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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Magnetic-Particle-Imaging-Signalerfassung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Signalübertragungsanordnung zum Einsatz bei einer solchen Signalerfassung.
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Mit dem Prinzip des Magnetic-Particle-Imaging (MPI) können Konzentrationen magnetischer oder zumindest magnetisierbarer Partikel, insbesondere Nanopartikel, wie z.B. bevorzugt Eisenoxid, in einem Untersuchungsvolumen gemessen werden. Die Partikel können z.B. als Tracer, ähnlich zu einem Kontrastmittel, für Gewebeuntersuchungen von Lebewesen eingesetzt werden. Dabei hat insbesondere Eisenoxid den Vorteil im Organismus des Lebewesens problemlos abbaubar zu sein. Die Technik stellt somit eine Alternative, zumindest aber eine Ergänzung zur Magnet-Resonanztomographie bzw. der Nuklearmedizinischen Verfahren dar. Das Untersuchungsvolumen wird in der Terminologie dieser Technik auch als „Field-Of-View = FOV“ bezeichnet.
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Bei dieser grundsätzlich bekannten Technik werden die in der feldfreien Region eines ortsabhängigen Magnetfeldes, insbesondere eines Gradientenmagnetfeldes, angeordneten magnetischen/magnetisierbaren Partikel mittels eines sich zeitlich ändernden Anregungsmagnetfeldes magnetisiert. Dabei wird das im Vorzeichen der Feldrichtung sich zeitlich ändernde Anregungsmagnetfeld mit dem ortsabhängigen Magnetfeld überlagert.
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Das ortsabhängige Magnetfeld kann z.B. durch Permanentmagneten, insbesondere aber auch durch Elektromagneten erzeugt werden. Das Anregungsmagnetfeld wird üblicherweise durch Elektromagneten erzeugt, bevorzugt mittels stromdurchflossener Spulen, die von einer Stromquelle gespeist werden, um mittels zeitlich variierender Wechselströme das Anregungsmagnetfeld zu erzeugen. Das ortsabhängige Magnetfeld und das variierende Magnetfeld können auch in einer gemeinsamen Spulenanordnung erzeugt werden. Durch die Verlagerung des feldfreien Bereiches wird insgesamt das Untersuchungsvolumen gebildet. Die Verlagerung kann rein mechanisch, elektrisch oder kombiniert erfolgen.
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Als feldfreie Region wird der örtliche Bereich bezeichnet, in welchem sich bei dem ortsabhängigen Magnetfeld und/oder der Superposition aus ortsabhängigem Magnetfeld und variierendem Magnetfeld die Feldrichtung ändert, also singulär „Null“ ist und weiterhin in der darum befindlichen Umgebung die Feldstärke unterhalb der Sättigungsfeldstärke der eingesetzten Partikel ist. Die feldfreie Region ist somit trotz der so erfolgenden Bezeichnung in der einschlägigen Terminologie nicht überall feldfrei. Signalbeiträge der Partikel stammen hingegen nur aus dieser als feldfrei bezeichneten Region, da sich nur dort die Partikel im Anregungsfeld ummagnetisieren lassen.
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Außerhalb der feldfreien Region ist die Magnetisierung der Partikel gesättigt und im Anregungsmagnetfeld nicht änderbar. Die feldfreie Region ist bei üblichen Scanneraufbauten wie auch bei der Erfindung, insbesondere bei schon kommerziell erhältlichen Scanner-Geräten, häufig eine Linie oder ein Punkt, wobei diese Begriffe nicht im Sinne mathematischer Exaktheit zu verstehen sind, sondern die räumliche Erstreckung eines konkreten Messvolumens beschreiben. Diese Bereiche werden in der einschlägigen Terminologie als FFP - field free point oder FFL - field free line bezeichnet.
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Aufgrund der nichtlinearen Magnetisierung der Partikel wechselt deren Magnetisierung nicht nur mit der Grundfrequenz des Anregungsmagnetfeldes, sondern auch mit der Frequenz höherer Harmonischer, insbesondere ungerader Harmonischer der Anregungsfrequenz. Die Partikel erzeugen somit ihrerseits wechselnde Magnetfelder mit der Anregungsfrequenz und den Harmonischen, wobei die Harmonischen messtechnisch von der Anregungsfrequenz diskriminiert werden können und somit die Amplitude bzw. Intensität der Harmonischen ein Maß für die Konzentration der Partikel im feldfreien Bereich ist.
