专利名称：用于影响和/或检测磁性颗粒的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于影响和/或检测作用区域中的磁性颗粒的装置。本发明还涉及相对应的方法、用于这样的装置的驱动场生成器单元以及计算机程序。
背景技术：
根据德国专利申请DE 101 51 778 Al已知这种类型的装置。在该公开所描述的装置中，首先生成具有磁场强度的空间分布的磁选择场，从而在检查区(zone)中形成具有相对低的磁场强度的第一子区以及具有相对高的磁场强度的第二子区。然后偏移检查区中子区的空间位置，以使得检查区中颗粒的磁化局部地改变。记录取决于检查区中的磁化的信号，该磁化已经受到子区的空间位置偏移的影响，并且从这些信号中提取关于检查区中磁性颗粒的空间分布的信息，从而能够形成该检查区的图像。这样的装置的优点在于其能够用于以无损的方式、不会造成任何损害而且以高空间分辨率，既可接近检查对象的表面又可远离检查对象的表面，来检查任何检查对象——例如人体。根据Gleich, B.和 ffeizenecker, J. (2005)在 Nature 第 435 卷第 1214-1217 页的"Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles，，已知一种类似的装置和方法。该公开所描述的用于磁性颗粒成像(MPI)的装置和方法利用小磁性颗粒的非线性磁化曲线。通常，这样MPI装置的驱动装置包括驱动场线圈单元和驱动场生成器单元。为了适应于序列，MPI需要由驱动场生成器单元提供的高无功功率(reactive power)。通常，使用切换放大器来生成高无功功率。这一放大器在电容器中基带处(即在零频率或者接近零的频率)存储无功能量。为了执行这一操作，切换元件不得不在处于操作频率数量级的频率下操作，即IOOkHz或者更高。在该频率下的切换损失已经相对较高。而且，该装置产生强的高谐波，这意味着使用大的滤波器以及甚至更高的无功功率。WO 2008/078244 A2公开一种用于影响和/或检测磁性颗粒的装置，一种用于校准这样的装置的方法以及用于影响和/或检测作用区域中的磁性颗粒的方法。所述装置具体包括利用耦合装置向驱动信号链(chain)和/或向检测信号链提供补偿信号以增强信噪比的补偿控制器。在这样的装置中存在的一个信号检测问题在于由于存在磁驱动场而导致的接收装置中的感应电压。该感应电压通常大于检测信号的(有用并且仅感兴趣的)信号电压。该装置的测量原理依赖以下事实具有专有频率的磁驱动场影响发送出不仅包括这一频率而且包括更高谐波的信号的磁性颗粒。测量这些谐波。因此，在所谓的驱动信号链或者在所谓的检测信号链中，驱动场本身的频谱不必包含专有频率的更高谐波或者不得不消除或者补偿专有频率的更高谐波。特别是，优选在将补偿信号耦合到驱动信号链和/或检测信号链之前对该补偿信号进行滤波。这提供了向驱动信号链和/或检测信号链中的信号增加噪声的最低可能部分的可能性。在该上下文中，术语“驱动信号链”表明不同的级 (stage)，例如放大级、滤波级等等，以便生成馈送到驱动装置的驱动信号。同样在本发明的上下文中，术语“检测信号链”表明不同的级，例如放大级、滤波级等等，以便生成由接收装置接收的检测信号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于影响和/或检测作用区域中的磁性颗粒的装置、 相对应的方法、用于这样的装置的驱动场生成器单元以及计算机程序，通过其能够减少硬件元件的数量和损失，特别是在所需的高无功功率的生成中的切换损失。在本发明的第一方面中，提供一种装置，包括-用于生成磁选择场的选择装置，所述磁选择场具有其磁场强度的空间图案，以使得在所述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，用于利用磁驱动场改变所述作用区域中的两个子区的空间位置，以使得磁性材料的磁化局部改变，所述驱动装置包括驱动场线圈单元，-用于获取检测信号的接收装置，所述检测信号取决于作用区域中的磁化，所述磁化受到第一和第二子区的空间位置的改变的影响，-驱动场生成器单元，用于生成用于所述驱动场线圈单元的驱动信号，-用于放大所述驱动信号的驱动信号放大器，-耦合在所述驱动信号放大器和所述驱动场线圈单元之间的耦合装置，所述耦合装置包括耦合到所述驱动场放大器的输出端的至少一个振荡电路以及耦合在所述至少一个振荡电路的输出端和相应的驱动场线圈单元的输入端之间的无功耦合单元，以及-用于以可变的操作频率操作所述至少一个振荡电路的控制装置。