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在MPI裝置中使用的磁性設備.pdf

摘要
申請專利號:

CN201380058203.X

申請日:

2013.10.21

公開號:

CN104768458A

公開日:

2015.07.08

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):A61B 5/05申請日:20131021|||公開
IPC分類號: A61B5/05; A61B5/06 主分類號: A61B5/05
申請人: 皇家飛利浦有限公司
發明人: J·E·拉米爾; B·格萊希; N·D·諾特納格爾
地址: 荷蘭艾恩德霍芬
優先權: 61/723,433 2012.11.07 US
專利代理機構: 永新專利商標代理有限公司72002 代理人: 李光穎; 王英
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201380058203.X

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2015.12.23|||2015.07.08

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種能夠由磁性粒子成像裝置來定位和移動的磁性設備(400a),所述磁性設備包括:由一個或多個鐵磁力接收元件形成的力接收部分(410a),所述力接收部分能夠通過使用磁場而被移動和/或取向;以及由一個或多個軟磁性定位元件形成的定位部分(420a),所述一個或多個軟磁性定位元件被布置于所述力接收部分內或者距所述力接收部分預定距離處,所述定位部分響應于磁場的基本無場區在所述定位部分的位置上移動而提供響應信號。

權利要求書

1.  一種能夠由磁性粒子成像裝置定位和移動的磁性設備,所述磁性設備包括:
-力接收部分(410a-410g),其由一個或多個鐵磁性力接收元件形成,所述力接收部分能夠通過使用磁場而被移動和/或定向,
-定位部分(420a-420g),其由一個或多個軟磁性定位元件形成,所述定位部分被布置于所述力接收部分內或距所述力接收部分預定距離處,所述定位部分響應于磁場的基本無場區在所述定位部分的位置上的移動而提供響應信號。

2.
  如權利要求1所述的磁性設備,
其中,所述定位部分(420a-420g)被布置于所述力接收單元生成所述磁場的最低畸變的位置處,所述磁場被施加用于所述定位部分的定位。

3.
  如權利要求1所述的磁性設備,
其中,所述定位部分(420a-420g)被布置于所述力接收部分內的中心區中,特別是對稱中心區中。

4.
  如權利要求1所述的磁性設備,
其中,所述一個或多個定位元件包括以球體、針、片、粒子或箔的形式的一個或多個軟磁性元件。

5.
  如權利要求1所述的磁性設備,
其中,所述一個或多個定位元件包括至少兩個軟磁性元件,所述至少兩個軟磁性元件被布置在相對于彼此不共面的取向上。

6.
  如權利要求1所述的磁性設備,
其中,所述定位部分還包括承載體(425),特別是液體承載體,允許所述一個或多個定位元件與所施加的磁場對齊。

7.
  如權利要求1所述的磁性設備,
其中,所述一個或多個力接收元件包括以被布置為圍繞所述定位部分的球體的形式的兩個或更多個鐵磁性元件(411、412、413、414)。

8.
  如權利要求7所述的磁性設備,
其中,所述兩個或更多個鐵磁性元件(411、412、413、414)被布置于角錐體的中心,特別是四面體的中心。

9.
  如權利要求1所述的磁性設備,
其中,所述一個或多個力接收元件包括殼體(415),所述殼體由圍繞所述定位部分的鐵磁性材料形成,所述殼體具有多個開口和/或狹縫(416)。

10.
  如權利要求1所述的磁性設備,
其中,所述一個或多個力接收元件由退火的軟磁性材料制成。

11.
  如權利要求1所述的磁性設備,
其中,所述力接收部分被配置為改變其磁化,特別是,在所述磁性設備要被定位時降低所述力接收部分的磁化。

12.
  如權利要求11所述的磁性設備,
其中,所述力接收部分包括用于改變所述力接收部分的所述磁化的開關,特別是致動器或控制器。

13.
  如權利要求1所述的磁性設備,
其中,所述力接收部分由各向異性材料制成,被形成為細長的形式和/或包括一個或多個永磁體。

14.
  一種用于定位和移動如權利要求1至13中的任一項所述的磁性設備的裝置(100),所述裝置包括:
-選擇器件,其包括選擇場信號發生器單元(110)和選擇場元件(116),用于生成具有其磁場強度的在空間中的圖樣的磁選擇場(50),使得在視場(28)中形成具有低磁場強度的第一子區(52)和具有較高磁場強度的第二子區(54),在所述第一子區中,所述磁性設備的軟磁性定位元件的磁化是不飽和的,在所述第二子區中,所述磁性設備的軟磁性定位元件的磁化是飽和的,
-驅動器件(120),其包括驅動場信號發生器單元(122)和驅動場線圈(124;125、126、127),用于借助于磁驅動場來改變所述視場(28)中的所述兩個子區(52、54)在空間中的位置,使得所述磁性設備的所述軟磁性定位元件的磁化局部地改變,
-聚焦器件(110),其用于改變所述視場(28)在空間中的所述位置,
-接收器件,其包括至少一個信號接收單元(140)和至少一個接收線圈(148),用于采集檢測信號,所述檢測信號取決于所述視場(28)中的所述磁化,所述磁化受所述第一子區(52)和所述第二子區(54)在空間中的所述位置的改變的影響,
-處理器件(152),其用于處理所述檢測信號,以及
-控制器件(150),其用于控制所述選擇器件、所述驅動器件和所述聚焦器件來生成磁場以將所述視場(28)移動到一位置,使得所述磁性設備被放置于所述磁性設備的目標位置和所述視場(28)的中心之間,以便生成力以沿著所述目標位置的方向移動所述磁性設備并且在此之后或同時將所述視場(28)移動到一位置,使得所述磁性設備被放置于所述視場(28)內,以定位所述磁性設備。

15.
  如權利要求14所述的裝置,
其中,所述控制器件適于控制所述選擇器件、所述驅動器件和所述聚焦器件來生成磁場以交替地將所述視場移入用于生成作用于所述磁性設備上的力以將所述磁性設備移動到所述目標位置的方向中的位置中并且移動到用于定位所述磁性設備的位置中,直到所述磁性設備己到達所述目標位置。

16.
  一種用于定位和移動如權利要求1至13中的任一項所述的磁性設備的方法,所述方法包括:
-生成具有其磁場強度的在空間中的圖樣的磁選擇場(50),使得在視場(28)中形成具有低磁場強度的第一子區(52)和具有較高磁場強度的第二子區(54),在所述第一子區中,所述磁性設備的軟磁性定位元件的磁化是不飽和的,在所述第二子區中,所述磁性設備的軟磁性定位元件的磁化是飽和的,
-借助于磁驅動場來改變所述視場(28)中的所述兩個子區(52、54)在空間中的位置,使得所述磁性設備的所述軟磁性定位元件的磁化局部地改變,
-改變所述視場(28)在空間中的所述位置,
-采集檢測信號,所述檢測信號取決于所述視場(28)中的所述磁化,所述磁化受所述第一子區(52)和所述第二子區(54)在空間中的所述位置的改變的影響,
-處理所述檢測信號,以及
-控制所述磁場的生成以將所述視場(28)移動到一位置,使得所述磁性設備被放置于所述磁性設備的目標位置和所述視場(28)的中心之間,以便生成力以沿著所述目標位置的方向移動所述磁性設備并且在此之后或同時將所述視場(28)移動到一位置,使得所述磁性設備被放置于所述視場(28)內,以定位所述磁性設備。

