專利名稱：用于影響和/或檢測作用區(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作用區(qū)域中的磁性粒子的布 置。
德國專利申請DE 101 51 778 Al公開了這種方、法。對于該公開描述的 方法而言，首先生成具有磁場強度空間分布的磁場，從而在檢查區(qū)中形成 具有相對低磁場強度的第一子區(qū)和具有相對高磁場強度的第二子區(qū)。然后 移動子區(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)空間位置移動影響的磁化強度 的信號，并從這些信號中提取關(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)點在于其可用于以無 損方式檢査任意檢查對象，例如人體，而不會帶來任何損傷且在靠近檢査 對象表面處和遠離表面處都有高的空間分辨率。
這種已知布置的性能強烈取決于示蹤材料，即磁性粒子的材料的性能。 因為已知布置和常規(guī)驅(qū)動序列的信噪比相對低，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作用區(qū)域中的磁性粒子的方法 實現(xiàn)的，其中該方法包括如下步驟生成其磁場強度具有空間圖案的磁選 擇場，從而在所述作用區(qū)域中形成具有低磁場強度的第一子區(qū)和具有較高 磁場強度的第二子區(qū)，進一步借助磁驅(qū)動場改變所述作用區(qū)域中的兩個子 區(qū)的空間位置，使得所述磁性粒子的磁化強度發(fā)生局部變化，進一步獲取 信號，所述信號取決于所述作用區(qū)域中的所述磁化強度，所述磁化強度受 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 旋轉(zhuǎn)平面中旋轉(zhuǎn)所述磁驅(qū)動場的磁驅(qū)動矢量，即磁場強度矢量。
這種方法的優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)較高的信噪比，因為當磁驅(qū)動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，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的信噪比。 通過在平面中旋轉(zhuǎn)磁驅(qū)動矢量并在存在其磁化強度具有各向異性的磁性粒 子的情況下，有可能-在第一步中-對磁性粒子進行取向，使其易磁化軸沿著 差不多平行于該時刻磁驅(qū)動矢量的優(yōu)選取向，且-在第二步中-然后借助同時 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大角度的 方向指引的驅(qū)動矢量改變(或反轉(zhuǎn))磁性粒子的磁化強度。本文將第一步 中的磁驅(qū)動矢量的方向稱為第一方向。本文將第二步中的磁驅(qū)動矢量的方
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行熱運動的小^^子的統(tǒng)計集合，顯然并 非所有磁性粒子都如上文所述那樣精確地運轉(zhuǎn)。因此根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選在 視野內(nèi)部，即在相對快變化的磁驅(qū)動場與磁性粒子交互作用的區(qū)域內(nèi)部， 至少對于50%的磁性粒子，且至少對于所施加的磁驅(qū)動矢量的運動序列的 30%的時間內(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)動場(即磁驅(qū)動矢量)感應的。此外，至少對于視野的特定部分， 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)動場感應的。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在獲取所述信號期間連續(xù)執(zhí)行所述磁驅(qū)動 場的磁驅(qū)動矢量的旋轉(zhuǎn)。由此，有利地能夠連續(xù)實現(xiàn)磁驅(qū)動矢量和各向異 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)動場的所述磁驅(qū)動矢量的旋轉(zhuǎn)期 間也旋轉(zhuǎn)所述磁驅(qū)動場的所述磁驅(qū)動矢量的旋轉(zhuǎn)平面。由此，有利地能夠 在檢測磁性粒子期間不優(yōu)選一個平面，而是以對稱方式執(zhí)行磁性粒子的檢 測。
在本發(fā)明的另一實施例中，優(yōu)選所述磁驅(qū)動場的磁驅(qū)動矢量的旋轉(zhuǎn)是 以大約100Hz到大約100kHz的頻率進行的。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)選實施例，所述磁驅(qū)動場的磁驅(qū)動矢量的旋轉(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，能夠以特別簡單
的方式實現(xiàn)磁驅(qū)動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)動場的磁驅(qū)動矢量的旋轉(zhuǎn)頻率， 使得所獲取的信號的信雜比最佳。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)的信號之前執(zhí)行校準步驟。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 應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 場的驅(qū)動矢量的旋轉(zhuǎn)頻率。
