DE102020202097B3

DE102020202097B3 - MPI-Bildgebungsvorrichtung, Verfahren zur Erzeugung eines Magnetfelds mit einem Gradienten und einer feldfreien Linie mittels einer MPI-Bildgebungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020202097B3
Application number: DE102020202097.3A
Authority: DE
Inventors: Jochen Franke; Volker Niemann
Original assignee: Bruker Biospin MRI GmbH
Current assignee: Bruker Biospin MRI GmbH
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2021-04-08
Anticipated expiration: 2040-02-20
Also published as: US20210255263A1; US11320503B2; CN113281688A; CN113281688B

Abstract

Eine MPI-Bildgebungsvorrichtung zur Abbildung eines zu untersuchenden Objekts in einem Probenvolumen (PV) mit einer Magnetanordnung, die dazu ausgebildet ist, ein MPI-Magnetfeld mit einem Gradienten B1 und einer feldfreien Linie (FFL) im Probenvolumen zu erzeugen, wobei die Magnetanordnung ein erstes Magnetringpaar mit zwei Magnetringen (R1, R2) in Halbach-Dipol-Konfiguration umfasst, die koaxial auf einer gemeinsamen Z-Achse, die durch das Probenvolumen (PV) verläuft, angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung ein zweites Magnetringpaar mit zwei weiteren Magnetringe (R3, R4) in Halbach-Dipol-Konfiguration umfasst, welches koaxial zum ersten Magnetringpaar angeordnet ist, wobei die Magnetringe (R1, R2, R3, R4) gegeneinander um die Z-Achse verdrehbar angeordnet sind. Hierdurch kann mittels Permanentmagneten ein variables MPI-Selektionsfeldes erzeugt werden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine MPI-Bildgebungsvorrichtung zur Abbildung eines zu untersuchenden Objekts in einem Probenvolumen mit einer Magnetanordnung, die dazu ausgebildet ist, ein MPI-Magnetfeld mit einem Gradienten B1 und einer feldfreien Linie im Probenvolumen zu erzeugen, wobei die Magnetanordnung ein erstes Magnetringpaar mit zwei Magnetringen in Halbach-Dipol-Konfiguration umfasst, die koaxial auf einer gemeinsamen Z-Achse, die durch das Probenvolumen verläuft, angeordnet sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Erzeugung eines Magnetfelds mit einem Gradienten und einer feldfreien Linie in einem Probenvolumen mittels einer MPI-Bildgebungsvorrichtung.
Eine derartige MPI-Bildgebungsvorrichtung ist bekannt aus [1].
Beim Magnetic Particle Imaging (MPI) werden lokale Konzentrationen magnetisierbarer Nanopartikel im Innern eines Objekts ermittelt. Diese Nanopartikel werden durch ein mit vorbestimmter Frequenz periodisch veränderliches MPI-Anregungsmagnetfeld (Drive Field) periodisch magnetisiert. Zur Ortsauflösung wird das Anregungsmagnetfeld mit einem zeitlich konstanten Selektionsmagnetfeld überlagert, das eine feldfreie Region aufweist. Ausgehend von dieser feldfreien Region steigt das Selektionsmagnetfeld schnell an, so dass magnetisierbare Nanopartikel schon in geringem Abstand zur feldfreien Region in die magnetische Sättigung gelangen. Das MPI-Messsignal stammt daher aus der lokalen Umgebung der feldfreien Region und gibt über die dort vorhandene, lokale Partikelkonzentration Auskunft. Für MPI-Messungen muss also ein Magnetfeld mit einem Gradienten B1 und einer feldfreien Region zur Verfügung gestellt werden.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Magnetfelder für spektroskopische und abbildende Verfahren mittels Permanentmagneten zu erzeugen:
[5] offenbart beispielsweise ein Magnetsystem zur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds für Elektronenspinresonanzmessungen. Das Magnetsystem weist mehrere gegeneinander drehbar gelagerte Stapelungen von Ringen mit magnetisierten Bereichen auf. Durch Drehen der Ringe gegeneinander kann die Magnetfeldverteilung variiert werden.
In [3] werden als Mittel zum Erzeugen eines für MRI erforderlichen Hauptmagnetfeldes unter anderem Permanentmagnete in Halbach-Konfiguration verwendet. Bei einem Halbachring weist die Magnetisierungsrichtung des Ringmantels entlang des Mantelverlaufs eine stetige Drehung in der Ebene senkrecht zur Ringachse auf, wobei nach einem Umlauf des gesamten Ringmantels die Magnetisierungsrichtung zu ihrem Ausgangswert zurückkehrt.
Die Verwendung von Halbachringen ist auch bekannt zur Erzeugung von Magnetfeldern zur Fokussierung von Partikelstrahlen [4] in Speicherringen. Die in [4] offenbarte Vorrichtung umfasst dazu mehrere Halbachringe, die gegeneinander verdreht werden können.
Ein MPI-Anregungsmagnetfeld kann mit den in [3], [4] und [5] offenbarten Vorrichtungen jedoch nicht erzeugt werden.
[2] offenbart einen MPI Scanner, bei dem ein Selektionsfeld mit einem feldfreien Punkt mittels Ringmagnete erzeugt wird und zusätzlich Halbach Arrays verwendet werden, um den mittels der Ringmagnete erzeugten feldfreien Punkt radial zu verschieben. Dies ermöglicht eine stromlose Erzeugung und Verschiebung eines feldfreien Punktes. Das Selektionsfeld, insbesondere die Größe und Form des feldfreien Punktes können dabei jedoch nicht variiert werden.
[1] beschreibt die Verwendung von Halbachringen zu Erzeugung eines MPI-Selektionsmagnetfelds. Durch Rotation der aus zwei Halbachringen bestehenden Magnetanordnung um eine Achse kann eine feldfreien Linie erzeugt und in einer Scanebene rotiert werden. Die betragsmäßige Größe des Gradienten ist nicht variierbar. Darüber hinaus kann die Feldstärke des Selektionsfeldes, welche die Schärfe der feldfreien Linie bestimmt, bei dem in [1] beschriebenen Verfahren nicht angepasst werden.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine MPI-Bildgebungsvorrichtung vorzuschlagen, die mittels Permanentmagneten eine variablere Erzeugung eines MPI-Selektionsfeldes ermöglicht.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine MPI-Bildgebungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Erzeugung eines Magnetfelds gemäß Patentanspruch 7.
