JP5486313B2

JP5486313B2 - 作用領域の磁性粒子に影響を及ぼし、及び／又は該磁性粒子を検出する装置並びに方法

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Publication number: JP5486313B2
Application number: JP2009542346A
Authority: JP
Inventors: グライヒ，ベルンハルト; ユールゲンヴァイツェネッカー
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2027-12-17
Also published as: US20100102806A1; EP2120699A2; US8183861B2; JP2010512921A; WO2008078272A2; EP2120699B1; WO2008078272A3; CN101563033B; CN101563033A

Description

本発明は、作用領域の磁性粒子に影響を及ぼし、及び/又は該磁性粒子を検出する装置に関する。さらに本発明はディスク形状のコイルの製造方法に関する。

この種類の装置は特許文献1から既知である。特許文献1に記載された方法の場合では、最初に、磁場強度の空間分布を有する磁場が、相対的に磁場強度の小さな第1サブ領域及び相対的に磁場強度の大きな第2サブ領域が前記検査領域内に生成されるような生成される。その後その検査領域内の領域空間内の位置は移動し、それによりその検査領域内での磁化が局所的に変化する。その磁化は前記サブ領域空間内での移動による影響を受けるその検査領域内の磁化に依存する信号が記録される。またその検査領域内での磁性粒子の空間分布に関する情報が前記信号から得られ、それにより前記検査領域内での像を生成することができる。当該装置及び方法は、非破壊的であって損傷を生じさせることなく、かつ高空間分解能で、任意の検査対象物-たとえば人体-を検査するのに用いることができる、という利点を有する。任意の検査対象物は表面付近であっても該表面から離れたところであっても上述したように検査可能である。

この種類の既知の装置は、受信手段によって測定又は検出される関心信号の信号強度が、駆動手段によって誘起される信号と比較して非常に弱いため、信号の検出が非常に厄介という欠点を示してきた。駆動手段によって誘起される信号強度と受信手段における関心信号強度との比は10桁にも達する恐れがある。パッシブフィルタステージを使用することで、既知の装置のコストにさらにコストが加わる。通常は高出力が必要となり、かつ高品質のフィルタが必要となるので、係る既知の装置は大きくなってしまい、かつ高価なものとなってしまう。

独国特許出願第10151778号明細書独国特許出願第1304542号明細書

従って本発明の目的は、「背景技術」で述べた種類の装置及び方法であって、信号の検出が改善されたものを供することである。

上記目的は、作用領域の磁性粒子に影響を及ぼし、及び/又は該磁性粒子を検出する装置によって実現される。当該装置は、選択用磁場を発生させる選択手段であって、前記選択用磁場は、該磁場強度空間内において、磁場強度の小さな第1サブ領域及び磁場強度の大きな第2サブ領域が前記作用領域内に生成されるようなパターンを有する、選択手段、駆動用磁場の手段によって前記作用領域内における前記第1領域及び第2領域の位置を変化させる駆動手段、並びに、信号を取得する受信手段であって、該信号は前記作用領域内の磁化に依存し、該磁化は前記第1サブ領域及び第2サブ領域の位置の変化による影響を受ける、受信手段を有する。前記受信手段は第1補償手段及び第2補償手段を有し、該第1補償手段及び第2補償手段はそれぞれ補償コイルを有する。

本発明による装置は、受信手段の一部として補償手段を用いることによって信号対雑音比を改善することが可能であるという利点を有する。これは具体的には、補償手段を受信手段の他の部分と直列に接続することによって可能である。補償手段の配向を適切に選ぶことによって、駆動手段によって補償手段内に誘起された電圧が受信手段の他の部分内に誘起された電圧とほとんど同一の大きさだが極性は反対になるという状況を実現することが可能となる。従って理想的には、受信手段内において駆動手段によって誘起された電圧が全体としてキャンセルされる。受信手段内において駆動手段によって誘起される電圧が全体としてキャンセルされることを改善するため、本発明は第1補償手段及び第2補償手段を供する。その第1補償手段及び第2補償手段はいずれも、受信手段内部での駆動手段の影響を可能な限り補償するために機能する。本発明によると、第1補償手段及び第2補償手段はそれぞれ補償コイルを有することが好ましい。それにより、受信手段の信号対雑音比が大きくなるのが可能な限り緩和される。