說明書

在MPI裝置中使用的磁性設備
技術領域
本發明涉及一種能夠由磁性粒子成像裝置來定位和移動的磁性設備。本發明還涉及一種用于移動和定位這樣的磁性設備的裝置和方法。
背景技術
磁操縱是實現患者內的設備的無接觸操縱的有前景的途徑。范例是能夠被引導進入期望的方向的磁性導管尖端或者能夠局部地遞送藥物或收集信息的磁性藥丸(magnetic pills),例如磁性引導的膠囊內窺鏡(MGCE)。這些途徑實現更安全和更舒適的介入過程。然而,現有的磁操縱系統需要大的專用場施加器。例如,Carpi等人的“Controlled navigation of endoscopic capsules:Concept and preliminary experimental investigations”,IEEE Trans.Bio.Med.Eng.,第54卷,第11號,第2028-2036頁(2007年11月)以及“Magnetic Maneuvering of Endoscopic Capsules by Means of a Robotic Navigation System”,IEEE Transactions on biomedical engineering第56卷,第5號(2009年5月)描述了一種被布置有磁性外殼的無線膠囊內窺鏡,其用于由機器人磁性導航系統操縱和監視。
磁性粒子成像(MPI)是一種新興的醫學成像模態。第一版本的MPI由于其產生二維圖像因而是二維的。較新版本的是三維的(3D)。假如在對于單個3D圖像的數據采集期間對象沒有顯著變化,則通過將3D圖像的時間序列組合為影片能夠創建非靜態對象的四維圖像。
MPI是重建式成像方法,如計算機斷層攝影(CT)或磁共振成像(MRI)。因此,對象的感興趣體積的MP圖像是通過兩個步驟來生成的。第一步驟(也被稱為數據采集)是使用MPI掃描器來執行的。MPI掃描器具有生成靜態磁梯度場的器件,所述靜態磁梯度場被稱為“選擇場”,其在掃描器的等中心處具有(單)無場點(FFP)或場自由線(FFL)。此外,該FFP(或者FFL;下文中提及“FFP”應被寬泛地理解為意味著FFP或FFL)由具有 低磁場強度的第一子區包圍,所述第一子區繼而由具有較高磁場強度的第二子區包圍。另外,掃描器具有用于生成時間相關的、空間中接近均勻磁場的器件。實際上,該場是通過將具有小的幅值的快速變化的場(被稱為“驅動場”)以及具有大的幅值的緩慢變化的場(被稱為“聚焦場”)疊加來獲得的。通過將時間相關的驅動場和聚焦場添加到靜態選擇場上,可以將FFP沿預定的FFP路徑貫穿圍繞等中心的“掃描體積”移動。掃描器還具有一個或多個(例如三個)接收線圈的布置并且能夠記錄這些線圈中感應的任何電壓。針對數據采集,要被成像的對象被放置于掃描器之內,使得對象的感興趣體積被掃描器的視場包圍,所述視場是掃描的體積的子集。
所述對象必須包括磁性納米粒子或其他磁性非線性材料;如果所述對象為動物或患者,則在掃描之前將包括這樣的粒子的造影劑施予給所述動物或患者。在數據采集期間,MPI掃描器沿描繪出/覆蓋掃描的體積(或者至少視場)的仔細選擇的路徑來移動FFP。對象內的磁性納米粒子經歷變化的磁場并且通過改變其磁化來做出響應。納米粒子的變化的磁場在每個接收線圈中感應時間相關的電壓。該電壓在與所述接收線圈相關聯的接收器中被采樣。由所述接收器輸出的樣本被記錄并且構成采集的數據。控制數據采集的細節的參數組成“掃描協議”。
在第二步驟的圖像生成(被稱為圖像重建)中,根據在第一步驟中采集的數據計算或重建圖像。所述圖像是數據的離散3D陣列,其表示對視場中的磁性納米粒子的位置相關的濃度的采樣近似。所述重建一般由計算機執行,所述計算機運行合適的計算機程序。計算機和計算機程序實現重建算法。重建算法是基于數據采集的數學模型的。與所有重建式成像方法一樣,該模型能夠被公式化為作用在采集的數據上的積分算子;所述重建算法試圖在可能的程度上恢復所述模型的動作。
這樣的MPI裝置和方法具有如下的優點:它們能夠用于以非破壞性的方式并且以高的空間分辨率來在接近檢查對象的表面和遠離檢查對象的表面兩者處檢查任意的檢查對象(例如人類身體)。這樣的裝置和方法是眾所周知的并且最早在DE 10151778A1中描述,以及在Gleich,B.和Weizenecker,J.(2005年)在Nature,第435卷,第1214-1217頁,“Tomographicimaging using the nonlinear response of magnetic particles”中描述,其中還總 體描述了重建原理。在該文獻中描述的用于磁性粒子成像(MPI)的裝置和方法充分利用小的磁性粒子的非線性磁化曲線。
US 2012/0157823公開了一種用于控制通過對象的導管的移動并且用于定位對象內的導管的裝置,所述導管包括在其端部處或接近其端部處的磁性元件。本發明應用MPI的原理和硬件用于導管定位和導管移動兩者,并且提供合適的控制器件以控制信號發生器單元來生成和提供通向各個場線圈的控制電流以生成合適的磁場,用于移動導管沿由移動指令指示的方向通過對象并且用于定位對象內的導管。
發明內容
本發明的目的是提供一種磁性設備,所述磁性設備既能夠使用MPI來定位并且能夠由施加在MPI裝置中的磁場所生成的磁力來操縱。
本發明的又一個目的是提供一種用于定位和移動這樣的磁性設備的裝置。
在本發明的一個方面中,提出了一種磁性設備,所述磁性設備能夠由磁性粒子成像裝置來定位和移動,所述磁性設備包括:
-由一個或多個鐵磁性力接收元件形成的力接收部分,所述力接收部分能夠通過使用磁場來移動和/或定向,
-由一個或多個軟磁性定位元件形成的定位部分,所述定位部分被布置于所述力接收部分內,或者被布置于距所述力接收部分預定距離處,所述定位部分響應于磁場的基本無場區在所述定位部分的位置上的移動而提供響應信號。
從屬權利要求中定義了本發明的優選實施例。
現有的磁操縱系統需要大的專用場施加器。與此相反,MPI裝置能夠生成所需要的場和場梯度而無需(基本上)硬件修改并且同時增加了實時設備定位的可能。所提出的磁性設備包括力接收部分和MPI信號生成(定位)部分。所述力接收部分優選地被配置為經受來自磁梯度場的力和力矩。所述定位部分被配置為生成定位信號(即,由MPI裝置采集的合適的檢測信號,其實現所述磁性設備的定位)。優選地,所述力接收部分被配置為使得其不影響或者不阻止所述MPI裝置檢測所述定位信號。該設計允許對所 述磁性設備進行同時的或交錯的成像和操縱。此外,通過移除所述磁性設備的特征信號,能夠同時執行對血管內或組織內的粒子的MPI。
