统为机械静态的激励线圈系统(即在设备内部不转动或移动的激励线圈系统)，该激励线圈系统设计成，产生具有在Z轴线方向上的场方向的磁场。作为产生具有在Z轴线方向上的场方向的磁场的激励线圈系统的备选，也可使用这样的激励线圈系统，即，该激励线圈系统设计成，产生具有垂直于无场线延伸方向的场方向的磁场(例如在X‘方向上)。然而，在磁体环对转动时，必须使这种激励线圈系统一起转动并且因此必须为此具有相应的器件。优选地，使用收发线圈作为磁粒子激励线圈系统，从而利用激励系统也可接收测量信号。备选地，也可使用专用的激励和接收线圈。激励线圈系统以及接收线圈系统分别优选地轴向地布置在第一磁体环对的各磁体环之间。
根据本发明的磁粒子成像设备的优选的实施方式规定，设备包括偏移场线圈系统(聚焦场)，偏移场线圈系统设计成，使无场线至少沿着一个空间方向、优选地沿着所有空间方向准静态地(亦即以离散的步骤)或者以偏移频率(亦即在连续波(CW)模式中)在试样体积内部移动。出于以下原因这是有利的：无场线是可从中获得磁粒子信号的敏感区域。如果以高频率通过激励场(驱动场)操控该区域，激励位于FoV中的示踪物(例如超磁性的氧化铁颗粒)。可沿着无场线测量示踪物分布的投影。为了磁粒子成像，必须对于磁体组件的多个绕Z轴线的角度位置在整个FoV上确定投影。在具有强梯度B1的磁场中，这不仅仅可利用磁粒子激励线圈系统实现，因为否则的话由激励线圈系统产生的驱动场的振幅必须非常大，然而这带来对待检查对象的不利影响，因为高的振幅可导致外围神经刺激(PNS)，例如神经抽搐等，或者导致超过所谓的特定吸收率(SAR)的组织加热。偏移场引起无场线优选地在激励方向上的偏移；由此可减小激励场的所需的驱动场振幅。逐步地(离散地)或者以小于激励频率f1的偏移频率f2(尤其是f2＝DC-5kHz)通过偏移场线圈系统实现无场线的移动，从而在每次通过偏移场引起的移动时，可借助于激励线圈系统进行激励扫描。优选地，偏移场磁体线圈系统设计成，垂直于无场线的长形延伸方向进行移动。
在根据本发明的磁粒子成像设备的特殊的实施方式中，磁粒子成像设备设计成，在磁粒子模式中并且在至少另一成像模式中运行。在磁粒子模式中，磁体环对的磁体环具有反平行的偶极子磁化方向，如以上描述的那样。
在根据本发明的磁粒子成像设备的一种尤其优选的实施方式中，另一成像模式是用于拍摄核磁共振成像图像的MRI模式，其中，磁体组件构造成，通过在磁体环对内部的磁体环的偶极子磁化方向在MRI模式中平行于XY平面定向，在MRI模式中产生具有B0等角点的适合用于MRI测量的B0场。为此，两个磁体环对中的至少一个的磁体环必须能绕Z轴线相对于彼此转动。磁体组件的磁体环的偶极子磁化方向在MRI模式中相对于XY平面(XY平面延伸穿过磁体组件的中心)镜像对称。
在一种优选的实施方式中，第一磁体环对和第二磁体环对分别具有平行地定向的偶极子磁化方向，其中，通过两个磁体环对中的一个磁体环对的相对于彼此转动可改变B0场的振幅。当两个环在其场方向上平行地定向时，通过第一磁体环对预定B0场。尤其是当使具有更弱的场强度的磁体环对转动时，通过第二磁体环对相对于第一磁体环对转动，实现B0场的振幅变化。由此，B0在其方向上保持恒定，然而在其振幅上不恒定。为此的前提是，第一磁体环对和第二磁体环对的磁体环的偶极子磁化方向分别是相同的，但是其中，第二磁体环对整体上相对于第一磁体环对转动。
因此，通过各个环的可相对于彼此转动性，可影响磁场的类型(均匀的磁场，磁场梯度)。
根据本发明的磁粒子成像设备的另一实施方式规定，另一成像模式是用于拍摄计算机断层扫描图像的CT模式，其中，磁体环对的磁体环在Z方向上彼此间隔开，并且设备包括具有伦琴射线源和与伦琴射线源相对的伦琴射线探测器的CT单元，其中，伦琴射线源和探测器在XY平面中可绕Z轴线转动地支承。CT单元在轴向上布置在磁体环对的磁体环之间并且在CT模式中绕Z轴线转动。优选地，伦琴射线源和探测器能在磁体组件上机械耦合，使得CT单元可与磁体组件一起绕Z轴线转动。通过将磁体组件的转动与CT单元的转动耦合，可减小散射场问题，所述散射场问题由于变化的磁场(通过在磁场组件和CT单元之间的相对运动感应出该磁场)产生，否则，CT单元的电子射线可通过该变化的磁场运动。可直接补偿或考虑磁场组件的静态散射场，从而电子射线恰好射到阳极材料上。