再者，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選使用其磁化強度具有一定各向異性強度的磁
性粒子，所述磁化強度的各向異性強度優(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 對于其磁化強度具有較小或較大各向異性強度的磁性粒子提高所獲取的針 對這種磁性粒子的信號的信噪比。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語"磁性粒子 的磁化強度的各向異性強度"表示為了顯著改變磁性粒子或粒子的磁化強 度所需的外部磁場(相對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"相關(guān)的其他定義強烈地相關(guān) 聯(lián)，例如與借助多個各向異性常數(shù)表達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"磁性粒子的磁化強度的各向異性強 度"與可量化參數(shù)相關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述磁化強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飨虍愋院蜏p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)動場的磁驅(qū)動矢量的旋轉(zhuǎn)，從 而以相對高概率在相對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)動場的磁驅(qū)動矢量。由此，可以實現(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強度具有空間圖案的磁選擇場，從而在所述作用區(qū)域中形成具有低磁場強度的第一子區(qū)和具 有較高磁場強度的第二子區(qū)，還有驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置用于借助磁驅(qū) 動場改變所述作用區(qū)域中的所述兩個子區(qū)的空間位置，使得所述磁性粒子 的磁化強度發(fā)生局部變化，還有接收裝置，所述接收裝置用于獲取信號， 所述信號取決于所述作用區(qū)域中的所述磁化強度，^ 述磁化強度受到所述 第一子區(qū)和第二子區(qū)的空間位置的變化的影響，其中，在至少一個旋轉(zhuǎn)平 面中旋轉(zhuǎn)所述磁驅(qū)動場的磁驅(qū)動矢量。
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
場的磁驅(qū)動矢量的旋轉(zhuǎn)是以大約100Hz到大約100kHz的頻率進行的。
本發(fā)明還涉及一種用于本發(fā)明布置的計算機程序，其用于執(zhí)行本發(fā)明 的方法，還涉及一種包括這種計算機程序的計算機程序產(chǎn)品。
本發(fā)明還涉及對磁化強度的各向異性強度在大約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，能夠在應用磁性粒子成像中提高信噪比，條件是在相對于磁性 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。 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， 因為它們可能具有可能較大的磁化強度，這又能夠在檢測階段產(chǎn)生更高的 信噪比。不過，磁性粒子的尺寸受到限制，因為由于其磁矩的原因，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，建議使用其磁化強度具有明確各向異性強度的小粒子，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強度也可以用特斯拉來指定。這是不正 確的，因為特斯拉是磁通密度的單位。為了獲得特定的磁場強度，必需要 將在每種情況下指定的值除以磁場常數(shù)^。
根據(jù)本發(fā)明，顯然，可以至少部分地以一個單一線圈或螺線管的形式 提供選擇裝置和/或驅(qū)動裝置和/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)動裝置和減接收裝置均可以由分離的單個部件構(gòu)成，尤其是可以由分離的單個線圈或螺線管構(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)動裝置和/或接收裝置。尤其對于驅(qū) 動裝置和/或選擇裝置而言，優(yōu)選使用多個部件，尤其是多個線圈對(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/或檢測沿不同空間方向 指引的磁場分量的可能性。
結(jié)合附圖，通過以下詳細描述，本發(fā)明的這些和其他特點、特征和優(yōu) 點將變得明了，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信號強度的圖示；
圖6示意性示出了視野的表示。
