УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА МАГНИТНЫЕ ЧАСТИЦЫ И/ИЛИ ИХ ОБНАРУЖЕНИЯ В ПОЛЕ ЗРЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТРИЦЫ НАБОРОВ ОДНОСТОРОННИХ ПЕРЕДАЮЩИХСЯ КАТУШЕК Российский патент 2015 года по МПК A61B5/05 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству и способу воздействия на магнитные частицы и/или их обнаружения в поле зрения.

Кроме того, настоящее изобретение относится к компьютерной программе для реализации упомянутого способа на компьютере и для управления таким устройством.

Настоящее изобретение, в частности, относится к области формирования изображения с помощью магнитных частиц (MPI).

Уровень техники

Магнитные поля играют важную роль в разнообразных областях применения. Они используются, например, в электродвигателях, электрогенераторах и для передачи радио- или телевизионных сигналов. Кроме того, магнитные поля используются для медицинской диагностики, наиболее ярким примером которой является магниторезонансное формирование изображения (МРТ). В каждой из этих областей применения магнитное поле приспосабливается к определенным нуждам. Например, в МРТ требуется формирование двух конфигураций поля: пространственно однородное и линейно возрастающее градиентное поле. Эти особые поля могут генерироваться электромагнитными катушками, тогда как геометрия и ток катушки определяют характеристики поля. Для этих простых конфигураций поля оптимальная топология катушки общеизвестна. Однородное магнитное поле генерируется парой катушек Гельмгольца, состоящей из двух идентичных катушек, которые располагаются симметрично вдоль общей оси и разнесены на расстояние R, равное радиусу катушки. Обе катушки несут одинаковые токи, текущие в одном и том же направлении. Аналогично градиентное поле генерируется парой катушек Максвелла, которая имеет такую же топологию, но при этом ток течет в противоположных направлениях, и расстояние между катушками увеличено, составляя .

Формирование изображения с помощью магнитных частиц (MPI) является перспективным подходом к формированию изображения в медицинских целях. Первые версии MPI были двухмерными, в том смысле, что позволяли формировать двухмерные изображения. Следующие версии будут трехмерными (3D). Зависящее от времени, или 4D, изображение нестатичного объекта может создаваться комбинированием временной последовательности 3D изображений с образованием видео, при условии что объект не претерпевает значительного изменения в ходе сбора данных для одного 3D изображения.

MPI представляет собой способ реконструктивного формирования изображения наподобие компьютерной томографии (КТ) или магниторезонансного формирования изображения (МРТ). Соответственно MP изображение объема объекта, представляющего интерес, генерируется в два этапа. Первый этап, именуемый сбором данных, осуществляется с использованием MPI-сканера. MPI-сканер имеет средство для генерации статического градиентного магнитного поля, именуемого «полем выбора», которое имеет единственную бесполевую точку (FFP) в изоцентре сканера. Кроме того, сканер имеет средство для генерации почти пространственно однородного магнитного поля, зависящего от времени. Фактически это поле получается суперпозицией быстро изменяющегося поля малой амплитуды, именуемого «движущим полем», и медленно изменяющегося поля большой амплитуды, именуемого «фокусирующим полем». Благодаря добавлению зависящих от времени движущего и фокусирующего полей к статическому полю выбора FFP может перемещаться вдоль заранее определенной траектории FFP на протяжении объема сканирования, окружающего изоцентр. Сканер также имеет компоновку из одной или более, например трех, приемных катушек и может регистрировать любые напряжения, наведенные в этих катушках. Для сбора данных изображаемый объект располагается в сканере таким образом, что объем объекта, представляющего интерес, находится в пределах поля зрения сканера, которое является подмножеством объема сканирования.

Объект должен содержать магнитные наночастицы; если объектом является животное или пациент, контрастный агент, содержащий такие частицы, вводится в тело животного или пациента до сканирования. В ходе сбора данных MPI-сканер ведет FFP вдоль заранее выбранной траектории, которая заметает объем сканирования или, по меньшей мере, поле зрения. Магнитные наночастицы в объекте испытывают воздействие изменяющегося магнитного поля и реагируют изменением своего намагничивания. Изменение намагничивания наночастиц наводит зависящее от времени напряжение в каждой из приемных катушек. Это напряжение дискретизируется на приемнике, связанном с приемной катушкой. Выборки, выводимые приемниками, регистрируются и составляют собранные данные. Параметры, определяющие детали сбора данных, образуют протокол сканирования.

На втором этапе генерации изображения, именуемом реконструкцией изображения, изображение вычисляется или реконструируется из данных, собранных на первом этапе. Изображение представляет собой дискретную 3D матрицу данных, которая представляет дискретизированное приближение зависящей от положения концентрации магнитных наночастиц в поле зрения. Реконструкция в общем случае осуществляется компьютером, который выполняет соответствующую компьютерную программу. Компьютер и компьютерная программа реализуют алгоритм реконструкции. Алгоритм реконструкции основан на математической модели сбора данных. Как и во всех способах реконструктивного формирования изображения, эта модель является интегральным оператором, который действует на собранные данные; алгоритм реконструкции пытается отменить, насколько возможно, действие модели.