本発明によると、選択手段及び/又は駆動手段及び/又は受信手段は、その少なくとも一部が単一コイル又はソレノイドの形態で供されて良い。しかし本発明によると、各独立したコイルは、選択手段、駆動手段、及び受信手段を形成するように供されることが好ましい。しかも本発明によると、選択手段及び/又は駆動手段及び/又は受信手段は、それぞれ各独立した部品-具体的には各独立したコイル又はソレノイド-で構成されて良い。その独立した部品は、選択手段及び/若しくは駆動手段及び/若しくは受信手段を供するように、供され、かつ/又は備えられて良い。特に駆動手段及び/又は選択手段については、各異なる特別の方向に進行する磁場成分を発生及び/又は検出することを可能にするため、複数の部品-具体的には（たとえばヘルムホルツ型又は反ヘルムホルツ型）コイル対-が好ましい。

本発明によると、補償手段は、駆動手段に対しては、作用領域よりも近接して設けられ、かつ/又は、第1補償手段は駆動手段に対して可能な限り近接して設けられ、その距離は好適には駆動手段に対して10mm未満で、もっと好適には3mm未満である。それにより、直列抵抗を小さくして、かつ雑音の追加を可能な限り低く維持するように補償手段を接続するため、非常に短い追加の導体長さしか必要とされない点で有利である。

さらに本発明の好適実施例によると、第1補償手段は固定して設けられる一方で第2補償手段は調節可能なように設けられ、かつ/又は、第1補償手段は、第2補償手段よりも、駆動手段の少なくとも一部に対して非常に近接して設けられる。それにより第1補償手段内部の補償電圧の主要部分を発生させることが可能である。第2補償手段内部にはより小さな補償電圧が発生する。従って第2補償手段は、補償の調節、又は正しい補償電圧の調節に用いられて良い。これは、第2補償手段を自在に位置設定することによって可能となる。他方、第1補償手段内部の補償電圧の主要部分が発生することで、第2補償手段が誤調整されていても、システム全体の性能は相対的に最適に近く、かつ本発明の装置の調節は相対的に迅速で容易に行うことが可能である。

本発明のさらに他の好適実施例によると、第2補償手段の雑音誘起抵抗は第1補償手段の雑音誘起抵抗よりも小さく、かつ/又は、受信手段のインピーダンスは熱雑音によって支配される。具体的にはインピーダンスは作用領域内の磁性粒子の存在による熱雑音によって発生する。つまり作用領域内に（被検査）対象物が存在しないときの電流支持経路の抵抗は、作用領域内に対象物が存在するときの抵抗以下である。それにより本発明の装置では、補償手段によるシグナルチェーンに挿入される追加の雑音の大きさは可能な限り小さくすることが可能である。

本発明によると、第1補償手段及び/又は第2補償手段は少なくとも一部にリッツ線/螺旋構造ワイヤを有し、そのリッツ線は複数の独立したワイヤを有し、かつ各独立したワイヤは高電気抵抗の材料によって取り囲まれていることが好ましい。よって、ディスク形状のコイルの内部にかなりの高電流支持表面を供することが可能となる。これは、相対的に高い周波数を有するAC電流が検出される場合にとって重要である。

リッツ線は複数の1次リッツ線を有する。本発明の好適実施例では、リッツ線は複数の1次リッツ線及び複数の2次リッツ線を有する。1次リッツ線は複数の独立したワイヤを有する。1次リッツ線は複数の複数の1次リッツ線を有する。リッツ線は複数の2次リッツ線を有する。それにより、電流支持表面の増大が可能となり、かつ処理要件の複雑さ-特に多数の独立したワイヤを有するリッツ線を曲げること-が緩和される。

本発明のさらなる好適実施例では、電流支持経路（たとえばリッツ線の個々の独立したワイヤ）は、所与の動作周波数帯及び電流支持路を進行する所与の電磁場での抵抗（インピーダンスの実部）が実質的に最小となる、つまり熱雑音によって支配されるように備えられる。特に熱雑音は特に作用領域内に磁性粒子が存在することによって生じる。つまり作用領域内に（被検査）対象物が存在しないときの電流支持経路の抵抗は、前記作用領域内に対象物が存在するときの電流支持経路の抵抗以下である。これは特に、選択手段及び/又は駆動手段の電流支持経路の各独立した電流路（たとえば各独立するワイヤ）、電流強度、コイル装置、並びに、他の特性によって実現される。さらに電流支持経路がリッツ線である場合には、リッツ線は、ある特定の範囲でのリッツ線の断面積に対する個々のワイヤの断面積を合計したものの比（充填率）を有すること、及びリッツ線の個々のワイヤが約1μmから約50μmの直径を有し、好適には約10μmから約25μmの直径を有することが好ましい。よってリッツ線内部に使用された電流支持表面を顕著に改善し、ひいては選択手段及び/又は駆動手段及び/又は受信手段の構成全体の抵抗を減少させることが可能となる。典型的には、選択手段及び/又は駆動手段のリッツ線の充填率は約0.30〜約0.70の範囲で、好適には0.50周辺であるので、約0.01〜約0.20の範囲で、好適には約0.03〜約0.10の範囲である受信手段のリッツ線の充填率よりも高い。さらに選択手段及び駆動手段のリッツ線の各ワイヤの直径は、受信手段のリッツ線の各ワイヤの直径よりも大きくなるように選ばれて良い。それによりリッツ線内部で用いられる電流支持表面を顕著に改善することで、補償手段ひいては受信手段全体の構成のインピーダンスの減少を実現することが可能となる。