在本发明的另一方面中，提供一种相对应的方法、用于这样的装置的驱动场生成器单元以及计算机程序。从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应该理解，所请求保护的方法、驱动装置和计算机程序具有与从属权利要求中请求保护和限定的设备类似和/或相同的优选实施例本发明基于在振荡电路中存储无功能量的理念，该振荡电路优选以MPI驱动场的中心频率或者该中心频率附近操作(“附近”意味着小于传输频带外侧的两倍)。无功元件 (reactive element)，特别是电容器和/或电感器，将一个或者多个振荡电路耦合到驱动场谐振器。优选地通过将附加的无功元件切换进入和离开所述耦合元件以改变耦合的强度， 从而改变耦合强度。切换频率优选处于驱动场系统的带宽的数量级，这仅是操作频率的1 %，其优点在于极大地降低了切换事件的数量。优选的频率范围为从O到5kHz，特别是从0到2kHz。除了或者代替切换所述耦合，能够通过切换无功元件改变能量存储振荡电路的谐振频率。由于切换的频率优选处于驱动场带宽的数量级，因此能够将其同步到MPI序列 (sequence)以避免信号中的附加噪声并且容易进行滤波。因而，能够在无场点缓慢移动并且无论如何不生成或者生成很少信号时执行切换。优选地，所述至少一个振荡电路优选包括以所述操作频率切换的切换无功元件。在一个实施例中，所述耦合单元包括两个或者更多无功耦合元件，特别是电感器和/或电容器，以及拥有将所述无功耦合元件中的至少一个切换进入和离开信号路径以改变耦合强度的切换装置。
在另一实施例中，所述至少一个驱动场生成器单元至少包括并联耦合到第一振荡电路的第二振荡电路。按照这种方式，能够在所述振荡电路之间分配和/或传输无功能量。优选地，所述控制装置适于控制取决于磁驱动场的改变或者两个子区的空间位置的改变的操作频率。有利地调节该控制以使得在第一子区位于作用区域的边缘或者该边缘附近时生成切换脉冲，其中能够忽略所测量的检测信号，从而能够接受切换脉冲的任何干扰效应。
通过参照以下描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得明显并且将对其进行阐述。在以下的附图中图1示出磁性颗粒成像(MPI)装置的基本布局的示意图；图2示出由根据本发明的装置产生的场力线图案(field line pattern)的示例；图3示出存在于作用区域中的磁性颗粒的放大视图；图如和4b示出了这样的颗粒的磁化特性；图5示出根据本发明的装置的方框图；图6示出已知耦合单元的实施例；图7示出与图6所示的耦合单元一起使用的已知放大器的实施例；图8示出根据本发明的耦合单元的第一实施例；以及图9示出根据本发明的耦合单元的第二实施例。
具体实施例方式图1示出将由MPI装置10检查的任意对象。图1中的附图标记350表示安放在患者检查台351上的对象，在该情况下是人或者动物患者，仅示出了患者检查台的顶部部分。 在应用根据本发明的方法之前，在创造性装置10的作用区域300中设置磁性颗粒100(图 1中未示出)。特别是在对例如肿瘤的治疗和/或诊断处理之前，例如利用包括注入到患者 350的身体中的磁性颗粒100的液体(未示出)，将磁性颗粒100定位于作用区域300中。作为本发明实施例的示例，图2中示出的装置10包括形成选择装置210的多个线圈，所述选择装置210的范围限定出作用区域300，该作用区域300也被称为处理区域300。 例如，选择装置210设置在患者350的上方和下方或者检查台顶部的上方或者下方。例如， 选择装置210包括第一对线圈210'，210〃，各包括两个相同构造的绕组210'和210"， 这些绕组同轴地设置在患者350的上方和下方并且由相等的电流特别是沿相对方向横切。 以下将第一线圈对210'，210"统称为选择装置210。