专利名称：影响和/或检测在检查对象的作用区域中的磁性粒子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法，用于影响和/或检测在检査对象的作用区域中的 磁性粒子。此外，本发明涉及一种设备，用于影响和/或检测在检查对象的 作用区域中的磁性粒子，并且涉及这种设备的使用。
背景技术：
从德国专利申请DE 101 51 778 Al获知了一种用于影响和/或检测磁性 粒子的方法。在该公开文档中所述的方法的情况下，首先产生磁场强度具 有一空间分布的磁场，从而使得在检查区中形成具有相对低磁场强度的第 一子区和具有相对较高磁场强度的第二子区。随后移动在检査区中的子区 的空间位置，以使得检查区中粒子的磁化强度局部地变化。记录取决于检 査区中磁化强度的信号，其中该磁化强度己经受到了子区的空间位置移动 的影响，并且从这些信号中提取与在检查区中磁性粒子的空间分布有关的 信息，以便形成检査区的图像。这种设备和这种方法的优点在于，它可以 用于以非破坏性的方式检査任意检査对象-例如人体-而又不会造成任何伤 害，并且在接近检査对象的表面和远离检查对象的表面处都具有高空间分 辨率。
一直需要通过减小设备或其部件在必需的空间方面或在重量方面的要 求的数量来扩大这种已知设备的可能的应用领域。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种方法，该方法给予了已知方法更高的灵 活度。
以上目的通过一种用于影响和/或检测在检查对象的作用区域中的磁性 粒子的方法来实现，其中，所述方法包括以下步骤
-借助于选择装置产生选择磁场，所述选择磁场的磁场强度具有一空间模式，从而使得在作用区域中形成具有低磁场强度的第一子区和具有较高 磁场强度的第二子区，
-借助于由驱动装置产生的驱动磁场来改变在作用区域中这两个子区 的空间位置，以使得磁性粒子的磁化强度局部地变化，
-借助于接收装置采集信号，该信号取决于作用区域中的磁化强度，该 磁化强度受到第一子区和第二子区的空间位置的所述改变的影响，
其中，在采集期间和/或在作用区域中这两个子区的空间位置的所述改 变期间，选择装置和/或驱动装置和/或接收装置可以至少部分地相对于检查 对象移动。
这种方法的优点是，可以在所述磁性粒子成像方法的应用中实现更高 的灵活性。例如，可以借助于本发明的方法在切割移动期间观看或跟随观 察(医学)切割器械的切割情况。
根据本发明的优选实施例，追踪选择装置的和/或驱动装置的和/或接收 装置的至少一部分的移动。从而，有利的是，可以在存在作用区域相对于 检查对象的移动时连续地扫描作用区域。
此外，根据本发明优选的是，借助于对所采集信号的信号处理和/或借 助于光学和/或机械和/或电方式追踪选择装置的和/或驱动装置的和/或接收 装置的至少一部分的移动来执行所述追踪。从而，有利的是，可以非常灵 活地跟踪或追踪作用区域和检査对象的相对移动。
本发明还涉及一种设备，用于影响和/或检测在检查对象的作用区域中 的磁性粒子，该设备包括
-选择装置，用于产生选择磁场，所述选择磁场的磁场强度具有一空间 模式，从而使得在作用区域中形成具有低磁场强度的第一子区和具有较高
磁场强度的第二子区；
-驱动装置，用于借助于驱动磁场来改变作用区域中这两个子区的空间 位置，以使得磁性粒子的磁化强度局部地变化，
-接收装置，用于采集信号，该信号取决于作用区域中的磁化强度，该 磁化强度受到第一和第二子区的空间位置的所述改变的影响，
其中，选择装置和/或驱动装置和/或接收装置可以至少部分地相对于检 査对象移动。使用本创新性设备，有利的是，可以在作用区域相对于检查对象移动 时，提供对作用区域中磁性粒子的位置和/或分布的连续测量。所述移动还 可以通过例如以机械方式移动作为选择装置的组成部分的永磁体来执行。
