專利名稱：用于影響和/或探測視場中的磁性粒子的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于影響和/或探測視場中的磁性粒子的裝置和對應(yīng)的方法。此外， 本發(fā)明涉及在計算機(jī)上實施所述方法和用于控制這種裝置的計算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
“磁性粒子成像”(MPI)是一種新興的醫(yī)學(xué)成像模態(tài)。最初版本的MPI是二維的， 因為它們產(chǎn)生二維圖像。將來的版本將是三維(3D)的。如果在用于單個3D圖像的數(shù)據(jù)采集期間對象不顯著變化，可以通過將3D圖像的時間序列組合到電影來創(chuàng)建非靜態(tài)對象的時間相關(guān)圖像或4D圖像。
MPI是一種重建式成像方法，像計算斷層攝影(CT)或磁共振成像(MRI)那樣。因此，分兩個步驟生成對象的感興趣體積的MP圖像。被稱為數(shù)據(jù)采集的第一步是利用MPI掃描器執(zhí)行的。MPI掃描器具有生成靜態(tài)磁梯度場的模塊，該靜態(tài)磁梯度場稱為“選擇場”，其在掃描器的等中心處具有單個無場點(FFP)。此外，掃描器具有生成時間相關(guān)、空間上接近均勻的磁場的模塊。實際上，這種場是通過將稱為“驅(qū)動場”的以小振幅快速變化的場與稱為“聚焦場”的以大振幅緩慢變化的場疊加而獲得的。通過向靜態(tài)選擇場添加時間相關(guān)驅(qū)動場和聚焦場，可以在等中心周圍的整體掃描體積內(nèi)沿著預(yù)定FFP軌跡移動FFP。掃描器還具有一個或多個——例如三個接收線圈的布置，并且能夠記錄這些線圈中感應(yīng)出的任何電壓。為了進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將要成像的對象放置在掃描器中，使得對象的感興趣體積被掃描器的視場包圍，掃描器的視場是掃描體積的子集。
對象必須包含磁性納米粒子；如果對象是動物或患者，在掃描之前為動物或患者施用含這種粒子的造影劑。在數(shù)據(jù)采集期間，MPI掃描器沿著故意選擇的軌跡引導(dǎo)FFP，該軌跡描繪出掃描體積，或至少描繪出視場。對象內(nèi)的磁性納米粒子經(jīng)受變化的磁場并通過改變其磁化強(qiáng)度來做出響應(yīng)。納米粒子的變化的磁化強(qiáng)度在每個接收線圈中感應(yīng)出時間相關(guān)電壓。在與接收線圈相關(guān)聯(lián)的接收器中對這個電壓進(jìn)行采樣。接收器輸出的樣本被記錄并構(gòu)成采集的數(shù)據(jù)。控制數(shù)據(jù)采集細(xì)節(jié)的參數(shù)構(gòu)成掃描協(xié)議。
在稱為圖像重建的圖像生成的第二步中，從在第一步中采集的數(shù)據(jù)計算或重建圖像。圖像是離散的數(shù)據(jù)3D數(shù)據(jù)陣列，其表示視場中磁性納米粒子的位置相關(guān)的濃度的采樣近似。通常由執(zhí)行適當(dāng)計算機(jī)程序的計算機(jī)執(zhí)行重建。計算機(jī)和計算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)重建算法。 重建算法基于數(shù)據(jù)采集的數(shù)學(xué)模型。像所有重建式成像方法那樣，這種模型是一種作用于采集的數(shù)據(jù)的積分算子；重建算法嘗試盡可能地取消該模型的作用。
這種MPI裝置和方法有如下好處，即可以使用它們以非破壞性方式檢查任意的檢查對象，例如人體，而不會造成任何損傷，并具有高的空間分辨率，在接近檢查對象的表面和遠(yuǎn)離其表面時都是如此。這樣的布置和方法在如下文獻(xiàn)中可大致了解并首次進(jìn)行 了描述:DE 10151778A1,以及 Gleich, B.和 ffeizenecker, J. (2005), "Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles，，，Nature, vol. 435, pp. 1214-1217。那篇公開中描述的用于磁性粒子成像(MPI)的布置和方法利用了小磁性粒子的非線性磁化曲線。
如前所述，MPI中的空間編碼基于感興趣對象上方的無場點或區(qū)域的運動。由此， 磁性納米粒子的頻譜響應(yīng)隨著與FFP的距離而變化。所述頻譜響應(yīng)的高頻譜分量僅發(fā)生在FFP路徑或軌跡附近，而低頻譜分量在空間上相當(dāng)遠(yuǎn)地離域。在特定情況下，磁性納米粒子的頻譜響應(yīng)的離域的低頻譜分量可能導(dǎo)致問題。例如在僅對較大對象的子體積進(jìn)行編碼的情況下或在通過分裂空間編碼過程對較大對象完全編碼的情況下。分裂空間編碼過程意味著將大對象分裂成小的子體積，針對每個子體積分離地進(jìn)行子體積圖像的編碼和重建并且組合子體積圖像以獲得整個大對象的總體圖像。在這種情況下，來自進(jìn)行編碼的特定子體積外部的信號對源自布置于該特定子體積中的那些磁性納米粒子的頻譜響應(yīng)的低頻分量有貢獻(xiàn)。來自外部的所述信號導(dǎo)致針對特定子體積重建的粒子分布量中的失真 (falsification)，因此在針對特定子體積重建的子體積圖像中導(dǎo)致偽影。由于磁性納米粒子對FFP運動的頻譜響應(yīng)不是完全局部化的，尤其是對于因為對特定子體積編碼而存在的低頻分量，因此來自特定子體積外部的信號被拾取。
在不考慮視場的子體積以加快編碼過程的情況下也可能出現(xiàn)上述問題，其中不考慮覆蓋MPI裝置或MPI掃描器的操作者不感興趣的區(qū)域的這種子體積。這種方法適用于視場除了覆蓋感興趣對象之外還覆蓋其他對象的情況。應(yīng)用這種方法的具體示例是心臟檢查領(lǐng)域。對于心臟檢查而言，僅對覆蓋心臟區(qū)域的子場進(jìn)行編碼，而覆蓋例如肝臟的子場不被編碼。
因為在特定情況下重建圖像中發(fā)生上述偽影，因此現(xiàn)有MPI裝置和對應(yīng)的方法仍然不是最佳的。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于影響和/或探測視場中的磁性粒子的裝置和對應(yīng)的方法，通過其改進(jìn)重建圖像的質(zhì)量。特別地，應(yīng)當(dāng)避免因低頻分量導(dǎo)致的重建圖像中的偽影。優(yōu)選地，所提出的裝置和方法仍將允許快速且容易地編碼和重建感興趣對象的圖像。
在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于影響和/或探測視場中的磁性粒子的裝置，其中，所述視場包括覆蓋感興趣對象的至少一部分的至少一個感興趣子場，其中，所述感興趣對象包含磁性粒子，且其中，所述裝置至少具有兩種不同的探測模式，包括高分辨率探測模式和低分辨率探測模式，所述裝置包括
-包括選擇場信號發(fā)生器單元和選擇場元件的選擇模塊，其用于生成磁選擇場，其磁場強(qiáng)度具有空間圖樣，從而在視場中形成具有低磁場強(qiáng)度的第一子區(qū)和具有更高磁場強(qiáng)度的第二子區(qū)，其中，在所述第一子區(qū)中所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度未飽和，且其中，在所述第二子區(qū)中所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度飽和，
-包括驅(qū)動場信號發(fā)生器單元和驅(qū)動場線圈的驅(qū)動模塊，其用于利用磁驅(qū)動場改變視場中的至少第一子區(qū)的空間位置，使得所述感興趣對象中包含的磁性粒子的磁化強(qiáng)度局部改變，
-包括至少一個信號接收單元和至少一個接收線圈的接收模塊，其用于采集探測信號，所述探測信號取決于視場的至少一部分中的磁化強(qiáng)度，所述磁化強(qiáng)度受到至少第一子區(qū)的空間位置的改變的影響，
-控制單元，其用于根據(jù)所述探測模式控制所述信號接收單元，其中，在所述高分辨率探測模式中，采集一組高分辨率探測信號，而在所述低分辨率探測模式中，采集一組低分辨率探測信號，其中，該組高分辨率探測信號取決于至少一個感興趣子場的磁化強(qiáng)度，而該組低分辨率探測信號取決于與該至少一個感興趣子場相鄰布置的至少一個相鄰子場的磁化強(qiáng)度，以及
-重建單元，用于重建表征磁性粒子在感興趣對象的至少一部分之內(nèi)的空間分布的粒子分布量，其中，根據(jù)該組高分辨率探測信號和該組低分辨率探測信號重建粒子分布量。
在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于影響和/或探測視場中的磁性粒子的方法，其中，所述視場包括覆蓋感興趣對象的至少一部分的至少一個感興趣子場，其中，所述感興趣對象包含磁性粒子，且其中，能夠在高分辨率探測模式和低分辨率探測模式中探測所述磁性粒子，所述方法包括如下步驟
-生成磁選擇場，其磁場強(qiáng)度具有空間圖樣，從而在視場中形成具有低磁場強(qiáng)度的第一子區(qū)和具有更高磁場強(qiáng)度的第二子區(qū)，其中，在所述第一子區(qū)中所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度未飽和，且其中，在所述第二子區(qū)中所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度飽和，
-利用磁驅(qū)動場改變所述視場中的至少第一子區(qū)的空間位置，使得所述感興趣對象中包含的磁性粒子的磁化強(qiáng)度局部改變，
-采集探測信號，所述探測信號取決于視場的至少一部分中的磁化強(qiáng)度，所述磁化強(qiáng)度受到至少第一子區(qū)的空間位置的改變的影響，
-控制在高分辨率探測模式中的一組高分辨率探測信號的采集，其中，該組高分辨率探測信號取決于至少一個感興趣子場的磁化強(qiáng)度，
-控制在低分辨率探測模式中的一組低分辨率探測信號的采集，其中，該組低分辨率探測信號取決于與所述至少一個感興趣子場相鄰布置的至少一個相鄰子場的磁化強(qiáng)度， 以及
-重建表征所述磁性粒子在感興趣對象的至少一部分之內(nèi)的空間分布的粒子分布量，其中，根據(jù)該組高分辨率探測信號和該組低分辨率探測信號重建所述粒子分布量。
在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種包括程序代碼段的對應(yīng)的計算機(jī)程序，在計算機(jī)上執(zhí)行所述計算機(jī)程序時，所述程序代碼段令所述計算機(jī)控制裝置以執(zhí)行所述方法的步驟。