优选地，在这种情况下使用直流。选择装置210生成通常是由图2中的场力线表示的梯度磁场的磁选择场211。其在选择装置 210的线圈对的(例如垂直)轴方向上具有基本上恒定的梯度并且在该轴上的点处达到值零。从该无场点(图2中未单独示出)开始，随着与无场点的距离增加，磁选择场211的场强度在全部三个空间方向上增加。在由无场点周围的虚线表示的第一子区301或者区域 301中，场强度如此小以使得存在于该第一子区301中的颗粒100的磁化不饱和，而存在于第二子区302(区域301外部)的颗粒100的磁化处于饱和状态。作用区域300的无场点或者第一子区301优选是空间相干区域；其也可以是点状(pimctiform)区域或者直线区域或者扁平区域。在第二子区302中(即在作用区域300中位于第一子区301外部的剩余部分中)，磁场强度强到足以使颗粒100保持在饱和状态。通过改变作用区域300内两个子区 301，302的位置，作用区域300中的(整体)磁化改变。通过测量作用区域300中的磁化或者受该磁化影响的物理参数，能够获得关于磁性颗粒在作用区域中的空间分布的信息。为了改变作用区域300中两个子区301，302的相对空间位置，在作用区域300中或者至少在作用区域300的一部分中，将进一步的磁场，即所谓的磁驱动场221叠加于选择场211。图3示出与本发明的装置10 —起使用的该类磁性颗粒100的示例。其例如包括球形基底101，该球形基底例如由提供有软磁性层102的玻璃制成，该软磁性层具有例如5nm 的厚度并且例如由铁镍合金(例如坡莫合金)构成。可以例如利用保护颗粒100免受化学和/或物理侵蚀性环境，例如酸，的影响的涂覆层103覆盖该层。这样的颗粒100的磁化饱和所需的磁选择场211的磁场强度取决于各种参数，例如颗粒100的直径、对于磁性层102 所使用的磁性材料以及其它参数。在例如10 μ m直径的情况下，则需要大致800A/m(大致对应于ImT的通量密度) 的磁场，而在100 μ m直径的情况下，80A/m的磁场可以满足需要。在选择具有较低饱和磁化的材料涂层102时或者在降低层102的厚度时，甚至获得更小的值。对于优选的磁性颗粒100的进一步细节，在此以引用的方式结合DE10151778的相应部分，特别是要求DE 10151778优先权的EP 1304542 A2的第16到20段和第57到61 段。第一子区301的尺寸一方面取决于磁选择场211的梯度强度并且另一方面取决于饱和所需的磁场的场强度。为了磁性颗粒100在80A/m的磁场强度下的充分饱和以及磁选择场211的场强度的梯度(在给定的空间方向上)达到160 103A/m2，其中颗粒100的磁化不饱和的第一子区301具有大约Imm的尺度(在给定的空间方向上)。当进一步的磁场，以下将其称为磁驱动场211，叠加于作用区域300中的磁选择场 210(或者梯度磁场210)时，第一子区301在该磁驱动场221的方向上相对于第二子区302 偏移；该偏移的程度随着磁驱动场221强度的增加而增加。当叠加的磁驱动场221在时间上可变时，第一子区301的位置在时间和空间上相应地改变。在与磁驱动场221的频带变化不同的另一频带(偏移到较高频率)中接收或者检测来自位于第一子区301中的磁性颗粒100的信号是有利的。这是可行的原因在于，由于磁化特性的非线性导致的作用区域300 中磁性颗粒100的磁化改变而产生磁驱动场221频率的更高谐波的频率分量。为了针对空间中任意给定方向生成这些磁驱动场221，提供以下三个进一步的线圈对，即第二线圈对220'、第三线圈对220〃和第四线圈对220〃 ‘，它们一起称为驱动装置220。例如，第二线圈对220'生成在第一线圈对210'，210〃或者选择装置210的线圈轴方向上，例如垂直，延伸的磁驱动场221的分量。为此，第二线圈对220'的绕组在相同的方向上以相等的电流横切。可利用第二线圈对220'实现的效果理论上也能够由在第一线圈对210'，210"中相反且相等的电流上叠加相同方向的电流来实现，以使得一个线圈中的电流降低而另一线圈中的电流增加。然而，并且特别是对于具有较高信噪比的信号解释的目的，时间恒定(或者准恒定)选择场211(也被称为梯度磁场)以及时间可变垂直磁驱动场由选择装置210和驱动装置220的分离线圈对生成是有利的。