Bei der erfindungsgemäßen MPI-Bildgebungsvorrichtung umfasst die Magnetanordnung ein zweites Magnetringpaar mit zwei weiteren Magnetringen in Halbach-Dipol-Konfiguration, welches koaxial zum ersten Magnetringpaar angeordnet ist, wobei die Magnetringe gegeneinander um die Z-Achse verdrehbar angeordnet sind. Sowohl das erste als auch das zweite Magnetringpaar ist vorzugsweise spiegelsymmetrisch zur XY-Ebene angeordnet.
Die erfindungsgemäße MPI-Bildgebungsvorrichtung umfasst also zwei Magnetringpaare mit jeweils zwei Magnetringen in Halbach-Dipol-Konfiguration, die koaxial auf einer gemeinsamen Z-Achse, die durch das Probenvolumen verläuft, angeordnet sind. In der Praxis werden diese durch diskrete Magnetsegmente realisiert, die eine graduell mit dem Winkel variierende Magnetisierung aufweisen. Jeder Magnetring weist eine Magnetisierung mit einer Dipol-Magnetisierungsrichtung auf, die der Richtung des Magnetfeldes im Innern des Magnetrings entspricht. Die Dipol-Magnetisierungsrichtung jedes Magnetrings verläuft senkrecht zur Z-Achse (also in der XY-Ebene). Als „Magnetring“ wird auch ein zylinderförmiges Magnetobjekt bezeichnet, dessen Höhe kleiner als der Außendurchmesser ist.
Erfindungsgemäß sind die Magnetringe gegeneinander um die Z-Achse verdrehbar angeordnet und können individuell (mechanisch entkoppelt) um die Z-Achse verdreht werden. Die koaxial angeordneten Magnetringe können durch Verdrehen gegeneinander um die gemeinsame Achse in unterschiedliche Konfigurationen (unterschiedliche Winkelstellungen der Dipol-Magnetisierungsrichtungen der beiden Magnetringe) gebracht werden.
Durch das erste Magnetringpaar wird vorzugsweise eine feldfreie Linie orthogonal zur Z-Achse erzeugt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass innerhalb des ersten Magnetringpaars Magnetringe verwendet werden, die baugleich in der Dimensionierung und in der Aufmagnetisierung sind, wobei die Magnetringe so gegeneinander ausgerichtet sind, dass die von den beiden Magnetringen erzeugten Dipolfelder entgegengesetzt ausgerichtet sind. D.h. die Dipolachsen der beiden Magnetringe des Magnetringpaars sind um 180° gegeneinander verdreht (antiparallel).
Das zweite Magnetringpaar kann (ausgehend vom Probenvolumen) axial oder radial außerhalb oder innerhalb des ersten Magnetringpaares angeordnet sein. Die Magnetringe des ersten Magnetringpaars weisen einen anderen Abstand zueinander auf als die Magnetringe des zweiten Magnetringpaars. Die Magnetringpaare sind vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet, weisen also eine gemeinsame Mittelachse auf.
Das erste Magnetringpaar und das zweite Magnetringpaar sind mindestens um 180° gegeneinander um die Z-Achse verdrehbar, vorzugsweise um n*180°. Vorzugsweise sind die Ringe innerhalb eines Ringpaars und/oder die Ringpaare stufenlos gegeneinander verdrehbar.
Die Magnetringe der beiden Magnetringpaare sind symmetrisch zu derselben Symmetrieebene (XY-Ebene) angeordnet. Jedes Magnetringpaar erzeugt ein Magnetfeld. Die Überlagerung der Magnetfelder aller Magnetringe ergibt das MPI-Magnetfeld. Vorzugsweise sind die Magnetringe innerhalb eines Magnetringpaares im Wesentlichen baugleich in der Dimensionierung und in der Aufmagnetisierung, so dass sie ein betragsmäßig gleich großes magnetisches Dipolfeld erzeugen wie der jeweils andere Magnetring des entsprechenden Magnetringpaars. Bei einer speziellen Ausführungsform können die Magnetringe des ersten Magnetringpaars betragsmäßig gleich große Magnetfelder erzeugen wie die Magnetringe des zweiten Magnetringpaars. Aufgrund der unterschiedlichen Abstände der Magnetringe innerhalb der verschiedenen Magnetringpaare sind die Magnetringe des ersten Magnetringpaars dann in der Regel nicht baugleich zu denen des zweiten Magnetringpaars. Insbesondere können sich der Innendurchmesser, der Außendurchmesser sowie die Ringdicken der Ringe des ersten Magnetringpaares von denen des zweiten Magnetringpaars unterscheiden.
Die Magnetanordnung definiert ein rotierendes Koordinatensystem X'Y'Z, welches um die Z-Achse rotiert. Wie oben beschrieben, sind zumindest im ersten Magnetringpaar die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der beiden Magnetringe entgegengesetzt zueinander ausgerichtet. Dadurch wird ein Magnetfeld mit einer feldfreien Linie erzeugt, das als MPI-Selektionsfeld verwendet werden kann. Einer der Magnetringe des ersten Magnetringpaares definiert die X'-Richtung. Die Dipol-Magnetisierungsrichtung des anderen Magnetrings des ersten Magnetringpaars ist dann entsprechend in -X'-Richtung ausgerichtet. Die durch das erste Magnetringpaar erzeugte feldfreie Linie ist in Y'-Richtung ausgerichtet (längliche Ausdehnung der feldfreien Linie in Y'-Richtung).