在從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應(yīng)當(dāng)理解，所要求保護(hù)的方法和所要求保護(hù)的計算機(jī)程序與所要求保護(hù)的裝置和與從屬權(quán)利要求中所限定的具有類似和/ 或相同的優(yōu)選實施例。
本發(fā)明基于采集兩組探測信號的理念。一組高分辨率探測信號取決于至少一個感興趣子場的磁化強(qiáng)度，一組低分辨率探測信號取決于與至少一個感興趣子場相鄰布置的至少一個相鄰子場的磁化強(qiáng)度。根據(jù)兩組探測信號，重建表征磁性粒子在感興趣對象的至少一部分之內(nèi)的空間分布的粒子分布量。最后將粒子分布量傳送到計算機(jī)，以便在監(jiān)視器上顯不它。
該組高分辨率探測信號表征應(yīng)當(dāng)針對其重建粒子分布量并因此重建圖像的特定感興趣子場中布置的磁性納米粒子的頻譜響應(yīng)。因此，該組高分辨率探測信號包含重建粒子分布量并因此重建表示特定感興趣子場的圖像所需的適當(dāng)數(shù)據(jù)。不過，如前所述，因為高分辨率探測信號的低頻分量中的貢獻(xiàn)，這一數(shù)據(jù)是失真的。所述貢獻(xiàn)源自特定感興趣子場的外部。因此，采集一組低分辨率探測信號。該組低分辨率探測信號取決于與特定感興趣子場相鄰的至少一個相鄰子場的磁化強(qiáng)度。于是，該組低分辨率探測信號包含可用于消除上述失真的數(shù)據(jù)。該組低分辨率探測信號或低分辨率數(shù)據(jù)表征與特定子場相鄰的若干子場中布置的磁性納米粒子的頻譜響應(yīng)。因此，可以使用低分辨率數(shù)據(jù)正確地分配所探測的高分辨率探測信號或高分辨率數(shù)據(jù)。于是，消除了高分辨率數(shù)據(jù)中的失真，從而在針對特定感興趣子場重建的圖像中避免了偽影。由于特定感興趣子場周圍的區(qū)域被相鄰子場編碼，因此可以正確分配高分辨率探測信號或高分辨率數(shù)據(jù)。換言之基于低分辨率探測數(shù)據(jù)或低分辨率數(shù)據(jù)，能夠識別高分辨率探測信號或高分辨率數(shù)據(jù)中所包含的低頻分量是源自特定感興趣子場還是源自相鄰子場。因此，可以消除源自相鄰子場的低頻分量，從而消除針對特定感興趣子場重建的圖像中的偽影。
由于一組低分辨率探測信號或低分辨率數(shù)據(jù)被用于消除重建圖像中的偽影，確定所述消除所需的數(shù)據(jù)所需要的額外時間不會很長。在低分辨率探測模式中，可以非?？斓夭杉綔y信號。因此，所提出的裝置和方法仍將允許快速且容易地編碼和重建感興趣對象的圖像。
根據(jù)優(yōu)選實施例，所述驅(qū)動場信號發(fā)生器單元適于沿著定義的軌跡改變所述第一子區(qū)的空間位置，其中，所述控制單元適于根據(jù)所述探測模式控制所述驅(qū)動場信號發(fā)生器單元，且其中，在所述高分辨率探測模式中，所述空間位置沿著高分辨率軌跡改變，而在所述低分辨率探測模式中，空間位置沿著低分辨率軌跡改變。如前所述，通過沿故意選擇的軌跡移動FFP，實現(xiàn)了重建被檢查對象的圖像所需的納米粒子磁化強(qiáng)度中的MPI變化。因此， 使用軌跡作為一個——尤其是作為主要自由度——以調(diào)整或設(shè)置MPI裝置或掃描器的分辨率是一種容易而有效的方法。有利地，除了驅(qū)動場信號發(fā)生器單元之外，還有聚焦場信號發(fā)生器單元和/或選擇場信號發(fā)生器單元適于改變第一子區(qū)沿定義的軌跡的空間位置。
在先前措施的另一實施例中，所述定義的軌跡具有閉合利薩茹曲線的形式，其中具有第一軌跡密度的第一閉合利薩茹曲線用作低分辨率軌跡，而具有第二軌跡密度的第二利薩茹曲線用作高分辨率軌跡，且其中，所述第一軌跡密度低于所述第二軌跡密度。已表明，通過同時使用閉合利薩茹曲線，一方面，關(guān)于重建粒子分布量并因此重建感興趣對象的圖像獲得了最好結(jié)果，另一方面，關(guān)于設(shè)置MPI裝置或掃描器的分辨率獲得了最好結(jié)果。除此之外，閉合利薩茹曲線確保了定義的且令人滿意的對感興趣子場的覆蓋，因此確保了可靠地采集到探測信號。此外，可以容易地生成利薩茹曲線。例如，在驅(qū)動場線圈包括至少兩對驅(qū)動場線圈的情況下，驅(qū)動場信號發(fā)生器單元適于利用具有第一驅(qū)動場頻率的第一正弦驅(qū)動場電流控制第一對驅(qū)動場線圈，并且利用具有第二驅(qū)動場頻率的第二正弦驅(qū)動場電流控制第二對驅(qū)動場線圈。為了接收閉合利薩茹曲線，驅(qū)動場頻率的頻率比必須是合理的。有利地，兩個驅(qū)動場頻率通過頻率比聯(lián)系。由此，低分辨率探測模式中使用的利薩茹曲N線的頻率比大于高分辨率探測模式中使用的利薩茹曲線的頻率比。軌跡密度表示單個軌跡線之間存在的距離。
當(dāng)然，驅(qū)動場頻率不是用于改變閉合利薩茹曲線的軌跡密度并因此用于設(shè)置MPI裝置或掃描器的分辨率的唯一參數(shù)。有利地，作為用于改變閉合利薩茹曲線的軌跡密度的另一參數(shù)，可以使用表征或影響正弦驅(qū)動場電流的時域行為的相位位置。由此，可以設(shè)想使用相位位置作為用于改變軌跡密度的唯一參數(shù)或除驅(qū)動場頻率之外的參數(shù)。特別地，額外使用相位位置，因為利用驅(qū)動場頻率比利用相位位置能夠更有效地改變軌跡密度。因此，在考慮相位位置作為第二參數(shù)的情況下，利用具有第一驅(qū)動場頻率和第一相位位置的第一正弦驅(qū)動場電流控制第一對驅(qū)動場線圈，并且利用具有第二驅(qū)動場頻率和第二相位位置的第二正弦驅(qū)動場電流控制第二對驅(qū)動場線圈。
關(guān)于使用驅(qū)動場頻率和相位位置中的至少一個改變閉合利薩茹曲線的軌跡密度的以上解釋參照了平面之內(nèi)的2D利薩茹曲線。當(dāng)然，以上解釋也適用于3D場之內(nèi)的3D利薩茹曲線。在這種情況下，驅(qū)動場信號發(fā)生器單元適于利用具有第一驅(qū)動場頻率和第一相位位置的第一正弦驅(qū)動場電流控制第一對驅(qū)動場線圈，利用具有第二驅(qū)動場頻率和第二相位位置的第二正弦驅(qū)動場電流控制第二對驅(qū)動場線圈，并且利用具有第三驅(qū)動場頻率和第三相位位置的第三正弦驅(qū)動場電流控制第三對驅(qū)動場線圈。在有三個驅(qū)動場頻率的情況下，例如，第一驅(qū)動場頻率和第二驅(qū)動場頻率通過第一頻率比^^聯(lián)系，而第二驅(qū)動場頻N-I率和第三驅(qū)動場頻率通過第二頻率比聯(lián)系，其中N-I被分配給第一驅(qū)動場頻率，N被分配給第二驅(qū)動場頻率，而N+1被分配給第三驅(qū)動場頻率。當(dāng)然，對于全部三個正弦驅(qū)動場電流，個體相位位置可能都是零。
根據(jù)另一實施例，所述選擇場信號發(fā)生器單元適于生成呈現(xiàn)出定義的梯度強(qiáng)度的磁選擇場，其中，所述控制單元適于根據(jù)所述探測模式控制所述選擇場發(fā)生器單元，其中， 在所述低分辨率探測模式中，生成呈現(xiàn)出第一梯度強(qiáng)度的第一磁選擇場，而在所述高分辨率探測模式中，生成呈現(xiàn)出第二梯度強(qiáng)度的第二磁選擇場，且其中，所述第一梯度強(qiáng)度小于所述第二梯度強(qiáng)度。利用這一措施，實現(xiàn)了兩個目標(biāo)。首先，可以影響MPI裝置或掃描器的分辨率，其中小梯度強(qiáng)度獲得低分辨率，而大梯度強(qiáng)度獲得高分辨率。第二，可以影響MPI 掃描器的掃描體積，其中小梯度強(qiáng)度獲得擴(kuò)大的掃描體積，因為移動FFP所沿的定義的軌跡能夠覆蓋的區(qū)域擴(kuò)大了。于是，選擇小梯度強(qiáng)度不僅獲得低分辨率，而且獲得擴(kuò)大的掃描體積。因為如下原因，這一組合是有利的將在低分辨率探測模式中采集的該組低分辨率探測信號用于消除重建圖像中由于源自應(yīng)當(dāng)對其重建圖像的指定感興趣子場外部的低頻貢獻(xiàn)導(dǎo)致的偽影。容易理解，利用擴(kuò)大的掃描體積代替正常尺寸的掃描體積，可以好得多地采集由布置于特定感興趣子場的邊沿區(qū)域中的納米粒子的磁化強(qiáng)度改變導(dǎo)致的低頻貢獻(xiàn)。關(guān)于改變或設(shè)置MPI裝置或掃描器的分辨率，同時修改移動FFP所沿的軌跡并修改磁選擇場的梯度強(qiáng)度是特別有利的。
用于改變掃描體積的另一參數(shù)是強(qiáng)度并因此是磁驅(qū)動場的幅度，其中大的驅(qū)動場幅度獲得擴(kuò)大的掃描體積。有利地，組合驅(qū)動場幅度的改變和選擇場梯度強(qiáng)度的改變以改變掃描體積。
根據(jù)優(yōu)選實施例，所述視場包括若干子場，其中，所述驅(qū)動場信號發(fā)生器單元適于沿著定義的軌跡改變所述第一子區(qū)的空間位置，該定義的軌跡具有實質(zhì)界定個體子場的空間范圍的空間范圍，且其中，所述裝置還包括聚焦模塊，該聚焦模塊包括聚焦場信號發(fā)生器單元和聚焦場線圈，用于生成磁聚焦場，以便在所述若干子場中包含的任意子場上聚焦所述第一子區(qū)。這一措施允許檢查對象并因此允許重建比由定義的軌跡指定的掃描體積大的對象的圖像。由此，序列如下根據(jù)應(yīng)當(dāng)對其采集一組探測信號的特定感興趣子場，生成對應(yīng)的磁聚焦場，從而在特定感興趣子場上聚焦第一子區(qū)。之后，在特定感興趣子場之內(nèi)沿定義的軌跡移動第一子區(qū)或FFP。在完成探測信號的采集之后，修改磁聚焦場，從而在接下來應(yīng)當(dāng)對其采集探測信號的感興趣子場上聚焦第一子區(qū)并因此聚焦定義的軌跡。上述解釋也適用于相鄰子場。對于感興趣子場而言，利用高分辨率軌跡采集高分辨率探測信號。對于相鄰子場而言，利用低分辨率軌跡采集低分辨率探測信號。
在先前措施的另一實施例中，所述控制單元適于控制所述聚焦場信號發(fā)生器單元，以便從第一子場向第二子場連續(xù)移動第一子區(qū)。這一措施具有如下優(yōu)點磁聚焦場不會呈現(xiàn)出任何相當(dāng)大的瞬變現(xiàn)象，同時修改磁聚焦場，以便從一個子場向另一個子場移動第一子區(qū)或FFP并因此移動定義的軌跡。作為這一方法的替代，可以使用所謂的多站方法。 對于多站方法，首先通過從第一組子場中包含的一個子場向另一個子場連續(xù)移動第一子區(qū)來掃描第一組子場，然后，在掃描了第一組子場中包含的所有子場之后，通過從第二組子場中包含的一個子場向另一個子場連續(xù)移動第一子區(qū)來掃描第二組子場，然后，在掃描了第二組子場中包含的所有子場之后，掃描另一組子場，等等。多站方法具有如下優(yōu)點由于一組子場中包含的并因此相干的幾個子場是被按照針對這一單組子場的序列掃描的，因此能夠立即重建粒子分布量。而利用所述的第一種方法，在針對一組子場重建粒子分布量所需的子場被掃描之前流逝了更大的時間段。當(dāng)然，連續(xù)移動第一子區(qū)未必導(dǎo)致從一個子場向另一個子場移動第一子區(qū)。無論子場結(jié)構(gòu)如何，都可以連續(xù)移動第一子區(qū)。例如，可以設(shè)想，連續(xù)移動第一子區(qū)，以逐條線地掃描視場或包括幾個感興趣子場的感興趣場，其中單條線包括幾個子場。
