JP6318306B2 - 磁性粒子に作用し及び／又は該磁性粒子を検出するケーブル布線構造、コイル装置、及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気粒子イメージング装置において特に使用されるケーブル布線構造及びコイル装置、並びに視野内で磁性粒子に作用し及び／又は該磁性粒子を検出する装置及び方法に関係がある。本発明は、磁気粒子イメージングの分野に特に関係する。

磁気粒子イメージング（ＭＰＩ；Magnetic Particle Imaging）は、新興の医療イメージングモダリティである。ＭＰＩの最初のバージョンは、それらが２次元の画像を生成する点で２次元であった。より新しいバージョンは３次元（３Ｄ）である。非静止の対象の４次元画像は、その対象が単一の３Ｄ画像のためのデータ取得中に有意に変化しないという条件で、３Ｄ画像の時間シーケンスを動画と結合することによって生成され得る。

ＭＰＩは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ；Computed Tomography）又は磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ；Magnetic Resonance Imaging）と同じように、再構成画像である。然るに、対象の関心のあるボリュームのＭＰ画像は二段階で生成される。データ取得と呼ばれる最初の段階は、ＭＰＩスキャナを用いて実施される。ＭＰＩスキャナは、スキャナのアイソセンタで（１つ以上の）無磁界点（ＦＦＰ；field-free point(s)）又は無磁界線（ＦＦＬ；field-free line）（以下、主に、無磁界点について言及されるが、無磁界線を代わりに使用する選択肢を含むべきである。）を有している“選別場（selection field）”と呼ばれる静磁傾斜場を発生させる手段を備える。更には、このＦＦＰ（又はＦＦＬ；以下で“ＦＦＰ”と述べることは、概して、ＦＦＰ又はＦＦＬを意味すると理解されるべきである。）は、低い磁界強度を有する第１サブゾーンによって囲まれ、次いで、より高い磁界強度を有する第２サブゾーンによって囲まれている。加えて、スキャナは、時間に依存した、空間的にほぼ一様な磁界を発生させる手段を備える。実際に、この磁界は、“駆動場（drive field）”と呼ばれる、振幅が小さい急速に変化する磁界と、“震央場（focus field）”と呼ばれる、振幅がより大きい緩やかに変化する磁界とを重ね合わせることによって、得られる。時間に依存した駆動場及び震央場を静的な選別場に加えることによって、ＦＦＰは、アイソセンタを囲む“走査ボリューム”にわたって所定のＦＦＰ軌跡に沿って動かされ得る。スキャナは、１つ以上（例えば、３つ）の受信コイルの配置を更に備え、それらのコイルにおいて誘起される如何なる電圧も記録することができる。データ取得のために、撮像される対象は、対象の関心のあるボリュームが、走査ボリュームのサブセットであるスキャナの視野によって取り囲まれるように、スキャナ内に置かれる。

対象は、特定の磁気ナノ粒子又は他の磁性非線形物質を含むべきである。対象が動物又は患者である場合には、そのような粒子を含むトレーサ（tracer）は、スキャンより前に動物又は患者に投与される。データ取得の間に、ＭＰＩスキャナは、走査ボリューム又は少なくとも視野を探知／カバーする意図的に選択された軌跡に沿ってＦＦＰを動かす。対象内の磁気ナノ粒子は、変化する磁界を受け、それらの磁化を変えることによって応答する。ナノ粒子の変化する磁化は、受信コイルの夫々において時間に依存した電圧を誘起する。この電圧は、受信コイルに関連する受信器においてサンプリングされる。受信器によって出力されるサンプルは記録され、取得データを構成する。データ取得の細部を制御するパラメータは、“スキャンプロトコル”を構成する。

画像再構成と呼ばれる、画像生成の第２の段階において、画像は、最初の段階で取得されたデータから計算又は再構成される。画像は、視野内での磁気ナノ粒子の位置に依存した濃度へのサンプリングされた近似値に相当するデータの離散３Ｄアレイである。再構成は、一般に、適切なコンピュータプログラムを実行するコンピュータによって実施される。コンピュータ及びコンピュータプログラムは、再構成アルゴリズムを実現する。再構成アルゴリズムは、データ取得の数学モデルに基づく。全ての再構成イメージング法と同じく、このモデルは、取得データに作用する整数演算子として定式化され、再構成アルゴリズムは、可能な範囲でモデルの作用を元に戻そうとする。

そのようなＭＰＩ装置及び方法は、それらが、非破壊的な方法において且つ高い空間分解能を有して任意の被検体（例えば、人体）を被検体の表面の近く及び表面から離れて試験するために使用され得るという利点を有している。そのような装置及び方法は、一般に知られており、独国特許出願公開第１０１５１７７８（Ａ１）号明細書（特許文献１）において及びGleich, B. and Weizenecler, J. (2005)，“Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles”，Nature，vol.435，pp.1214-1217（非特許文献１）において最初に記載された。これらにおいても、再構成原理は一般的に記載されている。それらの文献で記載された磁気粒子イメージング（ＭＰＩ）のための装置及び方法は、小さい磁性粒子の非線形磁化曲線を利用する。

ＭＰＩ装置及び方法は、例えば核磁気共鳴（ＮＭＲ；nuclear magnetic resonance）のような他の既知の従来の医療イメージング技術とは異なる新しい物理原理（すなわち、ＭＰＩと呼ばれる原理）に基づく。特に、このＭＰＩ原理は、ＮＭＲと対照的に、プロトンの磁気共鳴特性に対する物質の影響を利用せず、むしろ、磁化特性曲線の非線形性を利用することによって磁性物質の磁化を直接に検出する。特に、ＭＰＩ技術は、磁化が非飽和状態から飽和状態へ変化する領域において磁化特性曲線の非線形性から生じる、生成された磁気信号のより高い調波を利用する。

ＭＰＩ内で、画像情報は、磁気ナノ粒子の磁気共鳴の弱い非線形性を解析することによって収集される。このイメージングは、例えば、部品（例えば、キャパシタ）の非線形性、部品の近くにある磁性材料、及び／又は部品内の磁性材料（例えば、一般に非磁性の銅における磁鉄汚染）によって生じる（場合により非安定の）調波バックグラウンド（harmonic background）により感度を制限され得る。後者は、ＭＰＩセットアップで様々な場所に使用されるケーブル布線において心配の種である。特に、高電流は、高電流発生器の部品どうしの間及びそれらの部品内でケーブル布線によって導かれる。ケーブル布線における最も強い磁界強度は、ケーブル布線がインダクタとして働くよう巻かれる場合に現れる。ＭＰＩセットアップの部品に加えて、この効果は、ＭＰＩ装置の駆動場信号生成器において最も大きい。

独国特許出願公開第１０１５１７７８（Ａ１）号明細書

Gleich, B. and Weizenecler, J. (2005)，"Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles"，Nature，vol.435，pp.1214-1217

本発明の目的は、ケーブル布線構造及びコイル装置並びに視野内で磁性粒子に作用し及び／又は該磁性粒子を検出する装置及び方法であって、より擾乱の少ない調波バックグラウンドに至るようケーブル布線の非線形性を低減して、構造の感度の改善をもたらすものを提供することである。

本発明の第１の態様において、磁気粒子イメージング装置において特に使用されるケーブル布線構造が提示され、当該ケーブル布線構造は、
第１ＡＣ端子と、
第２ＡＣ端子であり、前記第１ＡＣ端子及び前記第２ＡＣ端子がそれらの間にＡＣ電圧を結合するよう構成される、前記第２ＡＣ端子と、
第１内部端子と、
第２内部端子であり、前記第１内部端子及び前記第２内部端子がそれらの間にＤＣ電圧を結合するよう構成される、前記第２内部端子と、
前記第１内部端子と前記第２ＡＣ端子との間に結合される１つ以上の第１導体の第１サブセットと、
前記第２内部端子と前記第２ＡＣ端子との間に結合される１つ以上の第２導体の第２サブセットと
を有し、
当該ケーブル布線構造は、前記第１導体及び前記第２導体における前記ＡＣ電圧及び前記ＤＣ電圧の重ね合わせを可能にし、
前記第１導体及び前記第２導体は、関心のあるゾーンにおいて磁界を発生させるようにコイルを形成するよう構成される。

本発明の更なる態様において、磁気粒子イメージング装置において特に使用されるコイル装置が提示され、当該コイル装置は、
本願で開示されるケーブル布線構造と、
特にスイッチを介して、前記第１内部端子と前記第２内部端子との間に結合されるＤＣ電圧又は電流源と
を有する。

