Mpi系统或装置的线圈布置的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于影响和/或检测视场中的磁颗粒的装置，具体涉及磁颗粒成像装置。另外，本发明涉及线圈布置，具体是在这样的磁颗粒成像装置中使用的线圈布置。
【背景技术】
[0002]磁颗粒成像(MPI)是一种浮现医学成像模态。MPI的第一版本是二维的，这是因为其产生二维图像。较新的版本是三维(3D)的。能够通过将3D图像的时间序列组合成影片来创建非静态目标的四维图像，前提是所述目标在针对单幅3D图像的数据采集期间没有显著的变化。
[0003]MPI是如计算机断层摄影(CT)或磁共振成像(MRI)的重建成像方法。因此，以两个步骤来生成目标的感兴趣体积的MP图像。使用MPI扫描器来执行被称为数据采集的第一步骤。MPI扫描器具有用来生成被称为“选择场”的静态磁梯度场的单元，所述静态磁梯度场在扫描器的等中心处具有(单个或更多个)无场点(FFP)或无场线(FFL)。而且，该FFP(或FFL;下文中提到“FFP” 一般应被理解为意指FFP或FFL)由具有低磁场强度的第一子区包围，所述第一子区又由具有较高磁场强度的第二子区包围。此外，扫描器具有用来生成时间相关的、典型地在空间上近似均匀的磁场的单元。实际上，该场是通过将具有小幅度的快速变化的场(称为“驱动场”)与任选的具有大幅度的缓慢变化的场(称为聚焦场)相叠加而得到的。通过将时间相关的驱动场和任选的聚焦场添加到静态选择场，可以使FFP沿贯穿等中心周围的“扫描体积”的预定FFP迹线移动。扫描器还具有对一个或多个(例如三个)接收线圈的布置，并且能够记录在这些线圈中感应出的任何电压。为了数据采集，待成像的目标被放置在扫描器中，使得目标的感兴趣体积被扫描器的视场包围，所述视场是扫描体积的子集。
[0004]目标含有磁纳米颗粒或其他磁性非线性材料;如果目标是动物或患者，那么可以在扫描之前对动物或患者施予含有这样的颗粒的示踪剂。在数据采集期间，MPI扫描器使FFP沿有意选择的迹线移动，所述迹线描出/覆盖扫描体积或至少描出/覆盖视场。目标内的磁纳米颗粒经受变化的磁场，并且通过改变其磁化而做出响应。纳米颗粒的变化的磁化在接收线圈中的每个中感应出时间相关电压。在与接收线圈相关联的接收器中对该电压进行采样。由接收器输出的样本被记录并构成采集到的数据。控制数据采集的细节的参数构成“扫描协议”。
[0005]在图像生成的被称为图像重建的第二步骤中，根据在第一步骤中采集到的数据来计算或重建图像。图像典型地是表示对视场中的磁纳米颗粒的位置相关浓度的抽样近似的数据的离散3D阵列。一般由运行适合的计算机程序的计算机来执行重建。计算机和计算机程序实现重建算法。重建算法基于数据采集的数学模型。正如所有重建成像方法一样，该模型能够被表达为作用于采集到的数据的积分算子;重建算法尝试尽可能地复原(undo)模型的动作。
[0006]这样的MPI装置和方法的优势在于，其能够被用于以非破坏性的方式并以高空间分辨率来检查诸如人体的任意检查目标，所述检查既可以接近检查目标的表面也可以远离其表面。这样的装置和方法一般是已知的，并且在DE 10151778A1中以及Gleich，B.和Weizenecker，J.的“Tomographic imaging using the nonlinear response of magneticparticles”(Nature，第435卷，第1214-1217页，2005年)中首先对其进行了描述，在其中还大体描述了重建原理。在该文献中描述的用于磁颗粒成像(MPI)的装置和方法利用了小磁颗粒的非线性磁化曲线的优势。
