具有快速视场运动的mpi装置的制造方法

具有快速视场运动的mpi装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于影响和/或检测视场中的磁性颗粒的装置和方法，具体涉及允许快速视场运动的磁性颗粒成像装置。
【背景技术】
[0002]磁性颗粒成像(MPI)是一种新兴的医学成像模态。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不显著改变。
[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扫描器被布置为生成被称为“选择场”的静态磁梯度场，所述静态磁梯度场具有在扫描器的等中心处的(单个或多个)无场点(FFP)或无场线(FFL)。此外，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带围绕，所述第一子区带继而由具有较高磁场强度的第二子区带围绕。另外，扫描器具有用于生成时间相关的、在空间上几乎均质的磁场的单元。实际上，该场是通过将具有小幅度的快速变化的场(被称为“驱动场”)与具有大幅度的缓慢变化的场(被称为“聚焦场”)相叠加而得到的。通过将时间相关的驱动场和聚焦场添加到静态选择场，可以使FFP沿着贯穿围绕等中心的“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，要被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]目标必须含有磁性纳米颗粒或其他磁性非线性材料;如果目标是动物或患者，则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沿着有意选取的迹线移动，所述迹线描出/覆盖扫描体积或至少描出/覆盖视场。目标内的磁性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的电压。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。图像是表示对视场中的磁性纳米颗粒的位置相关的浓度的采样的近似结果的数据的离散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。正如所有重建性成像方法一样，该模型能够被用公式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模型的动作。
[0006]这样的MPI装置和方法的优点在于，其能够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 10151778 Al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)中首次对其进行了描述，在其中还大体描述了重建原理。在该出版物中描述的用于磁性颗粒成像(MPI)的装置和方法利用了小磁性颗粒的非线性磁化曲线的优点。
[0007]与如MRI和CT的所建立的成像模态相对比，尚未识别出针对MPI的用于根据采集到的数据来重建图像的简单数学变换。因此，MPI图像重建要求关于描述对颗粒的给定空间分布的系统响应(即，将颗粒位置映射到频率响应)的“系统函数”的知识。为了解决重建问题，系统函数必须被反转，通常要求某种正则化方案。
[0008]能够通过以实验方式在与图像像素或体素的数量相对应的大量空间位置处测量点状样本的磁化响应来确定所述系统函数。该校准流程要求非常长的采集时间，尤其是为了获得合理的信噪比(SNR)。能够在WO 2010/067248 Al和WO 2010/067264 Al中找到关于对系统函数的采集、特征和使用以及用于更快采集并用于减小用于存储系统函数的存储空间的优选实施例的更多细节，这里通过引用将所述细节并入本文。
[0009 ]能够通过移动视场(FOV)来实现在MPI中的大空间覆盖，所述视场是使用被称为磁聚焦场的额外的均质偏置场通过磁驱动场而被编码的。至今，磁聚焦场已经例如应用于利用如在J.Rahmer等人的 “Continuous Focus Field Variat1n for Extending theImaging Range in 3D MPI”(Magnetic Particle Imaging:A Novel SP1 NanoparticleImaging Technique 140，2012年，第255页)中所描述的3D编码来生成缓慢的连续FOV运动。对于成像期间的连续FOV运动，“缓慢”意味着在一个编码时期期间的移位保持在经重建的空间分辨率以下。在以上提及的J.Rahmer的文章中，针对大约20mm/s的移位速度展示了非受损的图像质量，所述大约20mm/s的移位速度足够大地低于50mm/s，所述50mm/s对应于21.5ms的3D编码时间与约Imm的分辨率之间的比率。

