Mpi中的动态背景校正的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于检测视场中的磁性颗粒的装置和方法，其实现了对背景信号 的去除。本发明尤其涉及磁性颗粒成像领域。
【背景技术】
[0002] 磁性颗粒成像（MPI)是一种新兴的医学成像模态。第一版的MPI是二维的，在于 它们产生二维图像。较新版的是三维（3D)的。能够通过将3D图像的时间序列组合成电影 来创建非静态目标的四维图像，条件是该目标在针对单个3D图像的数据采集期间不显著 改变。
[0003] MPI是一种重建成像方法，类似于计算机断层摄影（CT)或磁共振成像（MRI)。因 此，在两个步骤中生成目标的感兴趣体积的MP图像。第一个步骤（被称为数据采集）是使 用MPI扫描器执行的。MPI扫描器具有用于生成静态梯度磁场（被称为"选择场"）的器件， 该选择场在扫描器的等中心具有（单个）无场点（FFP)或无场线（FFL)。而且，该FFP (或 FFL ;下文中提及"FFP" 一般应被理解为意指FFP或FFL)被具有低磁场强度的第一子带围 绕，第一子带继而被具有较高磁场强度的第二子带围绕。此外，扫描器具有用于生成时间相 关、空间上接近均匀的磁场的器件。实际上，该场是通过叠加具有小幅度的快速改变场（被 称作"驱动场"）与具有大幅度的缓慢变化场（被称作"聚焦场"）而获得的。通过向静态选 择场增加时间相关的驱动和聚焦场。可以遍及围绕等中心的"扫描的体积"沿预定FFP轨 迹移动FFP。扫描器也具有一个或多个（例如三个）接收线圈的布置，并且能够记录在这些 线圈中感生的任意电压。针对数据采集，要被成像的目标被放置在扫描其器中，使得目标的 感兴趣体积被扫描器的视场包围，扫描器的视场是扫描的体积的子集。
[0004] 目标必须包含磁性纳米颗粒，或者其他磁性非线性材料；如果目标是动物或患者， 则在扫描之前将包含这样的颗粒的造影剂施予给动物或患者。在数据采集期间，MPI扫描 器沿谨慎选择的轨迹移动FFP，该轨迹描绘出/覆盖扫描的体积，或至少视场。目标内的磁 性纳米颗粒经历变化的磁场并且通过改变它们的磁化做出响应。磁性颗粒的变化的磁化在 接收线圈中的每个中感生时间相关的电压。在与接收线圈相关联的接收器中对该电压进行 采样。记录由接收器输出的样本，并且该样本构成采集数据。控制数据采集的细节的参数 构成"扫描协议"。
[0005] 在图像生成的第二个步骤（被称为图像重建）中，从在第一个步骤中采集的数据 计算或重建图像。该图像是数据的离散3D阵列，其表示对磁性纳米颗粒在视场中的位置相 关的浓度的抽样近似。重建一般由运行合适的计算机程序的计算机执行。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。与所有重建成像方法相同，该模 型能够被制定为在采集数据上操作的积分算子；重建算法试图尽可能地取消模型的作用。
[0006] 这样的MPI装置和方法具有以下优点，它们能够被用于在接近检查目标的表面 和远离检查目标的表面两种情况，以非破坏性的方式并且以高的空间分辨率，检查任意检 查目标--例如人体。这样的装置和方法是周知的，并且在DE 10151778A1和Gleich，B. 与 Weizenecker，J. (2005)在 Nature，第 435 卷第 1214-1217 中的 "Tomographic Imaging using the nonlinear response of magnetic nanoparticles"中首次得到描述，其中也大 体描述了重建原理。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。
[0007] 背景信号变化和杂散信号一一其发生在MIP校准扫描和目标扫两者中一一能够强 烈危害图像质量。不同来源的背景信号呈现不同的谱学行为，从而背景信号贡献不均匀地 分布在所测量的带宽上，但强度和时间模式在不同的频率分量之间变化。
[0008] 另外，迄今为止所描述的MPI装置和方法设计对于人类而言尚非最佳。
[0009] 尤其地，背景信号或者由扫描器部件（即MPI装置的部件）生成，或者从外面被耦 合到屏蔽舱里面并然后被检测系统拾取。为了达到良好的图像质量，应从所测量的数据去 除信号背景。背景中时间恒定的分量可以使用一次背景测量容易地减去。然而，在目标或 患者扫描期间时间变化的背景分量则很难用现有的策略去除掉。
【发明内容】
[0010] 本发明的目标是提供一种用于检测视场中的磁性颗粒的装置和方法，其实现了对 这样的较大对象（人类、动物）的检查，尤其针对成年人类，并且其允许背景信号的去除。 [0011] 在本发明的第一个方面中，提供一种用于影响和/或检测磁性颗粒的装置，该装 置包括：
[0012] -选择器件，其包括选择场信号生成器单元和选择场元件以生成选择磁场，所述选 择磁场具有其磁场强度的空间模式，使得在所述视场中形成具有低磁场强度的第一子带和 具有较高磁场强度的第二子带，在所述第一子带中所述磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第 二子带中所述磁性颗粒的磁化饱和，
[0013] -驱动器件，其包括驱动场信号生成器单元和驱动场线圈以借助于驱动磁场来改 变所述两个子带在所述视场中的空间位置，使得所述磁性材料的磁化局部地改变，