在MPI裝置中施加非常強的磁場梯度的可能使得能夠在磁性設備上施以非常強的力。這能夠例如用于引導自主的設備(如丸劑)通過胃腸道或者用于引導導管的磁性尖端。
在實施例中,所述定位部分被布置于力接收單元生成磁場的最低畸變的位置,所述磁場被施加用于所述定位部分的定位。這提供了能夠獲得具有好的質量的來自定位部分的檢測信號。
另外,在實施例中,所述定位部分被布置于所述力接收部分內的中心區中,特別是對稱中心區中。利用這種布置,來自所述定位部分的檢測信號總體以最優質量被獲得并且最少地被來自所述力接收部分的任何信號干擾。
取決于具體的實現方式,特別是可用的空間和期望的信號準確度,所述一個或多個定位元件包括球體、針、片、粒子或箔的形式的一個或多個軟磁性元件。不同的形狀具有不同的取向相關的退磁因子。如果在特定方向因子為N>0,則退磁降低了信號響應。只有在場分量與針的軸(N~0處)時,針才遞送高的信號。因而,其取向軸能夠從取向相關的響應來推斷。利用兩個正交的針,可以確定不只一個軸,而是空間中的完整取向。片在兩個方向上具有好的信號,這對于定位而言是好的,但是對于取向確定而言不是那么好。軟磁性球在所有取向具有等同的退磁因子,并且因而具有非常低的信號。然而,較硬的磁性材料也可以遞送好的信號,如果沒有退火的話。
在實施例中,所述一個或多個定位元件包括至少兩個軟磁性元件,所述軟磁性元件相對于彼此被布置于非共面的取向。這使得能夠確定所述磁性設備的取向。
另外,在實施例中,所述定位部分還包括承載體,特別是液體承載體,其允許所述一個或多個定位元件與所施加的磁場對齊。在所述磁性設備的取向要被改變的情況下,例如,如果磁性設備被布置在要在患者的身體內(例如,胃腸道)移動的導管的尖端,對此特別感興趣的。
優選地,所述一個或多個力接收元件包括被布置于所述定位部分周圍 的球的形式的兩個或更多個鐵磁性元件。這提供了容易實現而有效的力接收部分。
此外,所述兩個或更多個鐵磁性元件被布置于高度對稱的體(例如角錐體,特別是四面體)的角上。該布置仍是非常簡單的,但是具有特定的對稱度,降低了所述定位部分處的場畸變。
在實施例中,所述一個或多個力接收元件包括圍繞所述定位部分的由鐵磁性材料形成的殼體,所述殼體具有若干開口和/或槽。該實施例允許在身體內容易地進行操作,但是仍使得磁場能夠很好地到達定位部分。
優選地,所述一個或多個力接收元件由退火的軟磁性材料制成。這提供了所述定位部分的檢測信號不被(或者至少不是很大地)干擾。
在另一實施例中,所述力接收部分被配置為改變其磁化,特別是在所述磁性設備要被定位時降低其磁化。例如,這能夠通過改變具有固定的磁化方向的力接收元件的取向來完成。
在另一種實現方式中,所述力接收部分包括切換器,特別是致動器或控制器,以改變所述力接收部分的磁化。
再另外,在實施例中,所述力接收部分由各向異性材料制成,被形成為細長的形式和/或包括一個或多個永磁體。這提供了磁性設備可以在施加的磁場中經受力矩。
根據另一方面,提出了一種用于定位和移動根據本發明的磁性設備的裝置,所述裝置包括:
-選擇器件,其包括選擇場信號發生器單元和選擇場元件,用于生成具有其磁場強度的空間圖樣的磁選擇場,使得在視場中形成具有低磁強度的第一子區(其中,所述磁性設備的軟磁性定位元件的磁化不飽和)和具有較高磁場強度的第二子區(其中,所述磁性設備的軟磁性定位元件的磁化飽和),
-驅動器件,其包括驅動場信號發生器單元和驅動場線圈,用于借助于磁驅動場來改變所述視場中的所述兩個子區在空間中的位置,使得所述磁性設備的所述軟磁性定位元件的所磁化局部地改變,
-聚焦器件,其用于改變所述視場的空間中的位置,
-接收器件,其包括至少一個信號接收單元和至少一個接收線圈,用于 采集檢測信號,所述檢測信號取決于所述視場中的磁化,所述磁化受所述第一區和所述第二區在空間中的位置的改變的影響,
-處理器件,其用于處理所述檢測信號,以及
-控制器件,其用于控制所述選擇器件、所述驅動器件和所述聚焦器件來生成磁場以將視場移動到一位置,使得所述磁性設備被定位于所述磁性設備的目標位置和所述視場的中心之間,以便生成力以沿著所述目標位置的方向移動所述磁性設備并且在此之后或同時將所述視場移動到一位置,使得所述磁性設備被定位于所述視場中,以定位所述磁性設備。
優選地,所述控制器件適于控制所述選擇器件、所述驅動器件和所述聚焦器件來生成磁場以交替地將視場移入用于生成作用于所述磁性設備上的力以將所述磁性設備移動到所述目標位置的方向中的位置中并且移動到用于定位所述磁性設備的位置中,直到所述磁性設備己到達所述目標位置。
附圖說明
參考下文中描述的(一個或多個)實施例,本發明的這些和其他方面將是顯而易見的并將得以闡述。在以下附圖中:
圖1示出了MPI裝置的第一實施例,
圖2示出了由如圖1中所示出的裝置產生的選擇場圖樣的范例,
圖3示出了MPI裝置的第二實施例,
圖4示出了MPI裝置的第三和第四實施例,
圖5示出了MPI裝置的方框圖,
圖6示出了根據本發明的磁性設備的第一實施例,
圖7示出了作用在磁選擇場內的不同位置處的第一實施例的磁性設備上的力,
圖8示出了根據本發明的磁性設備的第二實施例,
圖9示出了根據本發明的磁性設備的第三實施例,
圖10示出了根據本發明的磁性設備的第四實施例,
圖11示出了根據本發明的磁性設備的第五實施例,
圖12示出了根據本發明的磁性設備的第六實施例,
圖13示出了根據本發明的磁性設備的第七實施例,
圖14示出了圖示控制根據本發明的磁性設備的第一實施例的圖解,
圖15示出了圖示控制根據本發明的磁性設備的第二實施例的圖解,
圖16示出了圖示控制根據本發明的磁性設備的第三實施例的圖解,
圖17示出了圖示控制根據本發明的磁性設備的特定范例的圖解,
圖18示出了圖示控制根據本發明的磁性設備的另一范例的圖解,
具體實施方式
在解釋本發明的細節之前,將參考圖1至圖4詳細解釋磁性粒子成像的基礎。具體而言,將描述用于醫學診斷的MPI掃描器的四個實施例。還將給出數據采集的非正式描述。將指出不同實施例的相似和不同。一般而言,能夠在MPI裝置的所有這些不同實施例中使用本發明。
圖1中示出的MPI掃描器的第一實施例10具有三對共軸平行環形線圈12、14、16,這些線圈對如圖1中所示地被布置。這些線圈對12、14、16用于生成選擇場以及驅動場和聚焦場。三個線圈對12、14、16的軸18、20、22相互正交并且在單個點相遇,指定MPI掃描器10的等中心24。另外,這些軸18、20、22用作被附接到等中心24的3D笛卡爾x-y-z坐標系的軸。豎直軸20被指定為y軸,使得x軸和z軸是水平的。線圈對12、14、16用它們的軸來命名。例如,y線圈對14由掃描器的頂部和底部的線圈形成。此外,具有正(負)y坐標的線圈被稱為y+線圈(y-線圈),并且對于其余的線圈是類似的。在更方便時,坐標軸和線圈將被標記為x1、x2和x3,而非x、y和z。