Das zweite Magnetringpaar kann dann, je nach Winkelstellung gegenüber dem ersten Magnetringpaar, dazu dienen, den Gradienten des durch das erste Magnetringpaar erzeugten Magnetfelds zu vergrößern oder zu verkleinern oder eine von der vom ersten Magnetringpaar erzeugten feldfreien Linie abweichende feldfreie Linie zu erzeugen, bspw. durch Verschiebung der vom ersten Magnetringpaar erzeugten feldfreien Linie (zweites Magnetringpaar als Shift-Feld-System). Auf diese Weise können Selektionsfelder mit unterschiedlichen Gradienten und feldfreien Linien erzeugt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der MPI-Bildgebungsvorrichtung sind die Magnetringe innerhalb der Magnetringpaare mechanisch koppelbar, sodass das erste Magnetringpaar und das zweite Magnetringpaar gegeneinander um die Z-Achse verdrehbar sind. Durch Verdrehung der Magnetringpaare gegeneinander kann beispielsweise die Stärke des Gradienten, die Größe/Form und die Lage der feldfreien Linie variiert werden. Durch die Kopplung der beiden Magnetringe innerhalb eines Magnetringpaares kann dies besonders einfach realisiert werden.
Eine spezielle Ausführungsform sieht vor, dass alle Magnetringe der Magnetanordnung mechanisch koppelbar sind, sodass die Magnetanordnung als Ganzes um die Z-Achse drehbar ist. Durch ein gemeinsames Verdrehen der Magnetringe kann die feldfreie Linie innerhalb eines sensitiven/rekonstruierten Bildgebungsbereichs (Field of View - FoV) rotiert werden. Diese Rotation kann diskret oder kontinuierlich mit einer Rotationsfrequenz im Bereich von DC-100 Hz bis DC-200 Hz erfolgen und wird zur Aufnahme unterschiedlicher Projektionswinkel genutzt. Durch ein gemeinsames Verdrehen der Magnetringe und gleichzeitigem Vorschub des zu untersuchenden Objekts kann ein helikaler Scan aufgenommen werden.
Die erfindungsgemäße MPI-Bildgebungsvorrichtung umfasst vorzugsweise ein MPI-Anregungsspulensystem zur Erzeugung mindestens eines magnetischen Anregungsfeldes. Das Anregungsspulensystem bewegt die feldfreie Linie durch das Probenvolumen mit einer Anregungsfrequenz f1.
Das MPI-Anregungsspulensystem ist vorzugsweise elektrisch resonant betrieben mit einer Anregungsfrequenz im Bereich von 1 kHz bis 300 kHz.
Vorzugsweise handelt es sich bei der MPI-Anregungsspulensystem um ein mechanisch-statisches Anregungsspulensystem (also ein Anregungsspulensystem, das innerhalb der Vorrichtung nicht rotiert oder verschoben wird), das dazu eingerichtet ist, ein Magnetfeld mit Feldrichtung in Richtung der Z-Achse zu erzeugen. Alternativ zu einem Anregungsspulensystem, das ein Magnetfeld mit Feldrichtung in Richtung der Z-Achse erzeugt, kann auch ein Anregungsspulensystem zum Einsatz kommen, welches dazu eingerichtet ist, ein Magnetfeld mit Feldrichtung orthogonal zur Ausdehnung der feldfreien Linie zu erzeugen (bspw. in X'-Richtung). Ein solches Anregungsspulensystem müsste bei Rotation des Magnetringpaares allerdings mitrotiert werden und daher entsprechende Mittel dazu aufweisen. Vorzugsweise werden als MPI-Anregungsspulensystem Transmit-Receive-Spulen verwendet, so dass mit dem Anregungssystem Messsignale auch empfangen werden können. Alternativ können auch dedizierte Anregungs- und Empfangsspulen verwendet werden. Das Anregungsspulensystem sowie Empfangsspulensystem sind jeweils vorzugsweise axial zwischen den Magnetringen des ersten Magnetringpaares angeordnet.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen MPI-Bildgebungsvorrichtung sieht vor, dass die Vorrichtung ein Shift-Feld-Spulensystem (Focus Field) umfasst, das dazu eingerichtet ist, die feldfreie Linie zumindest entlang einer Raumrichtung, vorzugsweise entlang aller Raumrichtungen, quasi-statisch (d.h. in diskreten Schritten) oder mit einer Shift-Frequenz (d.h. im continuous-wave (CW) Modus) innerhalb des Probenvolumens zu verschieben. Dies ist aus folgendem Grund vorteilhaft: Die feldfreie Linie ist der sensitive Bereich, aus dem MPI-Signale erhalten werden können. Wird dieser Bereich mit hoher Frequenz durch das Anregungsfeld (Drive Field) angesteuert, werden die im FoV befindlichen Tracer (z.B. superparamagnetische Eisenoxidpartikel) angeregt. Die Projektionen der Tracerverteilung können entlang der feldfreien Linie gemessen werden. Für die MPI-Bildgebung müssen für eine Vielzahl von Winkeleinstellungen der Magnetanordnung um die Z-Achse über das gesamte FoV Projektionen bestimmt werden. Dies ist bei einem Magnetfeld mit einem starken Gradienten B1 nicht alleine mit einem MPI-Anregungsspulensystem machbar, da sonst die Amplitude des vom Anregungsspulensystem erzeugten Drive Fields sehr groß sein muss, was jedoch mit negativen Einflüssen auf das zu untersuchende Objekt verbunden ist, da hohe Amplituden zu peripheren Nervenstimulation (PNS) führen können, z. B. Nervenzucken o.Ä., oder es führt zu Gewebserwärmung über die sog. Specific Absorption Rate (SAR). Das Shift-Feld bewirkt ein Offset der feldfreien Linie, vorzugsweise in Anregungsrichtung; dadurch kann die benötigte Drive-Feld Amplitude des Anregungsfeldes verringert werden. Die Verschiebung der feldfreien Linie durch das Shift-Feld-Spulensystem erfolgt schrittweise (diskret) oder mit einer Shift-Frequenz f2, die kleiner ist als die Anregungsfrequenz f1 (insbesondere f2=DC-5kHz), so dass an jeder durch das Shift-Feld bewirkten Verschiebung ein Anregungsscan mittels des Anregungsspulensystems durchgeführt werden kann. Vorzugsweise ist das Shift-Feld-Magnetspulensystem so ausgelegt, dass eine Verschiebung senkrecht zur länglichen Ausdehnung der feldfreien Linie erfolgt.