根據(jù)另一實施例，視場包括若干子場，其中該組低分辨率探測信號取決于所有子場的磁化強(qiáng)度。這是通過控制聚焦場信號發(fā)生器單元和驅(qū)動場信號發(fā)生器單元從而進(jìn)行覆蓋整個視場并因此覆蓋視場中所包含的所有子場的一個單次掃描來實現(xiàn)的。換言之由快速低分辨率掃描覆蓋整個視場。利用磁驅(qū)動場對單個子場進(jìn)行編碼以便在個體子場區(qū)域上移動第一子區(qū)或FFP。有利地，磁驅(qū)動場具有高驅(qū)動場頻率和低驅(qū)動場幅度。子場的重新定位是利用磁聚焦場實現(xiàn)的，其中可以逐步或連續(xù)進(jìn)行重新定位。有利地，磁聚焦場具有低聚焦場頻率和高聚焦場幅度。這一措施具有如下優(yōu)點利用一個單次掃描記錄磁性粒子或納米粒子在每個單個子場之內(nèi)的空間分布。于是，消除高分辨率數(shù)據(jù)中的上述失真所需的低分辨率數(shù)據(jù)是可用的。因此，如有必要，可以考慮任何任意子場作為相鄰子場。由此，必須要作為相鄰子場進(jìn)行考慮的具體子場位于覆蓋感興趣對象的感興趣場內(nèi)部還是外部是無關(guān)緊要的。
根據(jù)另一實施例，視場包括若干感興趣子場，其中該組高分辨率探測信號取決于所有感興趣子場的磁化強(qiáng)度。這也是通過控制聚焦場信號發(fā)生器單元和驅(qū)動場信號發(fā)生器單元從而進(jìn)行覆蓋整個感興趣場并因此覆蓋感興趣場中所包含的所有感興趣子場的一個單次掃描來實現(xiàn)的。根據(jù)以上對應(yīng)于該組低分辨率探測信號的解釋，利用磁驅(qū)動場對單個感興趣子場進(jìn)行編碼，并利用磁聚焦場實現(xiàn)感興趣子場的重新定位。這一措施具有如下優(yōu)點利用一個單次掃描記錄磁性納米粒子在每個單個感興趣子場之內(nèi)的空間分布。于是，針對每個感興趣子場的高分辨率數(shù)據(jù)是可用的。
根據(jù)優(yōu)選實施例，控制單元適于控制驅(qū)動場信號發(fā)生器單元和接收單元，以便首先采集該組低分辨率探測信號，并隨后采集該組高分辨率探測信號。根據(jù)這一措施，在高分辨率掃描之前進(jìn)行快速低分辨率掃描。如果對于低分辨率掃描和對于高分辨率掃描，考慮在每種情況下都相關(guān)的所有子場，則在感興趣場的高分辨率掃描之前進(jìn)行整個視場的快速低分辨率掃描。通常，感興趣場是視場的子體積。由于低分辨率掃描是預(yù)先進(jìn)行的，因此隨后的高分辨率掃描可能感興趣的信息是可用的。例如，這允許進(jìn)行適于外部環(huán)境的高分辨率掃描，使得利用高分辨率掃描采集的高分辨率探測信號的質(zhì)量更好或?qū)崿F(xiàn)了時間的節(jié)省。有利地，除了驅(qū)動場信號發(fā)生器單元之外，控制單元還以適當(dāng)方式控制聚焦場信號發(fā)生器單元和/或選擇場信號發(fā)生器單元，從而可以首先采集第一組低分辨率探測信號并隨后采集該組高分辨率探測信號。
根據(jù)優(yōu)選實施例，視場包括若干感興趣子場，其中重建單元包括子場識別單元，其用于識別至少一個感興趣子場和/或用于識別均包括在感興趣場中的至少一個相鄰子場。 有利地，根據(jù)利用低分辨率掃描采集的該組低分辨率探測信號識別感興趣子場和/或相鄰子場。還可以設(shè)想進(jìn)行特別調(diào)整的調(diào)查掃描。與低分辨率掃描相比，這樣的調(diào)查掃描具有更低分辨率，因此能夠在更少時間內(nèi)進(jìn)行。由子場識別單元并因此由MPI裝置自動進(jìn)行子場的識別。根據(jù)對象信息，更確切地說根據(jù)關(guān)于感興趣對象的信息，識別子場。由此，對于低分辨率掃描而言，評估低分辨率探測信號。例如，如果子場與示出相當(dāng)?shù)头直媛侍綔y信號行為的其他子場相干，則該子場適于作為感興趣子場。作為補充，可以使用額外的信息以識別感興趣子場。在本來就已知要檢查的對象的種類的情況下，可以考慮預(yù)定義的信息。例如，這樣的預(yù)定義的信息可以表示或表征原則上的要檢查的對象的形狀或適于識別要檢查的對象的任何其他特定性質(zhì)。例如，對于人體的一部分而言，考慮預(yù)定義的信息是適當(dāng)?shù)模?例如應(yīng)當(dāng)檢查心臟。
有利地，識別所有感興趣子場并因此識別感興趣場。于是，識別視場之內(nèi)應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行高分辨率掃描的感興趣場，從而允許節(jié)省采集高分辨率探測信號的時間，因為高分辨率掃描只限于感興趣場。有利地，將布置于感興趣場外部且覆蓋另一對象的子場識別為相鄰子場。該另一對象不應(yīng)與感興趣對象相干，或應(yīng)當(dāng)表示與感興趣對象直接緊鄰但與其分離的對象。識別相鄰子場有助于節(jié)省計算能力，因為不考慮重建未覆蓋另一對象的相鄰子場的粒子分布量。在高分辨率掃描之前進(jìn)行低分辨率掃描的情況下，識別子場是特別有利的。
此外，根據(jù)該組低分辨率探測信號，可以重建粒子分布量。可以將這一量用于在監(jiān)視器上顯示感興趣對象，從而允許MPI裝置的操作者修改由子場識別單元識別的感興趣場。操作者還能夠使用所顯示的對象進(jìn)行定位，尤其是用于相對于視場定位患者。還可以設(shè)想重建僅表示或表征感興趣對象的輪廓的量并因此僅顯示這一輪廓而非顯示完整的對象。
在重建單元不包括子場識別單元的情況下，可以設(shè)想根據(jù)該組低分辨率探測信號重建粒子分布量，其中這一量用于在監(jiān)視器上顯示感興趣對象或至少這一對象的輪廓。在這種情況下，由操作者手動界定感興趣場并定位感興趣對象。
上述解釋表明，在沒有來自其他模態(tài)的解剖學(xué)信息可用時，可以將該組低分辨率探測信號用于患者定位并用于界定要利用高分辨率掃描來掃描的感興趣區(qū)域。
根據(jù)另一實施例，控制單元適于控制驅(qū)動場信號發(fā)生器單元和接收單元，以便以交織的方式采集該組低分辨率探測信號和該組高分辨率探測信號。這是用于采集兩組探測信號的非常節(jié)省時間的方法。例如，可以如下地以交織的方式采集兩組探測信號對于第一子場，相繼進(jìn)行包括低分辨率掃描和高分辨率掃描的兩次掃描。原則上，可以按照任意次序進(jìn)行兩次掃描，不過，有利地，首先進(jìn)行低分辨率掃描，接著是高分辨率掃描。這一次序例如允許針對外部環(huán)境調(diào)整高分辨率掃描。在針對第一子場完成低分辨率探測信號和高分辨率探測信號的采集之后，針對第二子場進(jìn)行低分辨率掃描和高分辨率掃描，接著是針對第三子場的掃描，等等。有利地，逐行或逐列進(jìn)行兩組探測信號的采集，其中針對行或列的所有子場進(jìn)行低分辨率掃描或高分辨率掃描，接著針對下一行或列的所有子場進(jìn)行低分辨率或高分辨率掃描。有利地，針對特定子場進(jìn)行的低分辨率掃描不僅覆蓋特定子場，而且覆蓋與特定子場相鄰的相鄰子場。因此，低分辨率掃描還覆蓋特定子場周圍的區(qū)域。
根據(jù)另一實施例，該組高分辨率探測信號包括高分辨率探測信號的若干子集，每個子集被分配給個體感興趣子場，其中，該組低分辨率探測信號包括低分辨率探測信號的若干子集，每個子集被分配給個體相鄰子場，其中，所述重建單元適于針對特定感興趣子場重建個體粒子分布量，其中，所述個體粒子分布量取決于分配給所述特定感興趣子場的高分辨率探測信號的子集和分配給與所述特定感興趣子場相鄰的相鄰子場的低分辨率探測信號的子集。因此，粒子分布量是若干個體粒子分布量的混合。這一措施確保了最佳地消除重建粒子分布量中的失真和重建圖像中的偽影。這是通過有利地考慮適于作為低頻貢獻(xiàn)來源的、與特定感興趣子場相鄰的所有相鄰子場來實現(xiàn)的。
根據(jù)另一實施例，該裝置還包括存儲單元，其用于存儲表征裝置的低分辨率系統(tǒng)函數(shù)的第一組系統(tǒng)數(shù)據(jù)和表征裝置的高分辨率系統(tǒng)函數(shù)的第二組系統(tǒng)數(shù)據(jù)。通常，通過在進(jìn)行實際測量以確定用于重建粒子分布量的一組探測信號之前及時進(jìn)行校準(zhǔn)測量，來采集一組系統(tǒng)數(shù)據(jù)。利用所述校準(zhǔn)測量，確定所謂的系統(tǒng)函數(shù)。所述系統(tǒng)函數(shù)建立要檢查的對象中所包含的磁性粒子的空間位置與頻率響應(yīng)并因此與利用接收模塊采集的探測信號之間的關(guān)系。該系統(tǒng)函數(shù)固有地描述MPI掃描器的性質(zhì)，尤其是由空載線圈生成的場的性質(zhì)， 以及所用的造影劑的性質(zhì)。必須要為線圈和造影劑的設(shè)置進(jìn)行一次校準(zhǔn)測量。如前所述， MPI裝置或掃描器具有高分辨率探測模式和低分辨率探測模式。在兩種探測模式中，使用不同的軌跡來采集探測信號。因此必須要確定兩個不同組的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。利用使用低分辨率軌跡的第一校準(zhǔn)測量確定第一組系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并利用使用高分辨率軌跡的第二校準(zhǔn)測量確定第二組系統(tǒng)數(shù)據(jù)?；蛘?，代替進(jìn)行校準(zhǔn)測量來確定所述組系統(tǒng)數(shù)據(jù)，也可以利用例如基于模型的方法來計算這些數(shù)據(jù)。計算所述組系統(tǒng)數(shù)據(jù)比通過進(jìn)行校準(zhǔn)測量來測量該組系統(tǒng)數(shù)據(jù)耗時更少。尤其是對于表征裝置低分辨率系統(tǒng)函數(shù)的第一組系統(tǒng)數(shù)據(jù)，計算該組系統(tǒng)數(shù)據(jù)是一種可能。
如前所述，要使用MPI系統(tǒng)檢查的對象必須包含磁性粒子。如果對象是動物或患者，通過施用含這種磁性粒子的造影劑，所述磁性粒子進(jìn)入對象或身體中。因此，身體之內(nèi)的磁性粒子的分布也可以被認(rèn)為是造影劑的分布。
在上文和下文的解釋中，同義地使用術(shù)語“子體積”和“子場”。同樣情況適用于包含術(shù)語“體積”和“場”的其他組合式術(shù)語，例如“感興趣場”和“感興趣體積”。這未必暗示術(shù)語“場”僅代表三維對象。術(shù)語“場”應(yīng)該也覆蓋二維對象。


本發(fā)明的這些和其他方面將從下文描述的各實施例變得顯而易見并參考其加以闡述。在以下附圖中