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Ein Signal, das von den magnetisierten Partikeln erfasst wird, ist somit üblicherweise eine physikalische Größe, welche die Amplitude / Intensität der Harmonischen ggfs. inklusive der Anregungsfrequenz repräsentiert, z.B. eine induzierte Spannung oder daraus gebildeter weiterer Größen.
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Die Technik der MPI-Bildgebung sieht somit, ebenso wie die Erfindung vor, das Signal mittels einer Empfangsspulenanordnung zu erfassen, insbesondere welche die Partikel umgibt. Das Signal wird dabei üblicherweise in der Zeit-Domäne erfasst und mittels Fouriertransformation in die Frequenz-Domäne umgerechnet, um die Signalanteile der Harmonischen zu vermessen.
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Dabei kann als Empfangsspulenanordnung die Spulenanordnung verwendet werden, die auch zur Erzeugung des variierenden Anregungsmagnetfeldes verwendet wird, ebenso wie eine dazu separate Spulenanordnung.
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Bekannte MPI-Scanner, z.B. der Firma Bruker, umfassen einen Probenaufnahmekanal, der von den Spulen zur Anregung und Signalerfassung umgeben ist. Ein solcher Probenaufnahmekanal hat eine definierte Größe, welche insoweit auch die maximale Größe untersuchbarer Proben, z.B. Lebewesen begrenzt.
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Häufig werden Untersuchungen gemacht an Partikeln in Proben, die deutlich kleiner sind als der maximale Durchmesser des Probenaufnahmekanals. Die Magnetfeldstärke der von den Partikeln erzeugten Harmonischen muss in solchen Geräten mit den Empfangsspulenanordnungen erfasst werden, die außen um den Probenaufnahmekanal herum angeordnet sind. Damit ist die Entfernung der Empfangsspulenanordnung von den Partikeln größer als eigentlich nötig. Problematisch ist dies deswegen, weil die Magnetfeldstärke mit dem Radialabstand zu den Partikeln signifikant, insbesondere mit r3 abfällt, wodurch die Signalausbeute reduziert ist.
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Bei kommerziellen MPI-Scannern ist es vorgesehen zur Verringerung des Abstandes zwischen der Empfangsspule und den Partikeln bei Proben, die deutlich kleiner sind als der Aufnahmekanaldurchmesser, eine separate Empfangseinheit mit Empfangsspulenanordnung und nachgelagerter Messwerterfassung in den Probenaufnahmekanal einzusetzen und sodann die Messwerterfassung mit dieser Empfangseinheit statt der ursprünglichen Empfangsspulenanordnung und Messeinheit des Gerätes zu nutzen. Eine solche Lösung erzeugt hohe Kosten für dieses doppelte Messsystem.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren und eine Signalübertragungsanordnung bereitzustellen, die es erlauben unter Nutzung einer vorhandenen Empfangsspulenanordnung Signale von den magnetisierten Partikeln mit einer höheren Ausbeute zu erfassen. Bevorzugt soll dabei die an einer vorhandenen Empfangsspulenanordnung nachgelagert angeordnete Messelektronik weiterhin zur Messwerterfassung eingesetzt werden.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem weiterhin innerhalb der Empfangsspulenanordnung, bevorzugt innerhalb einer solchen, die in einem kommerziellen MPI-Scanner vorhanden ist, um die Partikel herum eine Signalübertragungsanordnung umfassend eine äußere und wenigstens eine damit in Reihe geschaltete innere Spule positioniert wird.
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Eine solche Signalübertragungsanordnung kann bevorzugt als passive Baueinheit, also ohne weitere externe Spannungsversorgung, in den Probenaufnahmekanal eingeschoben werden. Hierdurch kann die wenigstens eine innere Spule eine in dem Kanal einliegende Probe in einem geringeren radialen Abstand umgeben, als es bei der Empfangsspulenanordnung der Fall ist.