Bei einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen MPI-Bildgebungsvorrichtung ist die MPI-Bildgebungsvorrichtung dazu eingerichtet, in einem MPI-Modus und in mindestens einem weiteren Abbildungsmodus betrieben zu werden. Im MPI-Modus weisen die Magnetringe des Magnetringpaars eine antiparallele Dipol-Magnetisierungsrichtung auf, wie oben beschrieben.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen MPI-Bildgebungsvorrichtung ist der weitere Abbildungsmodus ein MRI-Modus zur Aufnahme von Magnetresonanztomographie-Bildern, wobei die Magnetanordnung dazu ausgebildet ist, im MRI-Modus ein für MRI-Messungen geeignetes B0-Feld mit einem B0-Isozentrum zu erzeugen, indem die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe innerhalb des Magnetringpaares im MRI-Modus parallel zur XY-Ebene ausgerichtet sind. Die Magnetringe mindestens eines der beiden Magnetringpaare müssen dazu um die Z-Achse gegeneinander verdrehbar sein. Die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe der Magnetanordnung sind im MRI-Modus spiegelsymmetrisch zur XY-Ebene (die durch den Mittelpunkt der Magnetanordnung verläuft) ausgerichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen das erste Magnetringpaar und das zweite Magnetringpaar jeweils parallel ausgerichtete Dipol-Magnetisierungsrichtungen auf, wobei die Amplitude des B0 Feldes durch Verdrehen eines der beiden Magnetringpaare, zueinander änderbar ist. Das B0-Feld wird durch das erste Magnetringpaar vorgegeben, wenn beide Ringe in ihrer Feldrichtung parallel ausgerichtet sind. Durch Verdrehen des zweiten Magnetringpaares gegenüber dem ersten Magnetringpaar ist eine Änderung der Amplitude des B0-Feldes möglich, insbesondere wenn ein Magnetringpaar mit einer schwächeren Feldstärke verdreht wird. Somit bleibt B0 in seiner Richtung, jedoch nicht in seiner Amplitude konstant. Voraussetzung hierfür ist es, dass die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe des ersten Magnetringpaares und des zweiten Magnetringpaares jeweils gleich sind, wobei aber das zweite Magnetringpaar insgesamt gegenüber dem ersten Magnetringpaar gedreht wird.
Durch die Verdrehbarkeit der einzelnen Ringe gegeneinander kann also die Art des Magnetfelds (homogenes Magnetfeld, Magnetfeldgradient) beeinflusst werden.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen MPI-Bildgebungsvorrichtung sieht vor, dass der weitere Abbildungsmodus ein CT-Modus ist zur Aufnahme von Computertomographie-Bildern, wobei die Magnetringe des Magnetringpaars in Z-Richtung voneinander beabstandet sind und die Vorrichtung eine CT-Einheit mit einer Röntgenquelle und einem der Röntgenquelle gegenüberliegenden Röntgendetektor umfasst, wobei Röntgenquelle und -detektor in der XY-Ebene um die Z-Achse drehbar gelagert sind. Die CT-Einheit ist axial zwischen den Magnetringen des Magnetringpaars angeordnet und rotiert im CT-Modus um die Z-Achse. Vorzugsweise sind Röntgenquelle und -detektor derart an der Magnetanordnung mechanisch koppelbar, dass die CT-Einheit gemeinsam mit der Magnetanordnung um die Z-Achse rotierbar ist. Durch die Kopplung der Rotation der Magnetanordnung und der Rotation der CT-Einheit kann die Streufeldproblematik reduziert werden, die aufgrund eines sich ändernden Magnetfeldes (induziert durch eine Relativbewegung zwischen Magnetfeldanordnung und CT-Einheit) entsteht, durch das sich der Elektronenstrahl der CT-Einheit sonst bewegen würde. Das statische Streufeld der Magnetfeldanordnung kann direkt kompensiert oder berücksichtigt werden, sodass der Elektronenstrahl akkurat auf das Anodenmaterial auftrifft.
Optional ist die erfindungsgemäße Hybrid-Bildgebungsvorrichtung dazu eingerichtet, in mehr als zwei Abbildungsmodi betrieben zu werden, z.B. MPI, MRI und CT.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Erzeugung eines Magnetfelds mit einem Gradienten B1 und einer feldfreien Linie in einem Probenvolumen mittels einer MPI-Bildgebungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetringe des ersten Magnetringpaars so gegeneinander ausgerichtet werden, dass sie antiparallele Dipol-Magnetisierungsrichtungen aufweisen. D.h. die Dipolachsen (Dipol-Magnetisierungsrichtungen) der beiden Magnetringe des ersten Magnetringpaars sind um 180° gegeneinander verdreht (antiparallele Dipol-Magnetisierungsrichtungen). Durch das erste Magnetringpaar wird somit eine feldfreie Linie orthogonal zur Z-Achse erzeugt.
Eine vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Magnetringe des zweiten Magnetringpaars so gegeneinander ausgerichtet werden, dass sie parallele Dipol-Magnetisierungsrichtungen aufweisen. Das zweite Magnetringpaar erzeugt somit ein homogenes Magnetfeld.
Eine Weiterbildung dieser Variante (mit parallelen Dipol-Magnetisierungsrichtungen des zweiten Magnetringpaars) sieht vor, dass die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe des zweiten Magnetringpaars parallel zu der Dipol-Magnetisierungsrichtung eines der Magnetringe des ersten Magnetringpaars ausgerichtet sind. Das zweite Magnetringpaar erzeugt damit ein Shiftfeld, mit dem die durch das erste Magnetringpaar erzeugte feldfreie Linie entlang entlang der Z-Achse innerhalb des Probenvolumens verschoben werden kann. Ein Shift-Feld wird insbesondere dann benötigt, wenn der Gradient des Selektionsfeldes groß ist. Durch die Erzeugung eines Shift Felds und dem damit verbundenen Offset der feldfreien Linie, vorzugsweise in Anregungsrichtung kann die benötigte Drive-Feld Amplitude des Anregungsfeldes verringert werden. Die Verschiebung der feldfreien Linie durch das Shift-Feld erfolgt schrittweise (diskret) oder mit einer Shift-Frequenz f2, die kleiner ist als die Anregungsfrequenz f1, so dass an jeder durch das Shift-Feld bewirkten Verschiebung ein Anregungsscan mittels des Anregungsspulensystems durchgeführt werden kann. Wie oben beschrieben, ist es vorteilhaft, wenn die Verschiebung der feldfreien Linie senkrecht zur länglichen Ausdehnung der feldfreien Linie erfolgt. Dies wird dadurch erreicht, dass das zweite Magnetspulenpaar ein Feld mit Feldrichtung in X'-Richtung erzeugt.
