專利名稱：利用磁性粒子成像對包括脈管的對象成像的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用磁性粒子成像(MPI)原理對包括脈管的對象成像的設(shè)備、方法和計算機程序，在脈管內(nèi)存在磁性粒子且脈管被放置于作用區(qū)域中。
背景技術(shù)：
德國專利申請DE 10151778 Al披露了 MPI的一般原理。在該公開中描述的設(shè)備中，首先，生成磁場強度具有空間分布的磁選擇場，從而在檢查區(qū)中形成具有較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)。然后偏移子區(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。記錄取決于檢查區(qū)中磁化強度的信號，磁化強度受到子區(qū)空間位置偏移的影響，從這些信號提取關(guān)于磁性粒子在檢查區(qū)中空間分布的信息，從而能夠形成檢查區(qū)的圖像。這樣的設(shè)備具有如下優(yōu)點可以用它通過非破壞性方式檢查任意檢查對象，例如人體，靠近檢查對象的表面和遠離表面都不會導(dǎo)致任何損傷，并具有高空間分辨率。從以下文獻可以了解類似的設(shè)備和方法Gleich，B. *Wfeizenecker J. (200 5), "Tomographic imaging using the nonlinear response of magneticpartic1es Nature，第435卷，第1214-1217頁。該公開中描述的用于MPI的設(shè)備和方法利用了小磁性粒子的非線性磁化曲線。在心臟成像系統(tǒng)中應(yīng)用這種MPI設(shè)備已形成有前途的市場。具體而言，冠狀動脈成像被表明變成重要問題。在已知的設(shè)備中，迄今為止仍難以利用高分辨率圖像對脈管的發(fā)展進行成像。具體而言，對于冠狀動脈中狹窄癥的診斷而言，現(xiàn)有技術(shù)的MPI設(shè)備不是理想適用的，因為迄今為止尚不知道從現(xiàn)有技術(shù)的MPI系統(tǒng)獲取的檢測信號重建脈管的高分辨率圖像的妥善解決方案。盡管已知的MPI系統(tǒng)具有充分高的時間分辨率，但當(dāng)前可用的示蹤材料的空間分辨率不足以直接診斷狹窄癥。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是進一步發(fā)展現(xiàn)有技術(shù)的MPI設(shè)備，以便建立起用于對脈管之內(nèi)對象進行高分辨率成像的適用解決方案，尤其是用于冠狀動脈中狹窄癥的診斷。由此， 目的是提供一種設(shè)備和/或方法，其能夠?qū)@取到的定量MPI數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對動脈直徑和通過該動脈的血液體積流率的度量。根據(jù)本發(fā)明，該目的是由一種用于對包括脈管的對象成像的設(shè)備實現(xiàn)的，在所述脈管內(nèi)存在磁性粒子并所述脈管被放在作用區(qū)域中，該設(shè)備包括-選擇裝置，其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)，-驅(qū)動裝置，其用于借助磁驅(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，使得磁性材料的磁化強度局部變化，-接收裝置，其用于獲取檢測信號，所述檢測信號取決于所述作用區(qū)域中的磁化強度，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，-處理裝置，其用于基于所述脈管內(nèi)所述磁性粒子的已知濃度和基于關(guān)于所述脈管的進展的脈管樹數(shù)據(jù)重建所述脈管的圖像，所述處理裝置包括a)變換裝置，其用于基于所述脈管樹數(shù)據(jù)將所獲取的檢測信號的信號強度變換成脈管的感興趣段的近似圖像，b)界定裝置，其用于在所述近似圖像周圍界定包括圓柱元件的圓柱，c)調(diào)節(jié)裝置，其用于通過在所述圓柱元件的信號強度上進行積分逐步且獨立調(diào)節(jié)所述圓柱元件的半徑，其中，調(diào)節(jié)所述半徑，使得在所述圓柱元件上積分得到的信號強度等于從所述脈管中磁性粒子的已知濃度預(yù)計的強度，d)重建裝置，其用于基于經(jīng)調(diào)節(jié)的所述圓柱元件的半徑通過變換所獲取的檢測信號的信號強度來重建改進的圖像，e)迭代裝置，其用于重復(fù)由所述界定裝置、調(diào)節(jié)裝置和重建裝置執(zhí)行的步驟，直到滿足預(yù)定義的條件，其中，將所述改進的圖像用作在由所述界定裝置執(zhí)行的步驟中的近似圖像，以及f)顯示裝置，其用于將所述重建圖像顯示為具有所確定半徑的圓柱。