更に、本発明の更なる態様において、視野内で磁性粒子に作用し及び／又は該磁性粒子を検出する装置が提示され、当該装置は、
磁性粒子の磁化が飽和しない低い磁界強度を有する第１サブゾーンと、磁性粒子の磁化が飽和するより高い磁界強度を有する第２サブゾーンが前記視野内に形成されるように、磁界強度の空間においてパターンを有する磁気選別場を発生させる選別場信号生成ユニット及び選別場要素を有する選別手段と、
磁性粒子の磁化が局所的に変化するように、磁気駆動場を用いて、前記視野内の前記第１サブゾーン及び前記第２サブゾーンの空間において位置を変える駆動場信号生成ユニット及び駆動場コイルを有する駆動手段と、
前記駆動場コイルを形成する、請求項１２に記載の１つ以上のコイル装置と
を有し、
前記駆動場信号生成ユニットは、前記１つ以上のコイル装置の１つ以上のケーブル布線構造のＡＣ端子へ結合される。

本発明の他の態様において、視野内で磁性粒子に作用し及び／又は該磁性粒子を検出する、対応する方法が提示される。

本発明の好適な実施形態は、従属請求項において定義される。請求されているコイル装置、装置及び方法は、請求されているケーブル布線構造と及び従属請求項で定義されているのと類似した及び／又は同じ好適な実施形態を有していることが理解されるべきである。

前記“ＤＣ電圧”は、前記ＡＣ電圧に対して一定の電圧を意味する。すなわち、この一定の電圧は、時間にわたって上下又は変化しうるが、ＡＣ電圧に対して著しくはない。

ＭＰＩ内で、物質の非線形性は、その物質が磁気飽和に（又はほぼ磁気飽和に）追い込まれる場合には効力を生じない（又は少なくともほとんど効力を生じない）。本発明は、特に１つ以上のコイルのケーブル布線にこの観察結果を適用し、ケーブル布線の磁気汚染を飽和に至らせるよう専用のＤＣ電流を印加することを提案する。付加的な静磁界（第１のサブゾーン、すなわち無磁界点又は無磁界線をシフトしうるもの。）を発生させないために、ＤＣ電流は、関心のあるゾーンにおいて有効にＡＣ場（すなわち、遠距離場）が生成されないように、印加される。静磁界は、従って、主に、ケーブル布線構造内に制限される。

ＤＣ電流の大きさは、ケーブル布線内の磁気非線形性によって生成される高調波を実質的に低減するために、望ましくは、おおよそＡＣ電流（例えば、駆動場電流）の大きさであるべきである。望ましくは、相当なＤＣ電流が印加されて、導体において更なる電力散逸をもたらす。

第１及び第２サブセットの導体の配置により、ＤＣ電流の方向は、第１サブセットの導体が、関心領域に対して第１方向においてＤＣ電流を受け、第２サブセットの導体が関心領域に対して第２方向においてＤＣ電流を受けるようにされ、第１及び第２方向は、望ましくは、互いに逆である。

更に、本発明は、望ましくは、ＡＣ場が視野全体で（ほとんど）相殺しないが、第１サブゾーンである視野の中心でのみ相殺するように、生成された磁界を調整することにおいてＤＣ電流を更に利用する。従って、無磁界点又は線は、それがあったところに保たれるが、更には、磁気選別場が無磁界点の周りに現れる。この選別場は、専用の選別場信号生成器によって生成される磁気選別場を高める（又は、いくつかの場合に、取って代わる）ことができる。この特徴は、よって、選別場の勾配を更に増大させるために（これは、より良い分解能に変わる。）、あるいは、専用の選別場信号生成器に対する電力要件を緩和するために、使用され得る。

要約すれば、本発明は、検出される信号において調波バックグラウンドの擾乱を引き起こす駆動場信号生成器において特に使用されるケーブル布線の磁気非線形性を低減する。例えば駆動場手段のケーブル布線構造では、前記ＡＣ電流を運ぶ異なった電気的に並列なコイル／ラインにおいて、駆動ＤＣ電流が（特にＤＣ発生器から）更に供給されることで磁気非線形性を飽和に至らせる。１つ以上の導体（例えば、コイル）の第１グループに印加されるＤＣ電流は、ＡＣ磁界を発生させないように、導体（例えば、コイル）の第２のグループとは反対の向きを有している。

好適な実施形態に従って、当該ケーブル布線構造は、前記第１ＡＣ端子と前記第１内部端子との間及び前記第１ＡＣ端子と前記第２内部端子との間に結合されるカップリング素子を有し、前記カップリング素子は、前記第１ＡＣ端子と前記第１内部端子との間に結合される少なくとも１つの第１キャパシタと、前記第１ＡＣ端子と前記第２内部端子との間に結合される少なくとも１つの第２キャパシタとを有する。前記キャパシタは、第１及び第２内部端子を分けることを提供し、それにより、それらは同じＡＣ電位にありながら異なったＤＣ電位にある。

他の実施形態に従って、前記第１ＡＣ端子は、前記第１内部端子及び前記第２内部端子へ結合される。従って、前記ＤＣ電圧は、この実施形態では、前記第１ＡＣ端子と前記第１内部端子との間、又は前記第１ＡＣ端子と前記第２内部端子との間のいずれか一方で印加される。

望ましくは、当該ケーブル布線構造は、前記第１ＡＣ端子と前記第１内部端子及び前記第２内部端子との間に結合される第１容量構造と、前記第２ＡＣ端子と前記第１導体の前記第１サブセット及び前記第２導体の前記第２サブセットとの間に結合される第２容量構造とを更に有する。望ましくは、第１組のキャパシタは、特に直列に、前記第１ＡＣ端子へ結合され、及び／又は、第２組のキャパシタは、特に直列に、前記第２ＡＣ端子へ結合される。それらのキャパシタは、ＤＣ電流が前記第１ＡＣ端子及び／又は前記第２ＡＣ端子を流れないようにするために設けられる。

任意に、当該ケーブル布線構造は、第１インダクタ及び前記第１導体の前記第１サブセットが前記第１内部端子の両側に位置するように前記第１内部端子へ結合される前記第１インダクタ、及び／又は第２インダクタ及び前記第２導体の前記第２サブセットが前記第２内部端子の両側に位置するように前記第２内部端子へ結合される前記第２インダクタを更に有し、当該ケーブル布線構造は、前記第１インダクタへ及び前記第２インダクタへ前記ＤＣ電圧を結合するよう更に構成される。ＤＣ電圧源は、その場合に、場合により１つ以上のスイッチを介して、前記第１インダクタと前記第２インダクタとの間に結合される。この第１及び第２インダクタの目的は、当該ケーブル布線構造に入るＤＣ電圧源から起こり得る擾乱を分離するとともに、ＡＣ電圧がＤＣ電圧源に入らないようにすることである。

第１及び第２サブセットの第１及び第２導体の配置のために、種々の選択肢が存在する。一実施形態において、前記第１サブセットは、２つ以上の第１導体を有し、前記第２サブセットは、２つ以上の第２導体を有し、前記第１導体及び前記第２導体は、略並列に機械的に配置されて（すなわち、位置付けられて）ケーブルを形成し、該ケーブルは、コイルとして巻かれる。更には、一実施形態において、全ての第１導体は、互いに隣接して機械的に配置され（すなわち、位置付けられ）、全ての第２導体は、互いに隣接して機械的に配置される（位置付けられる）。これにより、高い飽和が提供される。他の実施形態では、前記第１導体及び前記第２導体は、交互に機械的に配置される（すなわち、位置付けられる）。これにより、より一層高い飽和が概して提供され、必要とされるＤＣ電流及び電力は低減され得る。

望ましくは、当該ケーブル布線構造は、少なくとも１つの第３内部端子と、前記第１サブセット及び前記第２サブセットと前記第２ＡＣ端子との間に結合される少なくとも３つのカップリング端子とを更に有し、前記第１サブセットの中の前記第１導体の第１端部は、異なる内部端子へ結合され、前記第１サブセットの中の前記第１導体の第２端部は、異なるカップリング端子へ結合され、前記第２サブセットの中の前記第２導体の第１端部は、異なる内部端子へ結合され、前記第２サブセットの中の前記第２導体の第２端部は、異なるカップリング端子へ結合される。この実施形態は、ＤＣ電圧のためのより高い抵抗を提供する。すなわち、一対以上の導体が設けられ、各対は、前記第１サブセットからの１つの導体及び前記第２サブセットからの１つの導体を有する。それによって、一対の２つの導体は、関心領域に対して逆方向のＤＣ電流を受ける。

