專利名稱：用于影響和/或檢測(cè)作用區(qū)域中的磁性粒子的方法和布置的制作方法
用于影響和減檢測(cè)作用區(qū)域中的磁性粒子的方法和布置
本發(fā)明涉及一種用于影響和/或檢測(cè)磁性粒子的方法以及磁性粒子的使 用。此外，本發(fā)明涉及一種用于影響和域檢測(cè)作用區(qū)域中的磁性粒子的布 置。
德國(guó)專利申請(qǐng)DE 101 51 778 Al公開了這種方、法。對(duì)于該公開描述的 方法而言，首先生成具有磁場(chǎng)強(qiáng)度空間分布的磁場(chǎng)，從而在檢查區(qū)中形成 具有相對(duì)低磁場(chǎng)強(qiáng)度的第一子區(qū)和具有相對(duì)高磁場(chǎng)強(qiáng)度的第二子區(qū)。然后 移動(dòng)子區(qū)在檢查區(qū)中的空間位置，使得檢查區(qū)中粒子的磁化強(qiáng)度發(fā)生局部 變化。記錄取決于檢査區(qū)中的已經(jīng)受到子區(qū)空間位置移動(dòng)影響的磁化強(qiáng)度 的信號(hào)，并從這些信號(hào)中提取關(guān)于檢查區(qū)中磁性粒子空間分布的信息，從 而可以形成檢查區(qū)的圖像。這種布置和這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于其可用于以無 損方式檢査任意檢查對(duì)象，例如人體，而不會(huì)帶來任何損傷且在靠近檢査 對(duì)象表面處和遠(yuǎn)離表面處都有高的空間分辨率。
這種已知布置的性能強(qiáng)烈取決于示蹤材料，即磁性粒子的材料的性能。 因?yàn)橐阎贾煤统Ｒ?guī)驅(qū)動(dòng)序列的信噪比相對(duì)低，所以有提高信噪比的需要。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種避免或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)缺陷的方法。 以上目的是通過一種用于影響和減檢測(cè)作用區(qū)域中的磁性粒子的方法 實(shí)現(xiàn)的，其中該方法包括如下步驟生成其磁場(chǎng)強(qiáng)度具有空間圖案的磁選 擇場(chǎng)，從而在所述作用區(qū)域中形成具有低磁場(chǎng)強(qiáng)度的第一子區(qū)和具有較高 磁場(chǎng)強(qiáng)度的第二子區(qū)，進(jìn)一步借助磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)改變所述作用區(qū)域中的兩個(gè)子 區(qū)的空間位置，使得所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度發(fā)生局部變化，進(jìn)一步獲取 信號(hào)，所述信號(hào)取決于所述作用區(qū)域中的所述磁化強(qiáng)度，所述磁化強(qiáng)度受 到所述第一子區(qū)和第二子區(qū)的空間位置的變化的影響，其中，在至少一個(gè) 旋轉(zhuǎn)平面中旋轉(zhuǎn)所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的磁驅(qū)動(dòng)矢量，即磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)較高的信噪比，因?yàn)楫?dāng)磁驅(qū)動(dòng)矢量與各向異性磁性粒子的易磁化軸具有特殊角度關(guān)系時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的信噪比。 通過在平面中旋轉(zhuǎn)磁驅(qū)動(dòng)矢量并在存在其磁化強(qiáng)度具有各向異性的磁性粒 子的情況下，有可能-在第一步中-對(duì)磁性粒子進(jìn)行取向，使其易磁化軸沿著 差不多平行于該時(shí)刻磁驅(qū)動(dòng)矢量的優(yōu)選取向，且-在第二步中-然后借助同時(shí) 旋轉(zhuǎn)并沿與前一方向，即磁性粒子易磁化軸的平均方向圍成相對(duì)大角度的 方向指引的驅(qū)動(dòng)矢量改變(或反轉(zhuǎn))磁性粒子的磁化強(qiáng)度。本文將第一步 中的磁驅(qū)動(dòng)矢量的方向稱為第一方向。本文將第二步中的磁驅(qū)動(dòng)矢量的方
向稱為第二方向。第一方向和第二方向圍成優(yōu)選在大約40到50度范圍內(nèi) 的特殊角度。由于磁性粒子形成進(jìn)行熱運(yùn)動(dòng)的小^^子的統(tǒng)計(jì)集合，顯然并 非所有磁性粒子都如上文所述那樣精確地運(yùn)轉(zhuǎn)。因此根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選在 視野內(nèi)部，即在相對(duì)快變化的磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)與磁性粒子交互作用的區(qū)域內(nèi)部， 至少對(duì)于50%的磁性粒子，且至少對(duì)于所施加的磁驅(qū)動(dòng)矢量的運(yùn)動(dòng)序列的 30%的時(shí)間內(nèi)，在第一方向周圍至多;i/2的立體角中取向易磁化軸。此外， 至少對(duì)于視野的特定部分，優(yōu)選至少20%的磁性粒子磁化反轉(zhuǎn)是由與第一 方向(即粒子易磁化軸的平均方向)相差最少20度最多70度的方向上指 引的磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(即磁驅(qū)動(dòng)矢量)感應(yīng)的。此外，至少對(duì)于視野的特定部分， 優(yōu)選至少50%的磁性粒子磁化反轉(zhuǎn)是由與第一方向相差最少30度最多60 度的方向上指引的磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)感應(yīng)的。