圖1示出了 MPI裝置的第一實施例；
圖2示出了由圖1所示的裝置產(chǎn)生的選擇場圖樣的示例；
圖3示出了 MPI裝置的第二實施例；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的MPI裝置的方框圖5示出了圖示出對沿ζ方向的中心線的ID FFP運動的不同諧波下的理想系統(tǒng)函數(shù)響應(yīng)的圖6示意性示出了視場中包含的平面；以及
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的MPI方法的流程圖。
具體實施方式
在解釋本發(fā)明的細(xì)節(jié)之前，應(yīng)當(dāng)參考圖1到圖4詳細(xì)解釋磁性粒子成像的基本知識。具體而言，將描述用于醫(yī)學(xué)診斷的MPI掃描器的兩個實施例。還給出了數(shù)據(jù)采集的非正式描述。將指出兩個實施例之間的相似性和差異。
圖1中所示的MPI掃描器的第一實施例10具有三個突出的共軸平行圓形線圈對 12、14、16，每一對如圖1中所示那樣布置。這些線圈對12、14、16用于生成選擇場以及驅(qū)動場和聚焦場。這三個線圈對12、14、16的軸18、20、22相互正交，并且在標(biāo)示為MPI掃描器 10的等中心M的單個點中相交。此外，這些軸18、20、22用作附著于等中心M的笛卡爾 x-y-z坐標(biāo)系的軸。垂直軸20被指定為y軸，因此1和ζ軸是水平的。線圈對12、14、16也以其軸命名。例如，y線圈對14是由掃描器頂部和底部的線圈形成的。此外，具有正(負(fù)) y坐標(biāo)的線圈被稱為y+線圈(y_線圈)，其余線圈類似。
可以將掃描器10設(shè)置成引導(dǎo)預(yù)定的時間相關(guān)電流通過這些線圈12、14、16中的每一個并沿任一方向。如果在沿線圈的軸觀看時電流繞該線圈沿順時針方向流動，將認(rèn)為電流是正的，否則是負(fù)的。為了生成靜態(tài)選擇場，使恒定的正電流Is流經(jīng)Z+線圈，使電流-Is 流經(jīng)z_線圈。然后ζ線圈對16充當(dāng)反平行圓形線圈對。
在圖2中由場線50表示通常為梯度磁場的磁選擇場。它在生成選擇場的ζ線圈對16的(例如水平的)ζ軸22的方向上具有基本恒定的梯度，并且在這個軸22上的等中心M中達(dá)到零值。從這個無場點(圖2中未單獨示出)開始，由場線50表征的磁選擇場的場強(qiáng)隨著距無場點的距離增大而在全部三個空間方向上增大。在由等中心M周圍的虛線表示的第一子區(qū)或區(qū)域52中，場強(qiáng)很小，以致該第一子區(qū)52中存在的粒子的磁化強(qiáng)度不飽和，而(區(qū)域52外部的)第二子區(qū)M中存在的粒子的磁化強(qiáng)度處于飽和狀態(tài)。掃描器的視場觀的第一子區(qū)52優(yōu)選是空間相干區(qū)域。第一子區(qū)52中包含的無場點也是這樣。第一子區(qū)52也可以是點狀區(qū)域、線或平面區(qū)域。在第二子區(qū)M中(即在掃描器的視場觀的第一子區(qū)52外部的剩余部分中)，選擇場的磁場強(qiáng)度充分強(qiáng)，以將磁性粒子保持在飽和狀態(tài)中。
通過改變兩個子區(qū)5254在視場28內(nèi)的位置，視場28中的(總體)磁化強(qiáng)度發(fā)生變化。通過測量視場觀中的磁化強(qiáng)度或被磁化強(qiáng)度影響的物理參數(shù)，可以獲得關(guān)于視場28中磁性粒子的空間分布的信息。為了改變兩個子區(qū)5254在視場觀中的相對空間位置， 在視場28或至少視場28的一部分中向由場線50表征的選擇場疊加其他磁場，即磁驅(qū)動場以及必要情況下的磁聚焦場。
為了生成驅(qū)動場，使時間相關(guān)電流Id1流經(jīng)兩個χ線圈12，使時間相關(guān)電流Id2流經(jīng)兩個y線圈14，并且使時間相關(guān)電流I1V流經(jīng)兩個ζ線圈16。由此，三個線圈對的每個都充當(dāng)平行圓形線圈對。類似地，為了生成聚焦場，使時間相關(guān)電流If1流經(jīng)兩個χ線圈12， 使電流If2流經(jīng)兩個y線圈14，并且使電流If3流經(jīng)兩個ζ線圈16。
應(yīng)當(dāng)指出，ζ線圈對16是特殊的其不僅生成驅(qū)動場和聚焦場的其份額，而且生成選擇場。流經(jīng)Zi線圈的電流為Id3+If3+Is。流經(jīng)其余兩個線圈對12、14的電流為IDk+IFk，k =1、2。因為它們的幾何結(jié)構(gòu)和對稱性，三個線圈對12、14、16良好解耦。這是所希望的。
由反平行圓形線圈對生成的選擇場關(guān)于ζ軸是旋轉(zhuǎn)對稱的，并且在等中心M周圍的相當(dāng)大的體積中，選擇場的ζ分量在ζ上接近線性并獨立于χ和y。具體而言，選擇場在等中心處具有單個無場點(FFP)。相反，由平行圓形線圈對生成的對驅(qū)動場和聚焦場的貢獻(xiàn)在等中心M周圍的相當(dāng)大的體積中是空間上接近均勻的并平行于相應(yīng)線圈對的軸。由全部三個平行圓形線圈對聯(lián)合生成的驅(qū)動場和聚焦場在空間上接近均勻，并且可以被賦予任何方向和強(qiáng)度，直到某一最大強(qiáng)度。驅(qū)動場和聚焦場也是時間相關(guān)的。聚焦場和驅(qū)動場之間的差異在于，聚焦場在時間上緩慢變化且具有大振幅，而驅(qū)動場快速變化且具有小振幅。 以不同方式處理這些場有著物理和生物醫(yī)學(xué)的理由。具有大振幅的快速變化的場會難以生成且對患者是危險的。
MPI掃描器10具有額外至少一對——優(yōu)選額外三對——平行圓形線圈，同樣沿著 x、y和ζ軸取向。圖1中未示出的這些線圈對用作接收線圈。如用于驅(qū)動場和聚焦場的線圈對12、14、16那樣，由流經(jīng)這些接收線圈對之一的恒定電流生成的磁場在視場內(nèi)是空間上接近均勻的并平行于相應(yīng)線圈對的軸。接收線圈應(yīng)當(dāng)是良好解耦的。在接收線圈中感應(yīng)出的時間相關(guān)電壓被附接到這個線圈的接收器放大和采樣。更確切地說，為了應(yīng)對這個信號的巨大動態(tài)范圍，接收器對接收的信號和參考信號之間的差異進(jìn)行采樣。從DC直到預(yù)期信號水平降到噪聲水平之下的點，接收器的傳遞函數(shù)都是非零的。
圖1所示的MPI掃描器10具有沿ζ軸22——即沿選擇場的軸的圓柱形膛26。所有線圈都放置在這個膛沈之外。為了進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將要成像(或處置)的患者(或?qū)ο?放置在膛沈中，使得患者的感興趣體積——應(yīng)當(dāng)成像(或處置)的患者(或?qū)ο?的體積——被掃描器的視場觀——掃描器能夠?qū)ζ鋬?nèi)含物成像的掃描器體積——包圍。患者 (或?qū)ο?例如放置在患者臺上。視場觀在幾何上是膛沈內(nèi)部的簡單的等中心體積，例如立方體、球或圓柱。圖1中示出了立方體視場觀。
第一子區(qū)52的尺寸一方面取決于磁選擇場的梯度的強(qiáng)度，另一方面取決于飽和所需的磁場的場強(qiáng)。為了使磁性粒子在80A/m的磁場強(qiáng)度和總計50X IO3AAi2的磁選擇場的場強(qiáng)的梯度(在給定空間方向上)下充分飽和，其中的粒子磁化未飽和的第一子區(qū)52具有大約Imm的尺度(在給定空間方向上)。
患者的感興趣體積應(yīng)當(dāng)包含磁性納米粒子。尤其是在例如腫瘤的治療和/或診斷性處置之前，例如，利用注射到患者(對象)體內(nèi)或以其他方式施用(例如口服)給患者的含磁性粒子的液體，將磁性粒子定位在感興趣體積中。含磁性粒子的液體被稱為造影劑。
磁性粒子的實施例例如包括例如玻璃的球形基質(zhì)，其具備厚度例如為5nm且由例如鐵鎳合金(例如坡莫合金)構(gòu)成的軟磁層。例如，可以利用涂層覆蓋這一層，其保護(hù)粒子不受化學(xué)和/或物理侵蝕性環(huán)境——例如酸的影響。使這種粒子的磁化飽和所需的磁選擇場50的磁場強(qiáng)度取決于各種參數(shù)，例如粒子的直徑、為磁層使用的磁性材料和其他參數(shù)。
在例如直徑為10 μ m的情況下，會需要大約800A/m的磁場(大致對應(yīng)于ImT的通量密度)，而對于100 μ m的直徑，80A/m的磁場就足夠了。在選擇具有更低飽和磁化強(qiáng)度的材料的涂層或在減小層的厚度時，獲得更小的值。可以在市場上買到商標(biāo)名稱為Resovist 的一般能夠使用的磁性粒子。
對于一般可用的磁性粒子和粒子組成的更多細(xì)節(jié)，在此援引EP1304542、WO 2004/091386、WO 2004/091390、WO 2004/091394、W02004/091395、WO 2004/091396、WO 2004/091397、WO 2004/091398、W02004/091408的對應(yīng)部分，在此以引用的方式將其并入。在這些文獻(xiàn)中，還可以找到一般的MPI方法的更多細(xì)節(jié)。
數(shù)據(jù)采集開始于時間ts且結(jié)束于時間te。在數(shù)據(jù)采集期間，X、y和ζ線圈對12、 14、16生成位置和時間相關(guān)的磁場，S卩外加場。這是通過引導(dǎo)適當(dāng)電流通過線圈實現(xiàn)的。實際上，驅(qū)動場和聚焦場到處推動選擇場，使得FFP沿著描繪出掃描體積的預(yù)選FFP軌跡移動，該掃描體積是視場的超集。外加場對患者體內(nèi)的磁性納米粒子進(jìn)行取向。在外加場變化時，所得的磁化強(qiáng)度也改變，盡管其對外加場的響應(yīng)是非線性的。變化的外加場和變化的磁化強(qiáng)度之和在沿著&軸的接收線圈對的端子兩端感應(yīng)出時間相關(guān)電壓Vk。相關(guān)聯(lián)的接收器將這個電壓轉(zhuǎn)換成信號，接收器對其采樣并輸出。
有利的是在與磁驅(qū)動場變化的頻帶不同的另一頻帶(偏移到更高頻率)中從位于第一子區(qū)52中的磁性粒子接收或探測信號。這是可能的，因為由于磁化特性的非線性，掃描器的視場觀中的磁性粒子的磁化改變，從而出現(xiàn)磁驅(qū)動場頻率的較高諧波的頻率分量。
圖3示出了 MPI掃描器30的第二實施例。像圖1中所示的第一實施例那樣，MPI 掃描器30的第二實施例具有三個圓形且互相正交的線圈對32、34、36，但這些線圈對32、 34、36僅生成選擇場和聚焦場。同樣生成選擇場的ζ線圈36被填充以鐵磁材料37。本實施例30的ζ軸42垂直取向，而χ軸38和y軸40水平取向。掃描器的膛46平行于χ軸38， 并因此垂直于選擇場的軸42。膛46包含視場觀。驅(qū)動場由沿χ軸38的螺線管(未示出) 和沿兩個其余軸40、42的鞍形線圈(未示出)對生成。繞著形成膛的管道纏繞這些線圈。 驅(qū)動場線圈還用作接收線圈。通過高通濾波器發(fā)送由接收線圈拾取的信號，該高通濾波器抑制由外加場導(dǎo)致的貢獻(xiàn)。