可选地，根据本发明的混合成像设备设计成，在多于两个成像模式中运行，例如MPI、MRI和CT。
本发明也涉及一种用于借助根据上述权利要求中任一项所述的磁粒子成像设备在试样体积中产生具有梯度B1和无场线的磁场的方法，其特征在于，第一磁体环对的磁体环彼此定向成，使得磁体环具有反平行的偶极子磁化方向。亦即，第一磁体环对的两个磁体环的偶极子轴线(偶极子磁化方向)相对于彼此转动180°(反平行的偶极子磁化方向)。由此，通过第一磁体环对产生垂直于Z轴线的无场线。
根据本发明的方法的一种有利的变型方案规定，第二磁体环对的磁体环彼此定向成，使得磁体环具有平行的偶极子磁化方向。由此，第二磁体环对产生均匀的磁场。
该变型方案的一种改进方案(具有第二磁体环对的平行的偶极子磁化方向)规定，第二磁体环对的磁体环的偶极子磁化方向平行于第一磁体环对的磁体环中的一个磁体环的偶极子磁化方向定向。由此，第二磁体环对产生偏移场，利用偏移场可使通过第一磁体环对产生的无场线沿着Z轴线在试样体积内部移动。尤其是当选择场的梯度大时，需要偏移场。通过产生偏移场以及与此相关的无场线优选地在激励方向上的偏移，可减小激励场的所需的驱动场振幅。逐步地(离散地)或者利用小于激励频率f1的偏移频率f2实现通过偏移场使无场线移动，从而在每次通过偏移场引起移动时，可借助于激励线圈系统进行激励扫描。如以上描述的那样，有利的是，无场线垂直于无场线的长形延伸移动。这通过以下方式实现，即，第二磁体线圈对产生具有在X‘方向上的场方向的场。
作为其备选，在具有第二磁体环对的平行的偶极子磁化方向的变型方案中，磁体环对彼此定向成，第二磁体环对的磁体环的偶极子磁化方向与第一磁体环对的磁体环的偶极子磁化方向包夹0°＜α＜180°的角度。
由此，在α＝90°(在无场线的长形延伸的方向上均匀的磁场)时，可实现整个FoV的饱和。在根据本发明的方法的另一变型方案中规定，第二磁体环对的磁体环彼此定向成，使得磁体环具有反平行的偶极子磁化方向。
尤其是，磁体环对可彼此定向成，使得第二磁体环对的磁体环的偶极子磁化方向相对于第一磁体环对的磁体环的偶极子磁化方向平行地(即具有平行的偶极子磁化方向的右侧磁体环和具有平行的、与右侧的磁体环相反的偶极子磁化方向的左侧磁体环)或者反平行地定向。以这种方式，可加强或减弱通过第一磁体环对产生的磁场的梯度。通过由两个磁体环对产生的磁场的无场线叠加得到整个组件的无场线。
备选地，第二磁体环对的磁体环的偶极子磁化方向与第一磁体环对的磁体环的偶极子磁化方向包夹0°＜α＜180°的角度。在这种情况中，两个磁体环对的磁体环的偶极子磁化彼此倾斜地定向。(相对于通过第一磁体环对产生的无场线)得到绕Z轴线转动的具有变化的梯度强度的无场线。
根据本发明，磁体环可同时(机械耦合地)或者独立地(机械解耦地)绕Z轴线转动。机械耦合的转动实现用于磁粒子模式的无场线的机械转动，或用于MRI模式的B0场方向的转动。机械解耦的转动实现磁体环结构的变化(从MRI模式转换到磁粒子模式，以及相反的转换)。通过匹配磁体环参数(环距离，内直径和外直径，环厚度，环材料，环分段，段磁化方向，环定位角，…)，可优化B0场均匀性和/或B1梯度线性度以及无场线的静止位置。根据在磁体环之间的距离，可在相同的地点并且必要时同时地实现其它检查方法，例如CT或光学方法。由此，可在不必搬运试样的情况下在相同的地点以所有模式测量对象。
从说明书和附图中得到本发明的其它优点。同样，根据本发明，以上所述的和以下还将阐述的特征分别可单独地或者多个以任意组合的方式应用。所示出的且描述的实施方式不应理解成绝对的列举，而是相反地具有用于阐述本发明的示例的特征。
附图说明
图1示出了根据本发明的成像设备的布置在磁粒子激励线圈系统周围的磁体组件，其中两个磁体环对在用于产生具有在X和Z方向上强的场梯度的具有无场线的磁粒子磁场的位置中，