根据本发明的优选实施例，所述设备包括追踪装置，用于追踪作用区 域相对于检查对象的移动。从而，有利的是，可以扩展检查对象的体积， 而又无需巨大的磁场产生器，如沉重的线圈等。这就可以使得本创新性设 备重量轻且非常灵活。
此外，根据本发明的优选实施例，借助于对所采集信号的信号处理和/ 或借助于光学和减机械和/或电方式追踪选择装置的和域驱动装置的和域 接收装置的至少一部分的移动来实现追踪装置。这使得能够使用多种不同 的追踪或跟踪技术，以便允许作用区域相对于检査对象的移动。
根据本发明进一步的优选实施例，所述设备包括医疗器械，所述医疗 器械包括选择装置的和/或驱动装置的和/或接收装置的至少一部分，所述至 少一部分可以相对于检查对象移动。从而，即使在移动所述医疗器械(例 如解剖刀或扫描头等)的情况下，也可以测量磁性粒子的分布。
根据本发明另一个优选实施例，所述医疗器械包括陶瓷部分，尤其是 刀片。从而，可以至少在所述医疗器械的多个部分中使用不会造成磁场失 真的材料，该磁场失真过于强烈以致于阻碍了本创新性方法的应用和本创 新性设备的使用。
本发明还涉及创新性设备在车辆，尤其是救护车中的使用。这使得可 以在车辆中实现用于诊断目的的相对高分辨率的成像技术。这对于中风患 者的情况尤其有用，在该情况下较早的诊断是至关重要的，因为对适当药 物的选择极大地取决于中风的类型。对于出血型中风，血液稀释药物是禁 忌的，而它们对于栓塞型中风是非常有益的。诊断进行得越早，患者幸存 的机会就越大。在车辆中，尤其是在对中风患者的诊断中使用的创新性设 备优选的被布置为使得所有组件都设置在患者头部的周围。
依据以下的详细描述并结合附图，本发明的这些及其它特性、特点和 优点会变得显而易见，作为实例，附图示出了本发明的原理。本说明书的 目的仅是为了举例说明，而不是限制本发明的范围。以下引用的参考数字 指代附图。
图1示出了根据本发明的设备，用于执行根据本发明的方法；
图2示出了由根据本发明的设备所产生的磁场线模式的实例；
图3示出了追踪作用区域相对于检査对象的移动的不同实例。
具体实施例方式
将相对于具体实施例并参考特定附图来描述本发明，但本发明不局限 于此，而是仅由权利要求限定。所述的附图仅是示意性的而不是限制性的。 在附图中，为了说明的目的， 一些单元的大小可能被放大而不是按比例绘 制的。
在指代单数名词时使用了不定冠词或定冠词，例如"一"、"这个"，这 包括多个这个名词的情况，除非特别指明了是另一种情况。
此外，在说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等用于在类似 单元之间进行区分，不一定用于描述连续的或按时间的顺序。会理解如此 使用的术语在适当的环境下是可互换的，本文所述的本发明的实施例能够 以与本文所述或所示的不同的顺序操作。
此外，在说明书和权利要求中的术语顶部、底部、上方、下方等是用 于描述目的的，不一定用于描述相对位置。会理解如此使用的术语在适当 的环境下是可互换的，本文所述的本发明的实施例能够以与本文所述或所 示的不同的方向操作。
会注意到在本说明书和权利要求中所用的术语"包括"不应解释为限
制于随后列出的手段；它不排除其它单元或步骤。因此，表述"设备包括 组件A和B"的范围不应局限于仅由装置A和B组成的设备。它的意思是 对于本发明，该设备的最相关的组件是A和B。
在图1中，显示了借助于根据本发明的设备10来检査任意对象。图l 中的参考数字350表示对象，在此情况下是人或动物患者，将其放置在患 者检查台上，仅显示了该患者检查台的顶部部分。在应用根据本发明的方 法之前，将磁性粒子100 (图1中未示出)布置在本创新性设备10的作用 区域300中。具体而言，在例如肿瘤的治疗和/或诊断之前，例如借助于注射到患者350体内的包括磁性粒子100的液体(未示出)来将磁性粒子100 设置在作用区域300中。