將針對特定實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間次序。要理解的是，在適當環(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，未必用于描述相對位置。要理解的是，在適當環(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限于該設(shè)備僅由部件A和B構(gòu)成。這意 味著，對于本發(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檢查的任意對象。圖1中 的附圖標記350表示對象，在這種情況下是設(shè)置于患者臺上的人或動物患 者，僅示出了患者臺的頂部部分。在應用根據(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 例如腫瘤進行治療和/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)置在對象350上方和下方。例如，選 擇裝置210包括第一線圈對210'、 210"，每個線圈包括兩個構(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211， 磁選擇場通常是圖2中由場線表示的梯度磁場。該磁場沿著選擇裝置210 的線圈對(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 一點達到零值。從該無場點(未在圖2中逐一示出)開始，磁選擇場211 的強場隨著距無場點距離的加大沿所有三個空間方向加大。在無場點周圍 由虛線表示的第一子區(qū)301或區(qū)域301中，強場非常小，乃至第一子區(qū)301 中存在的磁性粒子100的磁化強度未飽和，而(區(qū)域301之外的)第二子 區(qū)302中存在的磁性粒子100的磁化強度則處于飽和狀態(tài)。作用區(qū)域300 的無場點或第一子區(qū)301優(yōu)選是空間相干區(qū)域；其也可以是點狀區(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)，磁場強度足夠強，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)兩個子區(qū)301、 302的位置，作用區(qū)域300中的 (總)磁化強度發(fā)生變化。通過測量作用區(qū)域300中的磁化j雖度或受磁化 強度影響的物理參數(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。當在作用區(qū)域300中的磁選擇場210 (或梯度磁場210)上疊加另一磁 場-在下文中稱為磁驅(qū)動場221，就會沿著這一磁驅(qū)動場221的方向相對于 第二子區(qū)302移動第一子區(qū)301;該移動的程度隨著磁驅(qū)動場221強度加大 而加大。當所疊加的磁驅(qū)動場221隨時間變化時，第一子區(qū)301的位置相 應地在時間和空間上變化。在與磁驅(qū)動場221變化頻帶不同的另一頻帶(移 動到更高頻率)中接收或檢測來自位于第一子區(qū)301中的磁性粒子100的 信號是有利的。這可能是因為由于磁化特性的非線性，即由于飽和效應， 導致作用區(qū)域300中的磁性粒子100的磁化強度發(fā)生變化，從而產(chǎn)生磁驅(qū) 動場221頻率的較高次諧波的頻率分量。
為了針對任何給定空間方向生成磁驅(qū)動場221，提供了三個驅(qū)動線圈 對，即第一驅(qū)動線圈對220'、第二驅(qū)動線圈對220"和第三驅(qū)動線圈對220'"， 在下文中將它們一起稱為驅(qū)動裝置220。例如，第一驅(qū)動線圈對220'生成沿 給定方向，即例如豎直地延伸的磁驅(qū)動場221的分量。為此，使第一驅(qū)動 線圈對220'的繞組中流過方向相同的相等電流。提供兩個驅(qū)動線圈對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)動場221的 分量。如果將亥姆霍茲型的第二和第三驅(qū)動線圈對220"、 220"'用于該目的， 就必需要將這些驅(qū)動線圈對分別設(shè)置在處置區(qū)域的左右或該區(qū)域的前后。 這會影響到作用區(qū)域300或處置區(qū)域300的可達性。因此，第二和/或第三 磁性驅(qū)動線圈對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)動線圈對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)動線圈對位于治療區(qū)域上方和下方，所述RF驅(qū)動線圈對能 夠生成水平時變磁場。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通常包括能夠檢測由作用區(qū)域300中的磁性粒子 IOO的磁化圖案感應的信號的線圈。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， 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致的熱噪聲產(chǎn)生，即，作用區(qū)域中不存在磁性粒子時電流支持 路徑的電阻相當于或小于作用區(qū)域中存在磁性粒子時的電阻。具體而言， 這是通過仔細定義各電流路徑、電流強度、導線構(gòu)型和接收裝置其他特性 來實現(xiàn)的。
DE 101 51 778公開了檢測磁性粒子的這種布置和這種方法，該專利文 獻的整個內(nèi)容以引用方式。
根據(jù)本發(fā)明，所用的磁性粒子100其磁化強度具有各向異性。如果將 磁化強度具有各向異性的單磁疇磁性粒子暴露于外部磁場，磁性粒子的響 應取決于相對于易磁化方向(易磁化軸)的場方向。如果外部磁場垂直于 易磁化軸，則響應信號相對低。如果外部磁場平行于易磁化軸，則響應信 號大得多。令人驚訝的是，如果相對于磁性粒子100的易磁化軸以特定角 度對磁性粒子IOO所受的外部磁場(即，對于作用區(qū)域300的第一子區(qū)301 而言，外部磁場對應于磁驅(qū)動場221)取向，則信號是最佳的。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在化學和/或物理侵蝕性環(huán)境中，例如酸中保護粒 子100。