掃描器10能夠被設置為引導預定的、時間相關的電流通過這些線圈12、14、16中的每個并且在兩個方向之一。當沿線圈的軸看時,如果電流繞線圈順時間流動,則其將被視為正的,否則為負。為了生成靜態選擇場,使恒定正電流Is流動通過z+線圈,并且使電流-Is流動通過z-線圈。z線圈對16則用作反平行環形線圈對。
應該指出,在該實施例中軸的布置和給予這些軸的命名僅為范例并且在另外的實施例中也可能不同。例如,在現實的實施例中,豎直軸通常被認為是z軸而非本實施例中的y軸。然而,這一般并不改變設備的功能和操作以及本發明的效果。
磁選擇場,其通常為磁梯度場,在圖2中由場線50表示。其在生成選擇場的z線圈對16的(例如,水平的)z軸22的方向上具有基本上恒定的梯度,并且在該軸22上的等中心24到達零值。從該無場點(在圖2中未單獨地示出)出發,磁選擇場50的場強隨著離無場點的距離的增加而在所有三個空間方向上增加。在第一子區或區域52(其用繞等中心24的虛線表示),場強小得使出現在該第一子區52中的粒子的磁化是不飽和的,而出現在第二子區54(區域52之外)中的粒子的磁化處于飽和狀態。在所述第二子區54(即,在第一子區52之外的掃描器的視場28的剩余部分),選擇場的磁場強度足夠強以保持磁性粒子處于飽和狀態。
通過改變視場28內的兩個子區52、54(包括無場點)的位置,視場28中的(總體)磁化發生改變。通過確定視場28中的磁化或由所述磁化影響的物理參數,能夠獲得關于視場28中的磁性粒子的空間分布的信息。為了改變視場28中的兩個子區52、54(包括無場點)的相對空間位置,另外的磁場(即,磁驅動場)以及(如果適用的話)磁聚焦場被疊加到選擇場50。
為了生成驅動場,使時間相關的電流ID1流動通過兩個x線圈12,使時間相關的電流ID2流動通過兩個y線圈14,并且使時間相關的電流ID3流動通過兩個z線圈16。因而,三個線圈對中的每個用作平行環形線圈對。類似地,為了生成聚焦場,使時間相關的電流IF1流動通過兩個x線圈12,使電流IF2流動通過兩個y線圈14,并且使電流IF3流動通過兩個z線圈16。
應該指出,z線圈對16是特殊的:其不僅生成它的驅動場和聚焦場的份額,而且還生成選擇場(當然,在其他實施例中,可以提供單獨的線圈)。流動通過z±線圈的電流是ID3+IF3±IS。流動通過剩余兩個線圈對12、14的電流是IDk+IFk,k=1、2。由于其幾何結構和對稱性,三個線圈對12、14、16良好地解耦。這是所希望的。
由反平行線圈對生成的選擇場是關于z軸旋轉對稱的,并且其z分量在z中接近線性并且在圍繞等中心24的很大體積內不相關于x和y。具體而言,選擇場在等中心處具有單個無場點(FFP)。與此相反,由平行環形線圈對生成的對驅動場和聚焦場的貢獻,在繞等中心24的很大體積內在空間中是接近均勻的,并且平行于各自線圈對的軸。由所有三個平行環形線 圈對共同生成的驅動場和聚焦場在空間中接近均勻并且被給予任何方向和強度,直到某個最大強度。驅動場和聚焦場也是時間相關的。聚焦場和驅動場之間的差別在于聚焦場隨時間緩慢變化并且可以具有大的幅值,而驅動場快速變化并且具有小的幅值。不同地對待這些場是有生理和生物醫學原因的。具有大的幅值的快速變化的場將難于生成并且潛在地可能對患者有害。
在現實的實施例中,FFP能夠被認為是數學上的點,在所述點處,假定磁場為零。磁場強度隨著離FFP的距離增大而增大,其中,增大速率對于不同的方向可能是不同的(例如,取決于設備的特定布局)。只要磁場強度低于使磁性粒子進入飽和狀態所需的場強,粒子就活性地貢獻于由設備測量的信號的信號生成;否則,粒子飽和并且不生成任何信號。
MPI掃描器的實施例10具有同樣沿x軸、y軸和z軸取向的至少一個另外的平行環形線圈對,優選為三個另外的平行環形線圈對。這些線圈對(圖1中未示出)用作接收線圈。與針對驅動場和聚焦場的線圈對12、14、16一樣,由流動通過這些接收線圈對中的一個的恒定電流所生成的磁場在視場內是空間中接近均勻的,并且平行于各自線圈對的軸。接收線圈假定被良好地解耦。在接收線圈中感應的時間相關的電壓被放大并且由被附接到該線圈的接收器采樣。更精確地說,為了應對該信號的巨大的動態范圍,接收器對接收到的信號和參考信號之間的差異進行采樣。接收器的傳遞函數為從零赫茲(“DC”)至期望的信號水平下降到噪聲水平之下的頻率之間的非零結果。備選地,MPI掃描器沒有專門的接收線圈。替代的是,驅動場發射線圈被用作接收線圈。
圖1中示出的MPI掃描器的實施例10具有沿z軸22(即,沿選擇場的軸)的圓柱形膛26。所有線圈都被放置于該膛26之外。針對數據采集,要被成像的患者(或對象)被置于膛26中,使得患者的感興趣體積(要被成像的患者(或對象)的體積)被掃描器的視場28包圍(掃描器能夠對其內容進行成像的掃描器的體積)。例如,患者(或對象)被放置于患者臺上。視場28是幾何上簡單的、膛26的內部的同心體積,例如立方體、球、圓柱體或任意形狀。圖1中圖示了立方體的視場28。
第一子區52的尺寸取決于磁選擇場的梯度的強度并且取決于飽和所需 要的磁場的場強,繼而取決于所述磁性粒子。對于典型的磁性粒子在80A/m的磁場強度的充分的飽和和達到50x103A/m2的磁選擇場的場強的梯度(在給定的空間方向)而言,粒子的磁化在其中未飽和的第一子區52具有約1mm(在給定的空間方向)的尺寸。
患者的感興趣體積被假定為包括磁性粒子。在對(例如)腫瘤進行診斷成像之前,例如,借助于被注射進入患者(對象)的身體或者以其他方式施予(例如,口服)給患者的包括磁性粒子的液體,所述磁性粒子被引入所述感興趣體積。
一般而言,存在將磁性粒子引入視場中的各種方式。具體而言,在患者的身體要被引入磁性粒子的情況下,能夠通過使用外科的或非外科的方法來施予磁性粒子,并且存在需要專業人員(例如,執業醫師)的方法和不需要專業人員的方法(例如,能夠由外行人員或普通技術人員或患者他/她自己來執行)兩者。在外科方法中,存在潛在地無風險和/或安全常規介入,例如,包括如向血管中注射造影劑的有創步驟(如果這樣的注射終究被認為是外科方法),即,不需要相當的專業醫學技術來執行并且不涉及嚴重的健康風險的介入。另外,能夠應用如吞咽和吸入的非外科方法。
一般而言,磁性粒子在執行數據采集的實際步驟之前預先遞送或預先施予。然而,在實施例中,也可能將另外的磁性粒子遞送/施予進入視場。