給出這種實施例的一些典型參數(shù)選擇場的ζ梯度G具有強(qiáng)度G/μ ^ = 2. 5T/m, 其中μ ^為真空磁導(dǎo)率。生成的選擇場隨時間根本不變化，或者變化相當(dāng)緩慢，優(yōu)選介于大約IHz和大約IOOHz之間。驅(qū)動場的時間頻率譜集中于25kHz附近的窄帶中(直到大約 IOOkHz)。接收信號的有用頻譜位于50kHz和IMHz之間(最后直到大約IOMHz)。膛具有 120mm的直徑。配合到膛46中的最大立方體具有120mm/V^ ~84mm的邊長。
如以上實施例中所示，可以由相同線圈對的線圈并通過為這些線圈提供適當(dāng)生成的電流來生成各種磁場。不過，且尤其是為了以更高信噪比解釋信號，在時間上恒定(或準(zhǔn)恒定)的選擇場和時間上可變的驅(qū)動場和聚焦場是由分離的線圈對生成的時，可能是有利的。通常，可以將亥姆霍茲型線圈對用于這些線圈，它們例如一般是從具有開放磁體的磁共振裝置(開放MRI)領(lǐng)域已知的，在該磁共振裝置中射頻(RF)線圈位于感興趣區(qū)域上方和下方，所述RF線圈對能夠生成時間上可變的的磁場。因此，在此不必再詳述這種線圈的構(gòu)造。
在用于生成選擇場的替代實施例中，可以使用永久磁鐵(未示出)。在這種(相對的)永久磁鐵(未示出)的兩個極之間的空間中，形成有類似于圖2所示的磁場的磁場，亦即，在相對的磁極具有相同極性時生成的磁場。在另一替代實施例中，可以通過混合至少一個永久磁鐵和至少一個線圈來生成選擇場。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的MPI裝置100的大致方框圖。裝置100能夠影響和/或探測視場觀中的磁性粒子。所述磁性粒子包含在對象中，其中對象可能是人或動物體。除非另作說明，上文解釋的磁性粒子成像和磁共振成像的一般原理對于本實施例也是有效且適用的。
裝置100具有至少兩種探測磁性粒子的不同探測模式，包括高分辨率探測模式和低分辨率探測模式。對于本發(fā)明而言，控制單元150選擇適當(dāng)?shù)奶綔y模式并生成對應(yīng)的控制信號。雖然如此，裝置100的操作者仍然有可能根據(jù)其需求，例如使用輸入單元158選擇探測模式。但因為這不是本發(fā)明的基本點，因此將不會進(jìn)一步討論這個問題。
圖4中所示的裝置100的實施例包括一組用于生成期望磁場的各種線圈。首先， 將解釋線圈和它們在MPI模式中的功能。
為了生成上文所解釋的磁(梯度)選擇場，提供了包括一組選擇場(SF)線圈 116——優(yōu)選包括至少一對線圈元件的選擇模塊。選擇模塊還包括選擇場信號發(fā)生器單元 110。優(yōu)選地，為該組選擇場線圈116中的每個線圈元件(或每對線圈元件)提供分離的發(fā)生器子單元。所述選擇場信號發(fā)生器單元110包括可控的選擇場電流源112( —般包括放大器)和濾波器單元114，其為相應(yīng)部分的場線圈元件提供選擇場電流，以單獨設(shè)置期望方向上的選擇場的梯度強(qiáng)度。優(yōu)選地，提供DC電流。如果將選擇場線圈元件布置為相對的線圈，例如在視場的相對的側(cè)上，則優(yōu)選將相對的線圈的選擇場電流相反地取向。利用所述選擇模塊，在視場觀中形成磁選擇場，其具有其磁場強(qiáng)度的空間圖樣，使得第一子區(qū)52具有低的磁場強(qiáng)度，而第二子區(qū)M具有更高的磁場強(qiáng)度，如圖2所示。
選擇場信號發(fā)生器單元110由控制單元150控制，該控制單元優(yōu)選控制選擇場電流生成110，從而將選擇場所有空間部分的場強(qiáng)之和以及梯度強(qiáng)度之和維持在預(yù)定義水平。 在這樣做時，控制單元150根據(jù)探測模式控制選擇場發(fā)生單元110，其中，在低分辨率探測模式中，生成呈現(xiàn)出第一梯度強(qiáng)度的第一磁選擇場，而在高分辨率探測模式中，生成呈現(xiàn)出第二梯度強(qiáng)度的第二磁選擇場。第一梯度強(qiáng)度小于第二梯度強(qiáng)度。由此，利用了兩種效應(yīng)。 磁選擇場的小梯度強(qiáng)度獲得低分辨率和擴(kuò)大的掃描體積。主要地，由控制單元150控制選擇場信號發(fā)生器單元110中所包含的選擇場電流源112。
為了生成磁聚焦場，該裝置100還包括聚焦模塊，該聚焦模塊包括一組聚焦場 (FF)線圈，優(yōu)選包括三對相對布置的聚焦場線圈元件126a、U6b、126c。所述磁聚焦場一般用于改變作用區(qū)域的空間位置。換言之聚焦模塊允許在視場觀中所包含的任意子場上聚焦第一子區(qū)52。于是，盡管所定義的軌跡僅具有實質(zhì)界定個體子場的空間范圍的有限空間范圍，但能夠檢查對象，并因此針對比由所定義的軌跡指定的掃描體積更大的對象重建圖像。
聚焦場線圈由聚焦場信號發(fā)生器單元120控制，其優(yōu)選包括針對所述組聚焦場線圈中的每個線圈元件(或至少每對線圈元件)的分離的聚焦場信號生成子單元。所述聚焦場信號發(fā)生器單元120包括聚焦場電流源122(優(yōu)選包括電流放大器)和濾波器單元124， 用于向應(yīng)當(dāng)被用于生成磁聚焦場的所述子組線圈126a、U6b、126c中的相應(yīng)線圈提供聚焦場電流。聚焦場電流單元120也由控制單元150控制。主要地，由控制單元150控制聚焦場信號發(fā)生器單元120中所包含的聚焦場電流源122?？梢韵氲?，控制單元150適于控制聚焦場信號發(fā)生器單元120，以便將第一子區(qū)52從視場觀中所包含的第一子場連續(xù)移動到第二子場。否則，用多站方法移動第一子區(qū)。
為了生成磁驅(qū)動場，該裝置100還包括驅(qū)動模塊，該驅(qū)動模塊包括一子組驅(qū)動場 (DF)線圈，優(yōu)選包括三對相對布置的驅(qū)動場線圈元件136a、136b、136c。驅(qū)動場線圈由驅(qū)動場信號發(fā)生器單元130控制，其優(yōu)選包括針對所述組驅(qū)動場線圈中的每個線圈元件(或至少每對線圈元件)的分離的驅(qū)動場信號生成子單元。所述驅(qū)動場信號發(fā)生器單元130包括驅(qū)動場電流源132(優(yōu)選包括電流放大器)和濾波器單元134，用于向相應(yīng)驅(qū)動場線圈提供驅(qū)動場電流。驅(qū)動場電流源132適于生成AC電流，并且也由控制單元150控制。利用所述驅(qū)動模塊，可以借助磁驅(qū)動場改變兩個子區(qū)5254在視場觀中的空間位置，使得所述對象中包含的磁性粒子的磁化強(qiáng)度局部變化。主要地，由控制單元150控制驅(qū)動場信號發(fā)生器單元130中所包含的驅(qū)動場電流源132。
驅(qū)動場信號發(fā)生器單元130適于改變第一子區(qū)52沿所定義的軌跡的空間位置。在這樣做時，控制單元150適于根據(jù)探測模式控制驅(qū)動場信號發(fā)生器單元130，其中，在高分辨率探測模式中，空間位置沿著高分辨率軌跡改變，而在低分辨率探測模式中，空間位置沿著低分辨率軌跡改變。所定義的軌跡具有閉合利薩茹曲線的形式，其中，具有第一軌跡密度的第一閉合利薩茹曲線用作低分辨率軌跡，而具有第二軌跡密度的第二利薩茹曲線用作高分辨率軌跡。第一軌跡密度低于第二軌跡密度。
為了沿著所定義的軌跡移動FFP或沿著所定義的軌跡改變第一子區(qū)52的空間位置，變化的電流的序列必須要在驅(qū)動場線圈136a、136b、136c中流動。對于2D利薩茹曲線而言，利用正弦式驅(qū)動場電流控制驅(qū)動場線圈136a、136b、136c中的兩個。通過疊加兩個正交的諧波驅(qū)動場來生成2D利薩茹曲線。例如，控制在χ軸方向上生成磁驅(qū)動場的第一驅(qū)動場線圈和在y軸方向上生成磁驅(qū)動場的第二驅(qū)動場線圈。利用形式為久=Isin(CV)的第一驅(qū)動場電流控制第一驅(qū)動場線圈，其中t是第一驅(qū)動場幅度，ωχ是第一驅(qū)動場頻率。利用形式為Iy 的第二驅(qū)動場電流控制第二驅(qū)動場線圈，其中是第二驅(qū)動場幅度，是第二驅(qū)動場頻率。為了接收閉合利薩茹曲線，兩個驅(qū)動場頻率的頻率比必須是合理的。ωχ N + l有利地，兩個驅(qū)動場頻率滿足頻率比條件y = ^r t^閉合2D利薩茹曲線位于x-y平面之內(nèi)。當(dāng)然，可以由流經(jīng)對應(yīng)的驅(qū)動場線圈的適當(dāng)電流生成任何其他平面中的適當(dāng)?shù)拈]合2D 利薩茹曲線。有利地，通過創(chuàng)建適當(dāng)?shù)拇啪劢箞鲈讦品较蛏弦苿觴_y平面中存在的2D利薩如圖形，從而獲得3D軌跡。
低分辨率探測模式中使用的閉合利薩茹曲線的頻率比大于高分辨率探測模式中使用的閉合利薩茹曲線的頻率比。例如，選擇以下頻率比對于低分辨率探測模式中使用的ωχ 11ωχ 51利薩茹曲線為f = 5，而對于高分辨率探測模式中使用的利薩茹曲線為f = $。當(dāng)然，可以選擇任何其他有利的頻率比。
為了進(jìn)行信號探測，該裝置100還包括接收模塊，該接收模塊包括接收線圈148和信號接收單元140，該信號接收單元接收由所述接收線圈148探測的信號。所述信號接收單元140包括用于過濾接收到的探測信號的濾波器單元142。這種濾波的目的是將檢查區(qū)域中的磁化強(qiáng)度導(dǎo)致的實測值與其他干擾信號分離開，其中檢查區(qū)域中的磁化強(qiáng)度受到兩個部分區(qū)域52、54的位置改變的影響。為此，可以設(shè)計濾波器單元142，例如使得時間頻率小于操作接收線圈148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142。 然后通過放大器單元144向模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器146 (ADC)傳送這些信號。將由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器146產(chǎn)生的數(shù)字化信號饋送給重建單元152(也稱為圖像處理單元)。于是，利用接收模塊，探測信號被采集。所述探測信號取決于視場觀中的磁化強(qiáng)度，該磁化強(qiáng)度受到第一和第二子區(qū)5254空間位置改變的影響。所述探測信號以數(shù)字化形式被轉(zhuǎn)發(fā)到重建單元 152。