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Das mit der wenigstens einen inneren Spule von den wechselnd magnetisierten Partikeln empfangene Signal wird erfindungsgemäß durch Stromfluss auf die äußere Spule übertragen und von dieser wieder abgestrahlt. So erzeugt nämlich zunächst das wechselnde von den Partikeln erzeugte Magnetfeld in der wenigstens einen inneren Spule eine induzierte Spannung, die den Stromfluss erzeugt, der auch durch die in Reihe geschaltete äußere Spule erfolgt und so von dieser wiederum ein Magnetfeld erzeugt wird.
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Das von der äußeren Spule erzeugte Magnetfeld liegt in radialer Richtung wiederum näher an der Empfangsspule und wird von dieser wiederum, z.B. als induzierte Spannung, erfasst. Insgesamt kann so auf rein passive Art die Signalübertragung zwischen den Partikeln und der Empfangsspulenanordnung verbessert werden.
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Bevorzugt werden sich an der Empfangsspulenanordnung das von den Partikeln unmittelbar empfangene Signal und das von den Partikeln mittelbar von der äußeren Spule empfangene Signal überlagern.
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Selbst sofern sich durch die Induktivitäten der Signalübertragungsanordnung eine zeitliche Verschiebung zwischen dem von den Partikeln erzeugten Magnetfeld und dem von der äußeren Spule wieder abgegebenen Magnetfeld ergeben sollte, ist dies unkritisch, da zumindest in der Frequenzdomäne eine konstruktive Überlagerung der direkt und indirekt empfangenen harmonischen Signalanteile erfolgt.
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Eine erfindungsgemäße Signalübertragungsanordnung für einen Magnetic-Particle-Imaging-Scanner, weist somit eine äußere Spule, insbesondere die im Durchmesser kleiner ist als der Probenaufnahmekanal des vorhandenen Scanners, und wenigstens eine in der äußeren Spule angeordnete, bevorzugt darin koaxial angeordnete innere Spule auf, insbesondere die im Durchmesser größer ist als eine zu untersuchende Probe, wobei die äußere und die wenigstens eine innere Spule elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die wenigstens eine innere Spule ist somit im Durchmesser immer kleiner als die äußere Spule und belässt in ihrem Inneren oder im Inneren eines Spulenträgers, auf den die wenigstens eine innere Spule aufgewickelt ist, einen freien kanalförmigen Querschnitt der Signalübertragungsanordnung, in welchem eine Probe mit Partikeln positioniert werden kann.
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Das Verfahren und die Signalübertragungsanordnung können in bevorzugter Ausbildung vorsehen, dass die Signalübertragungsanordnung mittels einer Kondensatoranordnung, die mit der äußeren und der wenigstens einen inneren Spule in Reihe geschaltet ist, resonant abgestimmt wird. Eine solche Kondensatoranordnung kann einen oder mehrere Kondensatoren umfassen.
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Die Abstimmung kann durch Wechseln der Kondensatoren der Kondensatoranordnung und bevorzugt mittels einer in der Kapazität variabel einstellbaren Kondensatoranordnung erfolgen.
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Die Abstimmung kann so erfolgen, dass der Frequenzbereich der zu erfassenden Harmonischen besser durch die Spulenanordnung übertragen wird als die Anregungsfrequenz, insbesondere so, dass die Anregungsfrequenz in der Spulenanordnung der Signalübertragungsanordnung gedämpft wird. Die Absorption von Energie aus dem Magnetfeld mit der Anregungsfrequenz kann so verringert werden. Die Abstimmung kann bevorzugt so erfolgen, dass die gewählte Resonanzfrequenz größer ist als die Anregungsfrequenz, bevorzugt mindestens 10-fach, weiter bevorzugt mindestens 20-fach größer. Bei einer beispielhaften Anregungsfrequenz des zeitlich variierenden Anregungsmagnetfeldes von 25 kHz kann die Resonanzfrequenz z.B. auf 600 kHz abgestimmt werden.