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在獲取所述信號(hào)期間連續(xù)執(zhí)行所述磁驅(qū)動(dòng) 場(chǎng)的磁驅(qū)動(dòng)矢量的旋轉(zhuǎn)。由此，有利地能夠連續(xù)實(shí)現(xiàn)磁驅(qū)動(dòng)矢量和各向異 性磁性粒子易磁化軸之間的特殊角度關(guān)系，由此提高信號(hào)獲取中的信噪比。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選在所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的所述磁驅(qū)動(dòng)矢量的旋轉(zhuǎn)期 間也旋轉(zhuǎn)所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的所述磁驅(qū)動(dòng)矢量的旋轉(zhuǎn)平面。由此，有利地能夠 在檢測(cè)磁性粒子期間不優(yōu)選一個(gè)平面，而是以對(duì)稱方式執(zhí)行磁性粒子的檢 測(cè)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，優(yōu)選所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的磁驅(qū)動(dòng)矢量的旋轉(zhuǎn)是 以大約100Hz到大約100kHz的頻率進(jìn)行的。由此，可以以非常靈活的方 式使用本發(fā)明的方法，并調(diào)整本發(fā)明的方法使其適用于多種不同粒子和多 種不同的磁性粒子環(huán)境。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的磁驅(qū)動(dòng)矢量的旋轉(zhuǎn)頻率處于所述磁性粒子在其環(huán)境中的旋轉(zhuǎn)頻率的范圍內(nèi)。由此，能夠以特別簡(jiǎn)單
的方式實(shí)現(xiàn)磁驅(qū)動(dòng)矢量和各向異性磁性粒子的易磁4t軸之間的特殊角度關(guān) 系。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選改變所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的磁驅(qū)動(dòng)矢量的旋轉(zhuǎn)頻率， 使得所獲取的信號(hào)的信雜比最佳。由此，有利地能夠在本發(fā)明方法中，尤 其是在獲取很多與磁性粒子相關(guān)的信號(hào)之前執(zhí)行校準(zhǔn)步驟。如果磁性粒子 或至少一部分磁性粒子的旋轉(zhuǎn)頻率至少大致已知或根本未知，則可以在對(duì) 應(yīng)于使信噪比最佳的磁性粒子旋轉(zhuǎn)遷移率的較小或較大范圍上改變磁驅(qū)動(dòng) 場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)矢量的旋轉(zhuǎn)頻率。
再者，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選使用其磁化強(qiáng)度具有一定各向異性強(qiáng)度的磁
性粒子，所述磁化強(qiáng)度的各向異性強(qiáng)度優(yōu)選在大約1 mT到大約10 mT的范 圍內(nèi)，非常優(yōu)選在大約3mT到大約5mT的范圍內(nèi)。由此，有利地能夠相 對(duì)于其磁化強(qiáng)度具有較小或較大各向異性強(qiáng)度的磁性粒子提高所獲取的針 對(duì)這種磁性粒子的信號(hào)的信噪比。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語"磁性粒子 的磁化強(qiáng)度的各向異性強(qiáng)度"表示為了顯著改變磁性粒子或粒子的磁化強(qiáng) 度所需的外部磁場(chǎng)(相對(duì)于磁性粒子或粒子處于外部)。這種解釋與可與術(shù) 語"磁性粒子的各向異性"或"各向異性場(chǎng)"相關(guān)的其他定義強(qiáng)烈地相關(guān) 聯(lián)，例如與借助多個(gè)各向異性常數(shù)表達(dá)的不同空間方向相關(guān)的不同能量(能 量景觀)。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語"磁性粒子的磁化強(qiáng)度的各向異性強(qiáng) 度"與可量化參數(shù)相關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述磁化強(qiáng)度的各向異性是由形狀各向異 性和域晶體各向?qū)院陀蚋袘?yīng)各向異性和減表面各向異性引起的。由此， 在使用根據(jù)本發(fā)明的這種磁性粒子時(shí)有很大的可能磁性粒子的選擇。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選執(zhí)行所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的磁驅(qū)動(dòng)矢量的旋轉(zhuǎn)，從 而以相對(duì)高概率在相對(duì)于所述磁性粒子的所述易磁化方向的一角度上取向 所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的磁驅(qū)動(dòng)矢量。由此，可以實(shí)現(xiàn)最佳的信噪比。根據(jù)本發(fā)明， 該角度優(yōu)選在大約20°到大約70。的范圍內(nèi)，非常優(yōu)選在大約30°到大約60° 的范圍內(nèi)，最優(yōu)選在大約40。到大約50。的范圍內(nèi)，仍更優(yōu)選為大約45。。
