專利名稱：用于影響和/或檢測(cè)作用區(qū)域中的磁性粒子的布置和產(chǎn)生盤狀線圈的方法
用于影響和域檢測(cè)作用區(qū)域中的磁性粒子的布置和產(chǎn)生盤狀線圈的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一 種用于影響和減檢測(cè)作用區(qū)域中的磁性粒子的布置。此 外，本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生盤狀線圈的方法。
德國專利申請(qǐng)DE 101 51 778 Al公開了這種布置。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)于檢査區(qū)中磁性粒子空間分布的信息，從 而可以形成檢査區(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 損方式檢查任意檢查對(duì)象，例如人體，而不會(huì)帶來任何損傷且在靠近檢查 對(duì)象表面處和遠(yuǎn)離表面處都有高的空間分辨率。
已知的這種類型的布置表現(xiàn)出如下缺點(diǎn)，即用于生成磁場(chǎng)或磁場(chǎng)分量 的線圈和/或用于檢測(cè)變化磁場(chǎng)的線圈不令人滿意，尤其是這種線圈表現(xiàn)出 相對(duì)低的信噪比。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種開頭所提種類的布置，其中提高了磁 場(chǎng)生成裝置的質(zhì)量和/或磁場(chǎng)檢測(cè)裝置的質(zhì)量。本發(fā)明的另一目的是提供一 種產(chǎn)生盤狀線圈，尤其是用于本發(fā)明的布置的盤狀線圈的方法。
上述目的是通過一種用于影響和/或檢測(cè)作用區(qū)域中的磁性粒子的布置 實(shí)現(xiàn)的，其中，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)，其中，該布置還包括驅(qū)動(dòng)裝置， 所述驅(qū)動(dòng)裝置用于改變所述作用區(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，其中，該布置還包括接收裝置， 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，所述磁化強(qiáng)度受到所述第一子區(qū)和第二子區(qū)的空間位置變化的影響， 且其中，所述選擇裝置和/或所述驅(qū)動(dòng)裝置和/或所述接收裝置包括至少部分 為盤狀的線圈。
根據(jù)本發(fā)明，顯然，至少可以部分地以一個(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/或驅(qū)動(dòng)裝置和/或接收裝置均可以由分離的單個(gè)部件，尤其是分 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，尤其是對(duì)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。
在選擇裝置和/或驅(qū)動(dòng)裝置和/或接收裝置包括至少部分為盤狀的線圈 的條件下，能夠提供在例如散熱、機(jī)械穩(wěn)定性和為電流承載線提供冷卻的 可能性方面的性能得到改進(jìn)的線圈。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選所述盤狀線圈包括彎曲表面，和/或其中，所述盤狀 線圈具有垂直于所述盤狀線圈的主平面的可變厚度。所述盤狀線圈的彎曲 表面例如可以形成部分的球面。盡管如此，盤狀線圈是以幾乎盤狀提供的， 僅稍微彎曲或彎折。替代地，或與盤狀線圈的其他特征相組合，可以為盤 狀線圈提供可變厚度，例如，從盤狀線圈的中心向盤狀線圈周邊的厚度增 加，或者反之。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選所述盤狀線圈至少部分包括李茲線/絞合線，且優(yōu)選 所述李茲線包括多根單股線，每根單股線被高電阻材料圍繞。由此可以在 盤狀線圈內(nèi)部提供非常高電流的承載表面，這對(duì)于在存在穿透盤狀線圈的
靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)的條件下要由盤狀線圈承載相對(duì)高頻率的AC電流的情 況以及要由盤狀線圈承載相對(duì)低頻率的DC電流或AC電流的情況都是重要 的。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選通過扭轉(zhuǎn)李茲線，使得在沿著李茲線延伸方向的一 個(gè)位置處一根單股線例如位于李茲線的中心，并且在沿著李茲線延伸方向 的另一位置處這一單股線例如位于李茲線的周邊。由此，有可能優(yōu)選提供 所有單股線的每一股，使得在例如李茲線形成的環(huán)中，由每根單股線實(shí)現(xiàn)相同阻抗。
根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)一步非常優(yōu)選的是，所述盤狀線圈的至少一個(gè)電流承 載路徑是呈螺線形盤繞的，和/或所述盤狀線圈的至少一個(gè)電流承載路《5是
以雙D圖案盤繞的。由此，非常有利地可能提供用于很多應(yīng)用的盤狀線圈 并尤其在本發(fā)明布置中生成形狀可有很大變化的磁場(chǎng)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，至少一個(gè)電流承載路徑，尤其是李茲線提 供于至少兩層中，且其中，在所述層之間提供絕緣箔。由此可以顯著提高 高電壓性能并還可以降低寄生電容。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，該盤狀線圈包括兩個(gè)間隔開的盤。這 有利地實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)明布置的線圈非常有效的冷卻。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，該盤狀線圈包括冷卻通道，尤其是將 不同李茲線之間的空間或李茲線內(nèi)部的空間用于一個(gè)或多個(gè)冷卻通道。由 此，有利地能夠容易地限定根據(jù)本發(fā)明的布置的不同部件的溫度。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選借助去除所述盤狀線圈的部分來提供所述冷 卻通道。由此能夠非常有效地產(chǎn)生本發(fā)明中使用的盤狀線圈。
在本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例中，提供油或水來冷卻盤狀線圈。由此， 利用有效冷卻流體可以實(shí)現(xiàn)非常有效的冷卻。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選借助在一個(gè)或多個(gè)印刷電路板上設(shè)置的導(dǎo)電
路徑來實(shí)現(xiàn)李茲線。由此可以借助相對(duì)簡單的生產(chǎn)技術(shù)以非常易再現(xiàn)的方 式設(shè)計(jì)各單個(gè)電流路徑。
在本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)置各電流承載路tS (例如李茲線的 各單股線)，使得給定工作頻帶中和穿透電流承載路徑的給定電磁場(chǎng)中的電 阻(阻抗的實(shí)部)基本最小，即受熱噪聲，尤其是由于作用區(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(檢査)對(duì)象時(shí)的電流承 載路徑的電阻相當(dāng)于或小于作用區(qū)域中存在對(duì)象時(shí)的電阻。具體而言，這 是通過仔細(xì)定義各單個(gè)電流路徑(例如各根線)、電流強(qiáng)度、線圈構(gòu)型和選 擇裝置和/或驅(qū)動(dòng)裝置的電流承載路徑的其他特征來實(shí)現(xiàn)的。此外，在電流 承載路徑形式為李茲線的情況下，優(yōu)選李茲線做成的各單股線的橫截面面 積總和與李茲線的橫截面面積之比(填充因子)在特定范圍中，和/或優(yōu)選 李茲線做成的各單股線具有大約1 pm到大約50 nm的直徑，優(yōu)選大約10pm到大約25 pm的直徑。由此可以大大地增加李茲線內(nèi)部所用的電流承載 表面，因此實(shí)現(xiàn)選擇裝置和/或驅(qū)動(dòng)裝置和域接收裝置總構(gòu)型的電阻降低。 典型地，選擇裝置和/或驅(qū)動(dòng)裝置的李茲線的填充因子在大約0.30到大約 0.70范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.50左右的范圍內(nèi)，因此比接收裝置的李茲線填充因 子要高，后者在大約0.01到大約0.20的范圍內(nèi)，優(yōu)選在大約0.03到大約 0.10的范圍內(nèi)。此外，可以將選擇裝置和驅(qū)動(dòng)裝置的李茲線做成的各單股 線的直徑選擇為高于接收裝置的李茲線做成的各單股線的直徑。