图2示出了根据本发明的成像设备的布置在磁粒子激励线圈系统周围的磁体组件，其中两个磁体环对在用于产生具有在X‘方向上强的场梯度的具有无场线的磁粒子磁场的位置中，
图3示出了根据本发明的成像设备的磁体组件，其中两个磁体环对在用于产生具有弱的场梯度的具有无场线的磁粒子磁场的位置中，
图4示出了具有两个用于产生具有无场线的磁粒子磁场的磁体环对的根据本发明的成像设备的磁体组件，在第二磁体环对用作偏移场系统的位置中，
图5在第二磁体环对用于使在FoV中的试样饱和的位置中示出了具有两个磁体环对的根据本发明的成像设备的磁体组件，
图6在用于产生具有转动的无场线和改变的梯度强度的磁粒子磁场的位置中示出了具有两个磁体环对的根据本发明的成像设备的磁体组件，
图7示出了具有磁体组件、MRI匀场设备、以及MRI/磁粒子激励线圈系统的根据本发明的磁粒子成像设备，
图8示出了在用于产生强的B0场的MRI模式中的具有两个磁体环对的根据本发明的成像设备的磁体组件，
图9示出了在用于产生弱的B0场的MRI模式中的具有两个磁体环对的根据本发明的成像设备的磁体组件。
具体实施方式
图1示出了用于根据本发明的成像设备的磁体组件。在图1中示出的磁体组件包括两个形成第一磁体环对R1/R2的磁体环R1、R2。磁体环R1、R2为二阶的海尔贝克环(k＝2，定向偶极矩)。两个磁体环R1、R2布置成相对于Z轴线同轴并且绕Z轴线延伸穿过的试样体积PV对称。试样体积PV通过可自由接近的孔(管直径)定义。
在根据本发明的磁体组件中，除了第一磁体环对R1/R2，存在具有两个另外的磁体环R3、R4的第二磁体环对R3/R4。两个磁体环对R1/R2、R3/R4布置成相对于Z轴线同轴，其中，在图1中示出的示例中，第一磁体环对R1/R2比第二磁体环对R3/R4更靠近试样体积PV的中心。第二磁体环对R3/R4的磁体环R3、R4，优选地两个磁体环对R1/R2、R3/R4的磁体环R1、R2、R3、R4可单独地相对于彼此转动。此外，可使在每个磁体环对R1/R2、R3/R4内部的磁体环R1、R2、R3、R4耦合，从而在相应的磁体环对R1/R2、R3/R4的磁体环R1、R2；R3、R4没有相对于彼此转动的情况下使第一磁体环对R1/R2相对于第二磁体环对R3/R4转动。此外，所有磁体环R1、R2、R3、R4可共同耦合，从而所有磁体环R1、R2、R3、R4可共同转动。
在图1中示出的状态中，在每个磁体环对R1/R2、R3/R4内部的磁体环R1、R2、R3、R4的偶极子磁化方向彼此反平行地定向，其中，两个磁体环对R1/R2、R3/R4的右侧的磁体环R2、R4具有在X方向上的偶极子磁化方向，并且左侧的磁体环R1、R3具有在-X方向上的偶极子磁化方向。在X和Z方向上的场梯度是相同的。在Y方向上，场梯度为0。得到具有无场线FFL和强的磁场梯度B1的磁场。
在图1中，示出了两个磁体环R1、R2在笛卡尔坐标系XYZ的-X方向上的偶极子磁化方向。所有磁体环R1、R2、R3、R4绕共同的转动轴线Z共同转动角度β引起无场线FFL的转动，如在图2中示出的那样。于是，通过磁体环R1、R2、R3、R4定义的另一坐标系X’Y’Z‘相对于坐标系XYZ转动角度β，其中，Z‘与Z一致。如此定义所述另一坐标系X’Y’Z‘，使得通过磁体环对R1/R2、R3/R4产生的无场线FFL始终在Y‘方向上定向。
在匹配磁体环R1、R2、R3、R4(距离，厚度，材料，顽磁，位置，磁化方式，内直径和外直径)的情况下，可在振幅(B1)以及梯度线性度(非直线的场分量B3、B5、…Bn最小化)方面优化通过磁体环R1、R2、R3、R4产生的磁粒子磁场。
为了使无场线FFL在试样体积PV内部运动，设置磁粒子激励线圈系统DF。在使用磁粒子激励线圈系统DF的情况下，可产生具有在Z方向上的场方向的在kHz范围内的均匀AC场(激励场＝驱动场)，由此，可使无场线FFL垂直于其位置(β+90°)在XY平面内运动。此时，通过磁粒子激励线圈系统DF感应的场变化用于激励磁性的纳米粒子并且用于探测粒子信号(沿着无场线的投影信号)。优选地，使用两个独立的线圈以激励粒子和探测信号。在这种情况中，专用的接收线圈应构造成梯度计。例如，在图1中示出的激励线圈系统DF实施成分开的线圈，这实现了设备例如与CT组件组合。当不使用CT单元时，连续缠绕的Tx和/或Rx线圈同样是可行的。