本發(fā)明還涉及一種用于影響和域檢測(cè)作用區(qū)域中的磁性粒子的布置， 該布置包括選擇裝置，所述選擇裝置用于生成其磁場(chǎng)強(qiáng)度具有空間圖案的磁選擇場(chǎng)，從而在所述作用區(qū)域中形成具有低磁場(chǎng)強(qiáng)度的第一子區(qū)和具 有較高磁場(chǎng)強(qiáng)度的第二子區(qū)，還有驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置用于借助磁驅(qū) 動(dòng)場(chǎng)改變所述作用區(qū)域中的所述兩個(gè)子區(qū)的空間位置，使得所述磁性粒子 的磁化強(qiáng)度發(fā)生局部變化，還有接收裝置，所述接收裝置用于獲取信號(hào)， 所述信號(hào)取決于所述作用區(qū)域中的所述磁化強(qiáng)度，^ 述磁化強(qiáng)度受到所述 第一子區(qū)和第二子區(qū)的空間位置的變化的影響，其中，在至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)平 面中旋轉(zhuǎn)所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的磁驅(qū)動(dòng)矢量。
利用本發(fā)明的布置，由于信噪比更高，有利地能夠以更高的精確度提 供對(duì)磁性粒子在作用區(qū)域中的位置和/或分布的度量。優(yōu)選地，所述磁驅(qū)動(dòng)
場(chǎng)的磁驅(qū)動(dòng)矢量的旋轉(zhuǎn)是以大約100Hz到大約100kHz的頻率進(jìn)行的。
本發(fā)明還涉及一種用于本發(fā)明布置的計(jì)算機(jī)程序，其用于執(zhí)行本發(fā)明 的方法，還涉及一種包括這種計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
本發(fā)明還涉及對(duì)磁化強(qiáng)度的各向異性強(qiáng)度在大約1 mT到大約10 mT的 范圍內(nèi)，優(yōu)選在大約3mT到大約5mT的范圍內(nèi)的磁性粒子的使用。利用 這種粒子，能夠在應(yīng)用磁性粒子成像中提高信噪比，條件是在相對(duì)于磁性 粒子易磁化方向(易磁化軸)的特定角度范圍內(nèi)取向粒子所受的外部磁場(chǎng)。 通常，根據(jù)本發(fā)明，gP，在磁性粒子成像的背景下，優(yōu)選使用較大的粒子， 因?yàn)樗鼈兛赡芫哂锌赡茌^大的磁化強(qiáng)度，這又能夠在檢測(cè)階段產(chǎn)生更高的 信噪比。不過，磁性粒子的尺寸受到限制，因?yàn)橛捎谄浯啪氐脑?，較大 粒子相互吸引并形成磁性粒子簇，這是磁性粒子成像方法不可見的。根據(jù) 本發(fā)明，建議使用其磁化強(qiáng)度具有明確各向異性強(qiáng)度的小粒子，其行為類 似較大的磁性粒子，即，其行為類似于例如雙倍體積的粒子，因此使磁化 步驟更迅速。
在本發(fā)明上下文中提到的磁場(chǎng)強(qiáng)度也可以用特斯拉來指定。這是不正 確的，因?yàn)樘厮估谴磐芏鹊膯挝?。為了獲得特定的磁場(chǎng)強(qiáng)度，必需要 將在每種情況下指定的值除以磁場(chǎng)常數(shù)^。
根據(jù)本發(fā)明，顯然，可以至少部分地以一個(gè)單一線圈或螺線管的形式 提供選擇裝置和/或驅(qū)動(dòng)裝置和/或接收裝置。然而，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選提供 分離的線圈以形成選擇裝置、驅(qū)動(dòng)裝置和接收裝置。此外，根據(jù)本發(fā)明， 選擇裝置和減驅(qū)動(dòng)裝置和減接收裝置均可以由分離的單個(gè)部件構(gòu)成，尤其是可以由分離的單個(gè)線圈或螺線管構(gòu)成，提供和/或設(shè)置這些部件，使得所 述分離的部件一起形成選擇裝置和/或驅(qū)動(dòng)裝置和/或接收裝置。尤其對(duì)于驅(qū) 動(dòng)裝置和/或選擇裝置而言，優(yōu)選使用多個(gè)部件，尤其是多個(gè)線圈對(duì)(例如 亥姆霍茲構(gòu)型或反亥姆霍茲構(gòu)型)，以便提供生成和/或檢測(cè)沿不同空間方向 指引的磁場(chǎng)分量的可能性。
結(jié)合附圖，通過以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其他特點(diǎn)、特征和優(yōu) 點(diǎn)將變得明了，附圖以舉例的方式例示了本發(fā)明的原理。僅出于舉例的目 的給出該描述，并不限制發(fā)明范圍。下文援引的參考圖是指附圖。
圖l示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的根據(jù)本發(fā)明的布置；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的布置產(chǎn)生的場(chǎng)線圖案范例；
圖3示出了作用區(qū)域中存在的磁性粒子的放大圖4a和4b示出了這種粒子的磁化特性；
圖5示意性示出了三種磁性粒子的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的圖示；
圖6示意性示出了視野的表示。
將針對(duì)特定實(shí)施例并參考特定附圖描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此， 而是僅受權(quán)利要求的限制。描述的附圖僅為示意性的，不是限制性的。在 附圖中，出于例示的目的，可以放大一些元件的尺寸，并非按照比例繪制。
在提及單數(shù)名詞而使用不定冠詞或定冠詞的地方，例如"一"、"該"， 除非特定指出某些別的東西，其包括多個(gè)該名詞。
此外，說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語第一、第二、第三等用于區(qū)分類似 元件，未必用于描述相繼或時(shí)間次序。要理解的是，在適當(dāng)環(huán)境下這樣使 用的術(shù)語是可以互換的，且本文所述的本發(fā)明實(shí)施例可以按不同于本文所 述或所示的其他次序工作。