例如,磁性粒子的實施例包括球體基底,例如被提供具有軟磁性層的玻璃的基底,所述軟磁性層例如具有5nm的厚度并且包括鐵鎳合金(例如,坡莫合金)。例如,通過包覆層該層可以被覆蓋,所述包覆層保護所述粒子免受化學地和/或物理地侵蝕性環境,例如,酸。將這樣的粒子的磁化飽和所需要的磁選擇場50的磁場強度取決于各種參數,例如,粒子的直徑、為磁性層使用的磁性材料、以及其他參數。
在這樣的磁性粒子具有例如10μm的直徑的情況下,則需要約800A/m(對應于約1mT的通量密度)的磁場,而在100μm的直徑的情況下,80A/m的磁場足夠。當選擇具有更低的飽和磁化的材料的包覆或降低了層的厚度的情況下,可以獲得甚至更小的值。
在實踐中,通常使用商業可用的商品名為Resovist的磁性粒子(或類似的磁性粒子),所述磁性粒子具有磁性材料的芯或者被形成為大的球并且 具有納米范圍內的直徑,例如40或60納米。
對于一般可用的磁性粒子和粒子組合物的進一步細節,這里引用EP1304542、WO 2004/091386、WO 2004/091390、WO 2004/091394、WO2004/091395、WO 2004/091396、WO 2004/091397、WO 2004/091398、WO2004/091408的相應部分,在此通過引用將其并入。在這些文獻中,也能夠找到一般的MPI方法的更多細節。
在數據采集期間,x、y、和z線圈對12、14、16生成位置相關和時間相關的磁場(施加的場)。這通過引導合適的電流通過場生成線圈來實現。實際上,驅動場和聚焦場推動選擇場移動,使得FFP沿描繪出掃描體積(視場的超集)的預先選擇的FFP軌跡來移動。施加的場對患者體內的磁性納米粒子進行取向。隨著施加的場變化,得到的磁化也變化,即使其對施加的場非線性地響應。變化的施加的場和變化的磁化的總和感應在沿xk軸的接收線圈對的端子之間的時間相關的電壓Vk。相關聯的接收器將該電壓轉換為信號Sk,其進一步對該信號進行處理。
類似于圖1中示出的第一實施例10,圖3中示出的MPI掃描器的第二實施例30具有三個環形并且相互正交的線圈對32、34、36,但是這些線圈對32、34、36僅生成選擇場和聚焦場。再次生成選擇場的z線圈36被填充有鐵磁性材料37。該實施例30的z軸42豎直地取向,而x軸38和y軸40水平地取向。掃描器的膛46平行于x軸38,并且因而垂直于選擇場的軸42。驅動場由沿x軸38的螺線管(未示出)以及由沿兩個剩余的軸40、42的鞍線圈對(未示出)生成。這些線圈繞形成膛的管纏繞。驅動場線圈也用作接收線圈。
給出這樣的實施例的幾個典型的參數:選擇場的z梯度,G,具有G/μ0=2.5T/m的強度,其中,μ0是真空磁導率。驅動場的空間頻率譜集中在25kHz左右(上至約150kHz)的窄帶中。接收到的信號的有用頻率譜位于50kHz和1MHz(最終上至約15MHz)之間。膛具有120mm的直徑。適合進入膛46的最大立方體28具有邊緣長度120mm/√2≈84mm。
由于場生成線圈的構造在現有技術中是已知的,例如,根據磁共振成像的領域,因而本文中不對該主題進一步詳述。
在用于生成選擇場的備選實施例中,能夠使用永磁體(未示出)。在這 樣的(相對的)永磁體(未示出)的兩極之間的空間中,形成類似于圖2中示出的磁場,也就是,相對的極具有相同的極性。在另一備選實施例中,能夠通過至少一個永磁體和至少一個線圈的混合來生成選擇場。
圖4示出了MPI裝置200、300的一般外部布局。圖4示出了所提出的MPI裝置200的實施例,MPI裝置200包括兩個選擇和聚焦場線圈單元210、220,兩個選擇和聚焦場線圈單元210、220基本上等同并且被布置于形成在它們之間的檢查區230的相對側。另外,驅動場線圈單元240被布置于選擇和聚焦場線圈單元210、220之間,所述選擇和聚焦場線圈單元被置于患者的感興趣區周圍(未示出)。所述選擇和聚焦場線圈單元210、220包括若干個選擇和聚焦場線圈,用于生成表示以上解釋的磁選擇場和磁聚焦場的組合磁場。具體而言,每個選擇和聚焦場線圈單元210、220包括一組(優選地等同的)選擇和聚焦場所線圈。下面將解釋所述選擇和聚焦場線圈的細節。
驅動場線圈單元240包括若干驅動場線圈,用于生成磁驅動場。這些驅動場線圈可以包括若干對驅動場線圈,具體而言,一對驅動場線圈用于在空間中的三個方向中的每個中生成磁場。在實施例中,驅動場線圈單元240包括針對空間中的兩個不同方向的兩對鞍線圈以及用于在患者的縱軸生成磁場的一個螺線管線圈。
選擇和聚焦場線圈單元210、220一般安裝到加持單元(未示出)或房間的墻壁。優選地,在選擇和聚焦場線圈單元210、220包括用于承載各自線圈的極靴的情況下,加持單元不僅機械地支撐選擇和聚焦場線圈單元210、220而且還提供用于連接兩個選擇和聚焦場線圈單元210、220的極靴的磁通量的路徑。
如圖4a中所示,兩個選擇和聚焦場線圈單元210、220每個包括屏蔽層211、221,用于屏蔽所述選擇和聚焦場線圈免受由驅動場線圈單元240的驅動場線圈生成的磁場。
在圖4B中示出的MPI裝置201的實施例中,僅提供單個選擇和聚焦場線圈單元220以及驅動場線圈單元240。一般而言,單個選擇和聚焦場線圈單元對生成所需要的組合的磁選擇場和磁聚焦場而言是足夠的。所述單個選擇和聚焦場線圈單元220因此可以被集成到患者被置于其上以進行檢 查的(未示出的)患者臺上。優選地,所述驅動場線圈單元240的驅動場線圈可以提前被布置在患者身體的周圍,例如,作為柔性線圈元件。在另一種實現方式中,驅動場線圈單元240能夠被打開,例如,能夠分離為兩個子單元241、242(如由圖4b中示出的軸方向上的分隔線243、244所指示),使得患者能夠被置于它們之間,并且驅動場線圈子單元241、242然后能夠被耦合到一起。
在MPI裝置的再另外的實施例中,可以提供更多的選擇和聚焦場線圈單元,所述選擇和聚焦場線圈單元優選地根據圍繞檢查區230的均勻分布來布置。然而,使用越多的選擇和聚焦場線圈單元,用于將患者放置到其中的檢查區的可及性以及用于在檢查期間由醫學助理或醫生接近患者本身的可及性更高。
圖5示出了根據本發明的MPI裝置100的總體方框圖。上文中解釋的磁性粒子成像的一般原理是有效的并且也適用于該實施例,除非另行說明。
圖5中示出的裝置100的實施例包括用于生成期望的磁場的各種線圈。首先,將解釋MPI中的線圈及其功能。
為了生成組合的磁選擇和聚焦場,提供選擇和聚焦器件110。磁選擇和聚焦場具有其磁場強度的在空間中的圖樣,使得在視場28中形成具有低磁場強度的第一子區(圖2中的52)(其中,磁性粒子的磁化是不飽和的)和具有較高磁場強度的第二子區(圖4中的54)(其中,所述磁性粒子的磁化是飽和的),所述視場28是檢查區230的一小部分,其通常通過使用磁選擇場來實現。另外,通過使用磁選擇和聚焦場,能夠改變所述檢查區230內的視場28的空間位置,如通常通過使用磁聚焦場來完成。