接下来示出磁体环R1、R2、R3、R4或磁体环对R1/R2、R3/R4在可用于根据本发明的磁粒子成像设备的磁体组件中彼此定向的其它的状态。
在图3中示出的状态中，在每个磁体环对R1/R2、R3/R4内部的磁体环R1、R2、R3、R4的偶极子磁化方向彼此反平行地定向，其中，(与在图1和图2中示出的状态相反地)，两个磁体环对R1/R2、R3/R4的右侧的磁体环R2、R4的偶极子磁化方向也相对于彼此转动180°。相同的适用于两个磁体环对R1/R2、R3/R4的左侧的磁体环R1、R3的偶极子磁化方向。因此，通过各个磁体环对R1/R2、R3/R4产生的磁场彼此减弱。得到具有无场线FFL和弱的磁场梯度B1的磁场。
在图4中示出的状态中，第一磁体环对R1/R2的磁体环R1、R2的偶极子磁化方向也彼此反平行地定向，并且由此产生沿着Y轴的无场线(在图4中未示出)。相反地，第二磁体环对R3/R4的磁体环R3、R4未相对于彼此转动，从而磁体环R3、R4的偶极子磁化方向彼此平行地定向，确切的说在磁体环R1的偶极子磁化方向上定向。由此，第二磁体环对R3/R4产生在X方向上的均匀磁场，该磁场引起无场线的偏移并且被称为偏移场。通过由两个磁体环对产生的磁场叠加，得到向-Z方向移动的无场线FFL，如在图4中示出的那样。
在图5中示出的状态中，具有反平行地定向的偶极子磁化方向的第一磁体环对R1/R2轴向布置在第二磁体环对R3/R4外部。第一磁体环对R1/R2产生沿着Y轴的无场线(在图10中未示出)。相反地，第二磁体环对R3/R4的磁体环R3、R4未相对于彼此转动，从而磁体环R3、R4的偶极子磁化方向彼此平行地定向，然而与在图3中示出的状态相反，不是在另一磁体环对R1、R2的磁体环R1、R2中的一个的偶极子磁化方向上，而是相对于磁体环R2的偶极子磁化方向转动了角度α(在此：90°)。因此，第二磁体环对R3、R4产生在Y方向上的均匀磁场(偏移场)。由两个磁体环对R1/R2、R3/R4产生的磁场的叠加导致消除了无场线FFL。这能够用于使整个FoV(在此：XY平面)饱和。由于通过两个磁体环对R1/R2、R3/R4引起在FoV中的试样饱和，在如此进行的磁粒子测量中试样对信号没有贡献，从而能够在不必从FoV中取出试样的情况下获得用于背景修正的背景信号。
图6示出了无场线可在X/Y平面中转动的状态。为此，在每个磁体环对R1/R2、R3/R4内部的磁体环R1、R2或R3、R4的偶极子磁化方向彼此反平行地定向，其中，第一磁体环对R1/R2的磁体环R1、R2的偶极子磁化方向相对于第二磁体环对R3/R4的磁体环R3、R4的偶极子磁化方向转动了角度α。两个磁体环对R1/R2、R3/R4分别产生相对于彼此转动了角度α的无场线(未示出)。通过由两个磁体环对R1/R2、R3/R4产生的磁场叠加，得到无场线FFL绕Z轴线的转动。在两个梯度场转动时，无场线FFL保持不变，仅仅改变梯度强度的量值以及在XY平面中的位置。根据相应的环的厚度
Figure BDA0002944057700000131
无场线FFL的长形延伸在偶极子轴线+90°之间。在梯度强度相同时，无场线FFL的长形延伸在α/2+90°下延伸。
在α等于90°的状态中(未示出)，如果两个磁体环对具有相同的磁场强度，通过由两个磁体环对R1/R2、R3/R4产生的磁场的叠加，得到无场线转动45°。
在图7中示出的根据本发明的磁粒子成像设备的实施方式可在不同的成像模式(在此：MRI模式和磁粒子模式)中运行。为此，设置MRI匀场设备SR和磁粒子激励线圈系统DF。与图1中示出的实施方式相反地，在图7中示出的激励线圈系统未实施成分开的线圈。由此实现更高的灵敏性。
对于MRI模式，磁体环R1、R2、R3、R4如此定向，使得磁体环R1、R2、R3、R4的偶极子磁化方向彼此平行地定向，以用于在偶极子方向上产生适合用于MRI测量的均匀的B0场(见图8和9)。