選択手段及び駆動手段は共に「磁場発生手段」とも呼ばれる。選択手段は磁場発生手段を有し、その磁場発生手段は、静的な（勾配を有する）選択用磁場又は約1Hz〜約100Hzの範囲の周波数を有する比較的ゆっくりと変化する長距離選択用磁場のいずれかを供する。選択用磁場の静的成分と比較的ゆっくりと変化する成分のいずれも、永久磁石若しくはコイル、又はこれらの結合によって生成されて良い。駆動手段は磁場発生手段を有し、その磁場発生手段は、約1kHz〜約200kHz範囲で、好適には約10kHz〜約100kHz範囲の周波数を有する駆動用磁場を供する。磁場発生手段（つまり選択手段及び駆動手段）の少なくとも一部は、別のコイルによって実装されて良い。各コイル又は各磁場発生手段の電流支持経路（すなわちリッツ線の場合であれば独立したワイヤ）の直径は、表皮効果がコイルの抵抗を増大させないように選ばれなくてはならない。

本発明はさらに、作用領域内での磁性粒子に影響を及ぼし、及び/又は磁性粒子を検出する方法に関する。当該方法は、磁場強度空間内においてパターンを有する選択用磁場を発生させる工程であって、磁場強度の小さな第1サブ領域及び磁場強度の大きな第2サブ領域が作用領域内に形成される、工程、駆動用磁場によって前記作用領域内の2つのサブ領域の空間での位置を変化させることで、磁性粒子の磁化を局所的に変化させる、工程、並びに、信号を取得する工程であって、該信号は前記作用領域内の磁化に依存し、該磁化は前記第1及び第2サブ領域の空間内での位置変化によって影響を受ける、工程を有する。作用領域内の磁化に依存した信号の取得は、第1及び第2補償手段を有する受信手段によって実行される。

本発明によるこの方法の利点は、受信手段内部に補償された信号を供することで、大きくて高価なフィルタステージがなくても、駆動手段が存在することによって受信手段内部に誘起される電圧を減少させることが可能なことである。

本発明はさらに作用領域での磁性粒子に影響を及ぼし、及び/又は磁性粒子を検出する装置の調節方法に関する。当該方法は、磁場強度空間内においてパターンを有する選択用磁場を発生させる工程であって、磁場強度の小さな第1サブ領域及び磁場強度の大きな第2サブ領域が作用領域内に形成される、工程、駆動用磁場によって前記作用領域内の2つのサブ領域の空間での位置を変化させることで、磁性粒子の磁化を局所的に変化させる、工程、並びに、第1及び第2補償手段を有する受信手段によって信号を取得する工程であって、該信号は前記作用領域内の磁化に依存し、該磁化は前記第1及び第2サブ領域の空間内での位置変化によって影響を受ける、工程を有する。当該装置の調節は第2補償手段を移動及び/又は調節することによって行われる。

本発明によるこの方法の利点は、受信手段の信号に対する補償手段の影響を迅速かつ容易に調節できることである。好適実施例では、第2補償手段だけが移動可能で、第1補償手段は固定して設けられている。しかし本発明によると、第1及び第2補償手段のいずれも移動可能なように備えられても良い。

本発明のこれら及び他の特性、特徴、及び利点は、添付図面と共に以降の詳細な説明を参照することで明らかとなる。説明は例示のためだけに与えられるものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。以降の参照図は添付の図面を示す。

本発明による方法を実行する装置を図示している。本発明による装置によって生成される磁場線のパターンの一例を図示している。作用領域内に存在する磁性粒子の拡大図を示している。 a及びbは、当該粒子の磁気特性を表している。リッツ線の構成例を概略的に図示している。リッツ線の構成例を概略的に図示している。リッツ線の構成例を概略的に図示している。補償手段が供された本発明の装置を概略的に図示している。