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Weiter bevorzugt ist die Kondensatoranordnung außerhalb des Anregungsmagnetfeldes angeordnet. Dies kann z.B. dadurch realisiert werden, dass die Kondensatoranordnung mittels eines Kabelanschlusses, z.B. durch ein Koaxialkabel oder eine Twisted-Pair-Leitung zu den Spulen beabstandet angeordnet ist. Noch weiter bevorzugt ist die Kondensatoranordnung dabei in einem separaten Abschirmungsgehäuse angeordnet, das außerhalb eines Probenaufnahmekanals eines MPI-Scanners positioniert ist. Der Kabelanschluss kann bevorzugt mindestens so lang sein, wie die Einschubtiefe der Signalübertragungsanordnung im Probenaufnahmekanal ist.
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Bei der Signalübertragungsanordnung können bevorzugt die äußere Spule und die wenigstens eine innere Spule, insbesondere die einzige innere Spule, auf einem gemeinsamen Spulenträger angeordnet sein. Der Spulenträger kann in seinen Abmessungen so konfiguriert sein, dass dessen Außendurchmesser, bzw. der Außendurchmesser der gesamten Anordnung, kleiner ist als ein Probenaufnahmekanal eines vorhandenen MPI-Scanners, mit dem zusammen das Verfahren genutzt werden soll. Der innere freie Durchmesser der Signalübertragungsanordnung kann so gewählt sein, dass er größer, bevorzugt nur knapp großer ist als eine zu umgebende Probe mit den Partikeln. Der gemeinsame Spulenträger kann in einen äußeren Spulenträger für die äußere Spule und wenigstens einen inneren Spulenträger für eine jeweilige innere Spule unterteilt sein. Äußerer und innerer Spulenträger können miteinander einstückig ausgebildet sein oder separate Spulenträger bilden, insbesondere die ineinandersteckbar sind, bevorzugt ineinander befestigbar sein können.
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Die axiale Länge der äußeren Spule und/oder der inneren Spule, bevorzugt die Zahl der Wicklungen der äußeren und/oder jeweiligen inneren Spule, kann bevorzugt der Länge bzw. der Wicklungsanzahl der Empfangsspulenanordnung des zu nutzenden MPI-Scanners entsprechen.
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Die Erfindung kann weiterhin vorsehen, dass die wenigstens eine innere Spule relativ zur äußeren Spule und relativ zu den Partikeln bewegt wird, insbesondere während einer Sequenz einer Signalerfassung. Eine solche Bewegung kann z.B. entlang einer gemeinsamen Achse erfolgen, um die herum die innere und äußere Spule angeordnet sind. Eine Bewegung der inneren Spule kann aber auch frei im Raum relativ zur äußeren Spule erfolgen. Eine Bewegung kann auch so erfolgen, dass die Achse der inneren Spule parallel aber nicht koaxial zur Achse der äußeren Spule bewegt wird. Insgesamt kann durch die Bewegbarkeit die Signalerfassung von den Partikeln mit der inneren Spule optimiert werden.
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Z.B. kann dafür eine innere Spule oder deren Spulenträger mittels einer manuell betätigbaren Handhabe oder auch einer Aktorik versehen sein, welche die Manipulation im Raum ermöglicht. Eine solche Handhabe oder Aktorik kann z.B. auch durch einen Katheter ausgebildet sein oder ein sonstiges Instrument, mit welchem die innere Spule bevorzugt auch in das Innere des Körpers eines Lebewesens, z.B. in dessen Blutgefäße gebracht werden kann. Hierdurch kann eine besonders große Nähe zu den Partikeln bewirkt werden.
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Bei allen Ausführungen ist es bevorzugt vorgesehen, dass die äußere Spule und die wenigstens eine innere Spule die Partikel umgeben. Insbesondere bei der Ausführung einer bewegbaren inneren Spule kann es auch vorgesehen sein, dass die innere Spule die Partikel nicht umgibt, sondern nur die äußere.
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Bei den Ausführungen einer bewegbaren inneren Spule ist diese bei ihrer elektrischen Reihen-Verschaltung mit der äußeren Spule bevorzugt flexibel an diese angebunden.
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Eine mögliche Ausführung kann dabei vorsehen, dass ein innerer Spulenträger, der die innere Spule trägt, zu einem äußeren Spulenträger mit der äußere Spule linear, bevorzugt auf derselben gemeinsamen Spulenachse verschiebbar ist. Z.B. können innere und äußere Spulenträger mittels eines Linearführungssystems verbunden sein, welches die lineare Bewegung der Spulenträger relativ zueinander gestattet.