在图8和图9中示出了根据本发明的磁体组件的两个位置，其中磁体组件能用于MRI测量。为此，每个磁体环对R1/R2、R3/R4的磁体环R1、R2或R3、R4彼此平行地定向，从而两个磁体环对R1/R2、R3/R4在偶极子磁化方向上产生均匀的磁场(B0场)。
在图8中，所有磁体环R1、R2、R3、R4的偶极子磁化方向在相同的方向上定向，从而通过由两个磁体环对产生的场叠加得到强的B0场。
在图9中，第一磁体环对R1/R2的磁体环R1、R2的偶极子磁化方向与第二磁体环对R3/R4的磁体环R3、R4的偶极子磁化方向相反地定向(反平行)，从而通过由两个磁体环对产生的场叠加得到弱的B0场。由此，在MRI模式中可实现不同的B0强度。通过选择在磁体环对R1/R2、R3/R4内部的磁体环R1、R2或R3、R4之间的距离，可实现通过磁体组件产生的磁场的基本均匀化。
此外，可通过耦合的磁体环对R1/R2、R3/R4的转动调整B0场的方向。这实现，获得与方向相关的MRI数据。然而为此，必须使MRI匀场设备SR(匀场管和匀场线圈系统)、MRI激励线圈(未示出)和梯度线圈系统(未示出)一起转动。
附图标记列表
R1、R2 第一磁体环对的磁体环，
R3、R4 第二磁体环对的磁体环，
FFL 无场线，
PV 试样体积，
SR MRI匀场设备(被动匀场管和/或主动匀场线圈)，
DF 用于磁粒子(驱动场)的高频激励线圈系统。
参考文献列表
[1]DE 10 2015 218 122 B3
[2]Bagheri et al:
A mechanically driven magnetic particle imaging scannerAppl.Phys.Lett.113(2018)
doi:10.1063/1.5052646
[3]WO 2017/083849 A1
[4]US 4,355,236 A
[5]EP 1876 462 A1

Claims (15)

1.一种用于在试样体积(PV)中对待检查对象进行成像的磁粒子成像设备，所述磁粒子成像设备包括磁体组件，所述磁体组件构造成，在试样体积中产生具有梯度B1和无场线(FFL)的磁粒子磁场，其中，所述磁体组件包括第一磁体环对，所述第一磁体环对具有两个以海尔贝克偶极子结构的磁体环(R1、R2)，这两个磁体环同轴地布置在延伸穿过试样体积(PV)的共同的Z轴线上，其特征在于，所述磁体组件包括第二磁体环对，所述第二磁体环对具有两个另外的以海尔贝克偶极子结构的磁体环(R3、R4)，所述第二磁体环对布置成与第一磁体环对同轴，其中，各所述磁体环(R1、R2、R3、R4)布置成能绕Z轴线相对于彼此转动。
2.如权利要求1所述的磁粒子成像设备，其特征在于，在各所述磁体环对内部的磁体环(R1、R2、R3、R4)能机械耦合，从而第一磁体环对和第二磁体环对能绕Z轴线相对于彼此转动。
3.如上述权利要求中任一项所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述磁体组件的所有磁体环(R1、R2、R3、R4)能机械耦合，从而磁体组件能作为整体绕Z轴线转动。
4.如上述权利要求中任一项所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述设备包括用于产生至少一个磁性激励场的磁粒子激励线圈系统(DF)。
5.如上述权利要求中任一项所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述设备包括偏移场线圈系统，所述偏移场线圈系统设计成，使无场线至少沿着一个空间方向、优选地沿着所有空间方向，准静态地或者以偏移频率在试样体积(PV)内部移动。
6.如上述权利要求中任一项所述的磁粒子成像设备，其特征在于，所述磁粒子成像设备设计成，在磁粒子模式中并且在至少一个另外的成像模式中运行。
7.如权利要求6所述的磁粒子成像设备，其中，所述另外的成像模式是用于拍摄核磁共振成像图像的MRI模式，并且所述磁体组件构造成，在MRI模式中产生具有B0等角点的适合用于MRI测量的B0场，其方式为，至少一个磁体环对的磁体环的偶极子磁化方向在MRI模式中平行于XY平面定向。