作为本发明实施例的实例，在图2中显示了设备10，其包括用于构成 选择装置210的多个线圈，选择装置210的范围规定了作用区域300，其也 称为检查区域300。例如，选择装置210布置在对象350的上方和下方。例 如，选择装置210包括第一对线圈210'、 210"，其每一个都包括两个相同 结构的绕组210'、 210",将绕组210'、 210"以同轴方式布置在患者350上 方和下方，并使相等的电流，尤其是在相反方向上的相等电流穿过绕组 210'、 210"。以下将第一线圈对210'、 210"共同称为选择装置210。优选地， 在此情况下使用直流电流。选择装置210产生选择磁场211，其通常是梯度 磁场并且在图2中借助于磁场线来表示。它在选择装置210的该线圈对的 (例如垂直)轴的方向上具有基本上恒定的梯度，并且在这个轴上的一个 点处达到O值。从这个无磁场点(在图2中没有单独示出)开始，选择磁 场211的场强随着与该无磁场点的距离的增大，而在全部三个空间方向上 增大。在由围绕该无磁场点的虚线表示的第一子区301或区域301中，场 强是非常小的，以致于存在于该第一子区301中的磁性粒子100的磁化强 度不饱和，而存在于第二子区302 (区域301之外)中的磁性粒子100的磁 化强度处于饱和状态。作用区域300的该无磁场点或第一子区301优选地 是空间上相关的区域；它还可以是点状区域或者是线状或平面状区域。在 第二子区302中(即第一子区301之外的作用区域300的剩余部分中)，磁 场强度足够强，足以将磁性粒子100保持在饱和状态中。通过改变在作用 区域300中这两个子区301、 302的位置，在作用区域300中的(总)磁化 强度发生改变。通过测量作用区域300中的磁化强度或受磁化强度影响的 物理参数，可以获得与作用区域中磁性粒子100的空间分布有关的信息。
当另外的磁场(以下称为驱动磁场221)被叠加到作用区域300中的选 择磁场210 (或者梯度磁场210)上时，第一子区301相对于第二子区302 在这个驱动磁场221的方向上移动；这个移动的程度随着驱动磁场221的 强度增大而增大。当叠加的驱动磁场221在时间上变化时，第一子区301 的位置相应地在时间和空间上变化。有利的是，采用与驱动磁场221变化 的频带不同的另一个频带(移动到较高频率)，从位于第一子区301中的磁。这是可行的，因为由于作为磁化强度特性非 线性的结果所造成的作用区域300中磁性粒子100的磁化强度变化，即起 因于饱和效应，使得出现了驱动磁场221频率的较高谐波的频率成分。
为了为空间中任何指定方向产生驱动磁场221，提供了三个驱动线圈 对，即第一驱动线圈对220'、第二驱动线圈对220"和第三驱动线圈对220"，， 以下将它们共同称为驱动装置220。例如，第一驱动线圈对220，产生驱动磁 场221的一个分量，其在一个指定方向上延伸，即例如在垂直方向上延伸。 为此，使相同方向的相等电流流过第一驱动线圈对220'的绕组。设置两个 驱动线圈对220"、 220"，，以便产生驱动磁场221的在空间中不同方向上延 伸的分量，例如在作用区域300 (或者患者350)的纵向上水平延伸的分量 和在与此垂直的方向上延伸的分量。如果将亥姆霍兹(Helmholtz)型的第 二和第三驱动线圈对220"、 220"，用于这个目的，则这些驱动线圈对就必须 分别布置在治疗区域的左侧和右侧或者这个区域的前面和后面。这会影响 作用区域300或治疗区域300的可达性。因此，第二和/或第三磁驱动线圈 对或线圈220"、 220"，也布置在作用区域300的上方和下方，从而它们的绕 组结构必须与第一驱动线圈对220'的不同。不管怎样，这种线圈是具有开 放型磁体的磁共振设备(开放型MRI)的领域中公知的，在开放型MRI中， 射频(RF)驱动线圈对设置在治疗区域的上方和下方，所述RF驱动线圈 对能够产生水平的、时间上可变的磁场。因此，这种线圈的结构在此无需 进一步的详细阐述。