此外，出于描述的目的使用說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語頂部、底部、 上、下等，未必用于描述相對(duì)位置。要理解的是，在適當(dāng)環(huán)境下這樣使用 的術(shù)語是可以互換的，且本文所述的本發(fā)明實(shí)施例可以按不同于本文所述 或所示的其他取向工作。
要注意的是，本說明書和權(quán)利要求中所用的"包括" 一詞不應(yīng)被理解為受限于其后列出的布置；該詞不排除其他元件或步驟。于是，"設(shè)備包括 裝置A和B"這一表述的范圍不應(yīng)限于該設(shè)備僅由部件A和B構(gòu)成。這意 味著，對(duì)于本發(fā)明而言，該設(shè)備僅有的相關(guān)部件為A和B。
在

圖1中示出了要借助根據(jù)本發(fā)明的布置10檢查的任意對(duì)象。圖1中 的附圖標(biāo)記350表示對(duì)象，在這種情況下是設(shè)置于患者臺(tái)上的人或動(dòng)物患 者，僅示出了患者臺(tái)的頂部部分。在應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法之前，在本發(fā) 明布置10的作用區(qū)域300中設(shè)置磁性粒子100 (圖1中未示出)。尤其是對(duì) 例如腫瘤進(jìn)行治療和/或診斷處置之前，例如借助注入患者350體內(nèi)的包括 磁性粒子100的液體(未示出)將磁性粒子100置入作用區(qū)域300中。
作為本發(fā)明的實(shí)施例范例，圖2中示出了布置10，其包括形成選擇裝 置210的多個(gè)線圈，選擇裝置210的范圍界定了也被稱為檢査區(qū)域300的 作用區(qū)域300。例如，選擇裝置210設(shè)置在對(duì)象350上方和下方。例如，選 擇裝置210包括第一線圈對(duì)210'、 210"，每個(gè)線圈包括兩個(gè)構(gòu)造相同的繞組 210'和210"，繞組共軸地設(shè)置于患者350上方和下方且流過相等的電流，尤 其是方向相反的電流。在下文中將第一線圈對(duì)210'、 210"—起稱為選擇裝置 210。優(yōu)選地，在這種情況下使用直流電流。選擇裝置210生成磁選擇場(chǎng)211， 磁選擇場(chǎng)通常是圖2中由場(chǎng)線表示的梯度磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)沿著選擇裝置210 的線圈對(duì)(例如豎直)軸線的方向具有基本恒定的梯度，且在該軸線上的 一點(diǎn)達(dá)到零值。從該無場(chǎng)點(diǎn)(未在圖2中逐一示出)開始，磁選擇場(chǎng)211 的強(qiáng)場(chǎng)隨著距無場(chǎng)點(diǎn)距離的加大沿所有三個(gè)空間方向加大。在無場(chǎng)點(diǎn)周圍 由虛線表示的第一子區(qū)301或區(qū)域301中，強(qiáng)場(chǎng)非常小，乃至第一子區(qū)301 中存在的磁性粒子100的磁化強(qiáng)度未飽和，而(區(qū)域301之外的)第二子 區(qū)302中存在的磁性粒子100的磁化強(qiáng)度則處于飽和狀態(tài)。作用區(qū)域300 的無場(chǎng)點(diǎn)或第一子區(qū)301優(yōu)選是空間相干區(qū)域；其也可以是點(diǎn)狀區(qū)域或線 或平面區(qū)域。在第二子區(qū)302中(即在作用區(qū)域300于第一子區(qū)301之外 的剩余部分中)，磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠強(qiáng)，可以將磁性粒子100保持在飽和狀態(tài)。 通過改變作用區(qū)域300之內(nèi)兩個(gè)子區(qū)301、 302的位置，作用區(qū)域300中的 (總)磁化強(qiáng)度發(fā)生變化。通過測(cè)量作用區(qū)域300中的磁化j雖度或受磁化 強(qiáng)度影響的物理參數(shù)，可以獲得關(guān)于作用區(qū)域中磁性粒子100的空間分布 的信息。當(dāng)在作用區(qū)域300中的磁選擇場(chǎng)210 (或梯度磁場(chǎng)210)上疊加另一磁 場(chǎng)-在下文中稱為磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)221，就會(huì)沿著這一磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)221的方向相對(duì)于 第二子區(qū)302移動(dòng)第一子區(qū)301;該移動(dòng)的程度隨著磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)221強(qiáng)度加大 而加大。當(dāng)所疊加的磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)221隨時(shí)間變化時(shí)，第一子區(qū)301的位置相 應(yīng)地在時(shí)間和空間上變化。在與磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)221變化頻帶不同的另一頻帶(移 動(dòng)到更高頻率)中接收或檢測(cè)來自位于第一子區(qū)301中的磁性粒子100的 信號(hào)是有利的。這可能是因?yàn)橛捎诖呕匦缘姆蔷€性，即由于飽和效應(yīng)， 導(dǎo)致作用區(qū)域300中的磁性粒子100的磁化強(qiáng)度發(fā)生變化，從而產(chǎn)生磁驅(qū) 動(dòng)場(chǎng)221頻率的較高次諧波的頻率分量。