選擇和聚焦器件110包括至少一組選擇和聚焦場線圈114以及選擇和聚焦場發生器單元112,用于生成要提供到所述至少一組選擇和聚焦場線圈114(表示圖4A、4B中示出的選擇和聚焦場線圈單元210、220中的一個)的選擇和聚焦場電流,以控制所述磁選擇和聚焦場的生成。優選地,為所述至少一組選擇和聚焦場線圈114中的每個線圈元件(或者每對線圈元件)提供單獨的發生器子單元。所述選擇和聚焦場發生器單元112包括可控的電流源(一般包括放大器)以及濾波器單元,其為各個線圈元件提供場電流以單獨地設置每個線圈對磁選擇和聚焦場的梯度強度和場強的貢獻。應 該指出,也能夠省略濾波器單元114。另外,在其他實施例中,提供單獨的聚焦和選擇器件。
為了生成磁驅動場,裝置100還包括驅動器件120,所述驅動器件120包括驅動場信號發生器單元122和一組驅動場線圈124(表示圖4A、圖4B中示出的驅動線圈單元240),用于借助于磁驅動場來改變視場中的兩個子區的空間位置和/或尺寸,使得磁性材料的磁化局部地改變。如上所述,所述驅動場線圈124優選地包括相對地布置的鞍線圈的至少兩個對125、126以及一個螺線管線圈127。其他實現方式(例如,三對線圈元件)也是可能的。
驅動場信號發生器單元122優選地包括針對所述一組驅動場線圈124的中的每個線圈元件(或至少每對線圈元件)的單獨的驅動場信號生成子單元。所述驅動場信號發生器單元122優選地包括驅動場電流源(優選地包括電流放大器)和濾波器單元(在本發明中其也可以被省略),用于向各自的驅動場線圈提供時間相關的驅動場電流。
選擇和聚焦場信號發生器單元112和驅動場信號發生器單元122優選地由控制單元150控制,所述控制單元150優選地控制所述選擇和聚焦場信號發生器單元112,使得選擇場的所有空間點的場強的總和以及梯度強度的總和被設置在預定的水平。出于該目的,能夠由用戶根據MPI裝置的期望應用向控制單元150提供控制指令,然而,根據本發明,這可以優選地被省略。
為了使用MPI裝置100來確定檢查區(或檢查區中的感興趣區域)中的磁性粒子的空間分布,具體而言是獲得所述感興趣區域的圖像,提供信號檢測接收器件148(具體而言是接收線圈)以及信號接收單元140(其接收由所述信號接收器件148檢測到的信號)。優選地,在實踐中提供三個接收線圈148和三個接收單元140(每個接收線圈一個),但是也可以使用多于三個接收線圈和接收單元,在這種情況下,采集到的檢測信號不是三維的而是K維的,其中,K是接收線圈的數量。
所述信號接收單元140包括濾波器單元142,用于對接收到的檢測信號進行濾波。該濾波的目的是將相干的信號的測量值相互分離,其由檢查區中的磁化引起,所述磁化受兩個分區(52、54)的位置變化的影響。為此, 例如,所述濾波器單元142可以被設計為使得其空間頻率小于接收線圈148工作的空間頻率(或小于這些空間頻率的兩倍)的信號,不通過濾波器單元142。所述信號然后經由放大器單元144發送到模擬/數字轉換器146(ADC)。
由所述模擬/數字轉換器146產生的數字化信號被饋送到圖像處理單元(也被稱為重建器件)152,圖像處理單元152根據這些信號和各自的位置來重建所述磁性粒子的空間分布,所述各自的位置是在接收各自的信號期間所述檢查區中的第一磁場的所述第一分區52被假設的位置并且由圖像處理單元152從控制單元150獲得。所重建的所述磁性粒子的空間分布最終經由控制器件150發送到計算機154,所述計算機154將其顯示在監視器156上。因而,能夠顯示示出磁性粒子在檢查區的視場中的分布的圖像。
在MPI裝置100的其他應用中,例如,用于影響磁性粒子(例如,針對高溫處置)或用于移動磁性粒子(例如,被附接到導管以移動所述導管,或者附著到藥劑以將所述藥劑移動到特定位置),也可以省略或者僅僅是不使用所述接收器件。
此外,可以任選地提供輸入單元158,例如,鍵盤。因此,用戶可以能夠設置最高分辨率的期望方向并且繼而在監視器156上接收動作區域的各個圖像。如果需要最高分辨率的關鍵方向與由用戶首先設置的方向偏離,則用戶仍然能夠手動地改變所述方向以產生具有改進的成像分辨率的另外的圖像。這一分辨率改進過程也能夠由控制單元150和計算機154自動地操作。該實施例中的控制單元150設置第一方向中的梯度場,所述梯度場被自動估計或者由用戶設置為初始值。然后步進地改變梯度場的方向,直到由此接收到的圖像的分辨率(其由計算機154進行比較)最大,相應的不再改進。因此能夠發現最關鍵的方向相應地自動地調整,以接收最高的可能分辨率。
圖6示出了磁性設備400a的第一實施例,其能夠被如上所述的由MPI裝置(或MPI裝置的任意其他實施例)定位和移動。其包括力接收部分410a和定位部分420a。
力接收部分410a被配置為使得其能夠通過使用磁梯度場而被移動和/或通過使用磁場而被取向。一般而言,其由一個或多個鐵磁性力接收元件 形成。在該實施例中,所述力接收部分410a包括四個鐵磁性球411、412、413、414,所述鐵磁性球被布置于四面體的角上,使得其有效地經受力但是不會(或者至少基本不會)生成檢測信號,使得定位部分420a的信號不會(或者至少基本不會)被干擾。
定位部分420a被配置為使得其響應于磁場(由MPI裝置生成)的基本零場點(或者,更一般而言,基本零場區,其能夠具有線形或一般地,任何任意形狀)在定位部分420a的位置上的移動而生成響應信號(檢測信號)。定位部分420a一般由一個或多個軟磁性定位元件形成,所述一個或多個軟磁性定位元件被布置于所述力接收部分410a內(或者與所述力接收部分的預定距離處)。在該實施例中,定位部分420a包括軟磁性箔421,軟磁性箔421被布置于所述力接收部分的對稱中心,即,在由鐵磁性球411、412、413、414形成的四面體的中心。當無場點通過所述軟磁性箔時,所述軟磁性箔421創建非常強且尖銳的響應。所述軟磁性材料的形狀優選地被優化以減少形狀誘發的退磁。在實現方式中,其包括針的形狀,這給出好的響應信號。
圖7示出了處于由選擇線圈16生成的用磁場線50指示的(也在圖2中示出)磁選擇場中的不同位置處的磁性設備410a。箭頭F指示磁性設備400a的磁化矢量,所述磁化矢量一般與磁場成比例并平行于磁場。因此,施加在磁性設備400a上的磁力(其與磁化的幅度成比例并且從無場區52指向其外,具體是力的強度和方向)因此取決于磁性設備400a的位置。可以看出,在基本無場區52(即,第一子區),沒有磁化并且因此基本上沒有力施加在磁性設備上,使得通過改變無場區關于磁性設備的位置(例如通過使用聚焦場),能夠調節磁化并且從而調節力。