根據(jù)本發(fā)明，如果選擇裝置或驅(qū)動(dòng)裝置被彼此的磁場(chǎng)穿透，考慮這些 裝置的導(dǎo)電性質(zhì)的變化是非常有利的。應(yīng)當(dāng)將選擇裝置或驅(qū)動(dòng)裝置的電阻 選擇為在給定環(huán)境或穿透模式中盡可能低。選擇裝置和驅(qū)動(dòng)裝置一起被稱 為"場(chǎng)發(fā)生器裝置"。所述選擇裝置包括磁場(chǎng)生成裝置，其提供靜態(tài)(梯度) 磁選擇場(chǎng)和/或頻率在大約1 Hz到大約100 Hz范圍內(nèi)的相對(duì)慢變化的長程 磁選擇場(chǎng)。所述磁選擇場(chǎng)的靜態(tài)部分和相對(duì)慢變化部分都可以借助永磁體 或借助線圈或借助其組合來生成。所述驅(qū)動(dòng)裝置包括磁場(chǎng)生成裝置，其提 供頻率在大約1 kHz到大約200 kHz范圍內(nèi)，優(yōu)選在大約10 kHz到大約100 kHz范圍內(nèi)的磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)?？梢杂煞至⒌木€圈實(shí)現(xiàn)所述場(chǎng)發(fā)生器裝置(即選 擇裝置和驅(qū)動(dòng)裝置)的至少一部分，其中必須以如下的方式選擇每個(gè)線圈 或每個(gè)場(chǎng)發(fā)生器裝置的電流承載路徑(或在李茲線情況下的各單股線)的 直徑，即，使得趨膚效應(yīng)不會(huì)增大線圈的電阻。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施 例中，場(chǎng)發(fā)生器裝置的各部件，尤其是線圈的匝數(shù)是有限的，而且使繞組 與繞組的電容最小化。這可以借助繞組間的材料的低介電常數(shù)，通過整體 繞組且通過繞組充分分離來實(shí)現(xiàn)，尤其是對(duì)于選擇裝置的線圈而言更是如 此。這些措施的優(yōu)點(diǎn)之一是在本發(fā)明的布置之中，場(chǎng)發(fā)生器裝置的各單個(gè) 線圈的自諧振使得它們不和驅(qū)動(dòng)頻率重疊(驅(qū)動(dòng)裝置的線圈除外)。這種重 疊會(huì)導(dǎo)致不期望的場(chǎng)畸變和額外的耗散。
本發(fā)明還涉及盤狀線圈在本發(fā)明的布置中的使用，此外還涉及一種產(chǎn) 生盤狀線圈的方法，所述方法包括如下步驟在至少一個(gè)平面中以預(yù)定圖 案提供電流承載路徑，從該平面的兩側(cè)在電流承載路徑的圖案上施加壓力 或施加真空，由此使預(yù)定的電流承載路徑圖案的結(jié)構(gòu)硬化。
根據(jù)本發(fā)明，非常優(yōu)選地，以李茲線圖案的形式提供電流承載圖案。例如借助施加壓力，能夠提高李茲線線圈的填充因子。在下文中為了簡單 起見，將李茲線圖案的范例用于任何電流承載路徑圖案。因此，在下文中 以同意義方式使用術(shù)語李茲線和電流承載路徑。
在本發(fā)明的另 一優(yōu)選實(shí)施例中，電流承載路徑是壓縮的和域在以預(yù)定 圖案提供電流承載路徑之前該電流承載路徑包括作為第一熱塑性材料的大 量熱塑性樹脂線。由此可能實(shí)現(xiàn)非常致密和穩(wěn)定的電流承載路徑(李茲線 內(nèi)部的各單股線)構(gòu)型，這是非常有利的。此外，非常有利的是，通過改 變電流承載路徑所受的壓縮壓力，由此能夠?qū)㈦娏鞒休d路纟5的填充因子調(diào) 節(jié)到期望水平。此外，通過改變附加樹脂線的數(shù)量和域尺寸可以將電流承 載路徑的填充因子調(diào)節(jié)到期望水平。對(duì)于李茲線的情況而言，優(yōu)選與李茲 線的各單股線一起和域與一級(jí)李茲線一起和/或與二級(jí)李茲線一 起盤繞這 些樹脂線(熱塑性線)。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選在以所述預(yù)定圖案提供所述電流承載路徑之 后或在施加壓力或真空期間，向所述李茲線或所述電流承載路徑圖案施加 第二熱塑性材料。由此，非常有利地可能提供構(gòu)型非常穩(wěn)定的盤狀線圈。 具體而言，有可能，第一，以預(yù)定圖案提供電流承載路徑，第二，在準(zhǔn)盤
狀圖案的電流承載路徑一側(cè)或兩側(cè)上為電流承載路徑提供熱塑性材料或環(huán) 氧樹脂，第三，施加壓力或真空。
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1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到7示意性示出了李茲線構(gòu)型的不同范例；