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Die Erfindung kann in einer Weiterbildung auch vorsehen, dass sie wenigstens zwei insbesondere auf derselben Achse beabstandet angeordnete innere Spulen aufweist, die wahlweise alternativ mittels einer Umschaltanordnung in Reihe zur äußeren Spule schaltbar sind. Eine jeweilige innere Spule kann einen jeweils eigenen inneren Spulenträger aufweisen, der die Spule trägt. Die inneren Spulen können auch auf einem gemeinsamen inneren Spulenträger angeordnet sein.
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So kann im Verfahren also eine von wenigstens zwei inneren Spulen, wahlweise für die Signalerfassung genutzt werden. Bevorzugt sind die wenigstens zwei alternativ schaltbaren Spulen jeweils in Reihe mit derselben Kondensatoranordnung, so dass für beide Spulen dieselbe Resonanzabstimmung vorliegt, insbesondere wenn beide Spulen hinsichtlich der Induktivität und/oder konstruktiven Ausgestaltung identisch sind. Die Erfindung kann auch vorsehen, dass die wenigstes zwei inneren Spulen jeweils alternativ in Reihe mit derselben äußeren Spule aber in Reihe mit je einer anderen Kondensatoranordnung schaltbar sind. Die Resonanzfrequenzen oder Bandpasseigenschaften können so für die verschiedenen inneren Spulen gleich, aber ebenso auch verschieden ausgebildet sein. Auch können die wenigstens zwei alternativ schaltbaren Spulen in der Induktivität und/oder deren Konstruktion unterschiedlich ausgebildet sein.
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Ebenso kann die Erfindung vorsehen, dass die Signalübertragungsanordnung wenigstens zwei innere Spulen aufweist, die gleichzeitig jeweils in Reihe mit derselben äußeren Spule geschaltet sind. Es können hierbei mit den wenigstens zwei inneren Spulen, bevorzugt die unterschiedlich resonant betrieben werden können, gleichzeitig Signale von den Partikeln erfasst werden.
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Die inneren Spulen können dabei mit einer gemeinsamen Kondensatoranordnung in Reihe liegen, aber alternativ auch in Reihe mit je einer anderen Kondensatoranordnung in Reihe verbunden sein. Dabei wird unter einer anderen Kondensatoranordnung eine solche mit einer anderen Kapazität verstanden. Bevorzugt bilden dann die Reihenanordnungen von je einer inneren Spule und einer jeweils eigens zugeordneten Kondensatoranordnung zueinander eine Parallelschaltung aus, die zur äußeren Spule wiederum in Reihe liegt.
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Die wenigstens zwei inneren Spulen können in der Induktivität identisch, aber auch verschieden ausgebildet sein.
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Die Resonanzfrequenzen oder Bandpasseigenschaften können so für die wenigstens zwei inneren Spulen, insbesondere aufgrund der verschiedenen Induktivitäten der Spulen und/oder aufgrund verschiedener Kapazitäten der zugeordneten Kondensatoranordnungen ebenso verschieden ausgebildet sein.
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Die wenigstens zwei inneren Spulen dieser Ausführungsvariante können koaxial ineinander, insbesondere sich hierbei vollständig überdeckend, oder koaxial ineinander und axial beabstandet oder aber auch axial beabstandet nebeneinander, insbesondere auf derselben Spulenachse angeordnet sein.
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Die Erfindung kann z.B. vorsehen aus den Signalen der zwei oder mehr, bevorzugt axial beabstandeten inneren Spulen, insbesondere der elektrisch und/oder konstruktiv identischen Spulen auf den Ort der Erzeugung der Signale von den Partikeln zurückzurechnen, insbesondere so die Ortsauflösung eines Scanners zu verbessern.