望ましくは、この実施形態において、当該ケーブル布線構造は、各内部端子と前記第１ＡＣ端子との間に結合される１つ以上のキャパシタの直列結合、及び／又は各カップリング端子と前記第２ＡＣ端子との間に結合される１つ以上のキャパシタの直列結合を更に有する。それらのキャパシタは、ＤＣ電流が前記第１ＡＣ端子及び／又は前記第２ＡＣ端子を流れないようにするために設けられる。

他の実施形態では、前記第１サブセットは、第１コイルとして巻かれた単一の第１導体を有し、前記第２サブセットは、第２コイルとして巻かれた単一の第２導体を有し、前記第１コイル及び前記第２コイルは同軸上に配置される。望ましくは、これは、ソレノイドとして両コイルにより、又はサドルコイルとしての両コイルにより実現され得る。よって、コイルは、静磁界が逆平行であって、既存の磁気選別場を押し上げるように配置され、ＤＣ電流を供給される。

上述されたように、コイル装置は、種々の種類の装置、特にＭＰＩ装置において適用され得る。ＭＰＩ装置は、様々に構成され得る。一実施形態において、装置は、前記駆動場信号生成ユニット、信号受信ユニット及び駆動受信コイルを有する駆動及び受信手段を更に有し、前記駆動受信コイルは、磁性物質の磁化が局所的に変化するように磁気駆動場を用いて前記視野内の前記第１サブゾーン及び前記第２サブゾーンの空間において位置を変えるとともに、前記第１サブゾーン及び前記第２サブゾーンの空間における前記位置の変化によって影響を及ぼされる前記視野内の磁化に依存する検出信号を取得するよう構成され、前記１つ以上のコイル装置は、前記駆動受信コイルを形成する。他の実施形態では、提案される考えは、生成ユニットを各々のコイルへ結合するために、例えば、駆動罵声性ユニットを駆動場コイルと接続するために使用される誘導結合ネットワーク（又はその部分）において使用され得る。

更なる他の実施形態では、装置は、受信コイル及び駆動場コイルのための別個のコイルを有し、且つ／あるいは、装置は、第１サブゾーン及び第２サブゾーンが視野内に形成されるように磁界強度の空間においてパターンを有する磁気選別及び震央場を生成するとともに、試験領域内で前記視野の空間において位置を変化させる選別手段を有する選択及び焦点手段を有し、該選択及び焦点手段は、少なくともひと組の選別及び震央場コイルと、磁気選別及び信号場の発生を制御するために該少なくともひと組の選別及び震央場コイルへ供給される選別及び震央場電流を生成する選別及び震央場生成ユニットとを有する。

本発明のそれら及び他の態様は、以降で記載される実施形態から明らかになり、それらを参照して説明される。
ＭＰＩ装置の第１実施形態を示す。 図１に示される装置によって生成される選別場パターンの例を示す。 ＭＰＩ装置の第２実施形態を示す。 ＭＰＩ装置の第３及び第４実施形態を示す。 本発明に従うＭＰＩ装置のブロック図を示す。 本発明に従うコイル装置の第１実施形態の回路図を示す。 本発明に従うコイル装置の第２実施形態の回路図を示す。 本発明に従うコイル装置の第３実施形態の回路図を示す。 本発明に従うコイル装置で使用されるキャパシタの組の実施形態の回路図を示す。 本発明に従うケーブルにおける導体の配置の様々な実装を示す。 本発明に従うコイル装置の第４実施形態の回路図を示す。 本発明に従うケーブル布線構造を使用するサドルコイルの配置を示す。 本発明に従うケーブル布線構造を使用するスプリットソレノイドコイルの配置を示す。

本発明の詳細が説明されるべきである前に、磁気粒子イメージングの基本が、図１乃至４を参照して詳細に説明されるべきである。特に、医療診断のためのＭＰＩスキャナの４つの実施形態が記載される。データ取得の非公式な記載も与えられる。異なった実施形態どうしの間の類似点及び相違点が指摘される。概して、本発明は、ＭＰＩ装置のそれらの全ての異なる実施形態において使用され得る。

図１に示されるＭＰＩスキャナの第１実施形態１０は、同軸の平行な円形コイルの３つの対１２、１４、１６を有する。それらのコイル対は図１で表されるように配置される。それらのコイル対１２、１４、１６は、駆動場及び震央場とともに選別場を生成する働きをする。３つのコイル対１２、１４、１６の軸１８、２０、２２は、相互に直交しており、ＭＰＩスキャナ１０のアイソセンタ２４として表される単一の点に集まる。加えて、それらの軸１８、２０、２２は、アイソセンタ２４に付随する３Ｄデカルトｘ−ｙ−ｚ座標系の軸となる。垂直軸２０はｙ軸に指名され、それにより、ｘ及びｚ軸は水平である。コイル対１２、１４、１６は、それらの軸にちなんで名付けられる。例えば、ｙコイル対１４は、スキャナの上下にあるコイルによって形成される。更には、正（負）ｙ座標を持ったコイルはｙ^＋コイル（ｙ⁻コイル）と呼ばれ、残りのコイルも同様である。更なる便宜上、座標軸及びコイルは、ｘ、ｙ及びｚよりむしろ、ｘ_１、ｘ_２及びｘ_３とラベルを付されるべきである。

スキャナ１０は、所定の、時間に依存した電流をそれらのコイル１２、１４、１６の夫々を通っていずれか一方の方向において導くよう設定され得る。電流が、コイルの軸に沿って見たときに、このコイルの周りを時計回りで流れる場合に、それは正と見なされ、そうでなければ負と見なされる。静的な選別場を生成するよう、一定の正電流Ｉ^Sはｚ^＋コイルを流れるよう生成され、電流−Ｉ^Sはｚ⁻コイルを流れるよう生成される。ｚコイル対１６は、その場合に、逆平行の円形コイル対としての機能を果たす。

ここで、この実施形態における軸の配置及び軸に与えられる名称は単なる例であり、他の実施形態では異なってもよいことが留意されるべきである。例えば、実際的な実施形態において、垂直軸は、本実施形態で見られるようにｙ軸よりむしろ、しばしばｚ軸と考えられる。なお、これは、一般的に、デバイスの機能及び動作並びに本発明の効果を変えるものではない。

磁気選別場は、一般に磁気傾斜場であって、力線５０によって図２において表されている。それは、選別場を生成するｚコイル対１６の（例えば、水平）ｚ軸２２の方向において略一定の勾配を有し、この軸２２上でアイソセンタ２４において値０に達する。この無磁界点を発端として（図２では個別に図示せず。）、磁気選別場５０の磁界強さは、無磁界点からの距離が大きくなるにつれて、３つの空間方向の全てで増大する。アイソセンタ２４の周りの破線によって表されている第１サブゾーン又は領域５２では、磁界強さは、その第１サブゾーン５２に存在する粒子の磁化が飽和されないほど小さく、一方、第２サブゾーン５４（領域５２の外側）に存在する粒子の磁化は飽和の状態にある。第２サブゾーン５４では（すなわち、第１サブゾーン５２の外側のスキャナの視野２８の残りの部分では）、選別場の磁界強度は、磁性粒子を飽和の状態に保つほど十分に強い。

視野２８内の２つのサブゾーン５２、５４（無磁界点を含む。）の位置を変化させることによって、視野２８における（全体の）磁化は変化する。視野２８における磁化又は磁化によって影響を及ぼされる物理パラメータを決定することによって、視野２８における磁性粒子の空間分布に関する情報が取得され得る。視野２８における２つのサブゾーン５２、５４（無磁界点を含む。）の相対的な空間位置を変化させるために、更なる磁場、すなわち、磁気駆動場、及び、印加可能であるならば、磁気震央場が、選別場５０に重ね合わされる。

駆動場を生成するよう、時間に依存した電流Ｉ^Ｄ _１は両方のｘコイル１２を流れるよう生成され、時間に依存した電流Ｉ^Ｄ _２は両方のｙコイル１４を流れるよう生成され、時間に依存した電流Ｉ^Ｄ _３は両方のｚコイル１６を流れるよう生成される。よって、３つのコイル対の夫々は、平行な円形コイル対としての機能を果たす。同様に、震央場を生成するよう、時間に依存した電流Ｉ^Ｆ _１は両方のｘコイル１２を流れるよう生成され、時間に依存した電流Ｉ^Ｆ _２は両方のｙコイル１４を流れるよう生成され、時間に依存した電流Ｉ^Ｆ _３は両方のｚコイル１６を流れるよう生成される。