提供两个进一步的线圈对220"，220〃丨以生成在空间中的不同方向，例如在作用区域300(或者患者350)的纵向方向上以及在与其垂直的方向上水平延伸的磁驱动场 221的分量。如果出于此目的使用赫尔姆霍茨类型的第三和第四线圈对220〃，220"‘(类似用于选择装置210和驱动装置220的线圈对)，则这些线圈对将不得不被分别设置到处理区域的左侧和右侧或者该区域的前面和后面。这将影响作用区域300或者处理区域300 的可访问性。因此，第三和/或第四磁性线圈对或者线圈220〃，220"‘也设置在作用区域 300的上方和下方，并且因此它们的绕组配置必须与第二线圈对220'的绕组配置不同。然而，这种类型的线圈在具有其中射频(RF)线圈对位于处理区域上方和下方的开放式磁体的磁共振装置(开放式MRI)的场中是已知的，所述RF线圈对能够生成水平的时间可变磁场。因此，在此不再解释这样的线圈的构造。根据本发明的装置10还包括仅在图1中示意性示出的接收装置230。接收装置 230通常包括能够检测由作用区域300中的磁性颗粒100的磁化图案感应出的信号。然而， 这种类型的线圈在其中射频(RF)线圈对位于作用区域300周围以具有尽可能高的信噪比的磁共振装置的场中是已知的。因此，在此不再解释这样的线圈的构造。在用于图1所示的选择装置210的可选实施例中，永磁体(未示出)可以用于生成梯度磁选择场211。在这样的(相对)永磁体(未示出)的两个磁极之间的空间中，即，在相对的磁极具有相同极性时，形成与图2所示类似的磁场。在根据本发明的装置的另一可选实施例中，如图2所示，选择装置210包括至少一个永磁体和至少一个线圈210'，210"。通常对于或者在选择装置210、驱动装置220和接收装置230的不同元件中使用的频率范围大体如下由选择装置210生成的磁场或者在时间上根本不改变或者变化相对缓慢，优选在大致IHz和大致IOOHz之间。由驱动装置220生成的磁场优选在大致25kHz和大致IOOkHz之间改变。接收装置应该敏感的磁场变化优选在大致50kHz到大致IOMHz的频率范围内。图如和图4b示出了磁化特性，即在具有这样的颗粒的散布中，颗粒100的磁化M 作为在该颗粒100的位置处的场强度H的函数的变化。可以看出，磁化M不再变化高于场强+H。和低于场强-H。，这意味着达到了饱和磁化。在值+H。和-H。之间磁化M未饱和。图如说明了颗粒100在所产生的正弦磁场H(t)(即“由颗粒100看出”)的绝对值低于磁化地饱和颗粒100所需的磁场强度的位置处，即在没有进一步的磁场是起作用的情况下，正弦磁场H(t)的效果。对于该条件的一个或者多个颗粒100的磁化以磁场(H(t)) 的频率节奏在其饱和值之间往复。由图如右手侧的基准M(t)表示在磁化时间上产生的变化。这表明，磁化还周期性改变并且这样的颗粒的磁化是周期性反转的。曲线中心处的虚线部分表示磁化M(t)作为正弦磁场H(t)的场强度的函数的大致平均变化。随着从该中心线偏离，在磁场H从-H。增加到+H。时磁化略微向右延伸并且在磁场H从+H。降低到-H。时磁化略微向左延伸。这一已知效应被称为滞后效应，其构成用于生成热量的机制。形成在曲线的路径之间并且其形状和尺寸取决于材料的滞后表面区域是在磁化改变时对于热量生成的测量值。图4b示出了其上叠加有静态磁场H1的正弦磁场H(t)的效果。由于磁化处于饱和状态，因此其实际上并不受正弦磁场H(t)影响。磁化M(t)在该区域中在时间上保持恒定。 结果，磁场H(t)不会导致磁化状态的改变。图5示出了图1所示装置10的方框图。图5中示意性示出了选择装置210。优选地，选择装置210提供有三个磁选择场生成装置，特别是线圈、永磁体或者线圈和永磁体的组合。所述三个磁选择场生成装置优选设置为使得对于每一个空间方向提供一个磁选择场生成装置。如果在一个实施例中，将线圈对提供作为磁选择场生成装置，则该线圈对供应有来自可控电流源32的DC电流，所述电流源32由控制装置76控制。为了沿期望方向单独设定选择场211的梯度强度，将叠加电流叠加到至少一个线圈对，其中相对线圈的叠加电流相对取向。在优选实施例中，控制装置76还进行控制以将选择场211的全部三个空间部分的场强度的和以及梯度强度的和保持在预定水平。