根据本发明的设备10还包括接收装置230，其仅在图1中示意性的示 出。接收装置230通常包括能够检测由作用区域300中的磁性粒子100的 磁化强度模式所感生的信号的线圈。不管怎样，这种线圈在磁共振设备的 领域中是公知的，在磁共振设备中，例如将射频(RF)线圈对设置在作用 区域300的周围，以便获得尽可能高的信噪比。因此，这种线圈的结构在 此无需进一步的详细阐述。
从DE 101 51 778获知了用于检测磁性粒子的这个设备和这个方法，据
此将其全文并入。
从文献WO 2006/067692 A2获知了用于执行磁性粒子成像的其他设备 10，据此通过参考将其全文并入。这个文献公开了通过将选择装置210、驱动装置220和/或接收装置230的至少一部分转移到手持设备(例如医疗器 械)来进行磁性粒子成像的总体概念。
在本发明的一个方案中，也将设备10的一部分转移到可以相对于检査 对象350移动的手持设备或其他移动设备。根据本发明的方法和设备10， 通过跟踪或追踪移动设备或手持设备的移动，可以确定作用区域300相对 于检查对象350的移动。从而可以极大地减小设备10中用于根据磁性粒子 成像方法影响和/或检测磁性粒子所需的设备。在借助于驱动装置220实现 的作用区域300中第一子区301的移动仅覆盖了例如几十立方厘米的相对 较小体积，且需要扫描较大体积的情况下，可以使用更多(相对庞大且昂 贵的)磁场产生装置。这种补充的磁场产生装置在手持设备中的集成即使 是可行的，也是非常困难的。因此，根据本发明的一个方案，建议利用手 持设备的移动来扩大扫描的体积。为了将作用区域300中具有可一次(或 者至少相对迅速的)被扫描的大小的不同区域相链接，本创新性设备10优 选地包括追踪装置250，用于追踪设备10的可移动部分(例如手持部分) 的移动。
在图3中，示意性地描绘了追踪作用区域300相对于检査对象350的 移动M的不同实例或可能性。作用区域300的移动M对应于设备10或至 少其一部分的移动M，所述一部分例如为包含选择装置210的、驱动装置 220的和/或接收装置230的至少一部分的手持设备。移动后的作用区域300 和移动后的设备IO或设备10的一部分的位置由图3中虚线表示。
为了确定移动M,存在几个可能方案。根据本发明的一个方案，这可 以借助于追踪装置250来实现，追踪装置250确定例如设备10的该部分的 加速度和减速度，追踪装置250例如为加速计(未示出)，其优选地安装在 手持设备上。此外，可以由光学装置，例如由激光束来追踪该移动(借助 于追踪装置250的外壳和用于检测设备10或其一部分的位置的箭头示意性 地示出)。类似地，可以提供追踪装置250的机械方式的实施例，例如移动 M的机械传动。
根据另一个可能性，可以借助于其中已经扫描了的区域来重建要扫描 的体积，从而检测移动M。这可以以以下方式来理解将作用区域300移 动足够小的距离，以便提供执行移动前的作用区域300与执行移动后的作用区域300之间的重叠区域300，。如果证明了以下假设，即磁性粒子100 的分布在执行移动期间内没有显著的变化，那么重叠区域300，的信息就可 以由适当的信号处理使用，以便扩大可扫描的区域，例如借助于向扫描区 域的图像增加新的体积(在移动M之前在作用区域300的位置处未被覆盖 的体积)。