圖8示出了磁性設備400b的第二實施例,磁性設備400b包括力接收部分410b和定位部分420b。所述力接收部分410b包括單個部分,所述單個部分被配置為由鐵磁性材料制成的細長殼體(或外殼)415并且具有丸劑的形狀。外殼415具有縫隙416,使得由MPI裝置施加的磁場能夠穿透進入定位部分420b。定位部分420b被布置于殼體415之內并且可以同樣地被形成為定位部分420a。
圖9示出了磁性設備400c的第三實施例,磁性設備400c包括力接收 部分410c和定位部分420c。力接收部分410c包括單個部分,所述單個部分被形成為由鐵磁性材料制成的殼體(或外殼)416并且具有圓盤的形狀,所述圓盤在其上側和/或下側開口。定位部分420c被布置于殼體416之內并且可以同樣地被形成為定位部分420a,但是在該實施例中,其包括若干個軟磁性針或片422、423、424,所述若干個軟磁性針或片422、423、424以非共面的方式(優選地正交地)組合,以在FFP軌跡的所有取向獲得良好的檢測信號。應該指出,也可以如上所述的其他實施例中使用定位部分420c的那些不同和/或額外的元件。
圖10示出了磁性設備400d的第四實施例,磁性設備400d包括力接收部分410d和定位部分420d。定位部分420d包括能夠使用標準MPI來成像的一個或多個磁納米粒子426,例如,容納于殼體427中。
一般而言,所述定位部分的所述一個或多個定位元件被置于力接收部分僅生成小的場畸變的位置。力接收部分一般具有緊湊的或球體的形狀,并且從而被優化,以有效地經受力。另外,所述力接收部分優選地由退火的軟磁性材料制成并且因而被優化以不生成檢測信號,使得定位部分的檢測信號不被(或者至少不顯著)干擾。
在另一實施例中,所述力接收部分使用強的各向異性材料和/或被形成為細長的設備以生成大的極化場。另外,可以對永磁體進行組裝。因而力接收部分的取向能夠由均勻的磁場支配(至少在兩個自由度上),而力的強度由梯度強度以及到無場點的距離支配,其確定磁化的大小。永磁體具有磁化的方向和材料之間的固定關系,并且因而能夠吸收力矩。該實施例因此能夠實現通過使用力矩來改變磁性設備的取向,這能夠在例如包括要被相對于患者的身體(例如,在胃腸道內)取向的相機的丸劑的應用中利用。
圖11中示出了丸劑形式的磁性設備400e的另一實施例。在該實施例中,承載體425被提供為定位部分420e的一部分,承載體425基本上對應于圖9中示出的定位部分420c。磁性設備400e還包括殼體410e,殼體410e用作力接收部分或者包括單獨的(未示出)力接收部分,并且包封所述承載體425和所述定位部分420e。承載體425使得定位部分420e能夠獨立于所述力接收部分410e的取向而與外部磁場對齊。
在該實施例中,承載體425是包括殼體425a的液體承載體(與液體羅 盤可比),所述殼體425a包封定位部分420e的針或片,所述針或片在注入到所述殼體425a中的液體425b中游動,使得所述針或片能夠獨立于殼體425a和磁性設備400e的其他部分移動。承載體425優選地在定位部分420e中具有一定的各向異性,使得出現力矩,所述力矩將定位部分420e與磁場對齊。
針對改進的成像,如圖12中所示,可以構想可切換的磁性設備400f,這減少了其在與設備操縱不相關的成像序列期間的磁化。可以構想使用專用場序列或者經由內部電子器件和/或致動器來重新布置磁性設備中的磁性材料的配置來進行切換。磁性設備400f的實施例包括力接收部分410f,力接收部分410f包括兩個永磁體428、429和例如通過熱敏螺栓形成的切換元件430的布置。定位部分在圖12中未示出,但是可以被定位于磁性設備400f的另一端或者處于所述可切換磁體布置之內,然而,所述可切換磁體布置則必須是有狹縫的。
永磁體428圍繞永磁體429,并且永磁體428、429能夠相對于彼此獨立地移動。例如,在該實施例中,永磁體429被包含在承載體425中,如以上在圖11中所示。
例如,通過使用強的外部磁場,永磁體428的相對取向可以從如圖12A中所示的環形取向或反平行取向(其在低的場下在能量上是優選的并且提供低的總偶極矩)改變為如圖12B中所示并且用箭頭指示的平行取向(提供高的偶極矩)。期望的相對取向因而能夠通過施加強的磁場或者去掉強的磁場而被控制,只要永磁體可以相對于彼此改變它們的取向(即,在合適的永磁體承載體的情況下)。為了在圖12中所示的不同狀態之間進行切換,連接體(即,例如通過雙金屬形成的螺栓430)通過交替磁場而被加熱,使得其不再阻擋內部磁體429。沒有外部磁場的情況下,磁體428、429能夠被螺栓430固定在實際取向。因而,磁性設備400f能夠通過使用外部磁場而被切換。
在不需要機械元件來進行切換的再另一個實施例(未示出)中,所述永磁體可以通過使用交替的磁場而被加熱到居里溫度以上以“將其關閉”。其如果在此后冷卻而沒有施加磁場,則其將在此后具有較低的總磁化。備選地,可以通過施加熱來影響鐵磁體中的亞格子磁化以影響總磁化。
圖13中示出了磁性設備400g的再另一實施例。在該實施例中,力接收部分410g和定位部分420g以一距離被布置,具體而言被布置在磁性設備400g的殼體431的相對端。想法是,在具有很大的設備(例如,大的丸劑或導管)時,這樣的布置可以更簡單并且更有用。具體而言,無需建立復雜的對稱布置而將部分410g、420g之間的相互干擾最小化。
存在可用于控制MPI裝置來定位磁性設備并且使用通過由所述MPI裝置施加的磁場所生成的磁力來操縱磁性設備兩者的各種選項。
對于定位,可以應用基于時間的網格定位。這樣的網格算法被用于根據檢測信號直接生成視場的圖像而無需使用(通常使用的)系統功能。信號在時間域中被寫在FFP的當前位置處。獲得了非常尖銳的時間信號,其允許通過高通濾波的SNR改進,得到圖像中在定位部分(例如,由軟磁性材料制成的針)的位置處的亮的像素。
針對快速定位,可以應用閾值加上若干個FFP通過的質心上的平均。以此方式,可以將定位部分的亮像素從剩余信號中分離出來。如果,除所述軟磁性材料之外,視場中沒有引起檢測信號的其他材料,則可以確定圖像上信號的質心,以確定所述軟磁性材料的位置。
定位部分(例如,磁性箔)響應取決于相對于驅動場的取向。可以根據對不同FFP軌跡取向(不同的峰幅值和寬度;包括不同方向的軌跡)的即時響應來確定箔取向。這允許確定取決于方向的定位的誤差、使用關于軌跡和箔取向的知識來預先選擇最尖峰和/或確定設備取向。