圖8到11示意性示出了盤狀線圈構(gòu)型的不同范例；
圖12示意性示出了產(chǎn)生盤狀線圈的方法范例。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IO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處置區(qū)域300的 作用區(qū)域300。例如，選擇裝置210設(shè)置在患者350上方和下方或臺(tái)面上方 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IOO 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 磁化強(qiáng)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 子的空間分布的信息。為了改變作用區(qū)域300中兩個(gè)子區(qū)301、 302的相對(duì) 空間位置，在作用區(qū)域300中或至少在作用區(qū)域300的一部分中在選擇場(chǎng) 211上疊加另一磁場(chǎng)，即所謂的磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)221。
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。 其包括例如球面基底101，例如是玻璃的球面基底，其擁有軟磁層102，軟 磁層具有例如5nm的厚度并由例如鐵-鎳合金(例如坡莫合金)構(gòu)成。例如， 可以借助涂層103覆蓋該層，涂層103在化學(xué)和域物理侵蝕性環(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、用于磁層102的磁性 材料101和其他參數(shù)。
對(duì)于例如10 pm的直徑而言，則需要大約800 A/m (對(duì)應(yīng)于大約1 mT 的通量密度)的磁場(chǎng)，而對(duì)于100pm直徑而言，80A/m的磁場(chǎng)就足夠了。 在選擇飽和磁化強(qiáng)度較低的材料涂層102時(shí)或在減小層102的厚度時(shí)，獲 得了更小值。
為了提供優(yōu)選磁性粒子100的更多細(xì)節(jié)，本文通過將DE 10151778的 對(duì)應(yīng)部分以引用方式并入本文，尤其是將要求享有DE 10151778優(yōu)先權(quán)的 EP 1304542 A2的段落16到20和段落57到61以引用方式并入本文。第一子區(qū)301的尺寸一方面取決于磁選擇場(chǎng)211的梯度強(qiáng)度，另一方 面取決于飽和所需磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)。對(duì)于磁性粒子100在80 A/m的磁場(chǎng)強(qiáng)度下 充分飽和以及磁選擇場(chǎng)211的場(chǎng)強(qiáng)相當(dāng)于160 1(^A/m2的梯度(在給定空間 方向上)，粒子100的磁化不飽和的第一子區(qū)301具有大約1 mm的尺度(在
給定空間方向上)。
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)沿著該磁驅(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，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頻率的高 次諧波的頻率分量。
為了針對(duì)任何給定空間方向生成這些磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)221，提供了另外三個(gè)線 圈對(duì)，即第二線圈對(duì)220'、第三線圈對(duì)220"和第四線圈對(duì)220"'，在下文中 將它們一起稱為驅(qū)動(dòng)裝置220。例如，第二線圈對(duì)220'生成沿第一線圈對(duì) 210'、 210"或選擇裝置210的線圈軸線方向，即例如豎直地延伸的磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng) 221的分量。為此，使第二線圈對(duì)220'的繞組中流過方向相同的相等電流。 這一效果可以借助第二線圈對(duì)220'實(shí)現(xiàn)，在原則上也可以通過在第一線圈 對(duì)210'、 210"中的大小相等方向相反電流上疊加同方向的電流，使得一個(gè)線 圈中電流減小而另一個(gè)線圈中電流增大，從而實(shí)現(xiàn)這一效果。不過，尤其 是為了以更高信噪比實(shí)現(xiàn)信號(hào)解釋，如下做法可能是有利的通過選擇裝 置210和驅(qū)動(dòng)裝置220的分離的線圈對(duì)生成時(shí)間恒定(或準(zhǔn)恒定)選擇場(chǎng) 211 (也稱為梯度磁場(chǎng))和時(shí)變豎直磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)。