使這種粒子100的磁化強度飽和所需的磁選擇場211的磁場強度取 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 各向異性和/或借助表面各向異性實現(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)動場220在第一子區(qū)301的位置產(chǎn)生 對應于磁性粒子100所受外部磁場的方向的磁驅(qū)動矢量225。根據(jù)本發(fā)明， 應當以相對高概率在相對于磁性粒子100易磁化方向105的特殊角度125 上取向該磁驅(qū)動矢量225。由此，增強了磁性粒子100的磁化信號。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，這可以借助施加到驅(qū)動裝置220的特殊信 號序列來實現(xiàn)，施加該信號序列使得磁驅(qū)動矢量225以特殊方式運動通過 所謂的視野，即，在相對快變化的磁驅(qū)動場220與磁性粒子100交互作用 的作用區(qū)域300的區(qū)域內(nèi)部運動。在圖6中，由球和附圖標記305表示視野。此外，圖6示出了驅(qū)動矢量225以根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動序列運動的范例。 磁驅(qū)動矢量225沿著圖6所描繪的雙錐結(jié)構(gòu)快速運動(即磁驅(qū)動矢量在錐 表面上運動)。由于磁性粒子100無法跟上驅(qū)動矢量225的運動，磁驅(qū)動矢 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。當驅(qū)動矢量225的取向周期性反轉(zhuǎn)時 (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 沿相對于第一方向傾斜特殊角度125的第二方向的磁驅(qū)動矢量225作用。 由此，能夠增強由磁性粒子100產(chǎn)生的信號。為了覆蓋整個視野305，可以 以相對低速率旋轉(zhuǎn)該雙錐，使得視野305內(nèi)部的所有磁性粒子100逐步對 產(chǎn)生增強的信號做出貢獻。
在圖3所示的范例中，借助形狀各向異性實現(xiàn)磁性粒子100的各向異 性。磁性粒子100是準球形的，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尺度的平面的兩個方 向(也稱為x方向和y方向)更長。例如，磁性粒子100的最長尺度是31 nm， 磁性粒子100的兩個其他方向(x和y方向)的尺度為30nm。在本發(fā)明的 背景下，磁性粒子100的給定尺寸對應于磁性粒子100的磁性材料101的 尺寸。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選使用磁化強度的各向異性強度明確定義為大約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)長度為32nm，而 其他方向(x和y方向)的直徑仍然為30nm，則會超過該各向異性強度。 在圖5中也示出了這種情況。
圖5表示出三個不同形狀的磁性粒子100的相對信號強度140的圖示。 針對若干不同階諧波150示出了相對信號強度140。對于所有三種粒子，當 諧波的序數(shù)增大時，信號強度140減小。不過，對于曲線A表示的磁性粒 子100，信號強度140的減小少于曲線B和C所示的磁性粒子100。曲線A 對應于因為其x、 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對應于因為其x、 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對應于因為其x、 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，利用對應于曲線A的磁性粒子實 現(xiàn)了最佳相對信號強度140。
為了生成磁驅(qū)動場221從而沿至少一個旋轉(zhuǎn)平面旋轉(zhuǎn)磁驅(qū)動矢量225， 例如通過向第一、第二和第三驅(qū)動線圈對220'、 220"、 220'"的控制信號施加 額外的時變頻率來控制所述驅(qū)動線圈對220'、 220"、 220"'，使得對應于磁性 粒子100所受外部磁場的第一子區(qū)301中所得的磁感應強度矢量(即由選 擇場211和驅(qū)動場221兩者產(chǎn)生的總磁感應強度矢量(=磁驅(qū)動矢量225)) 是旋轉(zhuǎn)的。具體而言這是借助計算機程序控制的控制單元實現(xiàn)的。該計算 機程序具體存儲在控制單元內(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) 的一部分的磁化強度M隨著磁性粒子100該部分位置處的場強H的變化。 看起來在場強+He以上和場強-He以下磁化強度M不再發(fā)生變化，這意味著 與飽和磁化強度有關(guān)。在值+He和-Hc之間磁化強度M是不飽和的。
圖4a示出了正弦磁場H(t)對磁性粒子100的一部分的作用效應，其中 所得正弦磁場H(t)的絕對值(即"由磁性粒子100看到的")低于(即在沒 有其他磁場活動的情況下)使磁性粒子100完全飽和所需的磁場強度。磁 性粒子100的磁化強度以磁場H(t)的頻率節(jié)奏在其飽和值之間往復變化。 由圖4a右側(cè)的附圖標記M(t)表示所得的磁化強度隨時間的變化?？雌饋泶?化強度也周期性地變化且磁性粒子100的磁化強度周期性地反轉(zhuǎn)。
曲線中央處的線的虛線部分表示磁化強度M(t)隨著正弦磁場H(t)的場 強大致的平均變化。隨著與該中央線的偏離，當磁場H從-He增大到+Hc時， 磁化強度稍微向右延伸，當磁場H從+Hc減小到-H時，稍微向左延伸。
圖4b示出了正弦磁場H(t)的效應，該正弦磁場H(t)上疊加了另一磁場 H,(其頻率相對于正弦磁場H(t)的頻率更小)。因為磁化強度處于飽和狀態(tài) 中，在實踐上其不受正弦磁場H(t)的影響。在該區(qū)域中磁化強度M(t)保持 在時間上恒定。因此，磁場H(t)不會導致磁化強度狀態(tài)的變化。