為了針對(duì)任何給定空間方向生成磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)221，提供了三個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈 對(duì)，即第一驅(qū)動(dòng)線圈對(duì)220'、第二驅(qū)動(dòng)線圈對(duì)220"和第三驅(qū)動(dòng)線圈對(duì)220'"， 在下文中將它們一起稱為驅(qū)動(dòng)裝置220。例如，第一驅(qū)動(dòng)線圈對(duì)220'生成沿 給定方向，即例如豎直地延伸的磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)221的分量。為此，使第一驅(qū)動(dòng) 線圈對(duì)220'的繞組中流過方向相同的相等電流。提供兩個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈對(duì)220"、 220"',以便生成沿空間中不同方向，例如在作用區(qū)域300 (或患者350)的 縱向方向上水平地以及在垂直于縱向方向的方向上延伸的磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)221的 分量。如果將亥姆霍茲型的第二和第三驅(qū)動(dòng)線圈對(duì)220"、 220"'用于該目的， 就必需要將這些驅(qū)動(dòng)線圈對(duì)分別設(shè)置在處置區(qū)域的左右或該區(qū)域的前后。 這會(huì)影響到作用區(qū)域300或處置區(qū)域300的可達(dá)性。因此，第二和/或第三 磁性驅(qū)動(dòng)線圈對(duì)220"、 220"'也設(shè)置于作用區(qū)域300上方和下方，因此，它 們的繞組構(gòu)型必需與第一驅(qū)動(dòng)線圈對(duì)220'的不同。不過，這種線圈是從具 有開放式磁體的磁共振設(shè)備(開放式MRI)領(lǐng)域已知的，在這種設(shè)備中， 射頻(RF)驅(qū)動(dòng)線圈對(duì)位于治療區(qū)域上方和下方，所述RF驅(qū)動(dòng)線圈對(duì)能 夠生成水平時(shí)變磁場(chǎng)。因此，本文不再贅述這種線圈的構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明的布置10還包括接收裝置230，圖1中僅示意性示出了該 接收裝置。接收裝置230通常包括能夠檢測(cè)由作用區(qū)域300中的磁性粒子 IOO的磁化圖案感應(yīng)的信號(hào)的線圈。不過，這種線圈是從磁共振設(shè)備領(lǐng)域已 知的，在磁共振設(shè)備中，在作用區(qū)域300周圍定位例如射頻(RF)線圈對(duì)， 以便具有盡可能高的信噪比。因此，本文不再贅述這種線圈的構(gòu)造。根據(jù) 本發(fā)明，優(yōu)選接收裝置的電阻受熱噪聲支配，尤其是由因作用區(qū)域中存在磁性粒子導(dǎo)致的熱噪聲產(chǎn)生，即，作用區(qū)域中不存在磁性粒子時(shí)電流支持 路徑的電阻相當(dāng)于或小于作用區(qū)域中存在磁性粒子時(shí)的電阻。具體而言， 這是通過仔細(xì)定義各電流路徑、電流強(qiáng)度、導(dǎo)線構(gòu)型和接收裝置其他特性 來實(shí)現(xiàn)的。
DE 101 51 778公開了檢測(cè)磁性粒子的這種布置和這種方法，該專利文 獻(xiàn)的整個(gè)內(nèi)容以引用方式。
根據(jù)本發(fā)明，所用的磁性粒子100其磁化強(qiáng)度具有各向異性。如果將 磁化強(qiáng)度具有各向異性的單磁疇磁性粒子暴露于外部磁場(chǎng)，磁性粒子的響 應(yīng)取決于相對(duì)于易磁化方向(易磁化軸)的場(chǎng)方向。如果外部磁場(chǎng)垂直于 易磁化軸，則響應(yīng)信號(hào)相對(duì)低。如果外部磁場(chǎng)平行于易磁化軸，則響應(yīng)信 號(hào)大得多。令人驚訝的是，如果相對(duì)于磁性粒子100的易磁化軸以特定角 度對(duì)磁性粒子IOO所受的外部磁場(chǎng)(即，對(duì)于作用區(qū)域300的第一子區(qū)301 而言，外部磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)于磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)221)取向，則信號(hào)是最佳的。在圖3的范 例中示出了這種情況。
圖3示出了與本發(fā)明的布置10 —起使用的種類的磁性粒子100的范例。 例如其包括例如鐵磁型單磁疇磁性材料101。例如，可以用涂層103覆蓋該 磁性材料101，涂層103在化學(xué)和/或物理侵蝕性環(huán)境中，例如酸中保護(hù)粒 子100。使這種粒子100的磁化強(qiáng)度飽和所需的磁選擇場(chǎng)211的磁場(chǎng)強(qiáng)度取 決于各種參數(shù)，例如粒子100的直徑、所用的磁性材料101和其他參數(shù)。 根據(jù)本發(fā)明，磁性粒子100是磁各向異性的，即它們的磁化強(qiáng)度具有各向 異性。例如，可以借助形狀各向異性和/或借助晶體各向?qū)院?或借助感應(yīng) 各向異性和/或借助表面各向異性實(shí)現(xiàn)這種各向異性。磁性粒子100包括易 磁化方向，也稱為易磁化軸105。磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)220在第一子區(qū)301的位置產(chǎn)生 對(duì)應(yīng)于磁性粒子100所受外部磁場(chǎng)的方向的磁驅(qū)動(dòng)矢量225。根據(jù)本發(fā)明， 應(yīng)當(dāng)以相對(duì)高概率在相對(duì)于磁性粒子100易磁化方向105的特殊角度125 上取向該磁驅(qū)動(dòng)矢量225。