Alternativ hierzu können bei der Variante mit parallelen Dipol-Magnetisierungsrichtungen des zweiten Magnetringpaars die Magnetringpaare so gegeneinander ausgerichtet werden, dass die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe des zweiten Magnetringpaars mit den Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe des ersten Magnetringpaars einen Winkel von 0°<α<180° einschließen.
Bei α = 90° (homogenes Magnetfeld in Richtung der länglichen Ausdehnung der feldfreien Linie) kann somit eine Sättigung des gesamten FoV erreicht werden Bei einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Magnetringe des zweiten Magnetringpaars so gegeneinander ausgerichtet werden, dass sie antiparallele Dipol-Magnetisierungsrichtungen aufweisen. Insbesondere können die Magnetringpaare so gegeneinander ausgerichtet werden, dass die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe des zweiten Magnetringpaars zu den Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe des ersten Magnetringpaars parallel (also rechte Magnetringe mit paralleler Dipol-Magnetisierungsrichtungen und linke Magnetringe mit paralleler, zu den rechten Magnetringen entgegengesetzten Dipol-Magnetisierungsrichtungen) oder antiparallel ausgerichtet sind. Auf diese Weise kann der Gradient des durch das erste Magnetringpaar erzeugten Magnetfelds verstärkt oder abgeschwächt werden. Die feldfreie Linie der Gesamtanordnung ergibt sich durch Überlagerung der feldfreien Linien der durch die beiden Magnetringpaare erzeugten Magnetfelder.
Alternativ hierzu können die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe des zweiten Magnetringpaars mit den Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe des ersten Magnetringpaars einen Winkel von 0°<α<180° einschließen. In diesem Fall sind die Dipolmagnetisierungen der Magnetringe der beiden Magnetringpaare schräg zueinander ausgerichtet. Es ergibt sich (gegenüber der durch das erste Magnetringpaar erzeugte feldfreien Linie) um die Z-Achse verdrehte feldfreie Linie mit veränderter Gradientenstärke.
Erfindungsgemäß können die Magnetringe simultan (mechanisch gekoppelt) oder individuell (mechanisch entkoppelt) um die Z-Achse rotiert werden. Eine mechanisch gekoppelte Drehung ermöglicht eine mechanische Rotation der feldfreien Linie für einen MPI-Modus bzw. eine Drehung der BO-Feldrichtung für einen MRI-Modus. Eine mechanisch entkoppelte Drehung ermöglicht die Änderung der Magnetring-Konfiguration (Überführung von MRI-Modus zu MPI-Modus und umgekehrt). Durch Anpassungen der Magnetring-Parameter (Ringabstand, Innen- und Außendurchmesser, Ringdicke, Ringmaterial, Ringsegmentierung, Segment-Magnetisierungsrichtungen, Ringanstellwinkel, ...) kann die B0-Feldhomogenität und/oder B1-Gradientenlinearität sowie Ruhelage der feldfreien Linie optimiert werden. Auf Grund des Abstandes zwischen den Magnetringen können weitere Untersuchungsmethoden wie z.B. CT oder optische Verfahren am selben Ort und ggf. simultan ermöglicht werden. Somit kann ein Objekt mit allen Modalitäten am selben Ort vermessen werden ohne die Notwendigkeit des Transports der Probe.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Figurenliste

1 zeigt eine um ein MPI-Anregungsspulensystem angeordnetes Magnetanordnung einer erfindungsgemäßen Bildgebungsvorrichtung mit zwei Magnetringpaaren in einer Stellung zur Erzeugung eines MPI-Magnetfelds mit feldfreier Linie mit starkem Feldgradienten in X- und Z-Richtung.
2 zeigt eine um ein MPI-Anregungsspulensystem angeordnetes Magnetanordnung einer erfindungsgemäßen Bildgebungsvorrichtung mit zwei Magnetringpaaren in einer Stellung zur Erzeugung eines MPI-Magnetfelds mit feldfreier Linie mit starkem Feldgradienten in X'-Richtung.
3 zeigt eine Magnetanordnung einer erfindungsgemäßen Bildgebungsvorrichtung mit zwei Magnetringpaaren in einer Stellung zur Erzeugung eines MPI-Magnetfelds mit feldfreier Linie mit schwachem Feldgradienten.
4 zeigt eine Magnetanordnung einer erfindungsgemäßen Bildgebungsvorrichtung mit zwei Magnetringpaaren zur Erzeugung eines MPI-Magnetfelds mit feldfreier Linie, in einer Stellung, in der das zweite Magnetringpaar als Shift-Feld-System fungiert.
5 zeigt eine Magnetanordnung einer erfindungsgemäßen Bildgebungsvorrichtung mit zwei Magnetringpaaren, in einer Stellung, in der das zweite Magnetringpaar zur Sättigung der Probe im FoV dient.
6 zeigt eine Magnetanordnung einer erfindungsgemäßen Bildgebungsvorrichtung mit zwei Magnetringpaaren in einer Stellung zur Erzeugung eines MPI-Magnetfelds mit verdrehter feldfreier Linie und veränderter Gradientenstärke.
7 zeigt eine erfindungsgemäße MPI-Bildgebungsvorrichtung mit einer Magnetanordnung, einer MRI-Shimvorrichtung, sowie einem MRI/MPI-Anregungsspulensystem.
8 zeigt eine Magnetanordnung einer erfindungsgemäßen Bildgebungsvorrichtung mit zwei Magnetringpaaren im MRI-Modus zur Erzeugung eines starken B0-Feldes.
9 zeigt eine Magnetanordnung einer erfindungsgemäßen Bildgebungsvorrichtung mit zwei Magnetringpaaren im MRI-Modus zur Erzeugung eines schwachen B0-Feldes.

1 zeigt eine Magnetanordnung für eine erfindungsgemäße Bildgebungsvorrichtung. Die in 1 gezeigte Magnetanordnung umfasst zwei Magnetringe R1, R2, die ein erstes Magnetringpaar R1/R2 bilden. Bei den Magnetringen R1, R2 handelt es sich um Halbachringe zweiter Ordnung (k=2, gerichtetes Dipolmoment). Die beiden Magnetringe R1, R2 sind koaxial zu einer Z-Achse und symmetrisch um ein Probenvolumen PV angeordnet, durch das die Z-Achse verläuft. Das Probenvolumen PV ist definiert durch die frei zugängliche Bohrung (Röhrendurchmesser).