[0014] -接收器件，其包括至少一个信号接收单元和至少一个接收线圈以采集检测信号， 该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带和第二子带的所述空间位 置的变化影响，以及
[0015] -重建器件，其用于根据检测信号来重建所述视场的图像，其中，所述重建器件适 于：
[0016] -在所述检测信号中识别在所述视场中没有磁性颗粒存在的一个或多个背景时 段，其中，在所述视场中存在有磁性颗粒的信号时段与所述一个或多个背景时段中的至少 一个穿插，
[0017] -使用在所述背景时段获得的所述检测信号以校正在所述信号时段获得的检测信 号，并且
[0018] -根据所校正的在所述信号时段获得的检测信号来重建所述图像。
[0019] 在本发明的另一方面中，提供一种用于影响和/或检测视场中的磁性颗粒的装 置，该装置包括：
[0020] i)选择与聚焦器件，其用于生成磁性选择与聚焦场，并且用于改变所述视场在检 查区内的空间位置，所述磁性选择与聚焦场具有其磁场强度的空间模式，使得在所述视场 中形成具有低磁场强度的第一子带和具有较高磁场强度的第二子带，在所述第一子带中所 述磁性颗粒的磁化不饱和，在所述第二子带中所述磁性颗粒的磁化饱和，所述选择与聚焦 器件包括至少一组选择与聚焦场线圈和用于生成要被提供到所述一组选择与聚焦场线圈 的选择与聚焦场电流的选择与聚焦场生成器单元，所述至少一组选择与聚焦场线圈用于控 制所述磁性选择与聚焦场的生成，
[0021] 其中，所述至少一组选择与聚焦场线圈包括：
[0022] -至少一个内层选择与聚焦场线圈，其被形成为关于内层线圈轴的闭合环路，以及
[0023] --组至少两个外层选择与聚焦场线圈，其被布置在比所述至少一个内层选择与 聚焦场线圈距所述内层线圈轴更大距离处，并且在不同的角位置，每个外层选择与聚焦场 线圈被形成为关于相关联的外层线圈轴的闭合环路，以及
[0024] ii)驱动器件，其包括驱动场信号生成器单元和驱动场线圈以借助于驱动磁场来 改变所述两个子带在所述视场中的空间位置和/或大小，使得所述磁性材料的磁化局部地 改变，
[0025] ii)接收器件，其包括至少一个信号接收单元和至少一个接收线圈以采集检测信 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带和所述第二子带的 所述空间位置的所述变化影响，以及
[0026] iv)重建器件，其用于根据所述检测信号重建所述视场的图像，其中，所述重建器 件适于：
[0027] -在所述检测信号中识别在所述视场（28)中没有磁性颗粒存在的一个或多个背 景时段（吐1、吐2、吐3、吐4)，其中，在所述视场中存在有磁性颗粒的信号时段与所述一个或 多个背景时段中的至少一个穿插，
[0028] -使用在所述背景时段获得的所述检测信号以校正在所述信号时段获得的检测信 号，以及
[0029] -根据所校正的在所述信号时段获得的检测信号来重建所述图像。
[0030] 在一实施例中，提供一种包括程序代码单元的计算机程序，所述程序代码单元当 在计算机上运行所述计算机程序时，用于令所述计算机控制根据本发明所述的装置来执行 根据本发明所述的方法的步骤。
[0031] 在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应理解，要求保护的方法和计算 机程序具有与要求保护的线圈布置以及与从属权利要求中所限定的相似和/或相同的优 选实施例。
[0032] 本发明旨在获得在目标或患者扫描期间的几个时间点处的纯背景谱。为此，识别 在其期间所述视场（即所述成像体积，从其获得检测信号并且将针对其重建图像）中没有 示踪剂材料（即所述磁性颗粒或包含磁性颗粒的材料）存在的时段，并且其因此表示所述 纯背景信号。在对无场点轨迹（即沿其移动第一子带的轨迹）的一次重复期间采集的谐波 的谱，是用于在因所述信号背景的变化造成的信号改变与因示踪剂材料进入所述成像体积 而造成的那些改变之间进行区分的有用工具。
[0033] -般能够通过使用两次背景测量一一一次在目标扫描之前并且一次在目标扫描 之后，去除缓慢地且相当线性地改变的时间变化的分量。使用在两次测量之间的线性插值， 能够生成适用于背景减法的数据。然而，如果所述背景信号以更为复杂的方式改变（例如 跳跃、非单调变化等），则线性两点插值失败。因此提出获得与目标测量穿插的几次背景测 量。
[0034] 本发明因此建议提议通过对所述信号谱的一个或多个频率分量的分析，来对在其 期间没有检测到示踪剂的时段进行识别。这些时段出现在所述目标或患者在所述扫描器中 但示踪剂材料尚没有被注射到所述目标或对象中时，或者所述目标或所述成像体积被移动 使得在有效成像体积中没有示踪剂时。在这些时段期间，所述信号直接表示所述背景信号 并且能够被用于背景去除。
[0035] 该途径具有这样的优点，即大体上可获得在时间上非常接近目标测量的许多背景 测量，一次实现了最优的可能的背景校正。由于所述背景有时在扫描中间突然改变，因而使 用在目标扫描之前和之后的背景扫描之间的线性插值的途径常常失败，同时所提出的途径 得到准确得多的结果。
[0036] 在优选的实