根据本发明，可以使用一种或多种不同追踪方法，以便在移动M之后 确定设备10或设备的该部分的位置。此外，可以组合追踪的不同可能方案， 从而使得对于长距离移动仅仅或优选地使用一种追踪装置250，而对于短距 离移动仅仅或优选地使用另一种追踪装置250，例如使用仅用于短距离和相 对快速移动的信号处理的追踪装置。然后，在移动期间已经与作用区域300 发生交互作用的扩大区域的记录信号可以用来构成例如患者身体一部分的 具有良好空间分辨率的断层摄影图像。另外，记录信号还可以以光学或声 学方式表现，其允许对于局部粒子浓度的快速确定。由此，可以高效地检 测在相对大的体积上的特定身体组织或其它对象，例如前哨淋巴结检测。
此外，根据本发明的另一个方案，可以为医疗器械(未示出)，例如外 科手术设备，提供用于磁性粒子成像的设备10的接收装置230的至少一部 分。从而可以直接检测并定位磁性粒子100在该医疗器械的环境中的存在 与否。例如，有利的是，提供至少部分地使用陶瓷的医疗器械，例如构成 医疗器械的刀片的部分可以采用陶瓷。例如在放大器集成到医疗器械中的 情况下，有利的是，接收装置230或其一部分(例如其采用接收线圈形式) 可以位于该陶瓷部分的附近，从而可以检测由所施加的驱动磁场221产生 的谐波。驱动磁场221或者可以由在医疗器械上的源产生，例如在轴中， 或者它可以由外部源产生。在外部源产生的情况下，医疗器械无需电缆连 接，并可以由电池供电。为了改善磁性粒子100的定位，可以将作为选择 装置210的组成部分的选择磁场产生器(例如永磁体)全部或部分地用作 医疗器械的一部分，例如使用选择磁场产生器的一极。在医疗器械上的这 个选择磁场产生器例如是可以以机械方式进行调整的，以便将感应点相对 于设备移动到预期位置，这个位置对于预期的干扰而言是最佳的。
根据本发明的另一方案，在车辆(未示出)中，具体是救护车中，使 用了创新性设备10。优选地，将在车辆中使用的，具体是用于中风患者的诊断的创新性设备io布置为使所有组件都设置在患者头部的周围。根据本
发明的这个方案，将作为选择装置210组成部分的永磁体设置为可以以机 械方式移动它们，以便移动作用区域300。在此情况下将驱动磁场的幅度优 选地限制为相对低的值，例如低于约20mT。由于所需的空间分辨率不是很 高，因此选择磁场的梯度可以非常低，例如低于约1特斯拉每米。尽管驱 动磁场的幅度低，也可以获得合理的视场。具体地，主动屏蔽了作为选择 装置210组成部分的选择磁场产生器的静磁场和驱动装置220的驱动磁场 221，以便最小化与车辆的其它设备之间的干扰。为了减小在采集图像中的 伪像，为汽车提供了射频屏蔽材料，其例如可以放置在车辆的门的内部。
权利要求
1、一种用于影响和/或检测在检查对象(350)的作用区域(300)中的磁性粒子(100)的方法，其中，所述方法包括以下步骤-借助于选择装置(210)产生选择磁场(211)，所述选择磁场(211)的磁场强度具有一空间模式，从而使得在所述作用区域(300)中形成具有低磁场强度的第一子区(301)和具有较高磁场强度的第二子区(302)，-借助于由驱动装置(220)产生的驱动磁场(221)来改变所述作用区域(300)中的所述第一子区(301)和所述第二子区(302)的空间位置，以使得所述磁性粒子(100)的磁化强度局部地变化，-借助于接收装置(230)采集信号，该信号取决于所述作用区域(300)中的磁化强度，该磁化强度受到所述第一子区(301)和所述第二子区(302)的空间位置的所述改变的影响，其中，使得所述选择装置(210)和/或所述驱动装置(220)和/或所述接收装置(230)在所述采集期间和/或在所述作用区域(300)中所述第一子区(301)和所述第二子区(302)的空间位置的所述改变期间，可以至少部分地相对于所述检查对象(350)移动。