此外，根據(jù)本發(fā)明，該目的還是由一種用于對包括脈管的對象成像的方法實現(xiàn)的， 在所述脈管內(nèi)存在磁性粒子并且所述脈管被放在作用區(qū)域中，包括如下步驟-產(chǎn)生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)，-利用磁驅(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，使得磁性材料的磁化強度局部變化，-獲取檢測信號，所述檢測信號取決于所述作用區(qū)域中的磁化強度，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，-基于所述脈管內(nèi)所述磁性粒子的已知濃度和基于關(guān)于所述脈管的進展的脈管樹數(shù)據(jù)重建所述脈管的圖像，重建圖像的所述步驟包括如下步驟a)基于所述脈管樹數(shù)據(jù)將所獲取的檢測信號的信號強度變換成脈管的感興趣段的近似圖像，b)在所述近似圖像周圍界定包括圓柱元件的圓柱，c)通過在所述圓柱元件的信號強度上進行積分逐步且獨立調(diào)節(jié)所述圓柱元件的半徑，其中，調(diào)節(jié)所述半徑，使得在所述圓柱元件上積分得到的信號強度等于從所述脈管中磁性粒子的已知濃度預(yù)計的強度，d)基于經(jīng)調(diào)節(jié)的所述圓柱元件的半徑通過變換所獲取的檢測信號的信號強度來重建改進的圖像，e)重復(fù)步驟b)到d)，直到滿足預(yù)定義的條件，其中，將所述改進的圖像用作在步驟b)中的近似圖像020)，以及f)將所述重建圖像顯示為具有所確定半徑的圓柱。此外，根據(jù)本發(fā)明，該目的還是由一種計算機程序?qū)崿F(xiàn)的，該計算機程序包括程序代碼段，當(dāng)在計算機上執(zhí)行所述計算機程序時，用于令所述計算機控制根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備以執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法的步驟。本發(fā)明利用了 MPI系統(tǒng)定量測量作用區(qū)域中磁性材料局部濃度的能力。在狹窄癥檢測的所述應(yīng)用中，因此可以在作用區(qū)域中評估應(yīng)用之前注射到被檢查對象中的示蹤劑濃度。另一方面，可以基于示蹤劑量和其中磁性粒子的濃度計算血液中磁性粒子的濃度5。由于磁性示蹤劑是以丸劑注射形式應(yīng)用的，所以僅有被檢查的脈管響應(yīng)于MPI系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生信號。因此，可以通過在進行時間和空間平均確定之后采取成像數(shù)據(jù)集中測量的最高濃度接收血液中磁性粒子的濃度5。因此，利用這種信息，能夠?qū)⑺@取的信號強度用作被對檢查脈管的直徑和血液體積流率的度量。這是通過圖像重建過程執(zhí)行的。在這種圖像重建過程中，一般假定“正向問題”是已知的。這意味著，可以從磁性粒子的已知濃度5確定預(yù)期信號叉。由于在MPI系統(tǒng)中，如本發(fā)明提出的那樣，可以使用線
性問題方式作為可靠的近似，因此可以如下確定預(yù)期信號瓦.足G是離散化的系統(tǒng)函數(shù)(系統(tǒng)矩陣)。因此，這個系統(tǒng)函數(shù)G描述了每個位置5處磁性粒子的濃度J和預(yù)期信號瓦之間的關(guān)系。可以利用定位在檢查區(qū)域中所有位置i的德爾塔(delta)探頭確定系統(tǒng)函數(shù)G自身。 在TO 2006/064392 A2中已經(jīng)詳細解釋了這種過程。因此成像重建過程的任務(wù)是從實測系統(tǒng)答案義確定磁性粒子的濃度5，從而使表達式1- = t-G· 最小化。因此，如果實測系統(tǒng)答案及等于針對所確定卩的預(yù)期信號
^mC
Se，該表達式被最小化。在WO 2006/064392 A2中已知并詳細描述了重建過程的基本原理?？梢匀缦轮鸩浇忉尭鶕?jù)本發(fā)明提出的方法在第一步中，將所獲取的信號強度傳送到多個體素構(gòu)成的近似圖像中。盡管如此， 由于噪聲的影響，最初產(chǎn)生的這一圖像的質(zhì)量相對較差。因此，通過在近似圖像的輪廓線周圍界定的圓柱元件上進行積分逐步改進了近似圖像。在這一積分之內(nèi)，設(shè)置該方法，使得圓柱元件內(nèi)部的信號強度等于已知的預(yù)期信號強度，圓柱元件外部的信號強度等于零。因此如上所述在成像重建過程之內(nèi)逐步并逐一調(diào)節(jié)了每個圓柱元件的半徑和長度，直到在圓柱元件上積分得到的信號強度相當(dāng)于預(yù)期值，它們分別是基于血液中磁性粒子的已知濃度計算的。利用這些經(jīng)調(diào)節(jié)的圓柱元件，重建出現(xiàn)在具有更好分辨率的改善圖像。然后重復(fù)所述過程，直到滿足預(yù)定義的條件，其中，在迭代過程的第一步驟中將改善的圖像用作近似圖像，使得過程每次都以改善圖像開始，然后進一步細化該圖像。由此，可以在體素空間中或圓柱元件的空間中以數(shù)學(xué)方式執(zhí)行成像重建。如果在圓柱元件的數(shù)學(xué)空間中執(zhí)行重建，？不界定每個體素中磁性粒子的濃度，而是界定圓柱元件的濃度、位置和形狀。然后通過改變圓柱元件直接進行優(yōu)化。因此，上述方程中的變量數(shù)目顯著減少，加快了重建。在一些情況下，3還包括一些大體素的信息，所述這些大體素描述被檢查脈管外部的區(qū)域中產(chǎn)生的信號部分。在可以由根據(jù)本發(fā)明的MPI設(shè)備執(zhí)行的所提出方法之內(nèi)，因此，能夠?qū)⑺@取的測量數(shù)據(jù)變換成被檢查脈管，尤其是冠狀動脈的高分辨率圖像，因此能夠直接檢測脈管內(nèi)的狹窄癥。