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Eine weiterhin bevorzugte Ausführung kann vorsehen, dass die Signalübertragungsanordnung einen Spulenträger mit einer äußeren Spule umfasst und wenigstens einen Spulenträger mit wenigstens einer inneren Spule umfasst, die mechanisch und elektrisch lösbar und verbindbar sind, insbesondere wobei der innere Spulenträger mit der wenigstens einen inneren Spule aus einem Satz mehrerer innerer Spulenträger mit im Durchmesser verschiedenen inneren Spulen, insbesondere somit auch verschiedenen inneren freien Durchmessern wählbar ist.
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So kann mit dieser Ausführung passend zu einer Probe, welche die Partikel umfasst, die innere Spule aus dem Satz mit dem kleinstmöglichen Durchmesser gewählt werden.
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Eine Weiterbildung kann auch vorsehen, dass die elektrischen Leiter der Spulen mittels eines in den Leitern geführten Kühlmittels kühlbar sind, insbesondere zur Abführung von Verlustwärme und/oder zur Kühlung in den supraleitenden Widerstandsbereich. Die Leiter können z.B. dafür hohl ausgebildet sein und in einem Fluidkreislauf eines Kühlmittels, z.B. Helium, eingebunden sein.
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Den bisherigen Stand der Technik und bevorzugte Ausführungen zeigen die nachfolgenden Figuren.
- 1A: zeigt einen konstruktiven Aufbau eines im Stand der Technik bekannten MPI-Scanners
- 1B: zeigt das elektrische Ersatzschaltbild zur 1B
- 1C: zeigt ein Signalspektrum des Standes der Technik gemäß 1A und 1B als Signalamplitude gegen die Frequenz
- 2A: zeigt eine konstruktive Ausführung gemäß der Erfindung im Schnitt senkrecht zu den Spulenachsen
- 2B: zeigt das elektrische Ersatzschaltbild der Ausführung von 2A
- 2C: zeigt ein Signalspektrum im Vergleich zum Stand der Technik gemäß der Erfindung nach 2A/2B als Signalamplitude gegen die Frequenz
- 3A: zeigt eine konstruktive zweite Ausführung gemäß der Erfindung im Schnitt parallel zu der Spulenachse
- 3B: zeigt das elektrische Ersatzschaltbild der Ausführung gemäß 3A
- 3C: zeigt die Magnetfeldstärke und somit die Erfassungsempfindlichkeit beider Spulen der Ausführung von 3A/3B gegen die Z-Achse, also die Spulenachse
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In den 1 ist eine Ausführung gemäß dem bisherigen Stand der Technik zu erkennen. In dieser Ausführung wird mittels einer Anregungsspulenanordnung 1, die durch eine treibende Spannung 5 angesteuert wird, das zeitlich variierende Anregungsmagnetfeld erzeugt und ebenso mit dieser Spule 1 auch als Empfangsspulenanordnung das Signal der Partikel 4 erfasst. Die Spulenanordnung 1 befindet sich in radialer Richtung nach außen hinter einer Abdeckung 2, die den Probenaufnahmekanal definiert mit einem inneren freien Durchmesser. Die feldfreie Region befindet sich im Untersuchungsvolumen 3 und kann innerhalb dieses Volumens örtlich variiert werden.
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Das ortsabhängige Magnetfeld, insbesondere das Gradientenmagnetfeld zur Erzeugung eines feldfreien Bereiches, wird hier als gegeben vorausgesetzt. Die Mittel zur Erzeugung dieses Magnetfeldes sind nicht weiter visualisiert, bzw. könnten in einer möglichen Ausführung auch gleichzeitig durch die Spulenanordnung 1 gegeben sein.
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Durch das magnetische Wechselfeld der Anregungsspulenanordnung 1 werden die Partikel 4 im feldfreien Bereich des Untersuchungsvolumens 3 nichtlinear ummagnetisiert. Die Magnetisierung der Partikel 4 ändert sich somit mit der Grundfrequenz der Anregung und mit höheren Harmonischen dieser Frequenz. Die 1C zeigt ein Frequenzspektrum der gemessenen Frequenzen des von den Partikeln 4 erzeugten wechselnden Magnetfeldes. Gegen die Frequenz f aufgetragen sind hier die Signalanteile S der Grundfrequenz/ Anregungsfrequenz 8 und der Harmonischen 9 zu erkennen, die eindeutig nur den Partikeln 4 als Signalquelle zugeordnet werden können.