ｚコイル対１６は特別であることが留意されるべきである。それは、駆動場及び震央場のその分担分のみならず、選別場も生成する（当然、他の実施形態では、別個のコイルが設けられてよい。）。ｚ^±コイルを流れる電流はＩ^Ｄ _３＋Ｉ^Ｆ _３±Ｉ^Ｓである。残り２つのコイル対１２、１４を流れる電流はＩ^Ｄ _ｋ＋Ｉ^Ｆ _ｋ（ｋ＝１，２）である。それらの配置及び対称性のために、３つのコイル対１２、１４、１６はうまく分離されている。これは望まれている。

逆平行の円形コイル対によって生成されるならば、選別場はｚ軸に関して回転対称であり、そのｚ成分はｚにおいてほぼ線形であり、アイソセンタ２４の周りのかなりのボリュームにおいてｘ及びｙと無関係である。特に、選別場は、アイソセンタで単一の無磁界点（ＦＦＰ）を有する。対照的に、平行な円形コイル対によって生成される駆動場及び震央場に対する寄与は、アイソセンタ２４の周りのかなりのボリュームにおいて空間的にほぼ一様であり、夫々のコイル対の軸と平行である。３つの平行な円形コイル対の全てによってまとめて生成される駆動場及び震央場は、空間的にほぼ一様であり、ある最大強度まで、如何なる方向及び強さも与えられ得る。駆動場及び震央場はまた、時間に依存する。震央場と駆動場との間の差は、震央場が時間において緩やかに変化し、大きい振幅を有し得る一方で、駆動場が急激に変化し、小さい振幅を有する点である。それらの磁界を違うように扱う物理的及び生理医学的理由が存在する。大きい振幅を有して急激に変化する磁界は、生成するのが難しく、且つ、患者にとって潜在的に危険である。

特定の実施形態において、ＦＦＰは、磁界が零であると考えられる数学的点と見なされ得る。磁界強度は、ＦＦＰからの距離が大きくなるにつれて増大し、増大率は、異なる方向ごとに異なり得る（例えば、デバイスの特定のレイアウトに依存する。）。磁界強度が、磁性粒子を飽和の状態に至らせるのに必要な磁界強度を下回る限りは、粒子は、デバイスによって測定される信号の信号生成に能動的に寄与する。そうでない場合は、粒子は飽和し、如何なる信号も生成しない。

ＭＰＩスキャナの実施形態１０は、やはりｘ、ｙ及びｚ軸に沿って方向付けられた平行な円形コイルの少なくとも１つの更なる対、望ましくは３つの更なる対を備える。それらのコイル対は、図１に図示されないが、受信コイルとなる。駆動場及び震央場のためのコイル対１２、１４、１６と同様に、それらの受信コイル対のうちの１つを流れる定電流によって生成される磁界は、視野内で空間的にほぼ一様であり、夫々のコイル対の軸に平行である。受信コイルは、うまく分離されていると考えられる。受信コイルにおいて誘起された時間に依存した電圧は、このコイルに取り付けられた受信器によって増幅され、サンプリングされる。もっと正確に言えば、この信号の非常に大きいダイナミックレンジに対処するよう、受信器は、受信された信号と基準信号との間の差をサンプリングする。受信器の伝達関数は、零ヘルツ（“ＤＣ”）から、期待される信号レベルがノイズレベルを下回る周波数まで非零である。代替的に、ＭＰＩスキャナは、専用の受信コイルを具備しない。代わりに、駆動場送信コイルが、一体的な駆動受信コイルを用いる本発明に従う一実施形態の場合のように、受信コイルとして使用され得る。

図１に示されるＭＰＩスキャナの実施形態１０は、ｚ軸２２に沿って、すなわち、選別の軸に沿って、円筒形ボア２６を備える。全てのコイルはこのボア２６の外に位置する。データ取得のために、撮像される患者（又は対象）は、患者の関心のあるボリューム、すなわち、撮像されるべき患者（又は対象）のボリュームがスキャナの視野２８、すなわち、スキャナが撮像することができるコンテンツを含むスキャナのボリュームによって取り囲まれるように、ボア２６内に置かれる。患者（又は対象）は、例えば、患者台に載置される。視野２８は、例えば立方体、球、円筒形又は任意の形状といった、ボア２６の内側にある幾何学的に単純なアイソセンタボリュームである。立方体の視野２８が図１には表されている。

第１サブゾーン５２のサイズは、磁気選別場の勾配の強さと、飽和に必要とされる磁界の磁界強さとに依存し、また、飽和に必要とされる磁界の磁界強さは、磁性粒子に依存する。８０Ａ／ｍの磁界強度での典型的な磁性粒子の十分な飽和と、５０×１０^３Ａ／ｍ^２に達する磁気選別場の磁界強さの（所与の空間方向における）勾配とのために、粒子の磁化が飽和されない第１サブゾーン５２は、（所与の空間方向において）約１ｍｍの大きさを有する。

患者の関心のあるボリュームは、磁気ナノ粒子を含むと考えられる。例えば、腫瘍の画像診断の前に、磁性粒子は、例えば、患者（対象）の身体に注入されるか、又は別なふうに（例えば、経口で）患者に投与される磁性粒子を含む液体によって、関心のあるボリュームに提供される。

一般に、磁性粒子を視野に持ち込むための様々な方法が存在する。特に、磁性粒子が取り込まれるべき身体の患者の場合に、磁性粒子は、外科的及び非外科的な方法の使用によって投与され得、専門家（例えば、医師）を必要とする方法及び医師を必要とせず、例えば、素人又は当業者又は患者自身によって実行され得る方法の両方がある。外科的方法の中には、潜在的に危険でなく及び／又は安全な日常的なインターベンション（例えば、血管へのトレーサの注入のような侵襲的なステップを伴う（そのような注入が仮にも侵襲的方法と見なされる場合）。）、すなわち、実施されるために相当な職業上の医療専門知識を必要とせず且つ深刻な健康リスクを伴わないインターベンションがある。更には、嚥下又は吸入のような非外科的な方法が適用可能である。

一般に、磁性粒子は、データ取得の実際のステップが実施される前に、事前供給又は事前投与される。実施形態では、なお、更なる磁性粒子が視野内に供給／投与されることも可能である。

磁性粒子の実施形態は、例えば、５ｎｍの厚さを有し、例えば、鉄ニッケル合金（例えば、パーマロイ（Permalloy））から成る軟磁性層を設けられているガラスの球形基板を有する。この層は、例えば、化学的及び／又は物理的に浸食性の環境、例えば、酸、に対して粒子を保護するコーティング層によって、覆われ得る。そのような粒子の磁化の飽和に必要とされる磁気選別場５０の磁界強度は、様々なパラメータ、例えば、粒子の直径、磁性層に使用される磁性材料、及び他のパラメータに依存する。

例えば、そのような磁性粒子が１０μｍの直径を有する場合に、約８００Ａ／ｍの磁界（１ｍＴの磁束密度におおよそ対応する。）が必要とされ、一方、１００μｍの直径の場合では、８０Ａ／ｍの磁界で足りる。より一層小さい値は、より低い飽和磁化を有する材料のコーティングが選択される場合又は層の厚さが低減される場合に得られる。

実際に、リゾビスト（登録商標）の名で市販されている磁性粒子（又は同様の磁性粒子）がしばしば使用されており、この磁性粒子は、磁性材料のコアを有するか、又は大きい球として形成され、例えば４０又は６０ｎｍといったナノメートルの範囲の直径を有する。

一般的に使用可能な磁性粒子及び粒子組成の更なる詳細については、欧州特許出願公開第１２２４５４２号明細書、国際公開第２００４／０９１３８６号パンフレット、国際公開第２００４／０９１３９０号パンフレット、国際公開第２００４／０９１３９４号パンフレット、国際公開第２００４／０９１３９５号パンフレット、国際公開第２００４／０９１３９６号パンフレット、国際公開第２００４／０９１３９７号パンフレット、国際公開第２００４／０９１３９８号パンフレット、国際公開第２００４／０９１４０８号パンフレットの対応する部分がこれにより参照され、参照により本願に援用される。それらの文献において、ＭＰＩ方法全般の更なる詳細が同様に見つけられ得る。