由此，為了重建被檢查脈管的期望圖像，僅需要MPI 系統(tǒng)獲取的單個數(shù)據(jù)集。這是尤其有利的，因為可以通過快速而舒適的方式完成對脈管內(nèi)狹窄癥的檢測，對于人類患者而言，患者甚至不用暴露于任何輻射。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)的技術(shù)上可能的分辨率可能甚至小于一個體素。根據(jù)本發(fā)明的實施例，優(yōu)選可以根據(jù)期望的成像分辨率獨立調(diào)節(jié)圓柱元件的長度。因此，如果需要高分辨率，可以選擇非常短的圓柱元件。在這種情況下，在近似圖像周圍界定的圓柱元件數(shù)目很大，僅在小體積上對信號強度進行精確積分。不過，由此也增大了數(shù)據(jù)量，這可能導(dǎo)致更長的數(shù)據(jù)處理時間。另一方面，如果僅需要脈管圖像的粗略近似，可以通過選擇長的圓柱元件來產(chǎn)生具有低成像分辨率的重建圖像。對于優(yōu)化的過程而言，也能夠在第一步中產(chǎn)生粗略近似圖像，然后通過獨立調(diào)節(jié)圓柱元件進行改進。這意味著，在第一近似圖像中測量信號強度的局部梯度，然后在信號梯度高的區(qū)域中縮短圓柱元件的長度。換言之，在被成像脈管的形狀強烈變化，因此需要高分辨率的時候，即，接近狹窄癥或脈管彎曲的部分，提高分辨率，而在其余部分中保持低分辨率以便節(jié)省數(shù)據(jù)量和處理時間。一般希望限制圓柱元件的數(shù)量，因為過高數(shù)量的圓柱元件增加了控制參數(shù)的數(shù)量，這再次增大了不希望的噪聲效果。這樣能夠迅速但非常精確且可以逐一調(diào)節(jié)地產(chǎn)生重建圖像。此外，必須要指出，根據(jù)應(yīng)用，也可以使用其他形狀的元件代替圓柱元件，例如使用橢圓元件。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提出，預(yù)定義的條件是圓柱元件的半徑和位置不發(fā)生顯著變化。這意味著，重復(fù)由界定裝置、調(diào)節(jié)裝置和重建裝置執(zhí)行的上述步驟，直到圓柱元件的半徑和位置不發(fā)生顯著變化。因此，在每次迭代中改進圖像，直到再一次迭代能夠?qū)崿F(xiàn)的改進過低，從而終止迭代并顯示重建圖像。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，預(yù)定義的條件是，將由所述界定裝置、調(diào)節(jié)裝置和重建裝置執(zhí)行的步驟重復(fù)η次，其中，η是等于或大于一的整數(shù)。在這一實施例中，預(yù)先定義迭代的數(shù)目。這樣做的優(yōu)點是可以精確控制處理時間。尤其是如果僅需要粗略近似圖像， 可以將迭代次數(shù)限于展現(xiàn)出滿意成像分辨率的經(jīng)驗值。在本發(fā)明的另一實施例中，優(yōu)選將所述調(diào)節(jié)裝置配置成，如果在所述圓柱元件上積分得到的信號強度與脈管中磁性粒子的已知濃度不同，則向所述信號引入第一誤差項。此外，優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明實施例，將所述調(diào)節(jié)裝置配置成，如果所述圓柱元件外部的信號強度大于零，則向所述信號引入第二誤差項。通過引入這兩個誤差項，額外改進了迭代的收斂性。根據(jù)另一實施例，所述調(diào)節(jié)裝置被配置成，在滿足所述預(yù)定義的條件之前至少調(diào)節(jié)第一誤差項和第二誤差項的參數(shù)一次。換言之，可以在迭代期間重新計算，尤其是縮小兩個誤差項的參數(shù)。這能夠使迭代更快收斂。


參考下文描述的(一個或多個)實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將顯而易見并得到闡述。在下述附圖中
圖1示出了磁性粒子成像(MPI)設(shè)備的原理布局的示意圖，圖2示出了 MPI設(shè)備產(chǎn)生的原理場力線圖案的范例，圖3示出了作用區(qū)域中存在的磁性粒子的放大圖，圖如和4b示出了這種粒子的磁化特性，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的方框圖，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的方框圖，圖7示出了其中存在磁性粒子的脈管的感興趣段的示意圖，圖8示出了脈管的感興趣段的第一近似圖像，圖9示出了所述近似圖像周圍包括固定長度的圓柱元件的近似圖像的示意圖，圖10示出了包括具有已調(diào)節(jié)半徑的圓柱元件的近似圖像，圖11示出了包括具有已調(diào)節(jié)半徑和更小固定長度的圓柱元件的近似圖像，以及圖12示出了包括具有已調(diào)節(jié)半徑和可變長度的圓柱元件的近似圖像。