重建單元152根據(jù)從信號接收單元140接收的探測信號以及在利用接收模塊采集要處理的探測信號時第一部分區(qū)域52在檢查區(qū)域中占據(jù)的相應(yīng)位置，重建磁性粒子的空間分布。重建單元152從控制單元150獲得所述位置。最后通過控制單元150向計算機(jī)IM 傳送磁性粒子的重建的空間分布，計算機(jī)巧4在監(jiān)視器156上顯示該空間分布。于是，可以顯示示出了磁性粒子在檢查區(qū)域的視場中的分布的圖像。于是，利用重建單元152，根據(jù)探測信號確定表征磁性粒子在要檢查的對象的至少一部分之內(nèi)的空間分布的粒子分布量。通過控制單元150向計算機(jī)IM轉(zhuǎn)發(fā)該粒子分布量。
此外，提供輸入單元158，例如鍵盤。因此用戶能夠設(shè)置最高分辨率的期望方向， 并進(jìn)而在監(jiān)視器156上接收作用區(qū)域的相應(yīng)圖像。如果需要最高分辨率的關(guān)鍵方向偏離首先由用戶設(shè)置的方向，用戶仍然能夠手動改變方向，以便產(chǎn)生成像分辨率提高的另一圖像。 也可以由控制單元150和計算機(jī)154自動操作這種分辨率提高過程。本實施例中的控制單元150設(shè)置第一方向上的梯度場，其被自動估計或由用戶設(shè)置為起始值。然后逐步改變梯度場的方向，直到由此接收的圖像的分辨率最大——即不再提高為止，其中圖像的分辨率是由計算機(jī)154比較的。因此能夠發(fā)現(xiàn)——即自動調(diào)整最關(guān)鍵的方向，以便接收最高可能的分辨率。
該裝置100還包括存儲單元162，用于存儲表征裝置的低分辨率系統(tǒng)函數(shù)的第一組系統(tǒng)數(shù)據(jù)和表征裝置的高分辨率系統(tǒng)函數(shù)的第二組系統(tǒng)數(shù)據(jù)。必須要存儲兩組系統(tǒng)數(shù)據(jù)，因為有兩種不同的探測模式可以操作MPI裝置100。通過在進(jìn)行實際測量以采集用于重建粒子分布量的探測信號之前及時執(zhí)行校準(zhǔn)測量，來采集兩組系統(tǒng)數(shù)據(jù)中的每組。重建單元152包含子場識別單元160，用于識別視場觀之內(nèi)的感興趣子場和/或相鄰子場。因此有可能在視場觀之內(nèi)界定應(yīng)當(dāng)進(jìn)行對其高分辨率掃描的感興趣場。
根據(jù)本發(fā)明，該控制單元150適于根據(jù)探測模式控制信號接收單元140。在高分辨率探測模式中，采集一組高分辨率探測信號，其中該組高分辨率探測信號取決于至少一個感興趣子場的磁化強(qiáng)度。在低分辨率探測模式中，采集一組低分辨率探測信號，其中該組低分辨率探測信號取決于與該至少一個感興趣子場相鄰布置的至少一個相鄰子場的磁化強(qiáng)度。控制接收單元140意味著例如針對探測模式調(diào)整濾波器單元142的頻率特性和/或調(diào)整放大器單元144的放大特性和/或調(diào)整模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器146的采樣特性。利用重建單元152，重建出表征磁性粒子在至少一部分感興趣對象之內(nèi)的空間分布的粒子分布量，其中根據(jù)該組高分辨率探測信號和該組低分辨率探測信號重建粒子分布量。
除了接收單元140之外，控制單元150根據(jù)探測模式還控制驅(qū)動場信號發(fā)生器單元130和選擇場發(fā)生器單元110。
在計算機(jī)巧4上執(zhí)行計算機(jī)程序，其中，所述計算機(jī)程序包括令計算機(jī)巧4控制裝置100以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟的程序代碼段。
圖5示出了對沿ζ方向取向的FFP或第一子區(qū)52的垂直線軌跡的系統(tǒng)函數(shù)響應(yīng)的空間擴(kuò)展。具體而言，示出了從選定諧波提取的中央ID和2D切片。該系統(tǒng)函數(shù)建立要檢查的對象中所包含的磁性粒子的空間位置與頻率響應(yīng)并因此與利用接收模塊采集的探測信號之間的關(guān)系?？梢钥闯?，系統(tǒng)函數(shù)響應(yīng)不是完全局部化的。在低頻下，尤其是諧波 1到3，所述響應(yīng)并因此還有靈敏區(qū)域在橫向擴(kuò)展相當(dāng)大，而在較高頻率，尤其是諧波12和 25，所述響應(yīng)并因此還有靈敏區(qū)域位于接近FFP運動的線處。低頻分量的非局域化是來自高分辨率探測信號為所采集信號的特定子場外部的信號被拾取的原因。如果特定子場周圍的區(qū)域未被其他子場編碼，則不能正確地分配所拾取的信號。由所拾取的信號導(dǎo)致的該組高分辨率探測信號中的失真在重建圖像中造成了嚴(yán)重的偽影。
圖6示意性示出了 2D視場170，其中2D視場170表示視場觀中所包含的平面。 2D視場170由若干布置成行和列的子場構(gòu)成。為了清楚起見，為行標(biāo)記了字母A到I，為列標(biāo)記了數(shù)字1到6。因此，可以利用由字母和數(shù)字構(gòu)成的二元組識別每個單一子場，該二元組從“Al”開始，到“16”結(jié)束。
2D視場170覆蓋感興趣對象172，即要利用裝置100檢查的對象。2D視場170中覆蓋感興趣對象172的至少一部分的那些子場稱為感興趣子場。感興趣子場形成感興趣場 174。在本示例中，感興趣子場是子場C2、C3、C4、C5、D2、D3、D4、D5、E2、E3、E4和E5。利用裝置100，根據(jù)所述感興趣子場的磁化強(qiáng)度采集一組高分辨率探測信號。
除了感興趣對象172之外，2D視場170還覆蓋另一對象176。對于另一對象176， 不應(yīng)采集一組高分辨率探測信號。
通過對感興趣場174進(jìn)行高分辨率掃描采集與感興趣對象172對應(yīng)的一組高分辨率探測信號。根據(jù)應(yīng)當(dāng)采集高分辨率探測信號子集的特定感興趣子場，首先生成對應(yīng)的磁聚焦場，其在特定子場上——在本示例中在子場D3上——聚焦第一子區(qū)52。之后，在特定感興趣子場D3之內(nèi)沿所定義的軌跡178移動第一子區(qū)52或FFP。在完成針對特定子場 D3的高分辨率探測信號子集的采集之后，修改磁聚焦場，從而將第一子區(qū)52聚焦在接下來應(yīng)當(dāng)采集高分辨率探測信號子集的那個感興趣子場上，在目前的情況下為子場D4。由箭頭 180指示聚焦場的修改并因此指示從子場D3向子場D4移動第一子區(qū)52。交替重復(fù)修改聚焦場的步驟以及沿所定義的軌跡移動第一子區(qū)52或FFP的步驟，直到針對所有感興趣子場采集了相應(yīng)高分辨率探測信號子集為止。
圖6中所示的軌跡178僅僅是示范性的。軌跡178的路線不應(yīng)對例如流經(jīng)驅(qū)動場線圈136a、136b、136c以生成閉合利薩茹曲線的驅(qū)動場電流的頻率比產(chǎn)生任何限制性影響。
針對感興趣場174采集的該組高分辨率探測信號包含重建粒子分布量并因此重建表示感興趣對象172的圖像所需的適當(dāng)數(shù)據(jù)。不過，因為高分辨率探測信號的低頻分量中的貢獻(xiàn)，這一數(shù)據(jù)是失真的。所述貢獻(xiàn)源自特定感興趣子場的外部，即來自與特定子場相鄰的相鄰子場。由此，不僅要討論在感興趣場174外部布置的相鄰子場，而且要討論在感興趣場174內(nèi)部布置的相鄰子場。例如，對于特定的感興趣子場E4，子場D3、D4、D5、E3、E5、 F3、F4和F5是關(guān)于低頻分量中的所述貢獻(xiàn)的相鄰子場。于是，對于特定感興趣子場E4，存在八個相鄰子場，即四個正交相鄰子場D4、E3、E5和F4以及四個對角線相鄰子場D3、D5、F3 和F5。在特定子場位于2D視場170的邊緣上或2D視場170的角部的情況下，相鄰子場的數(shù)量更少。對于二維視場，正交相鄰子場與該特定感興趣子場具有公共邊緣，而對角線相鄰子場與特定感興趣子場僅有公共角部。用箭頭182指示與特定子場E4相鄰的子場，而為了清楚起見，僅標(biāo)記相鄰的正交子場。這將不會有任何限制性影響。
消除高分辨率探測信號或高分辨率數(shù)據(jù)中的失真所需的一組低分辨率探測信號或低分辨率數(shù)據(jù)是在低分辨率探測模式下采集的。該組低分辨率探測信號是利用覆蓋整個 2D視場170并因此覆蓋該場中所包含的所有子場的一個單次掃描采集的。雖然如此，還可以想到通過執(zhí)行適當(dāng)?shù)膾呙鑱韮H針對相鄰子場采集低分辨率探測信號。這樣的適當(dāng)掃描覆蓋例如感興趣場174和感興趣場174周圍緊鄰的子場。該組高分辨率探測信號是利用覆蓋整個感興趣場174并因此覆蓋該場中所包含的所有感興趣子場的一個單次掃描采集的。
該組高分辨率探測信號包括高分辨率探測信號的若干子集，每個子集被分配給個體感興趣子場。該組低分辨率探測信號包括低分辨率探測信號的若干子集。由于低分辨率探測信號是利用覆蓋整個2D視場170的掃描采集的，因此該組低分辨率探測信號包括針對每個子場的低分辨率探測信號的子集。于是，對于任意的特定感興趣子場，該組低分辨率探測信號在任何情況下都包含分配給與特定感興趣子場相鄰的對應(yīng)相鄰子場的低分辨率探測信號子集。
重建單元152適于針對特定感興趣子場，根據(jù)分配給該特定感興趣子場的高分辨率探測信號的那個子集和分配給該特定感興趣子場的那些相鄰子場的低分辨率探測信號的那些子集重建個體粒子分布量。因此，粒子分布量是若干個體粒子分布量的混合。假設(shè)感興趣子場E4是特定子場，為了確定針對這一特定子場的個體粒子分布量，考慮針對該特定子場E4采集的高分辨率探測信號的子集和針對相鄰子場D3、D4、D5、E3、E5、F3、F4和F5 采集的低分辨率探測信號的子集。因此，為了確定個體粒子分布量，考慮正交相鄰子場和對角線相鄰子場?；蛘?，可以設(shè)想僅考慮正交相鄰子場。利用這一措施，重建粒子分布量所需的時間會更少。在這種情況下，在上述示例中，僅考慮相鄰子場D4、E3、E5和F4。
如上所述，根據(jù)一組高分辨率探測信號和一組低分辨率探測信號確定粒子分布量。即使在該組低分辨率探測信號不包含針對所有感興趣子場的分配的低分辨率探測信號子集的情況下，這種方法也獲得適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果——甚至在對于任何感興趣子場都不存在分配的低分辨率探測信號子集并因此僅有分配給感興趣場周圍的子場的低分辨率信號子集的情況下?；趫D6，感興趣場174周圍的子場至少是附、82、83、84、85、86、(1、06、01、06、 E1、E6、F1、F2、F3、F4、F5*F6。當(dāng)然，感興趣場174中不包含的任何其他子場都是周圍子場。
在缺失低分辨率探測信號子集的情況下，利用迭代方法重建粒子分布量。下文針對具有兩個感興趣子場的格局解釋這種迭代方法。這不應(yīng)有任何限制性影響。當(dāng)然，可以將迭代方法應(yīng)用于具有任意數(shù)量感興趣子場的格局。