[0007]在MPI中需要驱动线圈来生成快速变化的磁场(f?25kHz...200kHz，或者甚至更高)，所述磁场典型地具有幅度为20mT的峰值或更低。膛中储存的能量与体积成比例，因此随着第三维度半径而增高。对于人体大小的应用，在大约40cm的膛直径的情况下(对第一实验演示器的尺寸，未来产品的尺寸更大)，能量约为10J(峰值)。无功功率是其与角频率ω =2*pi*f的乘积，因此preact?2MW。该无功功率能够按照电流和电压的任何乘积在线圈中的磁场与串联电容器中的电场之间振荡。作为典型的范例，Upk?15kV，Ipk?250A，两者对操作都是困难的。
[0008]因此，这样的系统中所需的功率典型地具有非常高的值，并且因此对其使用的优化能够显著地降低功耗成本，并提高患者的安全性。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种用于影响和/或检测视场中的磁颗粒的装置，即一种MPI装置，所述装置使得能够对这样的较大的对象(人类、动物)进行检查，尤其是针对成年人类进行检查。另外，本发明的目的是提供一种更适合于通过使用利用MPI装置对较大的对象(人类、动物)进行检查，尤其是针对成年人类进行检查的线圈布置。
[0010]在本发明的第一方面中，提出了一种用于影响和/或检测视场中的磁颗粒的装置，包括:
[0011 ]-选择元件，其包括选择场信号发生器单元和选择场元件，所述选择元件用于生成磁选择场，所述磁选择场具有其磁场强度的空间样式，使得在所述视场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，在所述第一子区中所述磁颗粒的磁化不饱和，在所述第二子区中所述磁颗粒的所述磁化饱和，
[0012]-驱动元件，其包括驱动场信号发生器单元和至少一个驱动场线圈，所述驱动元件用于借助于磁驱动场来改变两个子区在所述视场中的空间位置，使得磁性材料的磁化局部地改变，所述至少一个驱动场线圈大体围绕经过所述视场的中央纵轴而被布置，
[0013]其中，至少一个驱动场线圈是由围绕所述中央纵轴而被布置的主线缆形成的，其中，所述主线缆主要包括多条次线缆或导线，所述多条次线缆或导线以不同角度围绕所述中央纵轴而被定位，使得在第一角度子范围中所述主线缆的横截面的高度与宽度的比率与在第二角度子范围中不同。
[0014]在本发明的另一方面中，提出了一种在这样的装置中使用的线圈布置，包括在角度范围中围绕经过视场的中央纵轴而被布置的主线缆，其中，所述主线缆包括形成所述主线缆的多条次线缆或导线，所述多条次线缆或导线以不同角度围绕所述中央纵轴而被定位，使得在第一角度子范围中所述主线缆的横截面的高度与宽度的比率与在第二角度子范围中不同。
[0015]在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，如从属权利要求中所定义的，所主张保护的装置和所主张保护的线圈布置具有类似和/或等同的优选实施例。
[0016]为简单起见，并且没有对其的任何限制，在本说明书的接下来的段落中，“线缆”是指所述“主线缆”并且“导线”是指所述“次线缆或导线”，但其不构成任何限制。
[0017]—般地所述患者的胸/躯干被放置在所述驱动场线圈布置的里面，所述驱动场线圈布置典型地包括一个或若干驱动场线圈(一般为三个空间方向中的每方向上一个线圈或线圈对)。为此，所述患者可以实际上借助于患者支撑体而滑到所述发生器中。所述驱动场线圈占据所述患者与所述选择场元件之间的空间，所述选择场元件一般包括选择场线圈和/或永磁体，所述选择场线圈和/或所述永磁体被布置在所述患者之上和之下以类似于根据开放MRI装置已知的方式形成开放结构。针对在所述选择场元件的上半部分与下半部分之间的空间具有各种折衷。