具體實施例方式圖1示出了要借助MPI設(shè)備10檢查的任意對象。圖1中的附圖標(biāo)記350表示布置于患者臺351上的對象，在這種情況下為人或動物患者，僅示出了其頂部的一部分。在應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法之前，磁性粒子100(圖1中未示出)布置在本發(fā)明設(shè)備10的作用區(qū)域300中。特別地，在對例如腫瘤進行治療和/或診斷處理之前，例如，借助注射到患者350 身體中的包括磁性粒子100的液體(未示出)在作用區(qū)域300中定位磁性粒子100。作為本發(fā)明實施例的范例，圖2中示出了設(shè)備10，其包括形成選擇裝置210的多個線圈，選擇裝置210的范圍界定了作用區(qū)域300，也稱為處置區(qū)域300。例如，在患者350上方和下方或臺面上方和下方布置選擇裝置210。例如，選擇裝置210包括第一線圈對210 ’、 210"，每個線圈都包括兩個相同構(gòu)造的繞組210'和210"，所述繞組共軸地布置在患者 350上方和下方，有相等的電流，尤其是沿相反方向流過。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產(chǎn)生磁選擇場211，一般是圖2中由場線表示的梯度磁場。它在選擇裝置210線圈對(例如垂直) 軸的方向上具有基本恒定的梯度，在該軸上的一個點處到達零值。從這個無場點(圖2中未單獨示出)開始，磁選擇場211的場強隨著與無場點的距離增大而在三個空間方向上增大。在由無場點周圍的虛線表示的第一子區(qū)301或區(qū)域301中，場強很小，使得第一子區(qū) 301中存在的粒子100的磁化強度不飽和，而第二子區(qū)302(區(qū)域301外部)中存在的粒子 100的磁化強度處于飽和狀態(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；它也可以是點狀區(qū)域或線或平面區(qū)域。在第二子區(qū)302(即，作用區(qū)域300中第一子區(qū) 301外部的其余部分)中，磁場強度充分強，足以將粒子100保持在飽和狀態(tài)中。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(總體)磁化強度會變化。 通過測量作用區(qū)域300中的磁化強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)域中磁性粒子空間分布的信息。為了改變作用區(qū)域300中兩個子區(qū)301、302的相對空間位置，向作用區(qū)域300中或作用區(qū)域300的至少一部分中的選擇場211疊加另一磁場，所謂的磁驅(qū)動場221。圖3示出了與本發(fā)明的設(shè)備10 —起使用的種類的磁性粒子100的范例。例如，它包括球形基質(zhì)101，例如玻璃基質(zhì)，為其提供軟磁層102，所述軟磁層厚度例如為5nm，由例如鐵-鎳合金(例如坡莫合金)構(gòu)成。例如，可以借助涂布層103覆蓋這一層，所述涂布層保護粒子100免受化學(xué)和/或物理侵蝕性環(huán)境，例如酸的侵蝕。這種粒子100的磁化強度飽和所需的磁選擇場211的磁場強度取決于多個參數(shù)，例如粒子100的直徑、用于磁層102 的磁性材料和其他參數(shù)。對于直徑例如為10 μ m的情況，需要大約800 A/m的磁場(大致對應(yīng)于1 mT的磁通密度)，而對于直徑為100 μ m的情況，80 A/m的磁場就足夠了。在選擇了飽和磁化強度更低的材料涂層102時，或在層102的厚度減小時，獲得更小的值。要了解優(yōu)選磁性粒子100的更多細節(jié)，在此通過引用并入DE 10151778的對應(yīng)部分，尤其是要求享有DE 10151778的優(yōu)先權(quán)的EP 1304542 A2的16到20段和57到61段。第一子區(qū)301的尺寸一方面取決于磁選擇場211的梯度強度，另一方面取決于飽和所需的磁場場強。為了使磁性粒子100在80 A/m的磁場強度和總計160 103A/m2的磁選擇場211場強梯度(沿給定空間方向)下充分飽和，粒子100的磁化強度不飽和的第一子區(qū)301的尺度大約為1 mm(沿給定空間方向)。當(dāng)在作用區(qū)域300中的磁選擇場211(或梯度磁場211)上疊加另一磁場(下文稱為磁驅(qū)動場221)時，第一子區(qū)301在這一磁驅(qū)動場221的方向上相對于第二子區(qū)302偏移；這種偏移的程度隨著磁驅(qū)動場221強度增大而增大。在疊加的磁驅(qū)動場221隨時間變化時，第一子區(qū)301的位置在時間和空間上相應(yīng)地變化。有利的是，在與磁驅(qū)動場221變化的頻帶不同的另一頻帶(向較高頻率偏移)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。這是可能的，因為由于作用區(qū)域300中磁性粒子100磁化強度因磁化特性的非線性而變化，磁驅(qū)動場221的頻率出現(xiàn)較高次諧波的頻率分量。為了針對空間中的任何給定方向產(chǎn)生這些磁驅(qū)動場221，提供了三個額外的線圈對，即第二線圈對220'、第三線圈對220〃和第四線圈對220〃 ‘，在下文中將它們一起稱為驅(qū)動裝置220。例如，第二線圈對220'產(chǎn)生在第一線圈對210' ,210"或選擇裝置210 的線圈軸方向上延伸，即，例如垂直延伸的磁驅(qū)動場221的分量。