提供另外兩個(gè)驅(qū)動(dòng)線圈對(duì)220"、 220"'，以便生成在空間中不同方向， 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該縱 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三和 第四線圈對(duì)220"、 220"'(像用于選擇裝置210和驅(qū)動(dòng)裝置220的線圈對(duì)) 用于這一目的，就必需要將這些線圈對(duì)分別設(shè)置在處置區(qū)域的左右或處置區(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， 第三和/或第四磁線圈對(duì)220"、220'"也被設(shè)置在作用區(qū)域300的上方和下方， 因此，它們的繞組構(gòu)型必需與第二驅(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)線圈對(duì)位于處置區(qū)域的上方和下方，^f述RF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 100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)域己 知的，在該設(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，尤其是由作用區(qū)域中的熱噪聲 產(chǎn)生。具體而言，這是借助仔細(xì)定義各單個(gè)電流路徑、電流強(qiáng)度、線構(gòu)型 和接收裝置其他特征來實(shí)現(xiàn)的。
在圖1所示的選擇裝置210的替代實(shí)施例中，可以使用永磁體(未示 出)來生成梯度磁選擇場(chǎng)211。在這種(相對(duì))永磁體(未示出)的兩極之 間的空間中，即在相對(duì)極具有相同極性的時(shí)候，形成類似于圖2所示的磁 場(chǎng)。在根據(jù)本發(fā)明的布置的另一替代實(shí)施例中，選擇裝置210包括如圖2 所示的至少一個(gè)永磁體和至少一個(gè)線圈210'、 210"。
通常用于選擇裝置210、驅(qū)動(dòng)裝置220和接收裝置230的不同部件的頻 率范圍大致如下選擇裝置210生成的磁場(chǎng)根本不隨時(shí)間變化或者變化相 對(duì)慢，優(yōu)選在大約1 Hz和大約100 Hz之間變化。驅(qū)動(dòng)裝置220生成的磁場(chǎng) 優(yōu)選在大約25 kHz和大約100 kHz之間變化。接收裝置230所敏感的磁場(chǎng) 變化優(yōu)選處于大約50 kHz到大約10 MHz的頻率范圍內(nèi)。
圖4a和4b示出了磁化特性，即，在粒子100 (圖4a和4b中未示出) 的分散體中，這種粒子的磁化強(qiáng)度M隨著該粒子100的位置處的場(chǎng)強(qiáng)H變 化?？雌饋碓趫?chǎng)強(qiáng)+Hc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 味著達(dá)到飽和磁化強(qiáng)度。在值+Hc和-Hc之間磁化強(qiáng)度M是不飽和的。
圖4a示出了在粒子100的位置處的正弦磁場(chǎng)H(t)的作用效應(yīng)，其中所 得正弦磁場(chǎng)H(t)的絕對(duì)值(即"由粒子100看到的")低于(即在沒有其他磁場(chǎng)活動(dòng)的情況下)使粒子100磁飽和所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度。這種情況下，一 個(gè)或多個(gè)粒子100的磁化強(qiáng)度以磁場(chǎng)H(t)的頻率節(jié)奏在其飽和值之間纟主復(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這種粒子的磁化強(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-Hc增大到+He時(shí)， 磁化強(qiáng)度稍微向右延伸，當(dāng)磁場(chǎng)H從+He減小到-Hc時(shí)，稍微向左延伸。這 種已知的效應(yīng)被稱為磁滯效應(yīng)，磁滯效應(yīng)成為生熱機(jī)制的依據(jù)。在曲線路 徑之間形成且形狀和尺寸取決于材料的磁滯表面區(qū)域是對(duì)磁化強(qiáng)度變化時(shí) 熱生成的度量。