[0018]根据本发明，包括一个或各个驱动场线圈的所述驱动场线圈布置具有最大内膛大小(围绕所述中央纵轴延伸)，所述最大内膛大小允许所述患者舒服地滑入。另外，至少在面向所述选择场元件的方向上，外直径尽可能小，允许所述装置的其他部件尤其是所述选择场元件和优选提供的聚焦场线圈被布置为尽可能地接近所述患者。根据本发明，这是通过提供以下来实现的，即与不面向所述选择场元件的位置相比，在与所述选择场元件相邻的位置处，至少一个驱动场线圈，优选地为所有驱动场线圈，是纤细的。换言之，使所述高度与宽度的比率低，以在特定位置处使所述线缆以及由此的所述驱动线圈纤细，并且使所述高度与宽度的比率高，以在特定位置处使所述线缆以及由此的输送驱动线圈较厚。
[0019]在所述选择场元件被布置在所述患者之上和之下的实施例中，因此使得在所述患者之上和之下的位置处所述至少一个驱动场线圈在竖直方向上纤细，而在所述患者的左侧和右侧的位置处所述至少一个驱动场线圈较不纤细。出于该目的，形成所述至少一个驱动场线圈的所述线缆并不像常规的那样具有固定形状的固定横截面，而是所述横截面的形状至少沿所述线缆的纵向变化，同时优选地所述横截面(即所述横截面的面积)保持恒定。
[0020]在该背景下，应当注意到，存在驱动场线圈的各种实施例，尤其是在360°的角度范围中完全包围所述视场的螺线线圈，以及仅在小于180°的较小角度范围中(例如，在90°至160°的范围中)包围所述视场的鞍形线圈。角度子范围将被理解为各自的(总)角度范围的部分，并且能够小到只有几度(即仅特定的位置)。一般地，子范围将被理解为在5°与90°之间的角度范围，优选为在15°与75°之间的角度范围。
[0021]在实施例中，所述第一角度子范围相对于所述第二角度子范围以75°至105°的范围中的角度偏移，尤其以基本为90°的角度偏移。因此，与在其中使所述线缆较薄但具有较大宽度的所述患者的胸之上以及背部之下的区域相比，在所述患者的侧面(尤其是在所述装置被用于心脏成像时，在各轴之下)，使所述线缆较厚但具有较小的宽度。
[0022]在另一实施例中，所述多条导线被布置为使得所述线缆的横截面的所述高度与宽度的比率在相对布置的第一角度子范围和第三角度子范围(例如所述患者之上和之下)中具有第一基本相同的值，所述第一基本相同的值不同于在相对布置的第二角度子范围和第四角度子范围(例如在所述患者的侧面处)中的第二基本相同的值。因此，能够节约在期望方向上的空间。
[0023]优选地，这还是在这样的实施例中实现的，根据所述实施例，所述第一角度子范围被布置为面向选择场元件并且所述线缆的横截面的所述高度与宽度的比率的值在所述第一角度子范围中比在所述第二角度子范围中更小。
[0024]优选地，所述线缆的多个绕组被布置为在与所述线缆的纵轴基本垂直的z方向上彼此相邻，其中，所述绕组被布置为在所述第二角度子范围中比在所述第一角度子范围中更接近在一起。如果在与所述患者的纵轴相对应的z方向上空间(例如在患者的各轴之下)是短的，那么这一点尤其重要。
[0025]根据另一优选实施例，在所述第一角度子范围中，所述绕组的位置相对于在所述第二角度子范围中所述绕组的位置而位移。通过这种方式，可能将线圈灵敏度的峰值设计为较靠近特定感兴趣区域(例如患者的心脏)，或者理想地在特定感兴趣区域处。
[0026]如以上所解释的，所述驱动场线圈被用于创建高频(25kHz至100kHz或更高)磁驱动场，以关于磁颗粒的检测来激励身体中的磁颗粒用于成像目的。常规地，利用许多绕组来实现驱动场线圈，导致高电感。然而，该常规设计不能够再被用于人体大小的MPI装置，这是因为电压(例如40kVpk)过高，并且因此难以符合医学仪器标准(IEC 60601-1)。在优选实施例中，所述多条导线沿所述线缆(换言之，围绕所述线缆的纵轴)而相互扭绞，具体是如卢瑟