Bei der erfindungsgemäßen Magnetanordnung ist neben dem ersten Magnetringpaar R1/R2 ein zweites Magnetringpaar R3/R4 mit zwei weiteren Magnetringen R3, R4 vorhanden. Die beiden Magnetringpaare R1/R2, R3/R4 sind koaxial zu der Z-Achse angeordnet, wobei sich bei dem in 1 gezeigten Beispiel das erste Magnetringpaar R1/R2 näher am Mittelpunkt des Probenvolumens PV befindet als das zweite Magnetringpaar R3/R4. Die Magnetringe R3, R4 des zweiten Magnetringpaares R3/R4, vorzugsweise die Magnetringe R1, R2, R3, R4 von beiden Magnetringpaaren R1/R2, R3/R4 sind einzeln gegeneinander verdrehbar. Darüber hinaus können die Magnetringe R1, R2, R3, R4 innerhalb jedes Magnetringpaars R1/R2, R3/R4 gekoppelt werden, so dass das erste Magnetringpaar R1/R2 gegen das zweite Magnetringpaar R3/R4 verdreht werden, ohne die Magnetringe R1, R2, R3, R4 des jeweiligen Magnetringpaares R1/R2, R3/R4 gegeneinander zu verdrehen. Außerdem können alle Magnetringe R1, R2, R3, R4 zusammen gekoppelt werden, sodass alle Magnetringe R1, R2, R3, R4 gemeinsam verdreht werden können In der in 1 gezeigten Konstellation sind die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe R1, R2, R3, R4 innerhalb jedes Magnetringpaares R1/R2, R3/R4 antiparallel zueinander ausgerichtet, wobei die rechten Magnetringe R2, R4 der beiden Magnetringpaare R1/R2, R3/R4 eine Dipol-Magnetisierungsrichtung in X-Richtung und die linken Magnetringe R1, R3 eine Dipol-Magnetisierungsrichtung in -X-Richtung aufweisen. Die Feldgradienten in X- und Z-Richtung sind identisch. In Y-Richtung ist der Feldgradient 0. Es ergibt sich ein Magnetfeld mit einer feldfreien Linie FFL und einem starken Magnetfeldgradienten B1.
In 1 zeigen die Dipol-Magnetisierungsrichtungen beider Magnetringe R1, R2 in -X-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems XYZ. Eine gemeinsame Rotation um den Winkel β aller Magnetringe R1, R2, R3, R4 um die gemeinsame Rotationsachse Z resultiert in eine Rotation der feldfreien Linie FFL, wie in 2 gezeigt. Ein durch die Magnetringe R1, R2, R3, R4 definiertes weiteres Koordinatensystem X'Y'Z' ist dann gegenüber dem Koordinatensystem XYZ um den Winkel β verdreht, wobei Z' mit Z übereinstimmt. Das weitere Koordinatensystem X'Y'Z' ist so definiert, dass die durch die Magnetspulenpaare R1/R2, R3/R4 erzeugte feldfreie Linie FFL immer in Y'-Richtung ausgerichtet ist.
Unter Anpassung der Magnetringe R1, R2, R3, R4 (Abstand, Dicke, Material, Remanenz, Position, Magnetisierung, Innen- und Außendurchmesser) kann das durch die Magnetringe R1, R2, R3, R4 erzeugte MPI-Magnetfeld in Bezug auf die Amplitude (B1) sowie die Gradientenlinearität (Minimierung der ungeraden Feldanteile B3, B5,...,Bn) optimiert werden.
Um die feldfreie Linie FFL innerhalb des Probenvolumens PV zu bewegen, ist ein MPI-Anregungsspulensystem DF vorgesehen. Unter Verwendung des MPI-Anregungsspulensystem DF können homogene AC-Felder im kHz Bereich (Anregungsfeld = Drive-Feld) mit Feldrichtung in Z-Richtung erzeugt werden, wodurch die feldfreie Line FFL orthogonal zu ihrer Lage (β+90°) in der XY-Ebene bewegt werden kann. Dabei werden die durch das MPI-Anregungsspulensystem DF induzierten Feldänderungen zur Anregung von magnetischen Nanopartikeln und zur Detektion des Partikelsignals (das Projektionssignal entlang der feldfreien Linie) genutzt. Vorzugsweise werden zur Partikelanregung und zur Signaldetektion zwei separate Spulen verwendet. Eine dedizierte Empfangsspule sollte in diesem Fall als Gradiometer aufgebaut sein. Das in 1 gezeigte Anregungsspulensystem DF ist exemplarisch als aufgesplittete Spule ausgeführt, was eine Kombination der Vorrichtung beispielsweise mit einer CT-Anordnung ermöglicht. Durchgehend gewickelte Tx und/oder Rx Spulen sind ebenfalls denkbar, wenn keine CT Einheit verwendet werden soll.
Im Folgenden sind weitere Konstellationen gezeigt, wie die Magnetringe R1, R2, R3, R4 bzw. Magnetringpaare R1/R2, R3/R4 in der Magnetanordnung, die für die erfindungsgemäße MPI-Bildgebungsvorrichtung verwendet werden kann, zueinander orientiert sein können:

In der in 3 gezeigten Konstellation sind die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe R1, R2, R3, R4 innerhalb jedes Magnetringpaares R1/R2, R3/R4 antiparallel zueinander ausgerichtet, wobei - im Gegensatz zu den in 1 und 2 gezeigten Konstellationen - auch die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der rechten Magnetringe R2, R4 der beiden Magnetringpaare R1/R2, R3/R4 um 180° gegeneinander verdreht sind. Gleiches gilt für die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der linken Magnetringe R1, R3 der beiden Magnetringpaare R1/R2, R3/R4. Die durch die einzelnen Magnetringpaare R1/R2, R3/R4 erzeugten Magnetfelder schwächen sich also gegenseitig. Es ergibt sich ein Magnetfeld mit einer feldfreien Linie FFL und einem schwachen Magnetfeldgradienten B1.