在第一迭代步驟中，針對兩個感興趣子場中的一個，在磁性粒子在另一感興趣子場之內(nèi)的空間分布為零的假設(shè)下，重建個體粒子分布量。這一重建的個體粒子分布量是針對分配給一個感興趣子場的低分辨率探測信號子集的近似。在第二迭代步驟中，將這一重建的個體粒子分布量用于重建針對另一感興趣子場的個體粒子分布量。這一重建的個體粒子分布量是針對分配給另一感興趣子場的低分辨率探測信號子集的近似。這一重建的個體粒子分布量用于重建針對一個子場的另一個體粒子分布量。將這個過程迭代若干次獲得了高質(zhì)量的粒子分布量。
在這一點上，將解釋用于掃描子場的多站方法和另一種方法。為此目的，考慮利用覆蓋整個2D視場170的掃描采集低分辨率探測信號。這不應(yīng)有任何限制性影響。以下解釋對于任何其他任意組子場也是有效的。執(zhí)行多站方法，例如掃描六組子場。從包含子場 Al、A2、A3、Bi、B2、B3、Cl、C2、C3的第一組子場開始，接著是包含子場Dl、D2、D3、EU E2、 E3、F1、F2、F3的第二組子場，接著是包含子場G1、G2、G3、H1、H2、H3、II、12、13的第三組子場，接著是包含子場A4、A5、A6、B4、B5、B6、C4、C5、C6的第四組子場，接著是包含子場D4、 D5、D6、E4、E5、E6、F4、F5、F6 的第五組子場，接著是包含子場 G4、G5、G6、H4、H5、H6、14、15、 16的第六組子場。而對于從一個子場向另一個子場連續(xù)移動第一子區(qū)的方法，例如按照如下次序掃描子場A1、A2、A3、A4、A5、A6、B6、B5、B4、B3、B2、Bi、Cl、C2、C3、C4、C5、C6、D6、 D5, ......16。
由于在圖6中進(jìn)行圖示的原因，相對于2D結(jié)構(gòu)進(jìn)行上文關(guān)于2D視場170、感興趣場174和感興趣對象172的解釋。不過，這些解釋對于3D場和對象是相應(yīng)有效的。對于三維視場，正交相鄰子場與特定感興趣子場具有公共表面，而對角線相鄰子場與特定感興趣子場僅有公共邊緣。
被識別為感興趣子場的子場形成感興趣場。不過，感興趣場之內(nèi)包含的感興趣子場同時是相鄰子場。例如，對于特定感興趣子場E4而言，感興趣子場D3、D4、D5、E3和E5是相鄰子場。
有利地，僅將與特定感興趣子場相鄰布置且覆蓋感興趣對象的至少一部分或另一對象的至少一部分的子場識別為相鄰子場。這一措施獲得了粒子分布量重建的時間節(jié)省。 不過，這不應(yīng)對本發(fā)明造成任何限制性影響。當(dāng)然，可以將與特定感興趣子場相鄰布置的任何子場識別為相鄰子場，不論這一相鄰子場覆蓋感興趣對象一部分或另一對象的一部分與否。
此外，不僅可以將與特定感興趣子場緊鄰布置的子場識別為相鄰子場，而且可以將遠(yuǎn)離特定感興趣子場布置但覆蓋另一對象的至少一部分的子場識別為相鄰子場。例如， 對于特定感興趣子場E4而言，可以額外將子場G3、G4和G5識別為相鄰子場。同樣情況適用于遠(yuǎn)離特定感興趣子場布置的感興趣子場。例如，對于特定感興趣子場E4而言，可以將感興趣子場C4識別為相鄰子場。考慮遠(yuǎn)離特定感興趣子場布置的相鄰子場獲得了高質(zhì)量的粒子分布量。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例的流程圖。在步驟200中，進(jìn)行第一校準(zhǔn)測量，以確定用于低分辨率探測模式的第一系統(tǒng)函數(shù)。在存儲單元162中存儲對應(yīng)的第一組系統(tǒng)數(shù)據(jù)。在步驟202中，進(jìn)行第二校準(zhǔn)測量，以確定用于高分辨率探測模式的第二系統(tǒng)函數(shù)。也在存儲單元162中存儲對應(yīng)的第二組系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
在步驟204中，利用覆蓋整個視場觀并因此覆蓋該場中所包含的所有子場的一個單次掃描采集一組低分辨率探測信號。為此目的，將視場觀細(xì)分為若干平面，像圖6中所示那樣。如結(jié)合圖6所解釋的那樣掃描所述若干平面?？梢詫⑺杉脑摻M低分辨率探測信號用于定位要檢查的對象并規(guī)劃感興趣場174。這可以自動地或基于由裝置100的操作者給出的輸入來完成。
在步驟206中，利用覆蓋整個感興趣場174的一個單次掃描采集一組高分辨率探測信號。也將感興趣場174細(xì)分為若干平面，并可以相應(yīng)地使用用于如結(jié)合掃描視場觀所解釋的那樣進(jìn)行掃描的方法。根據(jù)圖7中的圖示，首先采集該組低分辨率探測信號，并隨后采集該組高分辨率探測信號。這不應(yīng)對本發(fā)明造成任何限制性影響。當(dāng)然，控制單元150 可以適于控制驅(qū)動場信號發(fā)生器單元130和接收單元140，以便以交織的方式采集該組低分辨率探測信號和該組高分辨率探測信號。
在步驟208中，根據(jù)該組高分辨率探測信號和該組低分辨率探測信號重建粒子分布量。為此目的，使用從下式開始的如下方法
Sh=Gh-Ch 。(1)
在方程(1)中，4表示所采集的高分辨率探測信號，&表示針對高分辨率探測模式的系統(tǒng)函數(shù)，是表示感興趣對象172之內(nèi)的磁性粒子空間分布的未知粒子分布量，其中 c*H因源自相鄰子場的低頻貢獻(xiàn)而是失真的。&包括高分辨率探測信號的若干子集，每個子集被分配給個體感興趣子場。這不應(yīng)對本發(fā)明造成任何限制性影響。當(dāng)然，&可以包括與視場中所包含的子場一樣多的子集。在適當(dāng)?shù)姆绞街?，包括分配給個體子場的個體粒子分布量。這些解釋對于下文使用的對應(yīng)變量或量也是有效的。
可以將方程(1)重寫為
Sh = Gh · Ch+Gn · Cno (2)
Ch是表示感興趣對象172之內(nèi)的磁性粒子空間分布的未知粒子分布量，其中消除了因源自相鄰子場的低頻貢獻(xiàn)而產(chǎn)生的失真。Cn表示由所述低頻貢獻(xiàn)導(dǎo)致的粒子分布量(Th 中的量。由于Cn表示磁性粒子在低頻下的空間分布，因此使用由(^表示的針對低分辨率探測模式的系統(tǒng)函數(shù)。系統(tǒng)函數(shù)&表示來自與應(yīng)當(dāng)重建粒子分布量的區(qū)域相鄰的區(qū)域的低分辨率濃度信息。
可以通過利用例如吉洪諾夫正則化對以下方程求解來確定未知粒子分布量Ch
Il^-Gff-Cff-Gw-CwI = Inin。(3)
不過，GnCn項仍然是未知的?？梢酝ㄟ^進(jìn)行低分辨率掃描以確定一組低分辨率探測信號來確定這一未知項。根據(jù)方程(1)，可以使用如下方法
Sn=Gn-Cn，(4)
其中、表示所采集的低分辨率探測信號，(Tn是表示感興趣對象172之內(nèi)的磁性粒子空間分布的未知粒子分布量。也因源自相鄰子場的貢獻(xiàn)而是失真的。
原則上，可以通過利用例如吉洪諾夫正則化對以下方程求解來確定未知粒子分布里I N
-Gw-Cl = Inin。(5)
不過，為了利用方程(3)確定Ch，不需要失真的粒子分布量，而是需要消除了失真的粒子分布量CN。由于沒有更多組探測信號可用于消除Sn中所包含的失真，因此迭代進(jìn)行利用方程(5)的粒子分布量的重建，從而獲得經(jīng)校正的粒子分布量C;，對于該經(jīng)校正的粒子分布量，最可能地消除了失真。這一經(jīng)校正的粒子分布量是Cn的適當(dāng)近似。重建粒子分布量意味著針對單個特定子場重建個體粒子分布量，其中粒子分布量是個體粒子分布量的混合。因此，對于視場中包含的子場，尤其是對于視場的所有子場，迭代地重建個體粒子分布量。
在第一迭代步驟中，假設(shè)與應(yīng)當(dāng)重建個體粒子分布量的相應(yīng)子場相鄰的相鄰子場中的磁性粒子的空間分布為零。因此，將Sn中所包含的并分配給相鄰子場的低分辨率探測信號的特定子集設(shè)置為零。第一迭代步驟的結(jié)果是近似的個體粒子分布量。所述近似的個體粒子分布量是首先校正的粒子分布量C^1的混合?？梢詫⑦@一首先校正的粒子分布量用作低分辨率探測信號的校正集，其作為第二迭代步驟的基礎(chǔ)。接下來可以是更多迭代步驟。 利用適當(dāng)?shù)那€擬合方法，在實現(xiàn)了校正的粒子分布量所要求的質(zhì)量時停止粒子分布量的迭代重建。最后，結(jié)果是校正的粒子分布量C;。使用這一校正的粒子分布量，可以根據(jù)下式確定校正的一組低分辨率探測信號
Sn=Gn-C；。(6)
利用方程(6)，可以將方程(3)寫為
-Sn-Gh -CffI=Iiiin。(7)
可以利用例如吉洪諾夫正則化來求解方程(7)，獲得CH。
盡管針對對于毗連的子場存在低分辨率探測信號的情況解釋了上述迭代方法，但這一方法還可以以適當(dāng)?shù)姆绞竭m用于對于毗連的子場存在高分辨率探測信號的情況。
在替代方法中，可以將方程(4)代入方程(3)中，從而獲得
1 -Gff-CffI = Inin。(8)
利用例如吉洪諾夫正則化求解方程(8)獲得的粒子分布量由于上述原因沒有利用方程(7)確定的粒子分布量那樣好的質(zhì)量。
主要著眼于該組低分辨率探測信號、該組高分辨率探測信號和粒子分布量解釋了基于方程(1)到(8)的方法。這不應(yīng)有任何限制性影響。由于兩組探測信號在每種情況下都包括探測信號的子集，且由于粒子分布量是若干個體粒子分布量的混合，因此這些解釋對于探測信號的所述子集和所述個體粒子分布量也是相應(yīng)有效的。
在步驟210中，顯示重建的粒子分布量。
還可能可行的是通過僅施加聚焦場來獲得該組低分辨率探測信號。
盡管已經(jīng)在附圖和前面的描述中詳細(xì)例示和描述了本發(fā)明，但這樣的例示和描述被認(rèn)為是例示性或示范性的而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實施例。通過研究附圖、 公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐請求保護(hù)的本發(fā)明時能夠理解和實現(xiàn)所公開的實施例的其他變化。
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”或“一個”不排除多個。單個元件或其他單元可以完成權(quán)利要求中列舉的幾個項目的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載特定措施的簡單事實并不表示不能有利地使用這些措施的組合。