為此，第二線圈對220'的繞組中有同樣方向的相等電流流過。從原理上講，借助第二線圈對220'能夠?qū)崿F(xiàn)的效果也能夠通過在第一線圈對210' ,210"中的相反相等電流上疊加同方向電流來實現(xiàn)，這樣使得一個線圈中的電流減小，另一個線圈中的增加。不過，尤其是出于以更高信噪比解釋信號的目的，在時間上恒定(或準(zhǔn)恒定)的選擇場211(也稱為梯度磁場)和時間上可變的垂直磁驅(qū)動場是由選擇裝置210和驅(qū)動裝置220的獨立線圈對產(chǎn)生時，可能是有利的。提供了另外兩個線圈對220〃 ,220"‘，以便產(chǎn)生在不同空間方向上延伸的磁驅(qū)動場221的分量，例如，所述分量在作用區(qū)域300(或患者350)的縱向方向上和垂直于其的方向上水平延伸。如果為此目的使用亥姆霍茲(Helmholtz)型(像用于選擇裝置210和驅(qū)動裝置220的線圈對)第三線圈對220〃和第四線圈對220〃 ‘，必須要將這些線圈對分別布置在處置區(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的可及性。因此，第三磁線圈對或線圈220"和/或第四磁線圈對或線圈220"‘也布置在作用區(qū)域300的上下，因此，它們的繞組配置必須與第二線圈對220'的繞組配置不同。不過，從具有開放磁體(開放MRI)的磁共振設(shè)備領(lǐng)域可知道這種線圈，其中射頻(RF)線圈對位于處置區(qū)域的上下，所述RF線圈對能夠產(chǎn)生水平的時間變化的磁場。因此，本文不再對這種線圈的構(gòu)造進行贅述。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備10還包括圖1中僅示意性示出的接收裝置230。接收裝置230 通常包括能夠檢測作用區(qū)域300中的磁性粒子100的磁化圖案感生的信號的線圈。不過， 從磁共振設(shè)備領(lǐng)域可知道這種線圈，其中，例如射頻(RF)線圈對位于作用區(qū)域300周圍，以便具有盡可能高的信噪比。因此，本文不再對這種線圈的構(gòu)造進行贅述。在圖1所示的選擇裝置210的備選實施例中，可以使用永磁體(未示出)來生成梯度磁選擇場211。在這種(相對)永磁體(未示出)的兩極之間的空間中，形成了類似于圖2的磁場，亦即，在相對磁極具有相同極性時。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一備選實施例中，選擇裝置210包括至少一個永磁體和圖2中所示的至少一個線圈210' ,210"。通常用于選擇裝置210、驅(qū)動裝置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所生成的磁場根本不隨時間變化，或者變化相對地慢，優(yōu)選介于大約1 Hz和大約100 Hz之間。驅(qū)動裝置220所生成的磁場優(yōu)選在大約25 kHz和大約100 kHz之間變化。接收裝置應(yīng)該敏感的磁場變化優(yōu)選在大約50 kHz到大約10 MHz的頻率范圍中。圖如和4b示出了磁化特性，亦即，在粒子100的分散體中，這種粒子(圖如和4b 中未示出)的磁化強度M根據(jù)該粒子100位置處場強H的變化?？梢钥闯觯^場強+H。和低于場強-H。，磁化強度M不再變化，這意味著到達了飽和磁化強度。在值+H。和-H。之間磁化強度M未飽和。圖如示出了在粒子100的位置處正弦磁場H(t)的效應(yīng)，其中，所得的正弦磁場 H(t)的絕對值(即，“粒子100看到的”)低于使粒子100磁飽和所需的磁場強度，即，在沒有額外磁場活動的情況下。在這種條件下，一個或多個粒子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(fù)變換。圖如右側(cè)的參考M(t)表示所得的磁化強度時間變化?？雌饋泶呕瘡姸纫仓芷谛宰兓?，且這種粒子的磁化強度周期性反轉(zhuǎn)。曲線中央線的虛線部分表示磁化強度M(t)根據(jù)正弦磁場H(t)的場強的近似平均變化。作為與這條中心線的偏離，在磁場H從-H。增加到+H。時，磁化強度稍微向右延伸，在磁場H從+H。減小到-H。時，稍微向左延伸。這種已知效應(yīng)被稱為磁滯效應(yīng)，其構(gòu)成發(fā)熱機制的依據(jù)。磁滯表面區(qū)域形成于曲線路徑之間，其形狀和尺寸取決于材料，是對磁化強度變化時發(fā)熱的度量。圖4b示出了疊加了靜磁場H1的正弦磁場H(t)的效應(yīng)。因為磁化強度處于飽和狀態(tài)，所以它實際上不受正弦磁場H(t)的影響。在這個區(qū)域，磁化強度M(t)在時間上保持恒定。因此，磁場H(t)不會導(dǎo)致磁化強度狀態(tài)的變化。圖5示出了圖1所示設(shè)備10的方框圖。圖5中示意性示出了選擇裝置210。優(yōu)選地，為選擇裝置210提供三個磁選擇場生成裝置，尤其是線圈、永磁體或線圈和永磁體的組合。優(yōu)選布置所述三個磁選擇場生成裝置，使得針對每個空間方向，提供一個磁選擇場生成裝置。如果在一實施例中提供線圈對作為磁選擇場生成裝置，則從可控電流源32為線圈對供應(yīng)DC電流，所述電流源32受控制裝置76的控制?？刂蒲b置76又連接到計算機12，計算機12耦合到監(jiān)視器13和輸入單元14，監(jiān)視器用于顯示檢查區(qū)域中磁性粒子的分布，輸入單元例如是鍵盤。