Auch in der in 4 gezeigten Konstellation sind die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe R1, R2 des ersten Magnetringpaares R1/R2 antiparallel zueinander ausgerichtet und erzeugen somit eine feldfreie Linie entlang der Y-Achse (in 4 nicht gezeigt). Die Magnetringe R3, R4 des zweiten Magnetringpaars R3/R4 hingegen sind nicht gegeneinander verdreht, sodass deren Dipol-Magnetisierungsrichtungen parallel zueinander ausgerichtet sind und zwar in Dipol-Magnetisierungsrichtung das Magnetrings R1. Das zweite Magnetringpaar R3/R4 erzeugt somit ein homogenes Magnetfeld in X-Richtung, welches einen Offset der feldfreien Linie bewirkt und als Shift-Feld bezeichnet wird. Durch Überlagerung der von den beiden Magnetringpaaren erzeugten Magnetfelder ergibt sich eine in -Z Richtung verschobene feldfreie Linie FFL, wie in 4 dargestellt.
In der in 5 gezeigten Konstellation ist das erste Magnetringpaar R1/R2 mit antiparallel ausgerichteten Dipol-Magnetisierungsrichtungen axial außerhalb des zweiten Magnetringpaars R3/R4 angeordnet. Das erste Magnetringpaar R1/R2 erzeugt eine feldfreie Linie entlang der Y-Achse (in 10 nicht gezeigt). Die Magnetringe R3, R4 des zweiten Magnetringpaares R3/R4 hingegen sind nicht gegeneinander verdreht, sodass deren Dipol-Magnetisierungsrichtungen parallel zueinander ausgerichtet sind, jedoch im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Konstellation nicht in Dipol-Magnetisierungsrichtung eines der Magnetringe R1, R2 des anderen Magnetringpaars R1, R2, sondern um einen Winkel α (hier: 90°) gegenüber der Dipol-Magnetisierungsrichtung des Magnetrings R2 verdreht. Das zweite Magnetringpaar R3, R4 erzeugt daher ein homogenes Magnetfeld (Shift-Feld) in Y-Richtung. Die Überlagerung der von den beiden Magnetringpaaren R1/R2, R3/R4 erzeugten Magnetfelder führt zu einer Aufhebung der feldfreien Linie FFL. Dies kann zur Sättigung des gesamten FoVs (hier: XY Ebene) genutzt werden. Aufgrund der durch die beiden Magnetringpaare R1/R2, R3/R4 erzeugten Sättigung der Probe im FoV, trägt die Probe bei einer so durchgeführten MPI-Messung nicht zum Signal bei, sodass ein Hintergrundsignal für eine Hintergrundkorrektur ermittelt werden kann, ohne die Probe dazu aus dem FoV nehmen zu müssen.
6 zeigt eine Konstellation, mit der die feldfreie Linie in der X/Y-Ebene rotiert werden kann. Dazu sind die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe R1, R2 bzw. R3, R4 innerhalb jedes Magnetringpaars R1/R2, R3/R4 antiparallel zueinander ausgerichtet, wobei die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe R1, R2 des ersten Magnetringpaars R1/R2 gegenüber die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe R3, R4 des zweiten Magnetringpaars R3/R4 um einen Winkel α verdreht sind. Beide Magnetringpaare R1/R2, R3/R4 erzeugen jeweils eine feldfreie Linie, die um den Winkel α gegeneinander verdreht sind (nicht gezeigt). Durch die Überlagerung der von den beiden Magnetringpaaren R1/R2, R3/R4 erzeugten Magnetfeldern ergibt sich eine Rotation der feldfreien Linie FFL um die Z-Achse. Bei einer Verdrehung der beiden Gradientenfelder bleibt eine feldfreie Linie FFL bestehen, lediglich die betragsmäßige Gradientenstärke als auch die Lage in der XY-Ebene wird variiert. Die längliche Ausdehnung der feldfreien Linie FFL liegt je nach Stärke der jeweiligen Ringe zwischen den Dipolachsen +90°. Bei gleicher Gradientenstärke verläuft die längliche Ausdehnung der feldfreien Linie FFL bei α/2+90°.
Im Falle einer Konstellation für α gleich 90° (nicht gezeigt) ergibt sich durch die Überlagerung der durch die beiden Magnetringpaare R1/R2, R3/R4 erzeugten Magnetfelder eine 45° Drehung der feldfreien Linie, sofern die beiden Magnetringpaare dieselbe Magnetfeldstärke aufweisen.
Die in 7 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen MPI-Bildgebungsvorrichtung kann in verschiedenen Abbildungsmodi (hier: MRI-Modus und MPI-Modus) betrieben werden kann. Dazu ist eine MRI-Shimvorrichtung SR . und ein MPI-Anregungsspulensystem DF vorgesehen. Das in 7 gezeigte Anregungsspulensystem ist im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Ausführungsform nicht als aufgesplittete Spule ausgeführt. Dadurch wird eine höhere Sensitivität erreicht.
Für den MRI-Modus werden die Magnetringe R1, R2, R3, R4 so ausgerichtet, dass die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe R1, R2, R3, R4 parallel zueinander ausgerichtet sind, um ein für MRI-Messungen geeignetes homogenes B0-Feld in Dipolrichtung zu erzeugen (s. 8 und 9).
In 8 und in 9 sind zwei Stellungen der erfindungsgemäßen Magnetanordnung gezeigt, in denen die Magnetanordnung für MRI-Messungen verwendet werden kann. Die Magnetringe R1, R2 bzw. R3, R4 jedes Magnetringpaars R1/R2, R3/R4 sind dazu parallel zueinander ausgerichtet, sodass beide Magnetringpaare R1/R2, R3/R4 ein homogenes Magnetfeld (BO-Feld) in Dipol-Magnetisierungsrichtung erzeugen.
In 8 sind die Dipol-Magnetisierungsrichtungen aller Magnetringe R1, R2, R3, R4 in dieselbe Richtung ausgerichtet, sodass sich durch die Überlagerung der durch die beiden Magnetringpaare erzeugten Felder ein hohes B0-Feld ergibt.
