[发明专利]用于影响和/或检测磁性粒子的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于影响和/或检测视场中的磁性粒子的装置和方法。此外，本发明涉及一种用于在计算机上实现所述方法和用于控制这种装置的计算机程序。本发明具体涉及磁性粒子成像领域。

背景技术

磁性粒子成像（MPI）是新兴的医学成像方式。MPI的最初型式是二维的，因为它们产生二维图像。较新的型式是三维（3D）的。通过将3D图像的时间序列结合到电影中可以产生非静态对象的四维图像，只要对象在单一3D图像的数据采集期间没有显著变化就可以。

MPI是重构成像方法，类似于计算断层摄影（CT）或磁共振成像（MRI）。因此，以两步生成对象的感兴趣体积的MP图像。第一步称为数据采集，使用MPI扫描仪来完成。MPI扫描仪具有用以产生称为“选择场”的静态磁梯度场的装置，其在扫描仪的等角点具有（单一）无场点（FFP）。此外，这个FFP由具有低磁场强的第一子区围绕，后者又由具有较高磁场强的第二子区围绕。另外，扫描仪具有用以产生与时间相关、空间上几乎均匀的磁场的装置。实际上，这个场是通过叠加称为“驱动场”的小振幅的迅速变化的场和称为“聚焦场”的大振幅的缓慢变化的场来获得的。通过将与时间相关的驱动场和聚焦场附加到静态选择场，可以沿遍及围绕等角点的“扫描体积”的预定FFP轨迹移动FFP。扫描仪还具有一个或多个（例如三个）接收线圈的装置，可以记录在这些线圈中感应的任何电压。对于数据采集，将要成像的对象放置在扫描仪中，使得对象的感兴趣体积由扫描仪的视场包围，其是扫描体积的子集。

对象必须包含磁性纳米粒子；如果对象是动物或患者，在扫描前向动物或患者施予包含这种粒子的造影剂。在数据采集期间，MPI扫描仪沿有意选定的轨迹来移动FFP，该轨迹描绘出/覆盖扫描体积，或者至少视场。对象内的磁性纳米粒子经受到变化的磁场并通过改变其磁化（magnetization）来做出响应。纳米粒子变化的磁化在每一个接收线圈中都感生出与时间相关的电压。在与接收线圈相关联的接收机中对这个电压采样。记录由接收机输出的样本并且所述样本构成采集数据。控制数据采集的细节的参数构成“扫描协议”。

在称为图像重构的图像生成的第二步骤中，根据第一步骤中采集的数据计算或重构图像。图像是数据的离散3D阵列，其表示对视场中磁性纳米粒子的与位置相关的浓度的采样近似。重构通常由计算机来完成，所述计算机执行适合的计算机程序。计算机和计算机程序实现重构算法。重构算法基于数据采集的数学模型。如同所有重构成像方法一样，可以将这个模型公式化为积分算子，该算子作用于采集数据；在可能的范围内，重构算法尝试消除模型的作用。

这种MPI装置和方法的优点是它们可以用于以无损的方式检查任意的检查对象-例如人体-并在接近和远离检查对象的表面都具有高空间分辨率。这种装置和方法是普遍公知的，并且首先在DE10151778A1和Gleich,B.和Weizenecker,J.(2005)的“Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles”（Nature,vol.435,pp.1214-1217）中被加以说明，在其中还总体上说明了重构原理。在该公开中说明的用于磁性粒子成像（MPI）的装置和方法利用了小磁性粒子的非线性磁化曲线。

通常，在MPI装置中，生成具有磁场强度的空间分布的磁梯度场（即，磁选择场），以使得视场包括：具有较低磁场强度（例如FFP）的第一子区，调整较低磁场强度，以使得位于第一子区中的磁性粒子的磁化不饱和；以及具有较高磁场强度的第二子区，调整较高磁场强度，以使得位于第二子区中的磁性粒子的磁化饱和。由于磁性粒子的磁化特性曲线的非线性，磁化以及由此的磁性粒子所产生的磁场显示出高次谐波，其例如可以由检测线圈检测到。评价信号（信号的高次谐波）包含与磁性粒子的空间分布有关的信息，其可以再次用于例如医学成像，用于磁性粒子的空间分布的可视化和/或用于其他应用。

因此，MPI装置和MPI方法通常基于新物理原理（即，称为MPI的原理），其不同于其他已知传统医学成像技术，例如局部磁共振（LMR）或核磁共振（NMR）。尤其是与LMR和NMR相反，这个新MPI原理不利用材料对质子的磁共振特性的影响，而是通过利用磁化特性曲线的非线性来直接检测磁性材料的磁化。具体地，MPI技术利用生成的磁信号的高次谐波，其由磁化从非饱和变为饱和状态的区域中的磁化特性曲线的非线性所导致。