データ取得の間、ｘ、ｙ及びｚコイル対１２、１４、１６は、位置及び時間に依存した磁界、印加磁場を生成する。これは、適切な電流を磁場生成コイルに流すことによって達成される。実質的に、駆動場及び震央場は、ＦＦＰが、走査ボリューム、すなわち、視野の上位集合、をトレースする事前に選択されたＦＦＰ軌跡に沿って動くように、選別場を押しやる。印加磁場は、患者内の磁気ナノ粒子を方向付ける。印加磁場が変化すると、結果として現れる磁化も、それが印加磁場に非線形に応答するにもかかわらず、変化する。変化する印加磁場と変化する磁化との和は、ｘ_ｋ軸に沿った受信コイル対の端子間で、時間に依存した電圧Ｖ_ｋを引き起こす。関連する受信器は、この電圧を信号Ｓ_ｋに変換し、更に処理する。

図１に示される第１実施形態１０と同様に、図３に示されるＭＰＩスキャナの第２実施形態３０は、３つの円形の、相互に直交したコイル対３２、３４、３６を備えるが、それらのコイル対３２、３４、３６は、選別場及び震央場しか生成しない。ｚコイル３６は、先と同じく選別場を生成するコイルであって、強磁性材料３７で満たされている。この実施形態３０のｚ軸４２は垂直に方向付けられており、一方、ｘ及びｙ軸３８、４０は水平に方向付けられている。スキャナのボア４６はｘ軸３８と平行であり、よって、選別場の軸４２に垂直である。駆動場は、ｘ軸３８に沿ったソレノイド（図示せず）によって且つ残り２つの軸４０、４２に沿ったサドルコイルの対（図示せず。）によって生成される。それらのコイルは、ボアを形成する管の周りに巻き付けられている。駆動場コイルは受信コイルとしても働く。

かかる実施形態の２、３の典型的なパラメータを与えるよう、選別場Ｇのｚ勾配はＧ／μ_０＝２．５Ｔ／ｍを有する。ここで、μ_０は真空の透磁率である。駆動場の時間周波数スペクトルは、２５ｋＨｚ前後の狭帯域（最大約２５０ｋＨｚ）において集中している。受信信号の有用な周波数スペクトルは５０ｋＨｚから１ＭＨｚ（最終的に最大約１５ＭＨｚまで）の間にある。ボアは１２０ｍｍの直径を有する。ボア４６に合う最大の立方体２８は、１２０ｍｍ／√２≒８４ｍｍのエッジ長さを有する。

磁場生成コイルの構成は当該技術において一般的に知られているので（例えば、磁気共鳴イメージングの分野から。）、この話題は、ここでこれ以上詳述される必要はない。

選別場の生成のための代替の実施形態では、永久磁石（図示せず。）が使用され得る。そのような（対向する）永久磁石の２つの極の間の空間には、図２に示されたのと同様である、すなわち、相対する極が同じ極性を有する場合の、磁界が形成される。他の代替の実施形態では、選別場は、少なくとも１つの永久磁石と少なくとも１つのコイルとの混合体によって生成され得る。

図４は、ＭＰＩ装置の一般的な外側レイアウトの２つの実施形態２００、２０１を示す。図４Ａは、２つの選別及び震央場コイルユニット２１０、２２０を有する提案されたＭＰＩ装置２００の実施形態を示す。コイルユニット２１０、２２０は、基本的に同じであって、それらの間に形成される試験領域２３０の相対する側に配置される。更には、駆動場コイルユニット２４０は、選別及び震央場コイルユニット２１０、２２０の間に配置され、それらは、患者（図示せず。）の関心領域の周りに位置する。選別及震央場コイルユニット２１０、２２０は、前述の磁気選別場及び磁気震央場に相当する結合磁場を生成するためのいくつかの選別及び震央場コイルを有する。特に、夫々の選別及び震央場コイルユニット２１０、２２０は、選別及び震央場コイルの望ましくは同一の組を有する。選別及び震央場コイルの詳細は以下で説明される。

駆動場コイルユニット２４０は、磁気駆動場を生成するための複数の駆動場コイルを有する。それらの駆動場コイルは、駆動場コイルのいくつかの対、特に、空間内の３つの方向の夫々において磁界を生成するための１対の駆動場コイルを有し得る。実施形態において、駆動場コイルユニット２４０は、空間内の２つの異なる方向についての２対のサドルコイルと、患者の長手軸において磁界を生成するための１つのソレノイドコイルとを有する。

選別及び震央場コイルユニット２１０、２２０は、一般に、保持ユニット（図示せず。）又は部屋の壁に取り付けられる。望ましくは、選別及び震央場コイルユニット２１０、２２０が夫々のコイルを担持する磁極片を有する場合に、保持ユニットは選別及び震央場コイルユニット２１０、２２０を機械的に保持するのみならず、更には、２つの選別及び震央場コイルユニット２１０、２２０の磁極片を接続する磁束のための経路を提供する。

図４Ａに示されるように、２つの選別及び震央場コイルユニット２１０、２２０は、駆動場コイルユニット２４０の駆動場コイルによって生成された磁界から選別及び震央場コイルを遮へいするための遮へい層２１１、２２１を夫々含む。

図４Ｂに示されるＭＰＩ装置２０１の実施形態では、ただ１つの選別及び震央場コイルユニット２２０のみが、駆動場コイルユニット２４０とともに設けられている。一般に、選別及び震央場コイルユニットは１つあれば、必要とされる結合選別及び震央場を生成するのに十分である。よって、単一の選別及び震央場コイルユニット２２０は、患者が検査のために載置される患者台（図示せず。）に組み込まれ得る。望ましくは、駆動場コイルユニット２４０の駆動場コイルは、例えば、可撓性のコイル要素として、前もって既に患者の身体の周りに配置され得る。他の実施では、駆動場コイルユニット２４０は、開放され得、例えば、軸方向において図４Ｂに示された分離線２４３、２４４によって示されるように２つのサブユニット２４１、２４２に分離可能であり、それにより、患者はその間に位置することができ、駆動場コイルサブユニット２４１、２４２は、次いで、連結され得る。

ＭＰＩ装置の更なる他の実施形態では、更に多い選別及び震央場コイルユニットが設けられてよく、それらは、望ましくは、試験領域２３０の周りに一様分布に従って配置される。しかし、使用される選別及び震央場コイルユニットが多ければ多いほど、その中に患者を置くための且つ医療補助者又は医師によって検査中に患者自身にアクセスするための試験領域のアクセス可能性はますます制限される。

図５は、本発明に従うＭＰＩ装置１００の概略ブロック図を示す。上述された磁気粒子イメージングの一般原理は、別段の定めがない限り、有効であり、本実施形態に同様に適用可能である。

図５に示される装置１００の実施形態は、所望の磁界を生成するための様々なコイルを有する。最初に、ＭＰＩにおけるコイル及びそれらの機能が説明されるべきである。

結合された磁気選別及び震央場を生成するために、選別及び震央手段１１０が設けられる。磁気選別及び震央場は、磁性粒子の磁化が飽和されないところの、低い磁界強度を有する第１サブゾーン（図２の５２）と、磁性粒子の磁化が飽和されるところの、より高い磁界強度を有する第２サブゾーン（図２の５４）とが、試験領域２３０の小さい部分である視野２８において形成されるような磁界強度の空間内パターンを有する。これは、通常は、磁気選別場の使用によって達成される。更には、磁気選別及び震央場の使用によって、試験領域２３０内の視野２８の空間内の位置は、磁気震央場の使用によって通常行われるように、変更され得る。

選別及び震央手段要素１１０は、少なくともひと組の選別及び震央場コイル１１４と、磁気選別及び震央場の生成を制御するために少なくともひと組の選別及び震央場コイル１１４（図４Ａ、４Ｂに示される選別及び震央場コイルユニット２１０、２２０のうちの１つに相当する。）へ供給される選別及び震央場電流を生成する選別及び震央場生成ユニット１１２とを有する。望ましくは、別個の生成サブユニットが、少なくともひと組の選別及び震央場コイル１１４の夫々のコイル要素（又はコイル要素の各対）について設けられる。選別及び震央場生成ユニット１１２は、磁気選別及び震央場に対する各コイルの寄与の磁界強さ及び勾配強さを個々に設定するよう夫々のコイル要素に界磁電流を供給する可変電流源（一般に増幅器を含む。）及びフィルタユニットを有する。フィルタユニットは省略されてもよいことが留意されるべきである。更には、別個の震央手段及び選別手段が他の実施形態では設けられる。