2、 如权利要求l所述的方法，其中，追踪所述选择装置(210)的和/ 或所述驱动装置(220)的和/或所述接收装置(230)的至少一部分的移动。
3、 如权利要求2所述的方法，其中，借助于对所采集的信号的信号处 理来执行所述追踪。
4、 如权利要求2所述的方法，其中，借助于以光学和/或机械和/或电 方式追踪所述选择装置(210)的和/或所述驱动装置(220)的和/或所述接 收装置(230)的至少一部分的移动来执行所述追踪。
5、 一种用于影响和/或检测在检查对象(350)的作用区域(300)中的 磁性粒子(100)的设备，所述设备包括-选择装置(210)，用于产生选择磁场(211)，所述选择磁场的磁场强 度具有一空间模式，从而使得在所述作用区域(300)中形成具有低磁场强 度的第一子区(301)和具有较高磁场强度的第二子区(302)，-驱动装置(220)，用于借助于驱动磁场(221)来改变所述作用区域 (300)中所述第一子区和所述第二子区(301、 302)的空间位置，以使得 所述磁性粒子(100)的磁化强度局部地变化，-接收装置(230)，用于采集信号，该信号取决于所述作用区域(300) 中的磁化强度，该磁化强度受到所述第一子区(301)和所述第二子区(302) 的空间位置的所述改变的影响，其中，使得所述选择装置(210)和/或所述驱动装置(220)和/或所述 接收装置(230)可以至少部分地相对于所述检査对象(350)移动。
6、 如权利要求5所述的设备，其中，所述设备(10)包括追踪装置(250)， 用于追踪所述移动。
7、 如权利要求6所述的设备，其中，借助于对所采集的信号的信号处 理来实现所述追踪装置(250)。
8、 如权利要求6所述的设备，其中，借助于以光学和/或机械和/或电 方式追踪所述选择装置(210)的和/或所述驱动装置(220)的和/或所述接 收装置(230)的至少一部分的移动来实现所述追踪装置(250)。
9、 如权利要求8所述的设备，其中，所述追踪装置(250)包括加速 度传感器。
10、 如权利要求5或6所述的设备，其中，所述设备(10)包括医疗 器械，所述医疗器械包括所述选择装置(210)的和/或所述驱动装置(220) 的和/或所述接收装置(230)的至少一部分，所述至少一部分被设置为可相 对于所述检査对象(350)移动。
11、 如权利要求io所述的设备，其中，所述医疗器械包括陶瓷部分，尤其是刀片。
12、 如权利要求5所述的设备(10)在车辆尤其是救护车中的使用。
全文摘要
公开了一种用于影响和/或检测在检查对象的作用区域中的磁性粒子的方法和设备，所述方法包括以下步骤借助于选择装置产生选择磁场，所述选择磁场的磁场强度具有一空间模式，从而使得在作用区域中形成具有低磁场强度的第一子区和具有较高磁场强度的第二子区；借助于由驱动装置产生的驱动磁场来改变作用区域中这两个子区的空间位置，以使得所述磁性粒子的磁化强度局部地变化，借助于接收装置采集信号，该信号取决于作用区域中的磁化强度，该磁化强度受到第一和第二子区的空间位置的所述改变的影响，其中，使得选择装置和/或驱动装置和/或接收装置在所述采集期间和/或在作用区域中这两个子区的空间位置的所述改变期间，可以至少部分地相对于检查对象移动。
文档编号A61B5/00GK101568295SQ200780046918
公开日2009年10月28日 申请日期2007年12月17日 优先权日2006年12月20日
发明者B·格莱希, J·魏岑埃克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司