由此，增強(qiáng)了磁性粒子100的磁化信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，這可以借助施加到驅(qū)動(dòng)裝置220的特殊信 號(hào)序列來實(shí)現(xiàn)，施加該信號(hào)序列使得磁驅(qū)動(dòng)矢量225以特殊方式運(yùn)動(dòng)通過 所謂的視野，即，在相對(duì)快變化的磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)220與磁性粒子100交互作用 的作用區(qū)域300的區(qū)域內(nèi)部運(yùn)動(dòng)。在圖6中，由球和附圖標(biāo)記305表示視野。此外，圖6示出了驅(qū)動(dòng)矢量225以根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)序列運(yùn)動(dòng)的范例。 磁驅(qū)動(dòng)矢量225沿著圖6所描繪的雙錐結(jié)構(gòu)快速運(yùn)動(dòng)(即磁驅(qū)動(dòng)矢量在錐 表面上運(yùn)動(dòng))。由于磁性粒子100無法跟上驅(qū)動(dòng)矢量225的運(yùn)動(dòng)，磁驅(qū)動(dòng)矢 量225的平均方向沿著錐的中心，即第一方向平行于如圖6中的箭頭105 所示的磁性粒子100的易磁化軸105。當(dāng)驅(qū)動(dòng)矢量225的取向周期性反轉(zhuǎn)時(shí) (例如從沿上方錐的方向取向到沿下方錐的方向取向)，磁性粒子100受到 沿相對(duì)于第一方向傾斜特殊角度125的第二方向的磁驅(qū)動(dòng)矢量225作用。 由此，能夠增強(qiáng)由磁性粒子100產(chǎn)生的信號(hào)。為了覆蓋整個(gè)視野305，可以 以相對(duì)低速率旋轉(zhuǎn)該雙錐，使得視野305內(nèi)部的所有磁性粒子100逐步對(duì) 產(chǎn)生增強(qiáng)的信號(hào)做出貢獻(xiàn)。
在圖3所示的范例中，借助形狀各向異性實(shí)現(xiàn)磁性粒子100的各向異 性。磁性粒子100是準(zhǔn)球形的，只是沿著其最常尺度的方向(也稱為z方 向；在圖3中為上下方向)，磁性粒子比垂直于其最長(zhǎng)尺度的平面的兩個(gè)方 向(也稱為x方向和y方向)更長(zhǎng)。例如，磁性粒子100的最長(zhǎng)尺度是31 nm， 磁性粒子100的兩個(gè)其他方向(x和y方向)的尺度為30nm。在本發(fā)明的 背景下，磁性粒子100的給定尺寸對(duì)應(yīng)于磁性粒子100的磁性材料101的 尺寸。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選使用磁化強(qiáng)度的各向異性強(qiáng)度明確定義為大約1 mT 到大約10 mT，優(yōu)選大約3 mT到大約5 mT的磁性粒子100。在給出的范 例中，如果將形狀各向異性提高到粒子(沿其最常方向)長(zhǎng)度為32nm，而 其他方向(x和y方向)的直徑仍然為30nm，則會(huì)超過該各向異性強(qiáng)度。 在圖5中也示出了這種情況。
圖5表示出三個(gè)不同形狀的磁性粒子100的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度140的圖示。 針對(duì)若干不同階諧波150示出了相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度140。對(duì)于所有三種粒子，當(dāng) 諧波的序數(shù)增大時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度140減小。不過，對(duì)于曲線A表示的磁性粒 子100，信號(hào)強(qiáng)度140的減小少于曲線B和C所示的磁性粒子100。曲線A 對(duì)應(yīng)于因?yàn)槠鋢、 y和z方向的尺度分別為30nm、 30 nm和31 nm而具有 形狀各向異性的磁性粒子100。曲線B對(duì)應(yīng)于因?yàn)槠鋢、 y和z方向的尺度 分別為30nm、 30nm和30nm而具有形狀各向異性的磁性粒子100。曲線 C對(duì)應(yīng)于因?yàn)槠鋢、 y和z方向的尺度分別為30nm、 30nm和32nm而具有形狀各向異性的磁性粒子100。因此，利用對(duì)應(yīng)于曲線A的磁性粒子實(shí) 現(xiàn)了最佳相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度140。
為了生成磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)221從而沿至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)平面旋轉(zhuǎn)磁驅(qū)動(dòng)矢量225， 例如通過向第一、第二和第三驅(qū)動(dòng)線圈對(duì)220'、 220"、 220'"的控制信號(hào)施加 額外的時(shí)變頻率來控制所述驅(qū)動(dòng)線圈對(duì)220'、 220"、 220"'，使得對(duì)應(yīng)于磁性 粒子100所受外部磁場(chǎng)的第一子區(qū)301中所得的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量(即由選 擇場(chǎng)211和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)221兩者產(chǎn)生的總磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量(=磁驅(qū)動(dòng)矢量225)) 是旋轉(zhuǎn)的。具體而言這是借助計(jì)算機(jī)程序控制的控制單元實(shí)現(xiàn)的。該計(jì)算 機(jī)程序具體存儲(chǔ)在控制單元內(nèi)部提供的或分配給控制單元的數(shù)據(jù)載體上。 數(shù)據(jù)載體可以從控制單元取出，或者可靜態(tài)放置在控制單元內(nèi)部或分配給 控制單元。