權(quán)利要求
1、一種用于影響和/或檢測作用區(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-生成其磁場強度具有空間圖案的磁選擇場(211)，從而在所述作用區(qū)域(300)中形成具有低磁場強度的第一子區(qū)(301)和具有較高磁場強度的第二子區(qū)(302)，-借助磁驅(qū)動場(221)改變所述作用區(qū)域(300)中的所述兩個子區(qū)(301，302)的空間位置，使得所述磁性粒子(100)的磁化強度發(fā)生局部變化，-獲取信號，所述信號取決于所述作用區(qū)域(300)中的所述磁化強度，所述磁化強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，在至少一個旋轉(zhuǎn)平面中旋轉(zhuǎn)所述磁驅(qū)動場(221)的磁驅(qū)動矢量(225)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在第一步中，對所述磁性粒子 (100)進行取向，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，在獲取所述信號期間連續(xù)執(zhí)行 所述磁驅(qū)動場(221)的所述磁驅(qū)動矢量(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)動場(221)的所 述磁驅(qū)動矢量(225)的旋轉(zhuǎn)期間也旋轉(zhuǎn)所述磁驅(qū)動場(221)的所述磁驅(qū) 動矢量(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)動場(221)的所述 磁驅(qū)動矢量(225)的旋轉(zhuǎn)是以大約100Hz到大約100kHz的頻率進行的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述磁驅(qū)動場(221)的所述 磁驅(qū)動矢量(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)動場(221)的 所述磁驅(qū)動矢量(225)的旋轉(zhuǎn)頻率，使得所獲取的信號的信噪比最佳。
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，所述磁化強度的各向異性的強 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飨虍愋院?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)動場(221)的 所述磁驅(qū)動矢量(225)的旋轉(zhuǎn)，從而以相對高概率在相對于所述磁性粒子(100)的易磁化方向(105)的一角度(125)上取向所述磁驅(qū)動場(221) 的所述磁驅(qū)動矢量(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強度具有空間圖案的 磁選擇場(211)，從而在所述作用區(qū)域(300)中形成具有低磁場強度的第 一子區(qū)(301)和具有較高磁場強度的第二子區(qū)(302)，-驅(qū)動裝置(220)，所述驅(qū)動裝置用于借助磁驅(qū)動場(221)改變所述作用區(qū)域(300)中的所述兩個子區(qū)(301， 302)的空間位置，使得所述磁 性粒子(100)的磁化強度發(fā)生局部變化，-接收裝置(230)，所述接收裝置用于獲取信號，所述信號取決于所述 作用區(qū)域(300)中的所述磁化強度，所述磁化強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，在至少一個旋轉(zhuǎn)平面中旋轉(zhuǎn)所述磁驅(qū)動場(221)的磁驅(qū)動矢量 (225)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的布置(10)，其中，所述磁驅(qū)動場(221) 的所述磁驅(qū)動矢量(225)的旋轉(zhuǎn)是以大約100Hz到大約100 kHz的頻率進 行的。
14、 一種用于根據(jù)權(quán)利要求12所述的布置(10)的計算機程序，用于 執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法。
15、 一種計算機程序產(chǎn)品，其包括根據(jù)權(quán)利要求14所述的計算機程序。
16、 對磁化強度的各向異性的強度在大約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強度具有空間圖案的磁選擇場，從而在所述作用區(qū)域中形成具有低磁場強度的第一子區(qū)和具有較高磁場強度的第二子區(qū)；借助磁驅(qū)動場改變所述作用區(qū)域中的兩個子區(qū)的空間位置，使得所述磁性粒子的磁化強度發(fā)生局部變化；獲取信號，所述信號取決于所述作用區(qū)域中的所述磁化強度，所述磁化強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，在至少一個旋轉(zhuǎn)平面中旋轉(zhuǎn)所述磁驅(qū)動場的磁驅(qū)動矢量。
文檔編號A61B5/05GK101563032SQ200780046872
公開日2009年10月21日 申請日期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?？?申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司