如果在一个实施例中，将永磁体而不是线圈对提供作为磁选择场生成装置，则需要以例如电机的致动装置32'更换电流源32，该致动装置32'能够机械移动永磁体以便根据由控制装置76提供的控制信号沿期望的方向设定梯度强度。控制装置76顺次连接到计算机12，该计算机12耦合到用于显示磁性颗粒在检查区域中的分布的监视器13以及例如键盘的输入单元14。因此，用户能够设定最高分辨率的期望方向并且在监视器13上顺次接收作用区域的相应的图像。如果需要最高分辨率的关键方向偏离于由用户首先设定的方向，则用户仍然能够手动改变该方向以产生具有改善的成像分辨率的进一步图像。也可通过控制装置76和计算机12自动操作该分辨率改善处理。在该实施例中，控制装置76沿自动估计的或者由用户设定为开始值的第一方向设定梯度场。然后逐步改变梯度场的方向，直到由计算机12进行比较的所接收的图像的分辨率分别为不再改善的最大值为止。因此能够发现分别自动修改的最关键方向以接收最高可能分辨率。线圈对(第二磁性装置)220'，220〃，220〃 ‘连接到从其接收电流的电流放大器41，51，61。在每一种情况下，电流放大器41，51，61顺次连接到AC电流源42，52，62，该 AC电流源限定待放大的电流Ix，Iy, Iz的时间进程。AC电流源42，52，62由控制装置76控制。图5中还示意性示出了接收线圈(接收装置)。在接收线圈230中感应出的信号被馈送到滤波器单元7 1，利用该滤波器单元对信号进行滤波。该滤波的目的在于将测量值与其它干扰信号分离，所述测量值通过受两个部分区域(301，302)的位置改变影响的检查区域中的磁化来产生。为此，滤波器单元71例如可以设计为使得时间频率小于线圈对 220'，220〃，220〃 ‘操作的时间频率的信号，或者比这些时间频率的两倍小的信号，不通过滤波器单元71。然后经由放大器单元72向模拟/数字转换器73 (ADC)传输该信号。将由模拟/数字转换器73产生的数字信号馈送到图像处理单元(也被称为重构装置)74，该图像处理单元74根据这些信号以及在接收相应的信号期间检查区域中的第一磁场的第一部分区域301所位于的并且图像处理单元74从控制装置76所获得的相应的位置，来对磁性颗粒的空间分布进行重构。最终所重构的磁性颗粒的空间分布经由控制装置76传输至计算机12，该计算机12在监视器13上显示所述空间分布。为了耦合由所述AC电流源42，52，62生成并且由所述电流放大器(也称为驱动信号放大器)41，51，61放大的放大驱动信号，耦合装置452耦合在所述驱动装置的所述放大器41，51，61和所述线圈对220'，220〃，220〃 ‘之间。以下将详细解释所述耦合装置452 的细节。图6示意性示出了如在WO 2008/078244 A2中公开的(对于三个驱动线圈对220'，220〃，220〃 ‘之一)驱动信号链的实施例。将补偿信号451馈送到驱动信号链 420。补偿控制器450生成驱动信号，即补偿控制器450包括驱动信号生成器(例如图5中的42)。特别是实现了允许更大自由度的数字信号生成。补偿信号451受宽带信号链455 的支配(作为补偿信号链的特殊实施例)。在补偿信号45 1通过宽带信号链455之后，将该补偿信号451耦合或者馈送到驱动信号链420。这以驱动信号链420的信号中的较高谐波备精确补偿的方式来完成。馈送或者耦合点优选不直接位于驱动信号链420的放大器级 422 (包括放大器，例如图5所示的41)之后，因为在这种情况下宽带信号链455所需的功率将相对较高。如图6所示，不同的模拟滤波器元件被用于耦合装置452。特别是，电阻性耦合被用于将补偿信号451耦合到驱动信号链420。作为选择，示出了补偿信号451的三个不同耦合点。优选地，选择耦合点以使得在耦合点之后提供至少一个最终的无源滤波器级4 (在朝向驱动装置220的方向)。其优点在于该装置的性能并且特别是该补偿的性能不受反馈的精度限制。图7中示出了(对于驱动线圈对220'，220〃，220〃 ‘之一)通常用于生成MPI 所需的高无功功率的切换放大器单元422的实施例。该放大器单元422在电容器C中存储处于基带的无功能量。为了执行此，设置在H-桥H处的切换元件S以操作频率的数量级的频率操作，即IOOkHz和更高。