線圈對(第二磁性裝置)220' ,220" ,220"‘連接到電流放大器41、51、61，從所述電流放大器所述線圈對接收其電流。在每種情況下，電流放大器41、51、61又連接到AC電流源42、52、62，所述AC電流源界定了要放大的電流Ix、Iy、Iz的時間過程。AC電流源42、 52、62受控制裝置76的控制。圖5中還示意性示出了接收線圈(接收裝置)。接收線圈230中感生的信號被饋送到濾波器單元7 1，借助所述濾波器單元對信號進行濾波。這種濾波的目的是將實測值與其他干擾信號分開，實測值是由檢查區(qū)域中受兩個部分區(qū)域(301，302)的位置變化影響的磁化強度導(dǎo)致的。為此，例如可以設(shè)計濾波器單元71，使時間頻率小于操作線圈對220'、 220" ,220"‘的時間頻率或小于這些時間頻率兩倍的信號不通過濾波器單元71。然后經(jīng)由放大器單元72將信號發(fā)送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器73 (ADC)。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器73產(chǎn)生的數(shù)字化信號被饋送到處理裝置74，處理裝置從這些信號以及接收相應(yīng)信號期間第一磁場的第一子區(qū) 301在檢查區(qū)域中采取的以及圖像處理裝置74從控制裝置76獲得的相應(yīng)位置重建磁性粒子的空間分布。在處理裝置74中將定量測量的作用區(qū)域中磁性材料的局部濃度變換成重建圖像。根據(jù)本發(fā)明的方法提出一種迭代過程，由所述處理裝置74執(zhí)行該迭代過程，以便使用所獲取的信號強度作為被檢查脈管的通量和直徑的度量，因此將所獲取的測量數(shù)據(jù)變換成高分辨率圖像。最后通過控制裝置76將這個經(jīng)重建的高分辨率圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機12，計算機在監(jiān)視器13上顯示所述圖像。必須要指出，根據(jù)本發(fā)明，所述處理裝置74包括在計算機中，其中，所提出的迭代方法可以具體由計算機程序執(zhí)行。圖6中示出了由所述處理裝置74執(zhí)行的詳細方法。特別針對冠狀動脈內(nèi)狹窄癥 410的成像應(yīng)用設(shè)計所提出的方法。圖7中示出了包含磁性粒子100的這種被檢查脈管400 的范例。在該方法的第一步驟Sl中，將接收線圈230所獲取的檢測信號的信號強度變換成脈管400的近似圖像420。由于磁性示蹤劑是以丸劑注射形式應(yīng)用的，因此僅有被檢查脈管 400響應(yīng)于所產(chǎn)生的磁場生成信號，而脈管400的外部區(qū)域?qū)π盘枦]有貢獻。因此，信號強度在已知脈管樹的固定預(yù)定義區(qū)域周圍進行積分。這種脈管樹數(shù)據(jù)可以是要成像脈管400 的進展的第一估計，并被用作信號變換的輸入數(shù)據(jù)。在方法的第一步驟Sl中產(chǎn)生的近似圖像420例如是亮暗圖像，其針對具有高信號強度的區(qū)域顯示暗區(qū)425，針對具有低信號強度的區(qū)域顯示亮區(qū)430。必須要指出，近似圖像420未必一定是亮暗圖像，也可以利用兩種不同顏色或圖案實現(xiàn)所述近似圖像420，以便將具有高信號強度的區(qū)域425與具有低信號強度的區(qū)域430區(qū)分開。在圖8中示范性示出了圖7中示出的產(chǎn)生的有關(guān)脈管400的這種近似圖像420。 通過比較這兩幅圖，可以看出，狹窄癥410周圍的區(qū)域示出了圖8中相當(dāng)亮的圖片430，因為信號強度處于脈管400收縮的部分中，也在脈管400中沒有磁性粒子100的外部區(qū)域上進行積分。因此，在這個部分中還記錄噪聲，使得相對于脈管的不受限部分信號強度相當(dāng)?shù)停?其中，信號強度僅在脈管400的內(nèi)部中進行積分，在脈管400的內(nèi)部中存在磁性粒子100且記錄下更高的信號。因此，該方法第一步驟Sl中產(chǎn)生的近似圖像420 (圖8)僅給出狹窄癥 410位置的粗略指示。在圖6所示方法的第二步驟S2中，在所述近似圖像420周圍界定圓柱元件440。 圖9中示意性示出的圓柱元件440充當(dāng)在以下步驟中對信號強度進行積分的積分體積。在界定圓柱元件440之后，分別在每個圓柱元件440的體積上對信號強度進行積分，逐一逐步調(diào)節(jié)每個圓柱元件440的半徑r，直到每個圓柱元件440上的信號強度相等并達到從脈管400中磁性粒子100的已知濃度預(yù)計的強度(圖6中的S3)。必須要指出，血液中磁性粒子 100的濃度是已知的，具體可以基于示蹤劑量和其中的磁性粒子100濃度進行計算。因此， 可以通過在進行時間和空間平均確定之后采取成像數(shù)據(jù)集中測量的最高濃度接收血液中磁性粒子100的濃度。在圖示的范例中，因此狹窄癥410周圍的圓柱元件440減小，直到信號強度等于計算出的磁性粒子100的濃度。圖10中明確示出了這種方法的步驟S3。進一步觀察圖10， 可以看出，在長度為I1 (如圖10中)的相當(dāng)長圓柱元件440的情況下，成像分辨率過低，因為那時狹窄癥僅僅被單個圓柱元件440圍繞，這會導(dǎo)致重建圖像中的散漫形狀。