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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf magnetische Abtastvorrichtungen,
insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für medizinische Zwecke.
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Die
Benutzung eines magnetischen Feldes, um ein Bild zu erhalten, das
Veränderungen
der magnetischen Suszeptibilität
innerhalb eines Körpers zeigt,
ist bekannt. Eine Vorrichtung zum Abtasten eines Körpers, welche
dieses Verfahren ausnutzt, ist in
US
4, 969, 469 , WO 90/05312, WO 97/49334 und
US 5, 073, 858 beschrieben. Diese
Vorrichtung ist in der Hauptsache komplex.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine alternative magnetische
Abtastvorrichtung zur Verfügung
zu stellen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine magnetische Abtastvorrichtung zum Abtasten einer Probe
vorgesehen, um ein Bild zu erhalten, wobei die Vorrichtung Mittel
umfaßt
zum Erzeugen eines Erregungsmagnetfeldes in einem Gebiet, in das
eine abzutastende Probe plaziert werden kann, einen Detektor zum
Detektieren eines Magnetfelds, das von einer abgetasteten Probe
herrührt
oder modifiziert wird, und ein Mittel zum Annullieren des Erregungsmagnetfeldes
im Gebiet des Detektors, wobei das Mittel zum Annullieren eine Folie
aus hartmagnetischem Material umfaßt.
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Die
Folie aus magnetischem Material ist vorzugsweise flexibel. Vorzugsweise
umfaßt
sie ein magnetisches Material, etwa ein hartmagnetisches Ferritpulver,
angeordnet in einer Folie aus flexiblem Material, beispielsweise
Gummi, Kunststoff oder einem ähnlichen
Material.
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Das
Mittel zum Erzeugen eines Erregungsfeldes umfaßt vorzugsweise einen oder
mehrere Permanentmagneten, insbesondere Edelerde- Permanentmagnete. Vorzugsweise ist ein
Array aus Magneten in einer Folie enthalten.
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Der
Detektor umfaßt
vorzugsweise ein Array von galvanomagnetischen Einrichtungen, insbesondere
Halleffekt-Vorrichtungen. Der Array ist vorzugsweise in einem einzelnen
Haltleiterbauelement enthalten. Jedes Bauelement ist vorzugsweise
mit einem jeweiligen Dünnfilmtransistor
assoziiert, der in dem gleichen Halbtleiterbauelement wie die Halleffekt-Vorrichtung
enthalten ist.
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Die
Vorrichtung weist ferner vorzugsweise ein Display auf, das im Betrieb
ein Bild anzeigen kann, das von einem von dem Detektor detektierten Magnetfeld
abgeleitet ist. Das Display umfaßt vorzugsweise eine Mehrzahl
von Pixeln. Vorzugsweise ist ein betreffendes Pixel für jede Einrichtung
des Array des Detektors vorgesehen. Ein Prozessormittel kann dazu
vorgesehen sein, um den Output des Detektors zu verarbeiten, um
ein Bild für
die Darstellung durch das Display zu generieren. Wo das Display
ein betreffendes Pixel für
jeden Detektor in einem Detektor Array aufweist, sind die Anforderungen
an jegliche Prozessorvorrichtungen vereinfacht. Das Display kann
ein Flüssigkristall-Display
sein.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel umfaßt der Detektor
eine oder mehrere Detektoreinrichtungen, die auf einem Antriebsmittel
montiert sind, das im Betrieb die Einrichtungen in einer Ebene bewegt,
um ein Magnetfeld in der Ebene zu detektieren.
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Um
ein klares Verständnis
der Erfindung zu ermöglichen
werden nunmehr Ausführungsbeispiele derselben
beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben,
von denen:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht einer Abtastvorrichtung gemäß der Erfindung ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht des magnetischen Erregerblattes von 1 ist
und
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3a bis 3d vergrößerte Draufsichten von
Teilen des Detektor Array der Vorrichtung von 1 sind
und unterschiedliche Phasen während
ihres Herstellungsvorganges zeigen.
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Bezüglich der
Zeichnungen umfaßt
die Vorrichtung ein magnetisches Erregerblatt 1, eine magnetische
Annullierungsfolie 2, ein Detektor Array 3, ein
Signalverarbeitungsmittel 4 und ein Display 5.