磁気駆動場を生成するために、装置１００は、駆動場信号生成ユニット１２２及び駆動場コイル１２４の組（図４Ａ、４Ｂに示される駆動コイルユニット２４０に相当する。）を有し、磁気駆動場によって視野内の２つのサブゾーンの空間内位置及び／又はサイズを変化させて、磁性粒子の磁化が局所的に変化するようにする駆動手段１２０を更に有する。上述されたように、駆動場コイル１２４は、望ましくは、対向して配置されたサドルコイルの２つの組１２５、１２６と、１つのソレノイドコイル１２７とを有する。他の実施、例えば、３対のコイル要素も、可能である。

駆動場信号生成ユニット１２２は、望ましくは、駆動場コイルの組１２４の各コイル要素（又は少なくともコイル要素の各対）のための別個の駆動場信号生成サブユニットを有する。駆動場信号生成ユニット１２２は、望ましくは、夫々の駆動場コイルへ時間に依存した駆動場電流を供給するための駆動場電流源（望ましくは、電流増幅器を含む。）及びフィルタユニットを有する。

選別及び震央場信号生成ユニット１１２及び駆動場信号生成ユニット１２２は、望ましくは、制御ユニット１５０によって制御される。制御ユニット１５０は、望ましくは、選別場の全ての空間点の勾配強さの和及び磁界強さの和が所定のレベルに設定されるように選別及び震央場信号生成ユニット１１２を制御する。このために、制御ユニット１５０は、また、ＭＰＩ装置の所望の用途に従ってユーザによって制御命令を供給され得るが、これは、望ましくは、本発明に従って省略される。

ＭＰＩ装置１００を用いて試験領域（又は試験領域内の関心領域）における磁性粒子の空間分布を決定するために、特に、関心領域の画像を得るよう、信号検出受信手段、特に受信コイルと、該受信手段によって検出された信号を受信する信号受信ユニット１４０とが設けられる。１乃至３つの別個の受信コイル１２４が、受信手段としてＭＰＩ装置において設けられる。

なお、本発明の他の実施形態に従って、前述の駆動場コイル１２４（又は駆動場コイル対）のうちの１乃至３つは、検出信号を受信する受信コイルとして（同時に又は交互に）働き、それらの駆動場コイルは、その場合に、本願では“駆動受信コイル”と呼ばれる。磁気駆動場の生成及び検出信号の受信は、その場合に、同時に又は交互に実施され得る。望ましくは、３つ全ての駆動受信コイル（又はコイル対）は、その場合に、受信コイルとして機能し得る。

１乃至３つの受信ユニット１４０（受信コイル（又はコイル対）につき１つ。）が実際に設けられるが、３つよりも多い受信コイル及び受信ユニットも使用され得る。その場合に、取得された検出信号は３次元ではなく、Ｋ次元であり、Ｋは受信コイルの数である。

前述の信号受信ユニット１４０は、受信された検出信号にフィルタをかけるフィルタユニット１４２（Ｒｘフィルタとも呼ばれる。）を有する。このフィルタリングの目的は、２つの部分領域（５２、５４）の位置の変化によって影響を及ぼされる検査領域内の磁化によって引き起こされる測定値を他の干渉信号（特に、基本周波数のクロストーク）から分離することである。このために、フィルタユニット１４２は、例えば、駆動コイルが動作する時間周波数よりも小さいか、又はその時間周波数の２倍よりも小さい時間周波数を有する信号がフィルタユニット１４２を通らないように設計され得る。信号は、次いで、増幅器ユニット１４４（ＬＮＡ（Low-Noise-Amplifier；低雑音増幅器）とも呼ばれる。）を経由してアナログ／デジタルコンバータ１４６（ＡＤＣ）へ送信される。

アナログ／デジタルコンバータ１４６によって生成されたデジタル信号は、画像処理ユニット（再構成手段とも呼ばれる。）１５２へ供給される。画像処理ユニット１５２は、それらの信号と、試験領域における第１磁界の第１部分領域５２が夫々の信号の受信の間に推測され且つ画像処理ユニット１５２が制御ユニット１５０から取得する夫々の位置とから、磁性粒子の空間分布を再構成する。磁性粒子の再構成された空間分布は、最終的に、制御手段１５０を介してコンピュータ１５４へ送信される。コンピュータ１５４は、それをモニタ１５６で表示する。このように、画像は、試験領域の視野における磁性粒子の分布を示すよう表示され得る。

ＭＰＩ装置１００の他の用途において、例えば、磁性粒子に作用するために（例えば、温熱治療のために）、又は（例えば、カテーテルを動かすためにカテーテルに付属しているか、又は薬を特定の場所へ動かすために薬に付属している）磁性粒子を動かすために、受信手段は省略されてもよく、あるいは、単に使用されなくてよい。

更に、入力ユニット１５８は、任意に、設けられて得る（例えば、キーボード）。従って、ユーザは、最高の分解能の所望の方向を設定することが可能であってよく、モニタ１５６においてアクションの領域の夫々の画像を受け取る。最高の分解能が必要とされる重要な方向が、ユーザによって最初に設定された方向から外れる場合に、ユーザは、改善されたイメージング分解能を有する更なる画像を生成するために、依然として手動により方向を変えることができる。この分解能改善プロセスは、制御ユニット１５０及びコンピュータ１５４によって自動的に操作されてもよい。制御ユニット１５０は、この実施形態において、ユーザによって開始値として設定されるか又は自動的に推定される第１の方向において傾斜場を設定する。傾斜場の方向は、次いで、それによって受信される画像の分解能が、コンピュータ１５４によって比較されるときに、最大になり、それ以上改善されなくなるまで、段階的に変更される。従って、最も重要な方向は、とり得る最高の分解能を受けるために見つけられて自動的に適応され得る。

ＭＰＩにおいて、物質の非線形性は、その物質が磁気飽和に（又はほぼ磁気飽和に）追い込まれる場合には効力を生じない（又は少なくともほとんど効力を生じない）。本発明は、駆動場コイル１２４に特に使用されるケーブル布線にこの観察結果を適用し、ケーブル布線の磁気汚染を飽和に至らせるよう専用のＤＣ電流を印加する。付加的な静磁界（無磁界点をシフトしうるもの。）を発生させないために、ＤＣ電流は、有効にＡＣ場が生成されないように、印加される。静磁界は、従って、主に、ケーブル布線内に制限される。ＤＣ電流は、ケーブル布線内の磁気非線形性によって生成される高調波を実質的に低減するために、おおよそＡＣ電流（例えば、駆動場）の大きさであるべきである。

図６は、本発明に従うコイル装置１の第１実施形態の回路図を示す。コイル装置１は、ケーブル布線構造１０００の第１実施形態、及び第１内部端子３０１と第２内部端子３０２との間に直接結合されているＤＣ電圧又は電流源６００を有する。ケーブル布線構造１０００は、第１ＡＣ端子３００、第２ＡＣ端子３１０、第１内部端子３０１及び第２内部端子３０２を有する。ケーブル布線１４００（特に、導体及び／又はインダクタ）は、第１内部端子３０１と、第２内部端子３０２と、第２ＡＣ端子３１０との間に接続されている。ケーブル布線１４００は、第１内部端子３０１と第２ＡＣ端子３１０との間に結合されている１つ以上の第１導体４０１の第１サブセットと、第２内部端子３０２と第２ＡＣ端子３１０との間に結合されている１つ以上の第２導体４０２の第２サブセットとを有する。更には、ケーブル布線構造１０００は、本実施形態ではＤＣ電圧（又は電流）源６００を介して、第１内部端子３０１と第２内部端子３０２との間にＤＣ電圧を結合するよう構成される。

１つの例となる実施形態では、ケーブル布線１４００は、駆動場コイル（図５の１２５、１２６及び１２７）の導線に相当する。これらの導線は、望ましくは、高い電流により、例えば、ラザフォード（Rutherford）ケーブルを構成する２３０００×２０μｍリッツワイヤ（Litz wires）から夫々成る複数の平行導線によって実現される。それらの平行導線は、通常は、相当な磁気結合を有している。かかる実施形態において、第１及び第２導体４０１、４０２は、略並列に機械的に配置され、コイルとして巻き付けられるケーブルを形成している。

高電圧により、キャパシタ５０１の第１の組５００は、特に直列に、第１ＡＣ端子３００へ結合され、キャパシタ５１１の第２の組５１０は、特に直列に、第２ＡＣ端子３１０へ結合されている。導体の第１及び第２の組５００、５１０の他の端部３２０、３３０には、駆動場信号生成ユニット（図５の１２２）が、駆動場コイル（１２４）を実装する本発明を使用する場合において、結合されている。