In 9 sind die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe R1, R2 des ersten Magnetringpaares R1/R2 entgegengesetzt zu den Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe R3, R4 des zweiten Magnetringpaares R3/R4 ausgerichtet (antiparallel), sodass sich durch die Überlagerung der durch die beiden Magnetringpaare erzeugten Felder ein niedriges B0-Feld ergibt. Somit können im MRI-Modus unterschiedliche B0-Stärken realisiert werden. Durch die Wahl des Abstands zwischen den Magnetringen R1, R2 bzw. R3, R4 innerhalb der Magnetringpaare R1/R2, R3/R4 kann eine Grundhomogenisierung des durch die Magnetanordnung erzeugten Magnetfelds erreicht werden.
Darüber hinaus kann die Richtung des B0-Feldes durch Verdrehung der gekoppelten Ringpaare R1/R2, R3/R4 eingestellt werden. Dies ermöglicht es, richtungsabhängig MRI-Daten zu akquirieren. Hierfür müssen allerdings MRI-Shimvorrichtung SR (Shimrohr und Shim-Spulenensystem), MRI-Anregungsspulen (nicht gezeigt) und Gradientenspulensystem (nicht gezeigt) mitrotiert werden.
Bezugszeichenliste

R1, R2: Magnetringe des ersten Magnetringpaares
R3, R4: Magnetringe des zweiten Magnetringpaares
FFL: feldfreie Linie
PV: Probenvolumen
SR: MRI-Shimvorrichtung (passives Shim-Rohr und/oder aktive Shimspulen);
DF: HF-Anregungsspulensystem für MPI (Drive-Field)

Literaturliste

[1] DE 10 2015 218 122 B3
[2] Bagheri et al: A mechanically driven magnetic particle imaging scanner Appl. 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

MPI-Bildgebungsvorrichtung zur Abbildung eines zu untersuchenden Objekts in einem Probenvolumen (PV) mit einer Magnetanordnung, die dazu ausgebildet ist, ein MPI-Magnetfeld mit einem Gradienten B1 und einer feldfreien Linie (FFL) im Probenvolumen zu erzeugen, wobei die Magnetanordnung ein erstes Magnetringpaar mit zwei Magnetringen (R1, R2) in Halbach-Dipol-Konfiguration umfasst, die koaxial auf einer gemeinsamen Z-Achse, die durch das Probenvolumen (PV) verläuft, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung ein zweites Magnetringpaar mit zwei weiteren Magnetringe (R3, R4) in Halbach-Dipol-Konfiguration umfasst, welches koaxial zum ersten Magnetringpaar angeordnet ist, wobei die Magnetringe (R1, R2, R3, R4) gegeneinander um die Z-Achse verdrehbar angeordnet sind.
MPI-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, die Magnetringe (R1, R2, R3, R4) innerhalb der Magnetringpaare mechanisch koppelbar sind, sodass das erste Magnetringpaar und das zweite Magnetringpaar gegeneinander um die Z-Achse verdrehbar sind.
MPI-Bildgebungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Magnetringe (R1, R2, R3, R4) der Magnetanordnung mechanisch koppelbar sind, sodass die Magnetanordnung als Ganzes um die Z-Achse drehbar ist.
MPI-Bildgebungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein MPI-Anregungsspulensystem (DF) zur Erzeugung mindestens eines magnetischen Anregungsfeldes umfasst.
MPI-Bildgebungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Shift-Feld-Spulensystem umfasst, das dazu eingerichtet ist, die feldfreie Linie zumindest entlang einer Raumrichtung, vorzugsweise entlang aller Raumrichtungen, quasi-statisch oder mit einer Shift-Frequenz innerhalb des Probenvolumens (PV) zu verschieben.
MPI-Bildgebungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die MPI-Bildgebungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, in einem MPI-Modus und in mindestens einem weiteren Abbildungsmodus betrieben zu werden.
MPI-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der weitere Abbildungsmodus ein MRI-Modus zur Aufnahme von Magnetresonanztomographie-Bildern ist, und wobei die Magnetanordnung dazu ausgebildet ist, im MRI-Modus ein für MRI-Messungen geeignetes B0-Feld mit einem B0-Isozentrum zu erzeugen, indem die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe mindestens eines Magnetringpaares im MRI-Modus parallel zur XY-Ebene ausgerichtet sind.
MPI-Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das erste Magnetringpaar und das zweite Magnetringpaar jeweils parallel ausgerichtete Dipol-Magnetisierungsrichtungen aufweisen, und wobei die Amplitude des B0 Feldes durch Verdrehen der beiden Magnetringpaare zueinander änderbar ist.
Verfahren zur Erzeugung eines Magnetfelds mit einem Gradienten B1 und einer feldfreien Linie (FFL) in einem Probenvolumen (PV) mittels einer MPI-Bildgebungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetringe (R1, R2) des ersten Magnetringpaars so gegeneinander ausgerichtet werden, dass sie antiparallele Dipol-Magnetisierungsrichtungen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass, die Magnetringe (R3, R4) des zweiten Magnetringpaars so gegeneinander ausgerichtet werden, dass sie parallele Dipol-Magnetisierungsrichtungen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetringpaare so gegeneinander ausgerichtet werden, dass die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe (R3, R4) des zweiten Magnetringpaars parallel zu der Dipol-Magnetisierungsrichtung eines der Magnetringe (R1, R2) des ersten Magnetringpaars ausgerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetringpaare so gegeneinander ausgerichtet werden, dass die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe des zweiten Magnetringpaars (R3, R4) mit den Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe des ersten Magnetringpaars (R1, R2) einen Winkel von 0°<α<180° einschließen.
Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass, die Magnetringe (R3, R4) des zweiten Magnetringpaars so gegeneinander ausgerichtet werden, dass sie antiparallele Dipol-Magnetisierungsrichtungen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetringpaare so gegeneinander ausgerichtet werden, dass die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe (R3, R4) des zweiten Magnetringpaars parallel oder antiparallel zu den Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe (R1, R2) des ersten Magnetringpaars ausgerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetringpaare so gegeneinander ausgerichtet werden, dass die Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe des zweiten Magnetringpaars (R3, R4) mit den Dipol-Magnetisierungsrichtungen der Magnetringe (R1, R2) des ersten Magnetringpaars einen Winkel von 0°<α<180° einschließen.