[发明专利]用于影响和/或检测磁性颗粒的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于工作在磁性颗粒成像模式中以影响和/或检测视场中的磁性颗粒并工作于磁共振成像模式中的设备和方法。此外，本发明涉及在计算机上实施所述方法和控制这种设备的计算机程序。本发明尤其涉及磁性颗粒成像（MPI）和磁共振成像（MRI）领域。

背景技术

磁性颗粒成像（MPI）是一种新兴的医疗成像模态。第一个版本的MPI是二维的，因为它们生成二维图像。更新的版本是三维（3D）的。如果在针对单个3D图像的数据采集期间对象不显著变化，可以通过将3D图像的时间序列组合成电影来生成非静态对象的四维图像。

MPI是一种重建式成像方法，像计算机断层摄影（CT）或磁共振成像（MRI）那样。因此，分两个步骤产生对象感兴趣体积的MP图像。第一步被称为数据采集，是利用MPI扫描器执行的。MPI扫描器具有生成静态梯度磁场的装置，静态梯度磁场称为“选择场”，其在扫描器的等中心具有（单个）无场点（FFP）（或者，在其他实施例中，在扫描器的中心区中具有无场线）。此外，这一FFP被具有低磁场强度的第一子区围绕，第一子区又被具有更高磁场强度的第二子区围绕。此外，扫描器具有产生时间相关性、空间上接近均匀的磁场的装置。实际上，通过将称为“驱动场”的小振幅迅速变化的场与称为“聚焦场”的大幅度缓慢变化场叠加来产生这种场。通过向静态选择场增加时间相关性驱动场和聚焦场，可以在等中心周围的“扫描体积”内沿着预定FFP轨迹移动FFP。扫描器还具有一个或多个，例如三个接收线圈的布置，并且能够记录这些线圈中感应的任何电压。为了进行数据采集，将要成像的对象放在扫描器中，使得对象的感兴趣体积被扫描器的视场包围，感兴趣体积是扫描体积的子集。

对象必须包含磁性纳米颗粒；如果对象是动物或患者，在扫描之前为动物或患者施用含这种颗粒的造影剂。在数据采集期间，MPI扫描器沿着人为选择的轨迹移动FFP，该轨迹描绘出/覆盖扫描体积，或至少描绘出视场。对象之内的磁性纳米颗粒经受变化的磁场并通过改变其磁化来做出响应。纳米颗粒的变化的磁化在每个接收线圈中诱发时间相关性电压。在与接收线圈相关联的接收器中对这个电压进行采样。接收器输出的样本被记录并构成采集的数据。控制数据采集细节的参数构成“扫描规程”。

在图像生成的称为图像重建的第二步中，根据第一步中采集的数据计算或重建图像。图像是离散的数据3D阵列，表示视场中磁性纳米颗粒取决于位置的浓度的采样近似。通常由执行适当计算机程序的计算机执行重建。计算机和计算机程序实现重建算法。重建算法基于数据采集的数学模型。像所有重建式成像方法那样，可以将这种模型表达一种作用于采集的数据的积分算子；重建算法尝试尽可能地取消该模型的作用。

这种MPI设备和方法有下列好处，即可以使用它们以非破坏性方式检查任意的检查对象，例如人体，并具有高的空间分辨率，在接近检查对象的表面和远离其表面时都是如此。在如下文献中可大致了解并首先描述了这样的设备和方法：DE10151778A1，以及Gleich，B.和Weizenecker，J.（2005），“Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles”，Nature，第435卷，第1214-1217页，其中还大致描述了重建原理。那篇公开中描述的用于磁性颗粒成像（MPI）的设备和方法利用了小磁性颗粒的非线性磁化曲线。

与MRI扫描器相比，在MPI扫描器中，产生具有磁场强度空间分布的梯度磁场（即磁性选择场），使得视场包括具有较低磁场强度的第一子区域（例如FFP）和具有较高磁场强度的第二子区域，较低磁场强度被调适为使得位于第一子区域中的磁性颗粒的磁化不饱和，较高磁场强度被调适为使得位于第二子区域中的磁性颗粒的磁化饱和。由于磁性颗粒的磁化特性曲线的非线性，所以磁化，以及因此由磁性颗粒产生的磁场，显示出高次谐波，例如，可以由检测线圈检测到高次谐波。评估的信号（信号的高次谐波）包含关于磁性颗粒的空间分布的信息，可以再次将其用于例如医学成像，用于磁性颗粒空间分布的可视化和/或用于其他应用。

于是，MPI设备和方法基于与其他已知常规医学成像技术不同的新物理原理（即，称为MPI的原理），常规医学成像技术例如是局部磁共振（LMR）或核磁共振（NMR）。具体而言，与LMR和NMR相反，这种新的MPI原理未利用材料对质子磁共振特性的影响，而是利用磁化特性曲线的非线性直接检测磁性物质的磁化。具体而言，MPI技术利用所生成磁信号的高次谐波，高次谐波源自磁化从不饱和变为饱和状态的区域中磁化特性曲线的非线性。