図６に表されているケーブル布線１４００の実施形態では、導体４０１の第１サブセット及び導体４０２の第２サブセットは、機械的に本質的に並列である。矢印４１０によって示されるＡＣ電流（駆動場発生器によって供給される。）は、導体４０１、４０２を通って平行に流れる。矢印４２０によって示されるＤＣ電流は、導体４０２における電流方向と逆並列である導体４０１内の電流方向を有して、それらの導体４０１、４０２を更に流れる。このようにして、磁界は、更に遠くから観察される場合に本質的に相殺し、ＦＯＶは本質的に遠距離場にあると見なされる。

ＤＣ電流フローは、電圧源６００によって印加されるＤＣ電圧の結果であり、ＡＣ電流にとってはトランスペアレントである（すなわち、並列に接続された追加のキャパシタによってトランスペアレントにされる。）。この電圧源６００は、例えば、ＤＣ充電キャパシタ又は電気バッテリであることができる。バッテリの正側は第１内部端子３０１へ接続され、バッテリの負側は第２内部端子３０２へ接続される。

図７は、本発明に従うコイル装置２の第２実施形態の回路図を示す。コイル装置２は、ケーブル布線２４００を含むケーブル布線構造２０００の第２実施形態を有する。ＤＣ電流（又は電圧）源６００は、その電流を内部端子３０１及び３０２へ任意のインダクタ７００、７０１及びスイッチ８００、８０１を経由して供給する。第１実施形態１で見られたように、ＤＣ電流源６００は、バッテリ、アキュムレータ、（充電可能な）（スーパー）キャパシタ、若しくは専用の電流源、又はそれらの並列接続であってよく、通常は、更なるＡＣ回路へ接続されて、任意に、もっぱら、イメージングが行われないインターバルで、そのエネルギを受け取る。

異なるＤＣ電位にあるが同じＡＣ電位にある内部端子３０１及び内部端子３０２を分離するために、第１の組５２０のキャパシタの中の最後のキャパシタは、第１キャパシタ５０２及び第２キャパシタ５０３に分けられる。更には、導体４０１、４０２は交互に配置される。１つの第１導体４０１と１つの第２導体４０２との対は、互いに隣に配置される。

図８は、本発明に従うコイル装置３の第３実施形態の回路図を示す。コイル装置３は、ケーブル布線３４００を含むケーブル布線構造３０００の第３実施形態を有する。この実施形態は、例えば、６つの並列導体４０１乃至４０６により、より高い抵抗を電圧源６００へ与える。

この実施形態では、第３内部端子３０３及び第４内部端子３０４が設けられている。更には、３つのカップリング端子３１１、３１２、３１３が、導体４０１乃至４０６のサブセットと第２ＡＣ端子３１０との間に設けられている。第１サブセットの第１導体４０１、４０３、４０５の第１の端部は、異なる内部端子３０１、３０２、３０３へ結合され、第１サブセットの第１導体４０１、４０３、４０５の第２の端部は、異なるカップリング端子３１１、３１２、３１３へ結合され、第２サブセットの第２導体４０２、４０４、４０６の第１の端子は、異なる内部端子３０２、３０３、３０４へ結合され、第２サブセットの第２導体４０２、４０４、４０６の第２の端子は、異なるカップリング端子３１１、３１２、３１３へ結合されている。

第１の組５３０のキャパシタのうちの最後のキャパシタは、第１ＡＣ端子３００と内部端子３０１、３０２、３０３、３０４のうちの１つとの間に夫々結合されている４つのキャパシタ５０２、５０３、５０４、５０５に分けられる。第２の組５４０は、ＡＣ端子３３０と第２のＡＣ端子３１０との間にある第１キャパシタ５１１と、第２ＡＣ端子３１０とカップリング端子３１１、３１２、３１３のうちの１つとの間に夫々結合されている３つのキャパシタ５１２、５１３、５１４とを有する。

図９は、図８に示されるコイル装置３の第３実施形態で特に使用されるキャパシタの第１及び第２の組の代替の実施形態の回路図を示す。第１の組５５０は、図８に示される第１の組５３０と同様であり、キャパシタ５０２、５０３、５０４、５０５の夫々は３つの（代替的に、２つ若しくは４つ又はそれ以上の）キャパシタに分けられる。第２の組５６０は、図８に示される第２の組５４０と同様であり、キャパシタ５１２、５１３、５１４の夫々は、３つ（代替的に、２つ若しくは４つ又はそれ以上の）キャパシタに分けられる。実施形態は、キャパシタの周辺及びケーブル布線要素の周りで、より均等化された電流を供給し、従って、渦電流損失を低減する。

図１０は、本発明に従うケーブル布線、すなわち、ケーブルにおける導体の配置、の様々な実施を示す。特に、一様にＡＣ電流を、しかし逆方向のＤＣ電流を運ぶ並列導体から成るケーブル布線の断面図が、示されている。紙面に流れ込むＤＣ電流を有する導体は“×”によってマークされ、４０２と称される。紙面から流れ出る電流を有する残りのマークなし導体は、４０３と称される。断面図で示されている導体のレイアウトは、ケーブル布線が駆動場コイル内に成形される方法についての例となるべきである。個々の位置への電流方向の様々な割り当てが可能である。

図１０Ａ及び１０Ｂは、交互に各第２導体が同じ電流方向を有する配置である。ケーブル（例えば、ラザフォードケーブルとして形成され得る。）の（起こり得るが必然ではない）回転により、位置はケーブル布線の長さに沿って変化する。故に、図１０Ａに示されるケーブル布線の断面図は、ケーブル布線における異なる位置では、図１０Ｂに示されるようになる。

図１０Ｃ乃至１０Ｆは、同じ電流方向の導体が集められる配置を示す。凝集化の利点は、平均して、より強い飽和を有することであり得る。これは、ＤＣ電流の低減、ひいては電力要件の低減に変わり得る。

本発明は、検出される信号において調波バックグラウンドの擾乱を引き起こす駆動場コイルにおいて特に使用されるケーブル布線の磁気非線形性を低減する。好適な実施形態では、ＡＣ場が視野全体で（ほとんど）相殺しないが、無磁界点である視野の中心でのみ相殺するように、生成された磁界を調整することにおいて、ＤＣ電流が更に利用される。従って、無磁界点は、それがあったところに保たれるが、更には、“選別場”が無磁界点の周りに現れる。この選別場は、専用の選別場コイルによって生成される選別場を高める（又は、理論上（いくつかの場合に）取って代わる）ことができる。この特徴は、選別場の勾配を更に増大させるために（これは、より良い分解能に変わる。）、あるいは、専用の選別場コイルに対する電力要件を緩和するために、使用され得る。

図１１は、本発明に従うコイル装置４の第４実施形態の回路図を示す。コイル装置４は、ケーブル布線４４００を含むケーブル布線構造４００の第４実施形態を有する。コイル装置４は、図７に示されるコイル装置２の第２実施形態とむしろ類似しているが、並列に２つの異なる導体４０１、４０２しか有していない。ＡＣ電流及びＤＣ電流は、コイル４０２では逆平行な方向を有し、コイル４０１では平行な方向を有している。

図１２は、本発明に従うコイル布線構造を、特に図１１のケーブル布線４４００として使用するサドルコイルの配置を示す。特に、ｚ（前後）及びｙ（左右）の両方について駆動場コイルとして使用される２つのサドルコイル６０１、６０２のサドルコイル対が形成され、このとき、コイル６０１は導体４０１によって形成され、コイル６０２は導体４０２によって形成される。ＡＣ電流からの磁界４３０が視野全体において如何にして生成されるかが示されている。ＤＣ電流からの磁界４４０は対向する。すなわち、無磁界点が存在するど真ん中で、静磁界は重ね合わされない。しかし、導体４０２（上のコイル６０２）又は導体４０１（下のコイル６０１）に近づく場合に、磁界は増大する。これは、まさに、選別場の性質である。

図１３は、本発明に従うケーブル布線構造を、特に図１１のケーブル布線４４００として使用するスプリットソレノイドコイルの配置を示す。特に、２つのソレノイドコイル６０３（導体４０１によって形成される。）、６０４（導体４０２によって形成される。）のソレノイドコイルが示されており、これは、従来１つのコイルとして実現されるところ、ここでは２つのコイルに分けられている。このコイルは、ｘ方向（頭尾）においてＡＣ場を生成するために使用される。ＡＣ選別場は、例えば、図１２に示されるようにｚ（上下）方向において、一定の向きを有しているから、スプリットソレノイドコイルによって生成される選別場は向きが異なる（すなわち、直交する）。しかし、スプリットソレノイドコイルからのｘ方向（頭尾）選別場は、ｙ（左右）方向における他のサドルコイル対からの（更なる）別の（直交する）選別場によって補われる。要するに、これは、所望の方向（ｚ、上下）において選別場を生成する。