因此，優(yōu)選選擇更短的長度I2，如圖11所示，以便接收更好的分辨率。根據(jù)應(yīng)用和必要的分辨率，因此應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)圓柱元件440的長度，仍然注意不應(yīng)選擇過小的長度，以免計算時間過長。圖12中示出了備選實施例，其中逐一調(diào)節(jié)圓柱長度。在圖12中，因此，提出了四種不同長度I1-I4的圓柱元件440。這意味著，在第一近似圖像420中測量信號強度的局部梯度，然后在梯度高的區(qū)域中縮短圓柱元件440的長度。換言之，在被成像脈管400的形狀強烈變化，因此需要高分辨率的時候，提高分辨率。例如，這是接近狹窄癥410或脈管400 彎曲的部分的情況。相反，將剩余部分中的分辨率保持低值，以便節(jié)省數(shù)據(jù)量和處理時間。 這樣能夠迅速但非常精確且可以逐一調(diào)節(jié)地產(chǎn)生重建圖像。在步驟S4(圖6)中，然后基于步驟S3的經(jīng)調(diào)節(jié)的圓柱元件440的半徑、或長度通過變換所獲取的信號的信號強度產(chǎn)生改善的圖像450。之后，重復(fù)步驟S2到S4，直到滿足預(yù)定義的條件S5。在每次迭代之內(nèi)，將改善的圖像450用作步驟S2中的近似圖像420，再次執(zhí)行上述方法步驟S2到S4。由此，預(yù)定義的條件可以是，執(zhí)行迭代，直到圓柱元件的半徑和位置不發(fā)生顯著變化，或?qū)⒌鷪?zhí)行η次，其中η是大于一的整數(shù)。在由于預(yù)定義的條件停止迭代過程之后，在最后步驟S6中在顯示器13上顯示重建圖像。必須要指出，用戶當(dāng)然能夠再次重復(fù)該方法或重新定義要檢查的對象區(qū)域，以便接收例如詳細部分的圖片。盡管已經(jīng)在附圖和上述說明中詳細示出和描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)將這樣的圖示和說明看作是示范性或示例性的，而不是限定性的；本發(fā)明不限于所公開的實施例。通過感興趣附圖、說明書和所附權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在實踐所要求保護的本發(fā)明的過程當(dāng)中理解并實施針對所公開的實施例的其他變型。 在權(quán)利要求中，“包括” 一詞不排除其他元件或步驟，不定冠詞“一”不排除多個元件或步驟。單個元件或其他單元可以完成權(quán)利要求中列舉的若干項功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中陳述某些措施不表示不能有利地采用這些措施的組合?？梢詫⒂嬎銠C程序存儲/分布在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)當(dāng)中，例如，所述介質(zhì)可以是光存儲介質(zhì)或者與其他硬件一起提供的或者作為其他硬件的部分的固體介質(zhì)，但是，也可以使所述計算機程序通過其他形式分布，例如，通過因特網(wǎng)或者其他有線或無線電信系統(tǒng)。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于對包括脈管G00)的對象成像的設(shè)備(10)，在所述脈管內(nèi)存在磁性粒子 (100)并且所述脈管被放在作用區(qū)域中，所述設(shè)備包括-選擇裝置010)，其用于生成其磁場強度具有空間圖案的磁選擇場Ql 1)，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020)，其用于借助磁驅(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，使得磁性材料的磁化強度局部變化，-接收裝置030)，其用于獲取檢測信號，所述檢測信號取決于所述作用區(qū)域(300)中的磁化強度，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)的所述空間位置的所述變化的影響，-處理裝置(74)，其用于基于所述脈管000)內(nèi)所述磁性粒子(100)的已知濃度和基于關(guān)于所述脈管G00)的進展的脈管樹數(shù)據(jù)重建所述脈管G00)的圖像，所述處理裝置(74)包括a)變換裝置，其用于基于所述脈管樹數(shù)據(jù)將所獲取的檢測信號的信號強度變換成所述脈管G00)的感興趣段的近似圖像020)，b)界定裝置，其用于在所述近似圖像(420)周圍界定包括圓柱元件G40)的圓柱，c)調(diào)節(jié)裝置，其用于通過在所述圓柱元件G40)的信號強度上進行積分逐步且獨立調(diào)節(jié)所述圓柱元件G40)的半徑，其中，調(diào)節(jié)所述半徑，使得在所述圓柱元件(440)上積分得到的信號強度等于從所述脈管G00)中所述磁性粒子(100)的已知濃度預(yù)計的強度，d)重建裝置，其用于基于經(jīng)調(diào)節(jié)的所述圓柱元件G40)的半徑通過變換所獲取的檢測信號的信號強度來重建改進的圖像G50)，e)迭代裝置，其用于重復(fù)由所述界定裝置、調(diào)節(jié)裝置和重建裝置執(zhí)行的步驟，直到滿足預(yù)定義的條件，其中，將所述改進的圖像(450)用作在由所述界定裝置執(zhí)行的步驟中的近似圖像(420)，以及f)顯示裝置，其用于將所述重建圖像顯示為具有所確定半徑的圓柱G40)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述圓柱元件G40)的長度可以根據(jù)期望的成像分辨率獨立調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)定義的條件是所述圓柱元件(440) 