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Das
magnetische Erregerblatt 1 umfaßt ein zweidimensionales Array
aus Edelerde-Permanentmagneten 6. Die magnetische Annullierungsfolie 2 umfaßt eine
flexible Folie aus Gummi, Kunststoff oder einem ähnlichen Material, worin magnetisches Ferritpulver
angeordnet ist.
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Der
Detektor Array 3 umfaßt
ein Array aus im wesentlichen quadratischen, planaren Halleffekt-Vorrichtungen 7,
ausgebildet an einer einzelnen Folie aus halbleitendem Material,
unter Benutzung zweidimensionaler Quantumquellen-Konzepte. Die Vorrichtungen
sind elektrisch in Reihen parallel durch Leiter 8 verbunden,
die sich vom ungefähren
Mittelpunkt der einander entgegensetzten Seiten jeder Vorrichtung
weg erstrecken.
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Metallisierte
Ausgangskontakte 9 sind am ungefähren Mittelpunkt jeder der
zwei übrigen
Seiten jeder Vorrichtung 7 vorgesehen.
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Nach
der Ausbildung der Halleffekt-Vorrichtungen 7, der Leiter 8 und
der Ausgangskontakte 9 wird der Array mit einer elektrisch
isolierenden SiO (Siliziummonoxyd) Schicht 10 bedeckt,
wobei lediglich die metallisierten Ausgangskontakte 9 freiliegend belassen
werden.
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Eine
lineare Netzmatrix elektrischer Leiter 11 ist über der
SiO Schicht 10 aufgebracht, wobei die Leiter 11,
die die Matrix bilden, wo es erforderlich ist, durch weitere SiO
Schichten 12 separiert sind. Mit jedem der metallisierten
Kontakte 9 ist jeweils ein Leiter der Matrix 11 verbunden.
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Über die
Matrix der Leiter 11 sind eine Mehrzahl TFT (Dünnfilmtransistoren) 13 aufgelegt,
wobei mit jeder Halleffekt-Vorrichtung 7 einer assoziiert
ist. Jeder TFT 13 ist zwischen einer Abtastleitung 14 und einer
Datenleitung 15 der Matrix 11 geschaltet. Jeder TFT 13 bildet
einen Schalter, der elektrischen Strom einem Element 16 des
Display 5 liefert.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel,
wie es dargestellt ist, wird der geschaltete Output jedes TFT einem
Prozessor 4 zugeführt,
welcher die erhaltene Information verarbeitet und diese einem Display 5 liefert,
um ein visuelles Bild zu liefern. Das Display 5 ist vorzugsweise
ein Flüssigkristalldisplay,
und vorzugsweise ist im Betrieb jede Halleffekt-Vorrichtung 7 des Detektor
Array ausschließlich
mit zumindest einem Pixel des Display assoziiert.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
sind Flüssigkristallpixel
an dem Detektor Array vorgesehen, und jeder TFT 13 ist
mit einem betreffenden Pixel 16 verbunden, entweder unmittelbar
oder über
einen Prozessor 4. Dies ermöglicht es, dass der Detektor
Array und ein Display in einer einzelnen Einheit kombiniert werden,
was es ermöglicht,
dass die Vorrichtung bequem tragbar ist.
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Bei
der Benutzung wird das magnetische Erregerblatt 11 in der
Nachbarschaft einer Seite einer Probe 17 plaziert, die
abgetastet werden soll, beispielsweise einem Teil eines menschlichen
Körpers. Die
Annullierungsfolie 2 und der Detektor Array 3 wird
in der Nachbarschaft der entgegengesetzten Seit der Probe 17 plaziert,
so dass die Probe zwischen dem Erregerblatt 1 einerseits
und der Annullierungsvorrichtung 2 und dem Detektor Array
andererseits angeordnet ist. Die Annullierungsfolie 2 ist
vorzugsweise eng benachbart zu, noch besser in Berührung mit
dem Detektor Array 3 an der Seite der Detektor Array plaziert,
die der abzutastenden Probe zugewandt ist.
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Das
magnetische Erregerblatt 1 ist betreibbar, um ein verhältnismäßig starkes
Magnetfeld zu erzeugen, das sich gegen den Detektor Array hin erstreckt.
Dieses Feld wird durch die Probe 17 in Abhängigkeit
von seiner magnetischen Suszeptibilität modifiziert.