特定の図を参照しながら、具体的実施例について、本発明を説明する。しかし本発明は参照された具体的実施例によっては限定されず、「特許請求の範囲」に記載された請求項によってのみ限定される。示された図は単なる概略に過ぎず、非限定的である。図においては、例示目的のため、大きさが誇張され、かつ正しいスケールで描かれていない構成要素がある。

さらに、明細書及び特許請求の範囲に記載されている第1、第2、第3等の語は、同様の構成要素を区別するために用いられており、必ずしも生起順序又は時系列順序を表すものではない。よって用いられているそれらの語は適切な状況下では同義であり、本明細書で説明されている本発明は、説明すなわち例示されている順序以外の順序での動作が可能であることに留意すべきである。

しかも、明細書及び特許請求の範囲に記載されている上部、下部、上、下等の語は、説明目的で使用されており、必ずしも相対的位置を表すものではない。よって用いられているそれらの語は適切な状況下では同義であり、本明細書で説明されている本発明は、説明すなわち例示されている順序以外の順序での動作が可能であることに留意すべきである。

図1では、本発明による装置によって検査される任意の対象物が図示されている。図1の参照番号350は、患者テーブルに載せられた対象物-この場合ヒト又は動物の患者-を表す。図1では、患者テーブルの上部だけが図示されている。本発明による方法を用いる前に、磁性粒子100（図1には図示されていない）が、本発明に係る装置10の作用領域300内に備えられる。特に、たとえば腫瘍の治療及び/又は診断を行う前に、磁性粒子100は、その磁性粒子100を含む液体（図示されていない）を患者350の体内へ注入することによって、作用領域300に配置される。

本発明の実施例の一例として、選択手段210を形成する複数のコイルを有する装置10が図2に図示されている。前記選択手段210の範囲は作用領域300を画定する。その作用領域300は処置領域300とも呼ばれる。たとえば選択手段210は、患者350の上と下、又は患者テーブル上部の上と下に備えられる。たとえば、選択手段210は第1対のコイル210’,210’’を有する。各対は2つの同じように構築された巻線210’及び210’’を有する。その巻線210’及び210’’は患者350の上と下で同軸となるように配置され、その巻線210’及び210’’には等しい電流が-特に互いに反対方向に-流れる。以降では、第1コイル対210’及び210’’は共に選択手段210と呼ばれる。この場合では直流であることが好ましい。選択手段210は選択用磁場211を発生させる。選択用磁場とは一般的に、図2において磁場線によって表される磁場勾配である。選択用磁場は、選択手段210のコイル対の（たとえば垂直）軸方向にほぼ一定の勾配を有し、かつこの軸上のある一点でゼロの値に到達する。この磁場の存在しない点（図2では個別的に図示されていない）から開始して、磁場の存在しない点からの距離が増大することで、選択用磁場211の磁場強度は全空間方向において増大する。磁場が存在しない点の周りを取り囲む破線によって表された第1サブ領域301では、磁場強度があまりに小さいので、その第1サブ領域内に存在する粒子100の磁化は飽和しない。その一方で、第2サブ領域内（第1サブ領域の外側）に存在する粒子100の磁化は飽和状態となる。磁場の存在しない点すなわち作用領域300の第1サブ領域301は空間的にコヒーレントな領域であることが好ましい。の第1サブ領域301はまた点状の領域であるか、さもなければ線又は平坦領域であって良い。第2サブ領域302（つまり第1サブ領域301の外側である作用領域300の残りの領域）では、磁場強度は、粒子100を飽和状態に保持するのに十分な強さである。2つのサブ領域301と302の位置を作用領域300内で変化させることによって、作用領域300内での（全体の）磁化が変化する。作用領域300での磁化、又は磁化によって誘起される物理パラメータを測定することによって、作用領域内の磁性粒子の空間分布に関する情報を得ることができる。作用領域300内の2つのサブ領域301,302の相対位置を変化させるため、さらなる磁場-所謂駆動用磁場221-が、作用領域300又は作用領域300の少なくとも一部内において選択用磁場と重ね合わせられる。

図3は、本発明の装置10と共に用いられる種類の磁性粒子100の一例を図示している。磁性粒子100はたとえば球形基板101を有する。その球形基板は、軟磁性層102が供されたガラスで作られる。その軟磁性層102は、たとえば5nmの厚さを有し、かつ鉄-ニッケル合金（たとえばパーマロイ）で構成される。この層は、たとえば酸のような物理的又は化学的に侵襲性のある環境から粒子100を保護するコーティング層の手段によって覆われて良い。係る粒子100の磁化を飽和させるのに必要な選択用磁場の磁場強度は様々なパラメータ-たとえば粒子100の直径、磁性層102に用いられる磁性材料、及び他のパラメータ-に依存する。