圖4a和4b示出了磁化特性，即，磁性粒子100 (圖4a和4b中未示出) 的一部分的磁化強(qiáng)度M隨著磁性粒子100該部分位置處的場(chǎng)強(qiáng)H的變化。 看起來在場(chǎng)強(qiáng)+He以上和場(chǎng)強(qiáng)-He以下磁化強(qiáng)度M不再發(fā)生變化，這意味著 與飽和磁化強(qiáng)度有關(guān)。在值+He和-Hc之間磁化強(qiáng)度M是不飽和的。
圖4a示出了正弦磁場(chǎng)H(t)對(duì)磁性粒子100的一部分的作用效應(yīng)，其中 所得正弦磁場(chǎng)H(t)的絕對(duì)值(即"由磁性粒子100看到的")低于(即在沒 有其他磁場(chǎng)活動(dòng)的情況下)使磁性粒子100完全飽和所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度。磁 性粒子100的磁化強(qiáng)度以磁場(chǎng)H(t)的頻率節(jié)奏在其飽和值之間往復(fù)變化。 由圖4a右側(cè)的附圖標(biāo)記M(t)表示所得的磁化強(qiáng)度隨時(shí)間的變化。看起來磁 化強(qiáng)度也周期性地變化且磁性粒子100的磁化強(qiáng)度周期性地反轉(zhuǎn)。
曲線中央處的線的虛線部分表示磁化強(qiáng)度M(t)隨著正弦磁場(chǎng)H(t)的場(chǎng) 強(qiáng)大致的平均變化。隨著與該中央線的偏離，當(dāng)磁場(chǎng)H從-He增大到+Hc時(shí)， 磁化強(qiáng)度稍微向右延伸，當(dāng)磁場(chǎng)H從+Hc減小到-H時(shí)，稍微向左延伸。
圖4b示出了正弦磁場(chǎng)H(t)的效應(yīng)，該正弦磁場(chǎng)H(t)上疊加了另一磁場(chǎng) H,(其頻率相對(duì)于正弦磁場(chǎng)H(t)的頻率更小)。因?yàn)榇呕瘡?qiáng)度處于飽和狀態(tài) 中，在實(shí)踐上其不受正弦磁場(chǎng)H(t)的影響。在該區(qū)域中磁化強(qiáng)度M(t)保持 在時(shí)間上恒定。因此，磁場(chǎng)H(t)不會(huì)導(dǎo)致磁化強(qiáng)度狀態(tài)的變化。
權(quán)利要求
1、一種用于影響和/或檢測(cè)作用區(qū)域(300)中的磁性粒子(100)的方法，其中，所述方法包括如下步驟-生成其磁場(chǎng)強(qiáng)度具有空間圖案的磁選擇場(chǎng)(211)，從而在所述作用區(qū)域(300)中形成具有低磁場(chǎng)強(qiáng)度的第一子區(qū)(301)和具有較高磁場(chǎng)強(qiáng)度的第二子區(qū)(302)，-借助磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(221)改變所述作用區(qū)域(300)中的所述兩個(gè)子區(qū)(301，302)的空間位置，使得所述磁性粒子(100)的磁化強(qiáng)度發(fā)生局部變化，-獲取信號(hào)，所述信號(hào)取決于所述作用區(qū)域(300)中的所述磁化強(qiáng)度，所述磁化強(qiáng)度受到所述第一子區(qū)(301)和所述第二子區(qū)(302)的所述空間位置的變化的影響，其中，在至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)平面中旋轉(zhuǎn)所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(221)的磁驅(qū)動(dòng)矢量(225)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在第一步中，對(duì)所述磁性粒子 (100)進(jìn)行取向，使其的易磁化軸(105)沿第一方向取向，且其中，在第二步中，沿著相對(duì)于所述第一方向傾斜一角度(125)的第二方向指引所 述磁驅(qū)動(dòng)矢量(225)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在獲取所述信號(hào)期間連續(xù)執(zhí)行 所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(221)的所述磁驅(qū)動(dòng)矢量(225)的旋轉(zhuǎn)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(221)的所 述磁驅(qū)動(dòng)矢量(225)的旋轉(zhuǎn)期間也旋轉(zhuǎn)所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(221)的所述磁驅(qū) 動(dòng)矢量(225)的旋轉(zhuǎn)平面。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(221)的所述 磁驅(qū)動(dòng)矢量(225)的旋轉(zhuǎn)是以大約100Hz到大約100kHz的頻率進(jìn)行的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(221)的所述 磁驅(qū)動(dòng)矢量(225)的旋轉(zhuǎn)頻率處于所述磁性粒子(100)在其環(huán)境中的旋 轉(zhuǎn)頻率的范圍內(nèi)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，改變所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(221)的 所述磁驅(qū)動(dòng)矢量(225)的旋轉(zhuǎn)頻率，使得所獲取的信號(hào)的信噪比最佳。