在该频率下的切换损失已经相对较高。而且，放大器单元422 产生强的高谐波，这意味着使用大的滤波器以及甚至更高的无功功率。图8中更加详细地示出了根据本发明的耦合单元452的实施例。在该图中对于三个驱动场线圈对220'，220〃，220〃 ‘(这里表示为220)中的一个示出了耦合到放大器 01，51，61，这里由422表示)之一的输出端的的一个耦合单元452。耦合单元452包括耦合到所述驱动场放大器422的输出端的振荡电路(tank circuit) 453、耦合到所述振荡电路453的输出端的无功耦合(reactive coupling)单元454以及耦合在所述耦合单元456 的输出端与相应的驱动场线圈单元220的输入端之间的滤波器单元454。振荡电路453包括耦合到放大器422的输出端的串联电容器C。。所述串联电容器 C0耦合到振荡电路456，在该实施例中所述振荡电路456包括全部并联耦合的三个谐振电容器C1, C2, C3和谐振电感器L1，其中第一和第二电容器C1, C2能够通过开关S1, S2去耦合。 所述振荡电路453耦合到包括全部串联耦合的耦合电容器C4和耦合电感器L2的无功耦合单元456。可选地，另一耦合电容器C5并联连接到耦合电容器C4,但是能够通过开关&去耦合。该耦合单元456耦合到位于所述滤波器单元454的两个滤波电容器C6，C7之间的连接点。因而，根据本发明，提出在以MPI驱动场的中心频率或者该中心频率附近的频率操作的振荡电路453中存储无功能量。耦合单元456的无功元件(电容器，电感器)将所述振荡电路453耦合到驱动场谐振器454，220。通过将诸如耦合电容器C5的附加无功元件切换到耦合和去耦合来改变耦合强度。优选地，切换频率处于驱动场系统的带宽数量级，其仅是操作频率的1%。按照这种方式，能够降低切换事件的数量。除了或者代替切换该耦合， 可以通过如图8所示的切换无功元件改变能量存储振荡电路453的谐振频率。由于切换频率处于驱动场带宽的数量级，能够将其同步到MPI序列以避免信号中的附加噪声并且容易进行滤波。因此能够在无场点缓慢移动并且无论如何也没有信号生成的时刻执行切换。
通过该传统类别的AB/H或者数字(类别D)放大器422向振荡电路453提供必要的有功功率。根据本发明，放大器需要仅传输很少的无功功率，以使得其能够相对小。由于参数放大器本质上是滤波器，因此馈送放大器不需要额外的低失真。切换元件可以是MosFET或者双极晶体管。也可以使用二极管或者机械开关。如果切换元件非常线性地操作(例如引线中没有镍)，则如果使用序列修改的切换模式则可以在驱动场谐振器中使用该切换元件。这里，“序列修改的切换模式”表示(很少)切换，优选地在序列的转换点处或者在之前已经由FFP交叉(hit)的点处。开始，图8中所示的系统在单个频率下谐振。为了实现幅值快速降低至零，通过打开开关&来降低具有电感器L2的振荡电路453的耦合因数。然后，改变与谐振电感器L1 并联的总电容(由三个谐振电容器C1, C2, C3形成)以使得实现至驱动线圈220的振荡的 180°相移。现在，将与谐振电感器L1并联的总电容(由三个谐振电容器C1, C2，C3形成)设置到实现具有与驱动线圈220中相同频率的振荡的值。因而，恢复耦合，并且能够将能量从驱动线圈220的驱动谐振电路(由滤波器电路4M和驱动线圈220形成)传输回到振荡电路453。如果驱动线圈220中的振荡大致达到了零幅值，则耦合将被最小化。图9中示出了根据本发明的耦合单元452的另一实施例。所述耦合单元452的实施例包括两个振荡电路453a，453b (优选具有与图8所示的振荡电路453相同的元件)，每一个振荡电路453a，453b耦合到单独的放大器42 ，422b (也能够被组合为公共放大器，或者仅使用单个放大器)。两个振荡电路453a，45 和两个无功耦合单元456a，456b都耦合到公共滤波器单元454。利用该实施例，取决于应用于振荡电路453a，45;3b的开关的切换方案，可以在彼此之间传输存储在振荡电路453a，453b中的无功能量。利用该实施例，能够实现快速开始驱动谐振电路(由滤波器电路4M和驱动线圈 220形成)中的振荡。