たとえば直径10μmの場合では、約800A/m（1mTの磁束密度にほぼ相当する）の磁場が必要となる。他方直径100μmの場合では、約80A/mの磁場で十分である。小さな飽和磁化を有する材料からなるコーティング102が選ばれたとき、又は層102の厚さが減少するときには、はるかに小さな値が得られる。

好適な磁性粒子100についての更なる詳細については、特許文献1及び2を参照のこと。

第1サブ領域301のサイズは、一方で選択用磁場211の勾配の強度に依存し、他方で飽和するのに必要な磁場の磁場強度にも依存する。80A/mの磁場強度で磁性粒子が十分に飽和するため、及び選択用磁場211の磁場強度の（所与の空間方向における）勾配が160×10³に達するため、粒子100の磁化が飽和しない第1サブ領域301は、（所与の空間方向において）約1mmの長さを有する。

更なる磁場-以降では駆動用磁場221と呼ぶ-が、作用領域300内で選択用磁場210（すなわち勾配を有する磁場210）上に重ね合わせられるとき、第1サブ領域301は、第2サブ領域302に対して、この駆動用磁場221の方向に移動する。駆動磁場221の強度が増大することで、この移動量も増大する。重ね合わせられた駆動用磁場221が時間変化するとき、第1サブ領域301の位置もそれに従って時間的にも空間的にも変化する。駆動用磁場221が変化する周波数帯ではなく（それよりも高い周波数にシフトした）別な周波数帯において、第1サブ領域301に設けられた磁性粒子100からの信号を検出又は受信することは有利である。このようなことは可能である。その理由は、磁化特性が非線形である結果、作用領域300内で磁化の変化が生じるために駆動用磁場221の周波数の高周波成分が発生するためである。

空間内での所与の方向にこれらの駆動用磁場221を発生させるため、さらに3つのコイル対が供される。これら3つのコイル対とは具体的には、第2コイル対220’、第3コイル対220’’、及び第4コイル対220’’’で、以降ではまとめて駆動手段220と呼ぶ。たとえば第2コイル対220’は、第1コイル対210’,210’’、すなわち選択手段210のコイル軸方向-つまりたとえば垂直方向-に延びる駆動用磁場221の成分を発生させる。このため、第2コイル対220’の巻線には同じ方向に電流が流れる。第2コイル対220’の手段によって実現可能な効果は、同じ方向を流れる電流を、第1コイル対210’,210’’を同じ大きさであって反対方向に流れる電流に重ね合わせることによって実現されて良い。それにより、一のコイルでの電流が減少する一方で、他のコイルでの電流は増大する。しかし特に高い信号対雑音比で信号を解釈するためには、時間的に（ほぼ）一定な選択用磁場211（勾配を有する磁場とも呼ばれる）及び時間変化する垂直な駆動用磁場が、選択手段210及び駆動手段220の各独立したコイル対によって生成されるときに有利となりうる。

2つのさらに別なコイル対220’’,220’’’が、駆動用磁場221の磁場成分を発生させるために供される。この磁場成分は空間内の異なる方向-たとえば水平方向-に延びる。水平方向とは、たとえば作用領域300（すなわち患者350）の長手方向でかつその方向に垂直な方向である。（選択手段210及び駆動手段220のコイル対のような）ヘルムホルツ型の第3コイル対220’’及び第4コイル対220’’’がこの目的のために用いられた場合、これらのコイル対はそれぞれ、処置領域の左右、又はこの領域の前後に配置されなければならない。これは、作用領域300すなわち処置領域300のアクセスのしやすさに影響を及ぼす。従って第3磁気コイル対若しくは複数のコイル220’’及び/又は第4磁気コイル対若しくは複数のコイル220’’’もまた、作用領域300の上下に配置される。よってこれらの巻線の構成は第2コイル対の巻線の構成とは異なっていなければならない。しかしこの種類のコイルは、オープンマグネットを備えた磁気共鳴装置（オープンMRI）の分野では既知である。この磁気共鳴装置では、高周波コイル(RF)対が処置領域の上下に配置され、前記RFコイル対は水平であって時間変化する磁場を発生させることができる。従って係るコイルを構築することで、さらにコイルを精緻化する必要がなくなる。

本発明による装置10は、図1において概略的にしか図示されていなかった受信手段230をさらに有する。その受信手段230は通常、作用領域300内の磁性粒子100の磁化パターンによって誘起される信号を検出することの可能なコイルを有する。しかしこの種類のコイルは、磁気共鳴装置の分野では既知である。この装置では、信号対雑音比を可能な限り高くするため、たとえば高周波(RF)コイル対が作用領域300の周辺に設けられる。従って係るコイルを構築することで、さらにコイルを精緻化する必要がなくなる。本発明によると、受信手段の抵抗は熱雑音によって支配され、特に作用領域内での熱雑音によって生じる。これは特に、個々の電流路、電流強度、ワイヤ配線、及び受信手段の他の特性を慎重に決めることによって実現される。