圖4b示出了正弦磁場(chǎng)H(t)的效應(yīng)，該正弦磁場(chǎng)H(t)上疊加了靜磁場(chǎng)Hp 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。
在圖5到7中，在示意性表示中示出了李茲線250。作為范例示出了李 茲線250，其在盤狀線圈260內(nèi)部提供至少一個(gè)電流承載路徑?？梢詫⒗钇?線250用在選擇裝置210、驅(qū)動(dòng)裝置220和/或接收裝置230的盤狀線圈260 中。圖5到7的每幅表示這種李茲線250的一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖。每個(gè) 李茲線250包括大量單股線255。由此，可能增大電流承載表面，并降低處 理要求的復(fù)雜性，尤其是降低彎折包括大量單股線的李茲線(為了形成螺 線管或線圈)的可能性。各個(gè)實(shí)施例的表示未按比例繪制，僅僅出于表示 簡單性的目的而選擇尺度。借助對(duì)每根單股線255的橫截面面積求和并除 以整個(gè)李茲線250的橫截面面積，可以容易地求得李茲線250的填充因子。 借助沿著垂直于李茲線250的縱向延伸的方向?qū)D5到7所示的李茲線250 的實(shí)施例施加壓力，可以提高填充因子。優(yōu)選在每根單股線255周邊圍繞 高電阻材料256，其為每根單股線255充當(dāng)包層256。顯然，根據(jù)本發(fā)明， 優(yōu)選在每根單股線255處都有這種包層材料256;不過，如果滿足在李茲線 第一端250'和李茲線第二端250"之間李茲線250的每根單股線255都與相 鄰的各單股線250電隔離的條件，就不需要這種連續(xù)的包層256。李茲線 250的各單股線255充當(dāng)單個(gè)電流承載路徑255且可以被冬見為并聯(lián)且理想地具有相同阻抗的電阻器，如圖5右側(cè)所示的等效電路圖所示。因此，根據(jù) 本發(fā)明，優(yōu)選通過扭轉(zhuǎn)李茲線，使得沿著李茲線延伸方向在一個(gè)位置處一 根單股線例如位于李茲線中心，而沿著李茲線延伸方向在另一位置，該根 單股線例如位于李茲線周邊。在圖5所表示的李茲線250的實(shí)施例中，示 出了李茲線250的另一優(yōu)選特征，即，在單股線255周圍集中提供塑料箔 絕緣層257。也可以為李茲線250的所有其他實(shí)施例提供這種塑料(例如熱 塑性)絕緣層，但這里未示出。李茲線250的單股線255周圍共同圍繞的 這種絕緣箔或絕緣材料257這一附加特征提供了如下優(yōu)點(diǎn)，即有可能實(shí)現(xiàn) 李茲線的較好高電壓性能。
在圖6中，示意性示出了李茲線250的另一實(shí)施例的橫截面圖，其中 該李茲線250也包括多根單股線255 (如根據(jù)圖5的實(shí)施例中那樣)，但各 單股線255被分成多個(gè)所謂的一級(jí)李茲線251。將這些一級(jí)李茲線251 (每 一個(gè)均包括多根單股線255)組合到一起以形成李茲線250。在圖6中，優(yōu) 選每根單股線255周圍都有連續(xù)的包層256，但未通過附圖標(biāo)記表示出來。
在圖7中，示意性示出了李茲線250的又一實(shí)施例的橫截面圖，其中 該李茲線250也包括多根單股線255 (如根據(jù)圖5和圖6的實(shí)施例中那樣) 和多個(gè)一級(jí)李茲線251，但一級(jí)李茲線251被分成多個(gè)所謂的二級(jí)李茲線 252。將這些二級(jí)李茲線252 (每一個(gè)均包括多個(gè)一級(jí)李茲線251)組合到 一起以形成李茲線250。在圖6中，優(yōu)選每根單股線255周圍都有連續(xù)的包 層256，但為簡單起見未示出。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)重要目的是提供一種發(fā)明布置，使得選擇裝置210 (如果磁選擇場(chǎng)是借助電流產(chǎn)生的)、驅(qū)動(dòng)裝置220和接收裝置230的相應(yīng) 電阻盡可能低。根據(jù)本發(fā)明，提出至少部分借助盤狀線圈260提供選擇裝 置210、驅(qū)動(dòng)裝置220和/或接收裝置230中的至少一個(gè)，在圖8到11中更 詳細(xì)地解釋了盤狀線圈260。