假设两个振荡电路453a，453b以相同的频率和幅值振荡但是具有 180°的相移，则驱动谐振电路中的净电流为零。进而，将假设驱动谐振电路中振荡的幅值也为零。为了获得驱动谐振电路中振荡的快速开始，尽可能大地改变振荡电路453a，453b 之一的电容，直到两个振荡电路453a，453b同相振荡。然后，将该电容改变回到初始值。现在，两个振荡电路453a，453b同相振荡，驱动谐振电路中的净电流被最大化，并且驱动谐振电路快速开始振荡。应该注意，为了该目的，通常不需要开关&和耦合电容器C5。尽管在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述被认为是说明性或者示例性的而非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。在实施请求保护的本发明，通过对附图、本公开以及所附权利要求的研究，本领域普通技术人员能够理解和实现对于所公开实施例的其它修改。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或者步骤，并且非限定词“一”或者“一个”不排除多个。单个元件或者其它单元可以实现在权利要求中引述的几项的功能。在彼此不同的从属权利要求中记载特定措施这一事实不表明不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储/分布在适合的介质上，例如连同其它硬件一起提供或者作为其它硬件的一部分提供的光学存储介质或者固态介质，但是所述计算机程序也可以按照其它形式分布，例如经由互联网或者其它有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应该被解释为限制范围。
权利要求
1.一种用于影响和/或检测作用区域(300)中的磁性颗粒的装置(10)，所述装置包括-用于生成磁选择场011)的选择装置010)，所述磁选择场Oil)具有其磁场强度的空间图案，以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020)，用于利用磁驱动场(211)改变所述作用区域(300)中的所述两个子区(301,30 的空间位置，以使得所述磁性材料(100)的磁化局部地改变，所述驱动装置包括驱动场线圈单元O20'，220〃，220〃 ‘)，-用于获取检测信号的接收装置030)，所述检测信号取决于所述作用区域(300)中的所述磁化，所述磁化受到所述第一和第二子区(301,30 的空间位置的改变的影响，-驱动场生成器单元02，52，62)，用于生成用于所述驱动场线圈单元O20'，220〃， 220"‘)的驱动信号，-驱动信号放大器(41，51，61)，用于放大所述驱动信号，-耦合在所述驱动信号放大器01，51，61 ；422)和所述驱动场线圈单元O20'，220〃， 220"‘)之间的耦合装置052)，所述耦合装置(452)包括耦合到所述驱动场放大器 (422)的输出端的至少一个振荡电路053)以及耦合在所述至少一个振荡电路053)的输出端和相应的驱动场线圈单元O20' ,220" ,220"‘)的输入端之间的无功耦合单元 (456)，以及-控制装置(76)，用于以可变的操作频率操作所述至少一个振荡电路053)。
2.如权利要求1所述的装置(10)，其中，所述控制装置(76)适于以处于所述磁驱动场021)的带宽的数量级的操作频率来操作所述至少一个振荡电路。
3.如权利要求1所述的装置(10)，其中，所述控制装置(76)适于以处于从0到5kHz，特别是从0到2kHz，的频率范围内的操作频率来操作所述至少一个振荡电路。
4.如权利要求1所述的装置(10)，其中，所述至少一个振荡电路(453)包括切换无功元件(C1,C2)并且其中所述控制装置 (76)适于以所述操作频率切换所述切换无功元件。
5.如权利要求1所述的装置(10)，其中，所述耦合单元(456)包括两个或者更多无功耦合元件(C4，L2, C5)，特别是电感器和/或电容器；以及用于将所述无功耦合元件中的至少一个切换进入和离开信号路径以改变耦合的强度的切换装置(S)。