図1に図示された選択手段210の代替実施例では、永久磁石（図示されていない）が、勾配を有する選択用磁場211を発生させるのに用いられて良い。そのような対向する永久磁石（図示されていない）の極間の空間内では、図2と同様の磁場が形成される。図2と同様の磁場とはつまり、対向する極が同一の極性を有するときに生じる磁場である。本発明の装置に係る他の代替的実施例では、選択手段210は、図2に図示されているように、少なくとも1つの永久磁石と少なくとも1つのコイル210’,210’’を有する。

選択手段210、駆動手段220、及び受信手段230の様々な成分に通常用いられる周波数範囲は大雑把には以下の通りである。選択手段210によって発生する磁場は全く時間変化しないか、又は比較的緩やかに変化する。好適には約1Hzから約100Hzである。駆動手段220によって発生する磁場は約25kHzから約100kHzの間で変化することが好ましい。受信手段が敏感であると考えられる磁場変化は、約50kHzから約10MHzの間の周波数範囲であることが好ましい。

図4a及び4bは磁化特性を図示している。つまり、粒子100（図4a及び4bには図示されていない）の懸濁物中において、その粒子100の位置での磁場強度Hの関数として、その粒子100の磁化変化が図示されている。磁化Mは、磁場強度が-H_c未満も大きい領域及び磁場強度が-H_c未満の領域ではもはや変化しないことが分かる。このことは、飽和磁化に到達していることを意味する。磁化Mは-H_cから-H_cの間の値では飽和しない。

図4aは、粒子100の位置での正弦磁場H(t)の効果を図示している。ここでは、その結果として生じる正弦磁場H(t)（つまり「粒子100によって見える」）の絶対値は、粒子100を磁気的に飽和させるのに必要な磁場強度よりも小さい。つまりさらに磁場が活性になることはない。この条件での（複数の）粒子100の磁化は、磁場H(t)の周波数の周期でその飽和値を反転させる。その結果生じる磁化の時間変化は、図4aの右側縦軸のM(t)で表される。磁化もまた周期的に変化し、かつ係る粒子の磁化は周期的に反転することが分かる。

曲線の中心での線の破線部は、正弦磁場H(t)の磁場強度の関数としての磁化M(t)の近似的な平均変化を表す。この中心線からのズレとして、磁場Hが-H_cから+H_cに増大するときには磁化はわずかに右側へ延びて、磁場Hが+H_cから-H_cに減少するときには磁化はわずかに左側へ延びる。この既知の効果はヒステリシス効果と呼ばれる。この効果は、熱を発生する機構の基礎をなすものである。曲線経路間に形成され、かつ形状とサイズが材料に依存するヒステリシス表面は、磁化が変化する際の熱の発生の指標となる。

図4bは、上に静磁場H₁が重ね合わせられる正弦磁場H(t)の効果を図示している。磁化が飽和状態にあるため、その磁化は正弦磁場H(t)による影響を実質的に受けない。磁化M(t)はこの領域では時間的に一定のままである。その結果磁場H(t)は磁化の状態に変化を生じさせない。