8.如权利要求7所述的磁粒子成像设备，其中，所述第一磁体环对和第二磁体环对分别具有平行地定向的偶极子磁化方向，并且通过所述两个磁体环对相对于彼此的转动能改变B0场的振幅。
9.一种用于借助如上述权利要求中任一项所述的磁粒子成像设备在试样体积(PV)中产生磁场的方法，所述磁场具有梯度B1和无场线(FFL)，其特征在于，所述第一磁体环对的磁体环(R1、R2)彼此定向成，使得第一磁体环对的各磁体环具有反平行的偶极子磁化方向。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二磁体环对的磁体环(R3、R4)彼此定向成，使得第二磁体环对的各磁体环具有平行的偶极子磁化方向。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，各所述磁体环对彼此定向成，使得第二磁体环对的磁体环(R3、R4)的偶极子磁化方向平行于第一磁体环对的磁体环(R1、R2)中的一个磁体环的偶极子磁化方向定向。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述磁体环对彼此定向成，使得第二磁体环对(R3、R4)的磁体环的偶极子磁化方向与第一磁体环对(R1、R2)的磁体环的偶极子磁化方向包夹0°＜α＜180°的角度。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二磁体环对的磁体环(R3、R4)彼此定向成，使得第二磁体环对的各磁体环具有反平行的偶极子磁化方向。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述磁体环对彼此定向成，使得第二磁体环对的磁体环(R3、R4)的偶极子磁化方向相对于第一磁体环对的磁体环(R1、R2)的偶极子磁化方向平行地或反平行地定向。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述磁体环对彼此定向成，使得第二磁体环对(R3、R4)的磁体环的偶极子磁化方向与第一磁体环对的磁体环(R1、R2)的偶极子磁化方向包夹0°＜α＜180°的角度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108008330A (zh) * 2016-10-31 2018-05-08 塞尼斯公司 用于校准磁性传感器的校准工具
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CN109952060A (zh) * 2016-07-12 2019-06-28 马格内蒂克因赛特公司 使用通量回路和垫片磁体的磁性粒子成像

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105842638A (zh) * 2015-01-22 2016-08-10 布鲁克碧奥斯平Mri有限公司 具有移动永磁元件的mpi扫描器
US20180335487A1 (en) * 2015-11-12 2018-11-22 Massachusetts, University Of Apparatus and methods for spatial encoding of ffl-based mpi devices
CN109952060A (zh) * 2016-07-12 2019-06-28 马格内蒂克因赛特公司 使用通量回路和垫片磁体的磁性粒子成像
CN108008330A (zh) * 2016-10-31 2018-05-08 塞尼斯公司 用于校准磁性传感器的校准工具
CN108732521A (zh) * 2017-03-31 2018-11-02 布鲁克碧奥斯平有限公司 用于磁共振设备的带有能轴向和横向移动、能旋转地支承的环组件的永磁体布置结构

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