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Die
Annullierungsfolie 2 ist betreibbar, um ein Magnetfeld
mit entgegengesetzter Polarität
gegenüber
dem Erregerblatt 1 zu erzeugen und dazu eingerichtet, den
Effekt, der durch das Erregerblatt am Detektor Array 3 erzeugt
wird, zu annullieren. Wegen der relativen Nähe der Annullierungsfolie 2 zur
Detektor Array 3, verglichen dem Erregerblatt 1,
kann die durch die Annullierungsfolie 2 erzeugte Feldstärke viel
schwächer
sein als die durch das Erregerblatt 1 erzeugte.
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Das
Ergebnis ist, dass der Detektor Array 3 lediglich einem
Magnetfeld ausgesetzt ist, das der durch das Vorhandensein der Probe 17 verursachten Umverteilung
der Flussdichte des Feldes entspricht, das durch das Erregerblatt 1 erzeugt
ist.
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Bei
der Benutzung wird ein elektrischer Strom durch die Reihen der Halleffekt-Vorrichtungen 7 der
Detektor Array 3 über
die Leiter 8 hindurch geführt. Das Vorhandensein jedweden
magnetischen Flusses, der die Halleffekt-Vorrichtungen 7 schneidet,
führt zu
einer Hallspannung zwischen den metallisierten Kontakten 9 an
jeder Vorrichtung, die die Flussdichte darstellt. Der Detektor Array 3 erzeugt somit
eine Vielzahl von Hallspannungen, die die Stärke des magnetischen Feldes
anzeigen, das über
den Bereich der Detektor Array 3 detektiert wird. Diese Spannungen
werden sodann in geeigneter Weise verarbeitet und dazu benutzt,
um ein Bild am Display 5 zu generieren, das den Änderungen
der magnetischen Feldstärke
entspricht und damit Änderungen der
magnetischen Suszeptibilität
der Probe 17, was Informationen über die Probe 17 liefert.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel ist
eine geringere Anzahl von Halleffekt-Vorrichtungen als sie in der
Detektor Array 3 enthalten ist, oder sogar gerade eine
einzige Vorrichtung an einem Antriebsmittel angeordnet, das betrieben
werden kann, um sie über
einen zweidimensionalen Bereich zu bewegen, und Messungen des Magnetfeldes
werden an unterschiedlichen Stellen in dem Bereich durchgeführt, um
ein Bild aufzubauen.
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Die
Vorrichtung ist insbesondere dazu geeignet, einen menschlichen oder
tierischen Körper
abzutasten, wobei die Gegenwart von Blut ein angelegtes Magnetfeld
beeinflußt
und es ermöglicht
wird, Blut und Knochen zu unterscheiden. Eine Besprechung der beteiligten
Größenordnungen
folgt:
Angenommen, dass eine Blutprobe eine Suszeptibilität von 10–3 Einheiten
besitzt und dass die angelegte Magnetfeldstärke 2 × 105 A/m
hat.
dann ist B – μr μ0 H
worin μr = 1 + 10–3 =
1.001
daher ist B = 1.001 × 4π × 10–7 × 2 × 105 – 251,3
mT
ohne Anwesenheit von Blut ist B = 1 × 4π 10–2 × 2 × 105 = 251,3 mT
Somit gilt für die magnetische
Flussdichte innerhalb des Blutes, wenn es in ein externes Feld eingebracht wird, δB = 0,3 mT.
Angenommen,
dass das Einführen
von Blut in das Erregerfeld (der Dichte 2 × 105 A/m)
zu einer Veränderung
von 10% des δB
führt,
d. h. 0,03 mT.
Angenommen, die Empfindlichkeit einer Hall-Vorrichtung
der Detektor Array sei 1300 V/A.T.
Dann, bei angenommenem Treiberstrom
von 1 mA, ergibt eine Hallausgangsspannung bezüglich einer Induktion von 0,03
mT eine Ausgangsspannung von
1300 × 1 × 0,03 × 10–3 mV
oder 30 μV
(eine Spannung dieser Größe ist leicht
meßbar).
Beachte:
- 1) Dass die angenommene Störung des Erregerfeldes eine
Prozentsatzänderung
von 0,012% darstellt.
- 2) Dass bei nicht Vorhandensein von Blut die normale Hallspannung
1300 × 1 × 251,3 × 10–3 mV oder
326,3 mV wäre
und dass diese durch die Annullierungsfolie auf Null annulliert
werden muss, bevor die Blutprobe in das Feld eingebracht wird.
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Die
Vorrichtung könnte
jedoch auch angewendet werden, um irgendeine Probe abzutasten, die Änderungen
in der magnetischen Suszeptibilität aufweist.