図5から7では、リッツ線250が概略的に図示されている。そのリッツ線250は、ディスク形状のコイル260内部の少なくとも1つの電流支持経路を供する一例として図示されている。リッツ線250は、選択手段210、駆動手段220、及び/又は受信手段230のディスク形状のコイル260内で用いられて良い。図5から7の各々は係るリッツ線250の一実施例の断面図を示している。各リッツ線250は多数の独立したワイヤ255を有する。それにより、電流支持面を増大させることが可能であり、かつ処理要件の複雑さ-特に（ソレノイド又はコイルを形成するために）多数の独立したワイヤを有するリッツ線を曲げる恐れ-が減少する。様々な実施例は正しいスケールで表されていない。大きさは単純に表すことのみを目的として選ばれている。リッツ線の充填率は、各独立した線255の断面積を合計し、かつ完全なリッツ線250の断面積で除することによって容易に評価することができる。図5から7に表されたリッツ線250の実施例に対し、そのリッツ線250の延長する長手方向とは垂直な方向に圧力を加えることによって、充填率を改善することが可能である。各独立したワイヤ255は高電気抵抗材料256によって円周を取り囲まれることで、高電気抵抗材料256が各独立したワイヤ255のクラッド256として機能することが好ましい。本発明によると、係るクラッド材料256は各独立したワイヤ255に存在する。しかし、リッツ線250の各独立したワイヤ255が、第1端部250’と第2端部250’’との間の隣接する独立のワイヤ250から電気的に絶縁されている、という条件が満たされている場合には、係る連続的なクラッドは必要ではない。図5の右側の等価電気回路図に表されているように、リッツ線250の独立したワイヤ255は、独立した電流支持経路255として機能し、かつ並列接続して理想的には同一のインピーダンスを有する抵抗器とみなすことができる。従って本発明によると、リッツ線は、一の独立ワイヤが、たとえばそのリッツ線の延長方向に沿った一の位置においてそのリッツ線の中心にあり、かつ、たとえばリッツ線の延長方向に沿った他の位置においてはそのリッツ線の周辺に位置するに位置するように、紡がれる。図5に表されたリッツ線250のさらなる好適特徴が表されている。具体的にはプラスチック製のホイル絶縁体257が、独立したワイヤ255の周囲でそれらをまとめるように供される。係るプラスチック製（熱可塑性）は、リッツ線250の他の全ての実施例に供されて良いが、図示されていない。係る絶縁性ホイル、すなわちリッツ線250の独立したワイヤ255の周囲でそれらをまとめる絶縁材料257のさらに他の特徴は、そのリッツ線のより良好な高電圧特性が可能となるという利点を供する。

図6では、リッツ線250のさらなる実施例の断面が概略的に図示されている。ここでリッツ線250も（図5による実施例のように）複数の独立したワイヤ255を有するが、独立したワイヤ255は、複数の所謂1次リッツ線251にグループ化されている。これらの1次リッツ線251（各々は複数の独立したワイヤ255を有する）が1つとなるように合わせられることで、リッツ線250が形成される。図6では、連続的なクラッド256が各独立したワイヤ255の周囲に存在することが好ましいが、参照番号によっては示されていない。

図7では、リッツ線250のさらに他の実施例の断面が概略的に図示されている。ここでもリッツ線250は、（図5及び6による実施例のように）複数の独立したワイヤ255、及び複数の1次リッツ線251を有するが、1次リッツ線251は複数の所謂2次リッツ線252にグループ化されている。これらの2次リッツ線252（各々は1次リッツ線251を複数有する）が1つとなるように合わせられることで、リッツ線250が形成される。図6では、連続的なクラッド256が各独立したワイヤ255の周囲に存在することが好ましいが、参照番号によっては示されていない。

本発明による一の重要な目的は本発明の装置を供することであり、供された当該装置では信号検出が改善され、かつ/又は、当該装置が大きくならず、かつ/又はより費用対効率の良いものとなる。本発明によると、第1及び第2補償手段を備えた受信手段を供することが提案される。これについては図8で詳細に説明する。

図8は、本発明による装置10を概略的に図示している。図8では、選択手段210、駆動手段220、及び受信手段230が、作用領域300及び第1サブ領域301（磁場の存在しない地点を含む）に関連して概略的に表されている。さらに、装置10は第1補償手段281及び第2補償手段282を有する。第1補償手段281及び第2補償手段282は、受信手段230又はその一部-具体的には1つの受信コイル-と直列接続することが好ましい。図8で概略的に図示されているように、第2補償手段282は、第1補償手段281よりも駆動手段220から離れた位置に設けられている。第1補償手段281は駆動手段220に対して相対的に近接して設けられている（駆動手段220に対して可能な限り近接していることが好ましい）ので、第1補償手段281は駆動手段220が存在することで生じる電圧を非常に効率よく補償することができる。受信手段230の小さな誤調整は、第2補償手段282によって補正されて良い。従って第2補償手段282は装置10に対して移動可能でかつ/又は調節可能であることが好ましい。第2補償手段282の可能な移動は、作用領域及び/又は駆動手段220に対するある特定の移動範囲で制限されていることが好ましい。図8では、可能移動のこのような範囲は参照番号282’で表されている。