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Die 2 zeigen eine erste mögliche Ausführung der Erfindung. In gleicher Weise sind die Anregungsspulenanordnung / Empfangsspulenanordnung 1 eines z.B. kommerziellen MPI-Scanner radial hinter dem Gehäuse / Probenaufnahmekanal 2 zu erkennen.
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Zusätzlich zeigen die 2 eine Signalübertragungsanordnung, die in den Probenaufnahmekanal eingesetzt ist und ebenso die Partikel 4 im Untersuchungsvolumen 3 umgibt.
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Die Signalübertragungsanordnung umfasst eine äußere Spule 10, die im Durchmesser kleiner ist als der Probenaufnahmekanal 2 und eine innere Spule 11, die im Durchmesser kleiner ist als die äußere Spule 10, insbesondere aber größer als eine zu umgebende Probe mit den Partikeln 4. Beide Spulen 10 und 11 sind elektrisch miteinander und mit einer Kondensatoranordnung 13 in Reihe geschaltet. Dabei ist die Kondensatoranordnung 13, die zur Resonanzabstimmung dient mit einer Twisted-Pair-Leitung 14 aus dem Probenaufnahmekanal 2 herausgelegt und in einem Abschirmungsgehäuse 12 angeordnet. Die Kondensatoranordnung 13 kann im Kapazitätswert fest sein, aber auch variabel einstellbar sein, z.B. dadurch, dass sie mindestens einen Drehkondensator umfasst.
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Die 2 verdeutlichen, dass die innere Spule 11 näher an den Partikeln 4 angeordnet ist als die Anregungs-/Empfangsspulenanordnung 1 und auch näher als die äußere Spule 10. Das von den Partikeln 4 erzeugte Magnetfeld ruft somit in der inneren Spule 11 eine induzierte Spannung hervor, insbesondere eine höhere Spannung als direkt in der Spulenanordnung 1. Diese Spannung bewirkt einen Stromfluss durch die innere Spule 11 und äußere Spule 10, so dass letztere wiederum ein Magnetfeld erzeugt, das ebenso eine Induktionsspannung in der Spulenanordnung 1 erzeugt. Die auf direktem Weg und indirekt über die Spulen 10 und 11 in der Spulenanordnung 1 erzeugten Induktionsspannungen überlagern sich und weisen dieselben Frequenzanteile auf, wie in der 1C. Die 2C zeigt hingegen, dass die Signalamplitude S in den Harmonischen 9 unter Nutzung der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik um die Signalanteile 15 erhöht ist aufgrund der besseren Ankopplung des von den Partikeln 4 erzeugten Magnetfeldes über die Signalübertragungsvorrichtung. Hier sind die durch die Erfindung erhöhten Signalanteile 15 gepunktet dargestellt.
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Die 3 zeigen eine weitere Ausführung, bei der in der erfindungsgemäßen Signalübertragungsvorrichtung zwei innere Spulen 16 und 17 zum Einsatz kommen. Jede der beiden inneren Spulen 16/17 kann alternativ durch eine Umschaltvorrichtung 19 mit der äußeren Spule 10 und der Kondensatoranordnung 13 in Reihe geschaltet werden.
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Die inneren Spulen 16 und 17 weisen gemäß 3C Magnetfeldstärkeverteilungen B entlang der Spulenachse Z auf, die sich bevorzugt- wie hier dargestellt - bereichsweise überdecken und die ebenso die Empfangsempfindlichkeitsverteilungen für von den Partikeln 4 erzeugte Magnetfelder in Abhängigkeit der Spulenachsenposition Z repräsentieren. Anhand dieser für die Spulen 16, 17 bekannten Verteilungen kann aus den einerseits mit der Spule 16 und nach Umschaltung andererseits mit der Spule 17 erfassten Signalspektren auf die Position der Partikel 4 auf der Spulenachse Z zurückgeschlossen und so die Ortsauflösung verbessert werden.
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Statt der Umschaltung ist auch die Verwendung von jeweils einem Kondensator für jede der Spulen 16 und 17 möglich, sodass sich unterschiedliche Resonanzfrequenzen ergeben, die so eine gleichzeitige Messung ermöglichen.