6.如权利要求1所述的装置(10)，其中，所述耦合装置(452)至少包括并联耦合到所述第一振荡电路G53a)的第二振荡电路(453b)。
7.如权利要求1所述的装置(10)，其中，所述控制装置(76)适于根据所述磁驱动场的改变或者所述两个子区(301，302) 的空间位置的改变来控制所述操作频率。
8.如权利要求7所述的装置(10)，其中，所述控制装置(76)适于控制所述操作频率，以使得在所述第一子区(301)位于所述作用区域(300)的边缘或者该边缘附近时生成切换脉冲。
9.用于如权利要求1所述的装置(10)的耦合单元052)，该装置(10)用于影响和 /或检测作用区域(300)中的磁性颗粒，所述装置(10)包括适于利用磁驱动场021)来改变所述作用区域(300)中的所述两个子区(301，302)的空间位置以使得所述磁性材料 (100)的磁化局部地改变的驱动装置，所述装置(10)包括适于利用磁驱动场(221)来改变所述作用区域(300)中的所述两个子区(301，302)的空间位置以使得所述磁性材料(100) 的磁化局部地改变的驱动装置020)，其中所述驱动装置包括驱动场线圈单元O20'， 220"，220〃 ‘)，所述装置(10)还包括用于生成用于所述驱动场线圈单元O20'，220〃， 220" ’ )的驱动信号的驱动场生成器单元02,52,6 以及用于放大所述驱动信号的驱动信号放大器01，51，61)，其中，所述耦合装置(45 适于耦合在所述驱动信号放大器Gl，51，61 ；422)和所述驱动场线圈单元O20'，220"，220"‘)之间并且包括耦合到所述驱动场放大器02 的输出端的至少一个振荡电路G53)以及耦合在所述至少一个振荡电路(453)的输出端和相应的驱动场线圈单元O20'，220"，220"‘)的输入端之间的无功耦合单元056)。
10.一种用于影响和/或检测作用区域(300)中的磁性颗粒的方法，所述方法包括步骤-生成磁选择场011)，所述磁选择场Oil)具有其磁场强度的空间图案，以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)，-通过用于生成磁驱动场021)的驱动装置(220)改变所述作用区域(300)中的所述两个子区(301,30 的空间位置，以使得所述磁性材料(100)的磁化局部地改变，所述驱动装置包括驱动场线圈单元O20'，220〃，220〃 ‘)，-获取检测信号，所述检测信号取决于所述作用区域(300)中的磁化，所述磁化受到所述第一和第二子区(301，302)的空间位置的改变的影响，-生成用于所述驱动场线圈单元O20'，220〃，220〃 ‘)的驱动信号，-放大所述驱动信号，-通过耦合装置(45 将所放大的驱动信号耦合到所述驱动场线圈单元O20'， 220"，220"‘)，所述耦合装置(45 包括耦合到所述驱动场放大器022)的输出端的至少一个振荡电路(453)以及耦合在所述至少一个振荡电路(453)的输出端和相应的驱动场线圈单元(220'，220〃，220〃 ‘)的输入端之间的无功耦合单元(456)，-以可变的操作频率操作所述至少一个振荡电路(453)。
11.包括程序代码装置的计算机程序，用于在计算机上执行所述计算机程序时使所述计算机控制如权利要求1所述的装置来执行如权利要求10所述的方法的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种用于影响和/或检测作用区域(300)中的磁性颗粒的装置(10)和相对应的方法。为了存储所需的无功能量，提供振荡电路(453)，所述振荡电路(453)优选以MPI驱动场的中心频率操作。无功元件(C4，L2)，特别是电容器和/或电感器，将一个或者多个振荡电路(453)耦合到驱动场谐振器(454，220)。优选地通过将附加的无功元件(C5)切换进入和离开所述耦合单元(452)以改变耦合的强度，从而改变该耦合强度。
文档编号H03F7/04GK102256543SQ200980150654
公开日2011年11月23日 申请日期2009年12月10日 优先权日2008年12月17日
发明者B·格莱希 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司