Claims

作用領域の磁性粒子に影響を及ぼし、及び/又は該磁性粒子を検出する装置であって、
当該装置は：
選択用磁場を発生させる選択手段であって、前記選択用磁場は、該磁場強度空間内において、磁場強度の小さな第1サブ領域及び磁場強度の大きな第2サブ領域が前記作用領域内に生成されるようなパターンを有する、選択手段；
駆動用磁場の手段によって前記作用領域内における前記第1領域及び第2領域の位置を変化させる駆動手段、並びに、
信号を取得する受信手段であって、該信号は前記作用領域内の磁化に依存し、該磁化は前記第1サブ領域及び第2サブ領域の位置の変化による影響を受ける、受信手段；
を有し、
前記受信手段は第1補償手段及び第2補償手段を有し、
該第1補償手段及び第2補償手段はそれぞれ補償コイルを有し、かつ、
前記第1補償手段は、前記第2補償手段よりも、前記駆動手段の少なくとも一部に対して非常に近接して設けられる、
装置。
前記第1補償手段及び第2補償手段はそれぞれ補償コイルを有する、請求項1に記載の装置。
前記第1補償手段は固定して設けられ、かつ
前記第2補償手段は調節可能なように設けられる、
請求項1に記載の装置。
前記第1補償手段は前記駆動手段に対して可能な限り近接して設けられ、
好適には駆動手段に対して10mm未満の距離で、もっと好適には3mm未満の距離で、近接して設けられる、
請求項1に記載の装置。
前記第2補償手段の雑音誘起抵抗は前記第1補償手段の雑音誘起抵抗よりも小さい、請求項1に記載の装置。
前記受信手段のインピーダンスは熱雑音によって支配され、
具体的には該インピーダンスは前記作用領域内の磁性粒子の存在による熱雑音によって発生する、
請求項1に記載の装置。
前記第1補償手段及び/又は第2補償手段は少なくとも一部にリッツ線/螺旋構造ワイヤを有する、請求項1に記載の装置。
前記リッツ線は、所与の動作周波数帯及び電流支持路を進行する所与の電磁場での抵抗が実質的に最小となるように備えられる、請求項7に記載の装置。
前記リッツ線は複数の独立したワイヤを有し、
該独立したワイヤの各々は高電気抵抗材料によって取り囲まれている、
請求項7に記載の装置。
前記リッツ線は複数の1次リッツ線を有し、
該1次リッツ線は複数の独立したワイヤを有し、
前記リッツ線は複数の複数の1次リッツ線を有する、
請求項9に記載の装置。
前記リッツ線は複数の1次リッツ線及び複数の2次リッツ線を有し、
該1次リッツ線は複数の独立したワイヤを有し、
前記2次リッツ線は複数の1次リッツ線を有し、
前記リッツ線は複数の複数の2次リッツ線を有する、
請求項9に記載の装置。
前記リッツ線は、該リッツ線の断面積に対する独立したワイヤの断面積を合計したものの比（充填率）を有し、
該リッツ線の充填率は約0.30〜約0.70の範囲で、好適には0.50周辺である、
請求項9に記載の装置。
前記リッツ線の独立したワイヤは、約1μmから約50μmの直径を有し、好適には約10μmから約25μmの直径を有する、請求項9に記載の装置。
作用領域内での磁性粒子に影響を及ぼし、及び/又は磁性粒子を検出する方法であって、
当該方法は：
磁場強度空間内においてパターンを有する選択用磁場を発生させる工程であって、磁場強度の小さな第1サブ領域及び磁場強度の大きな第2サブ領域が作用領域内に形成される、工程；
駆動用磁場によって前記作用領域内の2つのサブ領域の空間での位置を変化させることで、磁性粒子の磁化を局所的に変化させる、工程；並びに、
信号を取得する工程であって、該信号は前記作用領域内の磁化に依存し、該磁化は前記第1及び第2サブ領域の空間内での位置変化によって影響を受ける、工程；
を有し、
前記作用領域内の磁化に依存した信号の取得は、前記第1及び第2補償手段を有する受信手段によって実行され、かつ、
前記第1補償手段は、前記第2補償手段よりも、前記駆動手段の少なくとも一部に対して非常に近接して設けられる、
方法。
作用領域での磁性粒子に影響を及ぼし、及び/又は磁性粒子を検出する装置の調節方法であって、
当該方法は：
磁場強度空間内においてパターンを有する選択用磁場を発生させる工程であって、磁場強度の小さな第1サブ領域及び磁場強度の大きな第2サブ領域が作用領域内に形成される、工程；
駆動用磁場によって前記作用領域内の2つのサブ領域の空間での位置を変化させることで、磁性粒子の磁化を局所的に変化させる、工程；並びに、
第1及び第2補償手段を有する受信手段によって信号を取得する工程であって、前記第1補償手段は、前記第2補償手段よりも、前記駆動手段の少なくとも一部に対して非常に近接して設けられ、該信号は前記作用領域内の磁化に依存し、該磁化は前記第1及び第2サブ領域の空間内での位置変化によって影響を受ける、工程；
を有し、
当該装置の調節は第2補償手段を移動及び/又は調節することによって行われる、
方法。