權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制其范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于影響和/或探測視場08)中的磁性粒子的裝置(100)，其中，所述視場 (28)包括覆蓋感興趣對象的至少一部分的至少一個感興趣子場，其中，所述感興趣對象包含磁性粒子，且其中，所述裝置具有至少兩種不同的探測模式，包括高分辨率探測模式和低分辨率探測模式，所述裝置包括-包括選擇場信號發(fā)生器單元(110)和選擇場元件(116)的選擇模塊，其用于生成磁選擇場(50)，其磁場強(qiáng)度具有空間圖樣，從而在所述視場08)中形成具有低磁場強(qiáng)度的第一子區(qū)(5 和具有更高磁場強(qiáng)度的第二子區(qū)(M)，其中，在所述第一子區(qū)(5 中，所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度未飽和，且其中，在所述第二子區(qū)(54)中，所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度飽和，-包括驅(qū)動場信號發(fā)生器單元(130)和驅(qū)動場線圈(136a，136b，136c)的驅(qū)動模塊，其用于利用磁驅(qū)動場改變所述視場08)中的至少所述第一子區(qū)(52)的空間位置，使得所述感興趣對象中包含的所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度局部改變，-包括至少一個信號接收單元(140)和至少一個接收線圈(148)的接收模塊，其用于采集探測信號，所述探測信號取決于所述視場08)的至少一部分中的磁化強(qiáng)度，所述磁化強(qiáng)度受到至少所述第一子區(qū)(52)的空間位置的改變的影響，-控制單元(150)，其用于根據(jù)所述探測模式控制所述信號接收單元(140)，其中，在所述高分辨率探測模式中，采集一組高分辨率探測信號，而在所述低分辨率探測模式中，采集一組低分辨率探測信號，其中，所述組高分辨率探測信號取決于至少一個感興趣子場的磁化強(qiáng)度，而所述組低分辨率探測信號取決于與該至少一個感興趣子場相鄰布置的至少一個相鄰子場的磁化強(qiáng)度，以及-重建單元(152)，其用于重建表征所述磁性粒子在所述感興趣對象的至少一部分之內(nèi)的空間分布的粒子分布量，其中，根據(jù)所述組高分辨率探測信號和所述組低分辨率探測信號重建所述粒子分布量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中，所述驅(qū)動場信號發(fā)生器單元(130)適于沿著定義的軌跡改變所述第一子區(qū)(52) 的空間位置，其中，所述控制單元(150)適于根據(jù)所述探測模式控制所述驅(qū)動場信號發(fā)生器單元(130)，且其中，在所述高分辨率探測模式中，所述空間位置沿著高分辨率軌跡改變， 而在所述低分辨率探測模式中，空間位置沿著低分辨率軌跡改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(100)，其中，所述定義的軌跡具有閉合利薩茹曲線的形式，其中，具有第一軌跡密度的第一閉合利薩茹曲線用作低分辨率軌跡，而具有第二軌跡密度的第二利薩茹曲線用作高分辨率軌跡，且其中，所述第一軌跡密度低于所述第二軌跡密度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中，所述選擇場信號發(fā)生器單元(110)適于生成呈現(xiàn)出定義的梯度強(qiáng)度的磁選擇場，其中，所述控制單元(150)適于根據(jù)所述探測模式控制所述選擇場發(fā)生器單元(110)， 其中，在所述低分辨率探測模式中，生成呈現(xiàn)出第一梯度強(qiáng)度的第一磁選擇場，而在所述高分辨率探測模式中，生成呈現(xiàn)出第二梯度強(qiáng)度的第二磁選擇場，且其中，所述第一梯度強(qiáng)度小于所述第二梯度強(qiáng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中，所述視場08)包括若干子場，其中，所述驅(qū)動場信號發(fā)生器單元(130)適于沿著定義的軌跡改變所述第一子區(qū)(5 的空間位置，該定義的軌跡具有實質(zhì)界定個體子場的空間范圍的空間范圍，且其中，所述裝置(100)還包括聚焦模塊，該聚焦模塊包括聚焦場信號發(fā)生器單元(120)和聚焦場線圈(126a，1 ，126c)，用于生成磁聚焦場，以便在所述若干子場中包含的任意子場上聚焦所述第一子區(qū)(52)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置(100)，其中，所述控制單元(150)適于控制所述聚焦場信號發(fā)生器單元(120)，以便從第一子場向第二子場連續(xù)移動所述第一子區(qū)(52)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中，所述視場08)包括若干子場，其中，所述組低分辨率探測信號取決于所有子場的磁化強(qiáng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中，所述視場08)包括若干感興趣子場，其中，所述組高分辨率探測信號取決于所有感興趣子場的磁化強(qiáng)度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中，所述控制單元(150)適于控制所述驅(qū)動場信號發(fā)生器單元(130)和所述接收單元(140)，以便首先采集所述組低分辨率探測信號，并隨后采集所述組高分辨率探測信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中，所述視場08)包括若干子場，且其中，所述重建單元(15 包括子場識別單元 (160)，其用于識別至少一個感興趣子場和/或用于識別均包括在所述感興趣場08)中的至少一個相鄰子場。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中，所述控制單元(150)適于控制所述驅(qū)動場信號發(fā)生器單元(130)和所述接收單元(140)，以便以交織的方式采集所述組低分辨率探測信號和所述組高分辨率探測信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中，所述組高分辨率探測信號包括高分辨率探測信號的若干子集，每個子集被分配給個體感興趣子場，其中，所述組低分辨率探測信號包括低分辨率探測信號的若干子集，每個子集被分配給個體相鄰子場，其中，所述重建單元(150)適于針對特定感興趣子場重建個體粒子分布量，其中，所述個體粒子分布量取決于分配給所述特定感興趣子場的高分辨率探測信號的子集和分配給與所述特定感興趣子場相鄰的相鄰子場的低分辨率探測信號的子集。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中，所述裝置(100)還包括存儲單元(162)，其用于存儲表征所述裝置的低分辨率系統(tǒng)函數(shù)的第一組系統(tǒng)數(shù)據(jù)和表征所述裝置的高分辨率系統(tǒng)函數(shù)的第二組系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
14.一種用于影響和/或探測視場08)中的磁性粒子的方法，其中，所述視場08)包括覆蓋感興趣對象的至少一部分的至少一個感興趣子場，其中，所述感興趣對象包含磁性粒子，其中，能夠在高分辨率探測模式和低分辨率探測模式中探測所述磁性粒子，所述方法包括如下步驟-生成磁選擇場(50)，其磁場強(qiáng)度具有空間圖樣，從而在所述視場08)中形成具有低磁場強(qiáng)度的第一子區(qū)(52)和具有更高磁場強(qiáng)度的第二子區(qū)(M)，其中，在所述第一子區(qū)(52)中，所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度未飽和，且其中，在所述第二子區(qū)(54)中，所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度飽和，-利用磁驅(qū)動場改變所述視場08)中的至少所述第一子區(qū)(5 的空間位置，使得所述感興趣對象中包含的所述磁性粒子的磁化強(qiáng)度局部改變，-采集探測信號，所述探測信號取決于所述視場08)的至少一部分中的磁化強(qiáng)度，所述磁化強(qiáng)度受到至少所述第一子區(qū)(5 的空間位置的改變的影響，-控制在所述高分辨率探測模式中的一組高分辨率探測信號的采集，其中，所述組高分辨率探測信號取決于至少一個感興趣子場的磁化強(qiáng)度，-控制在所述低分辨率探測模式中的一組低分辨率探測信號的采集，其中，所述組低分辨率探測信號取決于與所述至少一個感興趣子場相鄰布置的至少一個相鄰子場的磁化強(qiáng)度，以及-重建表征所述磁性粒子在所述感興趣對象的至少一部分之內(nèi)的空間分布的粒子分布量，其中，根據(jù)所述組高分辨率探測信號和所述組低分辨率探測信號重建所述粒子分布量。
15. 一種包括程序代碼段的計算機(jī)程序，在計算機(jī)上執(zhí)行所述計算機(jī)程序時，所述程序代碼段令所述計算機(jī)控制根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置以執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于影響和/或探測視場(28)中的磁性粒子的裝置(100)，其中視場(28)包括覆蓋包含磁性粒子的感興趣對象的至少一部分的至少一個感興趣子場。應(yīng)用磁性粒子成像(MPI)的已知原理的該裝置(100)包括用于生成具有呈現(xiàn)出無場點(FFP)的已知場圖樣的磁選擇場(50)的選擇模塊、用于借助磁驅(qū)動場改變FFP的空間位置的驅(qū)動模塊、用于采集取決于視場(28)之內(nèi)的磁性粒子的磁化強(qiáng)度的探測信號的接收模塊、用于控制接收模塊中包括的信號接收單元(140)以采集一組高分辨率探測信號和一組低分辨率探測信號的控制單元(150)以及用于重建取決于該組高分辨率探測信號和該組低分辨率探測信號的粒子分布量的重建單元(152)，其中，該組高分辨率探測信號取決于至少一個感興趣子場的磁化強(qiáng)度，而該組低分辨率探測信號取決于與該至少一個感興趣子場相鄰布置的至少一個相鄰子場的磁化強(qiáng)度。本發(fā)明還涉及對應(yīng)的方法以及計算機(jī)程序。
文檔編號A61B5/05GK102497810SQ201080040140
公開日2012年6月13日 申請日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者B·格萊希, J·E·拉米爾, J·魏岑?？?申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司