備選地,如果使用3D驅動場序列,則可以使用退磁效應(例如作為定位部分的針的退磁效應)來確定場中的設備(的定位部分)的取向。針僅沿其軸被磁化。在一個軌跡周期上取平均的信號或譜中的信號內容與磁化在線圈軸上的投影成比例。出于此目的,可以使用能有效地檢測該方向相關性的不同的FFP軌跡,例如通過快速對FFP軌跡進行重新取向以檢測正交方向。備選地,軌跡可以永遠被取向為使得獲得最強的信號。
再另外,可以使用多色MPI,根據所述多色MPI,能夠同時檢測到造成檢測信號的不同材料。所獲得的信號在重建期間被分離,使得生成兩幅圖像,所述兩幅圖像能夠再次以不同的顏色進行組合。如果使用多色MPI,則基于時間的峰移除(例如,在定位之后)允許對檢測信號(例如,由血 液或組織中的粒子造成)的不受干擾的重建。
針對操縱,可以使用交錯模式,所述交錯模式提供設備定位和力施加之間的時間分離。在同時模式中,成像和力施加是組合的,但是,磁性設備必須永遠被保持在驅動場片(即,視場)之內。
在實施例中,提供設備位置的正交視圖或3D可視化。此外,能夠控制磁位置的期望位置,例如,通過游戲桿或其他用戶界面。例如,由定點設備指向的期望方向可以自動被轉換為適當的場序列(如上所述,通過將無場區定位于與期望方向相反的特定距離),效果是將設備或導管尖端推向期望的方向。晃動或旋轉設備的場序列能夠在所述設備被卡住時幫助其釋放。這可以由操作者在他感覺設備卡住了的情況下來激活。它們還可以用于對組織進行穿孔。力控制可能經由FFP到對象的距離(這確定的磁化的程度)來實現。
圖14示出了圖示了控制根據本發明的磁性設備的第一實施例的圖解。圖14A示出了所提出的控制方法的步驟。在開始(步驟S10),將假定磁性設備400處于視場(FOV)28內。這能夠通過使用平均信號來核查。如果信號太低,則假定磁性設備400不在FOV28之內并且將執行搜索例程,如以下參考圖16所解釋。
為了向磁性設備400上施加力,FOV 28暫時被移動到不同的位置(步驟S11),使得磁性設備400的平均FFP位置被布置于FOV 28和目標位置500之間。由驅動場誘發的FFP運動太快而不會造成磁性設備400的移位。因此,對于施加力,平均FFP位置(在一個驅動場軌跡上取平均)是相關的。使用聚焦場來改變該位置。
磁性設備400的力接收部分因而在磁化上被反轉并且經由磁場梯度而從FOV 28朝向目標位置500加速。力總是指向最高(絕對)場梯度的方向,其總是遠離FFP。因此,當FFP被置于磁性設備400的一側時,磁性設備400被移動到相對的側。平均FFP和磁性設備400之間的距離確定了磁性設備的磁化,因此,確定了力的強度。在隨后的步驟S12中,FOV 28被移動回磁性設備400先前被定位的位置。然后,步驟的循環再次開始。
如圖14B中所示,交替地應用用于定位磁性設備400的磁定位脈沖PL和用于在磁性設備400上施加力的力施加脈沖PF。在該背景下,應該指出, 實際上,定位序列不是脈沖的,而是僅保持運行。然而,在聚焦場變化期間,所述信號可能被干擾。因而,定位信號PL對應于時間窗,在所述時間窗期間所述定位信號不被干擾并且能夠被估計。
圖15示出了圖示控制根據本發明的磁性設備的第二實施例的圖解。圖15A示出了控制方法的該實施例的步驟。在該實施例中,避免參考圖14解釋的方法中發生的停滯時間,所述停滯時間是由于FOV 28在步驟S11中被移動到距磁性設備400太遠的位置。根據該實施例,在第一步驟S21中,磁性設備400被定位。在隨后的步驟S22中,FOV 28被移動到不同的位置,但是沒有像步驟S11中那么遠。FOV 28僅被定位為使得磁性設備400位于FOV 28的邊界并且仍可以被定位。因此,在該實施例中,可以如在圖15B中所示地同時進行針對磁性設備的移動的定位和力施加。但是,不利的是,能夠施加的力較低,這是由于力隨著FOV 28和磁性設備400之間的距離的增加而增加。但是,利用該實施例,可以更加頻繁地或者甚至一直對磁性設備400進行定位,使得可以更好和更快地控制磁性設備400的定位。
圖16示出了圖示控制根據本發明的磁性設備的第三實施例的圖解。圖16A示出了控制方法的該實施例的步驟。利用該實施例,可以首先搜索磁性設備400。出于此目的,FOV 28接連地被移動到不同位置,如步驟S31、S32、S33中所示。然后比較所獲得的平均信號強度。磁性設備400被定位于其處的位置生成最強的信號,因為FFP直接移動通過定位部分并且改變其磁化。通過該磁化的改變,電壓信號被感應到接收線圈中。在初始搜索之后,FOV 28將被放置于造成最強平均信號的位置,使得其后可以開始“實際”控制,如步驟S34中所指示,例如,通過執行如以上參考圖14或圖15解釋的控制方法。圖16B示出了通過使用由聚焦場器件(例如,聚焦場線圈或選擇和聚焦場線圈)應用的磁移動脈沖PM來移動FOV 28以及通過使用磁定位脈沖PL來定位磁性設備400。
圖17示出了圖示控制根據本發明的磁性設備的特定范例的圖解。在對磁性設備400進行初始搜索之后,開始進行操縱。能夠看出,磁性設備被定位于目標位置500的短距離處。為了校正位置,FOV 28被移動特定的時間段,使得平均FFP被布置于目標位置500下方更大的距離處。FOV 28在該位置保持特定時間,在該時間期間,力接收部分的磁化改變并且磁場梯 度施加力而將磁性設備向著目標位置500的方向移動。隨后,FOV 28被移動到磁性設備400之上并且磁性設備400再次被定位。由于現在磁性設備400更接近目標位置,因而FOV 28再次被移開以進一步迫使磁性設備進入目標位置500的方向。最終,磁性設備400被定位于目標位置500處,使得其位置能夠穩定。
圖18示出了圖示控制根據本發明的磁性設備的另一范例的圖解。為了更頻繁地定位并且沒有干擾,FOV 28僅被從所述磁性設備移開到磁性設備仍由FOV 28覆蓋的距離。因而,磁性設備400能夠仍定位于該位置處。隨后該步驟被重復執行若干次,直到磁性設備400被布置在目標位置500處。具體而言,通過移動FOV,試圖不斷地移動設備接近FOV的邊緣,以施加恒定的力直到達到目標位置。
盡管在附圖和前述說明中圖示和描述了本發明,但是這樣的圖示和說明應被認為是圖示性的和示范性的而非限制性的;本發明不限于所公開的實施例。本領域技術人員通過研究附圖、公開內容和權利要求書,在實踐請求保護的本發明時,可以理解和實現對所公開的實施例的其他變型。
在權利要求書中,詞語“包括”不排除其他元件或步驟,并且詞語“一”或“一個”不排除多個。單個元件或其他單元可以完成權利要求書中記載的幾個項目的功能。盡管在不同的從屬權利要求中記載了特定措施,但是這并不指示不能有利地使用這些措施的組合。
權利要求書中的任何附圖標記都不應被解釋為對范圍的限制。

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