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用其磁化強(qiáng)度具有各向異性 的磁性粒子(100)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述磁化強(qiáng)度的各向異性的強(qiáng) 度在大約1 mT到大約10 mT的范圍內(nèi)，優(yōu)選在大約3 mT到大約5 mT的 范圍內(nèi)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述磁化強(qiáng)度的各向異性是 由形狀各向異性和域晶體各向?qū)院陀蚋袘?yīng)各向異性和/或表面各向異性 引起的。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，執(zhí)行所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(221)的 所述磁驅(qū)動(dòng)矢量(225)的旋轉(zhuǎn)，從而以相對(duì)高概率在相對(duì)于所述磁性粒子(100)的易磁化方向(105)的一角度(125)上取向所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(221) 的所述磁驅(qū)動(dòng)矢量(225)，其中，所述角度(125)優(yōu)選在大約20°到大約 70。的范圍內(nèi)，非常優(yōu)選在大約30°到大約60。范圍內(nèi)。
12、 一種用于影響和/或檢測(cè)作用區(qū)域(300)中的磁性粒子(100)的 布置(10)，所述布置包括-選擇裝置(210)，所述選擇裝置用于生成其磁場(chǎng)強(qiáng)度具有空間圖案的 磁選擇場(chǎng)(211)，從而在所述作用區(qū)域(300)中形成具有低磁場(chǎng)強(qiáng)度的第 一子區(qū)(301)和具有較高磁場(chǎng)強(qiáng)度的第二子區(qū)(302)，-驅(qū)動(dòng)裝置(220)，所述驅(qū)動(dòng)裝置用于借助磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(221)改變所述作用區(qū)域(300)中的所述兩個(gè)子區(qū)(301， 302)的空間位置，使得所述磁 性粒子(100)的磁化強(qiáng)度發(fā)生局部變化，-接收裝置(230)，所述接收裝置用于獲取信號(hào)，所述信號(hào)取決于所述 作用區(qū)域(300)中的所述磁化強(qiáng)度，所述磁化強(qiáng)度受到所述第一子區(qū)(301) 和所述第二子區(qū)(302)的所述空間位置的變化的影響，其中，在至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)平面中旋轉(zhuǎn)所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(221)的磁驅(qū)動(dòng)矢量 (225)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的布置(10)，其中，所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)(221) 的所述磁驅(qū)動(dòng)矢量(225)的旋轉(zhuǎn)是以大約100Hz到大約100 kHz的頻率進(jìn) 行的。
14、 一種用于根據(jù)權(quán)利要求12所述的布置(10)的計(jì)算機(jī)程序，用于 執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法。
15、 一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括根據(jù)權(quán)利要求14所述的計(jì)算機(jī)程序。
16、 對(duì)磁化強(qiáng)度的各向異性的強(qiáng)度在大約1 mT到大約lOmT的范圍內(nèi)， 優(yōu)選在大約3mT到大約5mT的范圍內(nèi)的磁性粒子(100)的使用。
全文摘要
公開了一種用于影響和/或檢測(cè)作用區(qū)域中的磁性粒子的方法和布置，該方法包括如下步驟生成其磁場(chǎng)強(qiáng)度具有空間圖案的磁選擇場(chǎng)，從而在所述作用區(qū)域中形成具有低磁場(chǎng)強(qiáng)度的第一子區(qū)和具有較高磁場(chǎng)強(qiáng)度的第二子區(qū)；借助磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)改變所述作用區(qū)域中的兩個(gè)子區(qū)的空間位置，使得所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度發(fā)生局部變化；獲取信號(hào)，所述信號(hào)取決于所述作用區(qū)域中的所述磁化強(qiáng)度，所述磁化強(qiáng)度受到所述第一子區(qū)和第二子區(qū)的空間位置的變化的影響，其中，在至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)平面中旋轉(zhuǎn)所述磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的磁驅(qū)動(dòng)矢量。
文檔編號(hào)A61B5/05GK101563032SQ200780046872
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日
發(fā)明者B·格萊希, J·魏岑?？?申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司