【发明内容】

[0010]本发明的目标是提供一种用于影响和/或检测视场中的磁性颗粒的装置和方法，即，一种MPI装置，所述装置和所述方法使得即使在通过使用快速磁聚焦场变化来快速地覆盖成像体积(即，比通过磁驱动场激励覆盖的体积大得多)的情况下也使得能够重建不具有运动伪影或具有减少的运动伪影的图像。
[0011]在本发明的第一方面中，提出了一种用于影响和/或检测视场中的磁性颗粒的装置，包括:
[0012]-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带和具有较高磁场强度的第二子区带，在所述第一子区带中所述磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子区带中所述磁性颗粒的磁化饱和，
[0013]-驱动元件，其包括驱动场信号发生器单元和驱动场线圈，所述驱动元件用于借助于磁驱动场来改变两个子区带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，
[0014]-聚焦元件，其包括聚焦场信号发生器单元和聚焦场元件，所述聚焦元件用于借助于磁聚焦场来改变所述视场的空间位置，
[0015]-接收元件，其用于采集检测信号，所述检测信号取决于所述视场中的磁化，所述磁化受所述第一子区带和所述第二子区带的所述空间位置的变化影响，
[0016]-存储元件，其用于存储在没有磁聚焦场的情况下获得的所述装置的静态系统函数，
[0017]-处理元件，其用于通过使所述静态系统函数的时域表示以与由所述磁聚焦场的施加引起的所述视场的位置的变化成比例的方式进行移位来生成扩展的系统函数，并且所述处理元件用于根据所述检测信号和所述扩展的系统函数来重建所述视场中所述磁性颗粒的空间分布。
[0018]在本发明的第二方面中，提出了一种用于影响和/或检测视场中的磁性颗粒的装置，包括:
[0019]-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带和具有较高磁场强度的第二子区带，在所述第一子区带中所述磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子区带中所述磁性颗粒的磁化饱和，
[0020]-驱动元件，其包括驱动场信号发生器单元和驱动场线圈，所述驱动元件用于借助于磁驱动场来改变两个子区带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，
[0021]-聚焦元件，其包括聚焦场信号发生器单元和聚焦场元件，所述聚焦元件用于借助于磁聚焦场来改变所述视场的空间位置，
[0022]-接收元件，其用于采集检测信号，所述检测信号取决于所述视场中的磁化，所述磁化受所述第一子区带和所述第二子区带的所述空间位置的变化影响，
[0023]-存储元件，其用于存储所述装置的多个静态系统函数和/或扩展的系统函数，其中，所述静态系统函数是在没有磁聚焦场的情况下在所述视场的不同位置处已经获得的，并且所述扩展的系统函数是通过使静态系统函数的时域表示以与由不同磁聚焦场的施加引起的所述视场的位置的不同变化成比例的方式进行移位而已经生成的，或者所述扩展的系统函数是在由不同磁聚焦场的施加引起所述视场的位置的不同变化时已经获得的，
[0024]-处理元件，其用于根据所述检测信号和扩展的系统函数来重建所述视场中所述磁性颗粒的空间分布，所述扩展的系统函数是基于应用于改变所述视场的所述空间位置的所述磁聚焦场，根据所存储的多个静态系统函数和/或扩展的系统函数来选择或构建的。
[0025]在本发明的另外的方面中提出了对应的方法。
[0026]在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的装置和方法具有与从属权利要求中定义的相似和/或相同的优选实施例。
[0027 ]本发明基于修改系统函数的想法，所述系统函数典型地是在没有可变磁聚焦场的情况下被采集的并且是以频域表示的方式被存储的。例如经由傅里叶变换来将该“静态”系统函数变换成时域。然后根据由所述可变磁聚焦场诱发的FFP移位来对表示在无场点序列(即，迹线)期间的不同时间的顺序的体积进行移位。之后，将所述静态系统函数变换回频域，在所述频域中应用标准重建流程。
[0028]在MPI中对大空间体积的快速覆盖要求磁聚焦场的快速变化，这展现出FOV的快速移位。如果这些发生在成像处理期间，则出现运动伪影。利用所提出的补偿技术，能够在图像重建中对故意的FOV运动或因残留涡流造成的不想要的运动进行补偿，只要额外的磁场的时间演变是已知的。因此，根据本发明，对于高达几百mm/s的高FOV速度，能够通过所提出的将线性移位添加到用于图像重建的系统函数的时域表示来减少运动伪影。
[0029]根据所述第一方面，仅存储所述装置的所述静态系统函数，所述静态系统函数是在没有施加任何磁聚焦场的情况下已经提前获得(因此被称为“静态系统函数”)的。在对检测信号的真实数据采集期间或之后，通过使用关于由所述磁聚焦场引起的所述视场的变化的信息来生成所述扩展的系统函数。因此，获得覆盖较大体积的系统函