在圖8到11中，示出了盤狀線圈260的不同實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的盤 狀線圈250的優(yōu)選實(shí)施例之一使用李茲線250實(shí)現(xiàn)電流承載路徑。圖8到 11示出了包括李茲線250的盤狀線圈260的實(shí)施例。圖8示意性地示出了 包括李茲線250的盤狀線圈260的俯視圖，李茲線250同樣包括第一端250' 和第二端250"。圖9示意性地示出了圖8所示盤狀線圈260的側(cè)視圖。作為李茲線250的可能圖案的一個(gè)范例，圖8和9示出了圖案如下的李茲線 250，即將其呈螺線狀盤繞，使得第一和第二端250'、 250"位于盤的外側(cè)(即 基本在盤的最大半徑處)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過將李茲線250設(shè)置成 兩層261、 261'(僅圖9中示出)實(shí)現(xiàn)這一目的。在兩層261、 261'的第一層 中，例如從盤狀線圈260外部朝向盤狀線圈260的較小半徑沿徑向呈螺線 形地盤繞李茲線250 (通過李茲線250的實(shí)線繪示)，其中在兩層261、 261' 的第二層中，沿相反方向，即從較小半徑朝向較大半徑呈螺線形盤繞李茲 線250 (李茲線250的虛線)。在所示的實(shí)施例中，在盤狀線圈260的兩層 261、 261'之間提供絕緣箔262。這提高了高壓性能并能夠降低寄生電容。 不過，提供絕緣箔262不是必需的。
圖10和11示意性示出了盤狀線圈260的其他范例。在圖10中，提供 了兩個(gè)間隔開的盤263、 263'，它們之間具有冷卻通道264。用水平箭頭示 意性指示出冷卻流體(氣體或液體，尤其是水和/或油)的流動(dòng)。還可以提 供間隔體(未示出)，以便使兩個(gè)間隔開的盤263、 263'相對(duì)于彼此并相對(duì) 于本發(fā)明布置10的其他部件定位在所限定的位置?？梢越柚コP狀線圈 260的部分來提供冷卻通道264。例如，可以將可溶或可蝕刻材料與盤狀線 圈260的材料組合在一起并通過溶解或蝕刻可溶或可蝕刻材料打開冷卻通 道，從而實(shí)現(xiàn)這一目的。在圖11中，示意性示出了李茲線250的雙D圖案。 這種圖案提供了提高作用區(qū)域300可達(dá)性的可能，因?yàn)樽饔脜^(qū)域不需要被 線圈完全圍繞，且布置10的三維方案是可能的，驅(qū)動(dòng)裝置220在彼此垂直 的三個(gè)空間方向上提供磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)221。
在圖12中，示出了產(chǎn)生盤狀線圈260的方法范例的示意圖。將李茲線 250的圖案266放置在模具的第一半267中，其中第一半267基本沿稍后定 義出盤狀線圈260的主平面的平面265延伸。李茲線250的圖案266優(yōu)選 包括第一熱塑性材料258，其優(yōu)選由李茲線250構(gòu)成(例如借助與金屬電流 承載單股線255編織在一起的熱塑性樹脂線)或者可以在施加壓力以明確 形成盤狀線圈260的形狀之前將所述第一熱塑性材料添加到李茲線250的 圖案266。壓力由圖12中的兩個(gè)豎直箭頭表示，并施加在模具或工具的第 一半267和第二半268之間。通過施加壓力，明確地形成盤狀線圈260且 使得可固化材料固化。在替代實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了在施加壓力期間施加第二 熱塑性材料259 (除第一熱塑性材料258之外或取代第一熱塑性材料258)。
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)的布置(10)，所述布置包括-選擇裝置(210)，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)，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)，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)的空間位置的變化的影響，其中，所述選擇裝置(210)和/或所述驅(qū)動(dòng)裝置(220)和/或所述接收裝置(230)包括至少部分為盤狀的線圈(260)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的布置(10)，其中，所述盤狀線圈(260)包 