的半徑和位置不發(fā)生顯著變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)定義的條件是，將由所述界定裝置、調(diào)節(jié)裝置和重建裝置執(zhí)行的步驟重復(fù)η次，其中，η是等于或大于一的整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置被配置成，如果在所述圓柱元件(440)上積分得到的信號強度與所述脈管G00)中所述磁性粒子(100)的已知濃度不同，則向所述信號弓I入第一誤差項。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置被配置成，如果所述圓柱元件(440)外部的信號強度大于零，則向所述信號引入第二誤差項。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置被配置成根據(jù)與最近圓柱元件G40)的距離對所述第二誤差項加權(quán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5和6所述的設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置被配置成，在滿足所述預(yù)定義的條件之前至少調(diào)節(jié)所述第一誤差項和第二誤差項的參數(shù)一次。
9.一種用于對包括脈管G00)的對象成像的方法，在所述脈管內(nèi)存在磁性粒子(100) 并且所述脈管被放在作用區(qū)域(300)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011)，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021)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，使得磁性材料的磁化強度局部變化，-獲取檢測信號，所述檢測信號取決于所述作用區(qū)域(300)中的磁化強度，所述磁化強度受到所述第一子區(qū)(301)和所述第二子區(qū)(30 的所述空間位置的所述變化的影響，-基于所述脈管G00)內(nèi)所述磁性粒子(100)的已知濃度和基于關(guān)于所述脈管(400) 的進展的脈管樹數(shù)據(jù)重建所述脈管的圖像，重建圖像的所述步驟包括如下步驟a)基于所述脈管樹數(shù)據(jù)將所獲取的檢測信號的信號強度變換成所述脈管G00)的感興趣段的近似圖像G20)，b)在所述近似圖像(420)周圍界定包括圓柱元件G40)的圓柱，c)通過在所述圓柱元件G40)的信號強度上進行積分逐步且獨立調(diào)節(jié)所述圓柱元件 (440)的半徑，其中，調(diào)節(jié)所述半徑，使得在所述圓柱元件(440)上積分得到的信號強度等于從所述脈管G00)中所述磁性粒子(100)的已知濃度預(yù)計的強度，d)基于經(jīng)調(diào)節(jié)的所述圓柱元件G40)的半徑通過變換所獲取的檢測信號的信號強度來重建改進的圖像G50)，e)重復(fù)步驟b)到d)，直到滿足預(yù)定義的條件，其中，將所述改進的圖像(450)用作在步驟b)中的近似圖像020)，以及f)將所述重建圖像顯示為具有所確定半徑的圓柱G40)。
10.一種計算機程序，其包括程序代碼模塊，當(dāng)在計算機(1 上執(zhí)行所述計算機程序時，用于令所述計算機(1 控制根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)以執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求9 所述的方法的步驟。
全文摘要
提供一種利用磁性粒子成像對包括脈管(400)的對象成像的設(shè)備(10)和方法?；诿}管(400)內(nèi)磁性粒子(100)的已知濃度和基于關(guān)于所述脈管(400)的進展的脈管樹數(shù)據(jù)重建所述脈管(400)的圖像。所述重建包括界定近似圖像周圍的圓柱元件(440)，并且通過在所述圓柱元件的信號強度上進行積分逐步且獨立調(diào)節(jié)所述圓柱元件的半徑，其中，調(diào)節(jié)所述半徑，使得在所述圓柱元件上積分得到的信號強度等于從所述脈管中所述磁性粒子的已知濃度預(yù)計的強度。
文檔編號A61B5/05GK102256541SQ200980150653
公開日2011年11月23日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
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