本発明は、図面及び前述の説明において詳細に図示及び記載されてきたが、そのような図示及び記載は、限定ではなく実例又は例示と見なされるべきであり、本発明は、開示されている実施形態に制限されない。開示されている実施形態に対する他の変形は、図面、本開示、及び特許請求の範囲の検討から、請求されている発明を実施する際に当業者に理解及び達成され得る。

特許請求の範囲において、語「有する（comprising）」は他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は複数を除外しない。単一の要素又は他のユニットは、特許請求の範囲において挙げられているいくつかの項目の機能を満たしてよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に挙げられているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用されないこと示すものではない。

特許請求の範囲における参照符号は、適用範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 磁気粒子イメージング装置において特に使用される、磁界を発生させるケーブル布線構造であって、
   第１ＡＣ端子と、
   第２ＡＣ端子であり、前記第１ＡＣ端子及び前記第２ＡＣ端子がそれらの間にＡＣ電圧を結合するよう構成される、前記第２ＡＣ端子と、
   第１内部端子と、
   第２内部端子であり、前記第１内部端子及び前記第２内部端子がそれらの間にＤＣ電圧を結合するよう構成される、前記第２内部端子と、
   前記第１内部端子と前記第２ＡＣ端子との間に結合される１つ以上の第１導体の第１サブセットと、
   前記第２内部端子と前記第２ＡＣ端子との間に結合される１つ以上の第２導体の第２サブセットと
   を有し、
   当該ケーブル布線構造は、前記第１導体及び前記第２導体における前記ＡＣ電圧及び前記ＤＣ電圧の重ね合わせを可能にし、前記第１導体及び前記第２導体は、関心のあるゾーンにおいて磁界を発生させるようにコイルを形成するよう構成される、
   ケーブル布線構造。
2. 前記第１ＡＣ端子と前記第１内部端子との間及び前記第１ＡＣ端子と前記第２内部端子との間に結合されるカップリング素子を更に有し、
   前記カップリング素子は、
   前記第１ＡＣ端子と前記第１内部端子との間に結合される少なくとも１つの第１キャパシタと、
   前記第１ＡＣ端子と前記第２内部端子との間に結合される少なくとも１つの第２キャパシタと
   を有する、
   請求項１に記載のケーブル布線構造。
3. 前記第１ＡＣ端子は、前記第１内部端子及び前記第２内部端子へ結合される、
   請求項１に記載のケーブル布線構造。
4. 前記第１ＡＣ端子と前記第１内部端子及び前記第２内部端子との間に結合される第１容量構造と、
   前記第２ＡＣ端子と前記第１導体の前記第１サブセット及び前記第２導体の前記第２サブセットとの間に結合される第２容量構造と
   を更に有する請求項１に記載のケーブル布線構造。
5. 第１インダクタ及び前記第１導体の前記第１サブセットが前記第１内部端子の両側に位置するように前記第１内部端子へ結合される前記第１インダクタ、及び／又は
   第２インダクタ及び前記第２導体の前記第２サブセットが前記第２内部端子の両側に位置するように前記第２内部端子へ結合される前記第２インダクタ
   を更に有し、
   当該ケーブル布線構造は、前記第１インダクタへ及び前記第２インダクタへ前記ＤＣ電圧を結合するよう更に構成される、
   請求項１に記載のケーブル布線構造。
6. 前記第１サブセットは、２つ以上の第１導体を有し、前記第２サブセットは、２つ以上の第２導体を有し、
   前記第１導体及び前記第２導体は、略並列に機械的に配置されてケーブルを形成し、該ケーブルは、コイルとして巻かれる、
   請求項１に記載のケーブル布線構造。
7. 全ての第１導体は、互いに隣接して機械的に配置され、全ての第２導体は、互いに隣接して機械的に配置される、
   請求項６に記載のケーブル布線構造。
8. 前記第１導体及び前記第２導体は、交互に機械的に配置される、
   請求項６に記載のケーブル布線構造。
9. 少なくとも１つの第３内部端子と、
   前記第１サブセット及び前記第２サブセットと前記第２ＡＣ端子との間に結合される少なくとも３つのカップリング端子と
   を更に有し、
   前記第１サブセットの中の前記第１導体の第１端部は、異なる内部端子へ結合され、前記第１サブセットの中の前記第１導体の第２端部は、異なるカップリング端子へ結合され、
   前記第２サブセットの中の前記第２導体の第１端部は、異なる内部端子へ結合され、前記第２サブセットの中の前記第２導体の第２端部は、異なるカップリング端子へ結合される、
   請求項６に記載のケーブル布線構造。
10. 各内部端子と前記第１ＡＣ端子との間に結合される１つ以上のキャパシタの直列結合、及び／又は
    各カップリング端子と前記第２ＡＣ端子との間に結合される１つ以上のキャパシタの直列結合
    を更に有する請求項９に記載のケーブル布線構造。
11. 前記第１サブセットは、第１コイルとして巻かれた単一の第１導体を有し、前記第２サブセットは、第２コイルとして巻かれた単一の第２導体を有し、前記第１コイル及び前記第２コイルは同軸上に配置される、
    請求項１に記載のケーブル布線構造。
12. 磁気粒子イメージング装置において特に使用されるコイル装置であって、
    請求項１に記載のケーブル布線構造と、
    特にスイッチを介して、前記第１内部端子と前記第２内部端子との間に結合されるＤＣ電圧又は電流源と
    を有するコイル装置。
13. 視野内で磁性粒子に作用し及び／又は該磁性粒子を検出する装置であって、
    磁性粒子の磁化が飽和しない低い磁界強度を有する第１サブゾーンと、磁性粒子の磁化が飽和するより高い磁界強度を有する第２サブゾーンが前記視野内に形成されるように、磁界強度の空間においてパターンを有する磁気選別場を発生させる選別場信号生成ユニット及び選別場要素を有する選別手段と、
    磁性粒子の磁化が局所的に変化するように、磁気駆動場を用いて、前記視野内の前記第１サブゾーン及び前記第２サブゾーンの空間において位置を変える駆動場信号生成ユニット及び駆動場コイルを有する駆動手段と、
    前記駆動場コイルを形成する、請求項１２に記載の１つ以上のコイル装置と
    を有し、
    前記駆動場信号生成ユニットは、前記１つ以上のコイル装置の１つ以上のケーブル布線構造のＡＣ端子へ結合される、
    装置。
14. 前記駆動場信号生成ユニット、信号受信ユニット及び駆動受信コイルを有する駆動及び受信手段を更に有し、
    前記駆動受信コイルは、磁性粒子の磁化が局所的に変化するように磁気駆動場を用いて前記視野内の前記第１サブゾーン及び前記第２サブゾーンの空間において位置を変えるとともに、前記第１サブゾーン及び前記第２サブゾーンの空間における前記位置の変化によって影響を及ぼされる前記視野内の磁化に依存する検出信号を取得するよう構成され、
    前記１つ以上のコイル装置は、前記駆動受信コイルを形成する、
    請求項１３に記載の装置。
15. 選別手段と、請求項１に記載の１つ以上のケーブル布線構造によって形成され磁気駆動場を発生させるために使用される駆動場コイルを含む駆動手段とを有し、視野内で磁性粒子に作用し及び／又は該磁性粒子を検出する装置の作動方法であって、
    前記選別手段が、磁性粒子の磁化が飽和しない低い磁界強度を有する第１サブゾーンと、磁性粒子の磁化が飽和するより高い磁界強度を有する第２サブゾーンが前記視野内に形成されるように、磁界強度の空間においてパターンを有する磁気選別場を発生させることと、
    前記駆動手段が、磁性粒子の磁化が局所的に変化するように、磁気駆動場を用いて、前記視野内の前記第１サブゾーン及び前記第２サブゾーンの空間において位置を変えることと、
    前記駆動手段が、前記駆動場コイルへＤＣ電流を印加することであって、前記ＤＣ電流は、前記１つ以上のケーブル布線構造の前記第１導体及び前記第２導体の磁気コンタミネーションを飽和に至らせ、追加の静磁界を発生させないか又は前記第１サブゾーンでのみ発生させるよう構成される、こととを有する
    作動方法。

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