括至少部分的李茲線/絞合線(250)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的布置(10)，其中，所述盤狀線圈(260)包 括彎曲表面，和域其中，所述盤狀線圈(260 )具有垂直于所述盤狀線圈(260 ) 的主平面的可變厚度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的布置(10)，其中，所述盤狀線圈(260)的 至少一個(gè)電流承載路徑是呈螺線形盤繞的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的布置(10)，其中，所述盤狀線圈(260)的 至少一個(gè)電流承載路徑是以雙D圖案盤繞的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的布置(10)，其中，至少一個(gè)電流承載路徑被提供在至少兩層(261， 261')中，且其中，在所述層(261， 261')之間 提供絕緣箔(262)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的布置(10)，其中，所述盤狀線圈(260)包 括兩個(gè)間隔開的盤(263， 263')。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的布置(10)，其中，所述盤狀線圈(260)包 括冷卻通道(264)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的布置(10)，其中，借助去除所述盤狀線圈 (260)的部分來提供所述冷卻通道(264)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的布置(10)，其中，提供油或水來冷卻所述 盤狀線圈(260)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的布置(10)，其中，借助在一個(gè)或多個(gè)印刷 電路板上設(shè)置的導(dǎo)電路徑來實(shí)現(xiàn)所述盤狀線圈(260)。
12、 一種產(chǎn)生盤狀線圈(260)的方法，所述方法包括如下步驟-在至少一個(gè)平面(265)中以預(yù)定圖案(266)提供至少一根李茲線 (250)，-從所述平面(265)的兩側(cè)在所述李茲線(250)的圖案(266)上施 加壓力，由此使預(yù)定的李茲線(250)圖案(266)的結(jié)構(gòu)硬化。
13、 一種產(chǎn)生盤狀線圈(260)的方法，所述方法包括如下步驟-在至少一個(gè)平面(265)中以預(yù)定圖案(266)提供電流承載路徑(250)， -從所述平面(265)的至少一側(cè)在所述電流承載路徑(250)的圖案(266) 上施加真空，由此使預(yù)定的電流承載路徑(250)圖案(266)的結(jié)構(gòu)硬化。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，在以所述預(yù)定圖案(266)提供所述電流承載路徑(250)之前，所述電流承載路徑(250)包括第一 熱塑性材料(258)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，在以所述預(yù)定圖案提 供所述電流承載路徑之后或在施加所述壓力或所述真空期間，向所述電流 承載路徑(250)施加第二熱塑性材料(259)。
16、 盤狀線圈(260)在根據(jù)權(quán)利要求1所述的布置(10)中的使用。
全文摘要
公開了一種用于影響和/或檢測(cè)作用區(qū)域中的磁性粒子的布置和一種產(chǎn)生盤狀線圈的方法，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)；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；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，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，所述選擇裝置和/或所述驅(qū)動(dòng)裝置和/或所述接收裝置包括至少部分為盤狀的線圈。
文檔編號(hào)A61B5/05GK101563031SQ200780046772
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
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