Такие устройство MPI и способ имеют преимущество в том, что их можно использовать для обследования произвольных объектов обследования - например, человеческих тел - в неразрушающем режиме и не вызывая никаких повреждений и с высоким пространственным разрешением как близко к поверхности, так и на удалении от поверхности объекта обследование. Такие компоновка и способ в общем случае известны и впервые были описаны в DE 10151778 A1 и в статье Gleich, B. и Weizenecker, J. (2005), «Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles» в журнале Nature, т. 435, стр. 1214-1217. Компоновка и способ для формирования изображения с помощью магнитных частиц (MPI), описанные в этой публикации, пользуются преимуществом нелинейной кривой намагничивания малых магнитных частиц.

Помимо вышеописанной традиционной установки катушек, где объект, представляющий интерес, располагается в центре цилиндрического сканера, так называемая односторонняя компоновка катушек описана в статье Sattel T F, Knopp T, Biederer S, Gleich B, Weizenecker J, Borgert J, Buzug T M (2009) «Single-Sided Device for Magnetic Particle Imaging», Journal of Physics D: Applied Physics, 42, 2:5. В такой компоновке, которая будет именоваться односторонней базисной установкой катушек, объект также располагается перед сканирующей установкой, и, таким образом, его полный размер не имеет значения. Хотя для разных областей применения предусмотрены разные конструкции сканера, до сих пор основным недостатком одностороннего 3D сканера является то, что он позволяет формировать изображение только в сравнительно малом поле зрения. Фактически поле ограничено во всех трех направлениях размерами передающих катушек и чувствительностью приемных катушек.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа воздействия на магнитные частицы и/или их обнаружения в поле зрения, имеющего увеличенное поле зрения, предпочтительно во всех измерениях, повышенное качество изображения на границе поля зрения, и, следовательно, позволяющих формировать изображения более крупных областей, по сравнению с известными устройством и способами, в частности, известной односторонней компоновкой катушек.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение компьютерной программы для реализации упомянутого способа на компьютере и для управления таким устройством.

В первом аспекте настоящего изобретения предусмотрено устройство для воздействия на магнитные частицы и/или их обнаружения в поле зрения, причем устройство содержит:

i) два или более наборов передающих катушек, причем соседние наборы катушек частично перекрываются, при этом набор передающих катушек содержит:

- пару концентрически расположенных катушек поля выбора для генерации магнитного поля выбора, имеющего такое пространственное распределение своей напряженности магнитного поля, что в поле зрения формируются первая подзона, имеющая низкую напряженность магнитного поля, и вторая подзона, имеющая более высокую напряженность магнитного поля, и

- по меньшей мере, одну пару катушек движущего поля для изменения положения в пространстве двух подзон в поле зрения посредством движущего магнитного поля, так что намагничивание магнитных частиц изменяется локально, причем упомянутая, по меньшей мере, одна пара катушек движущего поля располагается параллельно упомянутой паре катушек поля выбора, и две катушки движущего поля упомянутой, по меньшей мере, одной пары катушек движущего поля являются двумя соседними витками катушки,

ii) средство генерации для генерации сигналов тока для подачи на упомянутые катушки поля выбора и упомянутые катушки движущего поля для генерации требуемых магнитных полей упомянутыми катушками, и

iii) средство управления для управления упомянутым средством генерации для генерации постоянных токов противоположных направлений для подачи на две катушки поля выбора упомянутой пары катушек поля выбора и переменные токи противоположных направлений для подачи на две катушки движущего поля упомянутой, по меньшей мере, одной пары катушек движущего поля, причем один переменный ток течет по часовой стрелке в одной из катушек движущего поля, тогда как другой переменный ток течет против часовой стрелки в другой катушке движущего поля.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения предусмотрен соответствующий способ, а также компьютерная программа для реализации упомянутого способа.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения заданы в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленный способ, заявленный набор передающих катушек и заявленная компьютерная программа имеют аналогичные и/или такие же предпочтительные варианты осуществления, как заявленное устройство, заданные в зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение основано на идеи расширения односторонней компоновки катушек, содержащей единичный набор передающих катушек для MPI, что описано в упомянутой выше статье Sattel T.F. et al. Согласно настоящему изобретению, предусмотрены дополнительные наборы передающих катушек, способные генерировать магнитные поля, ориентированные перпендикулярно оси z осевого сканера перед сканирующим приспособлением. Единичная FFP, т.е. первая подзона, имеющая низкую напряженность магнитного поля, может затем перемещаться в любое положение на многомерной траектории благодаря подаче надлежащих токов на катушки наборов передающих катушек.

Дополнительный аспект настоящего изобретения предусматривает, что два или более наборов передающих катушек перекрываются и связаны друг с другом. Таким образом, FFP может плавно перемещаться по сколь угодно большому полю зрения, которое ограничено только количеством перекрывающихся наборов передающих катушек.

Заявленное изобретение, таким образом, обеспечивает следующие признаки:

- создание увеличенного поля зрения произвольного размера в горизонтальном направлении, например, параллельно столу для пациента;

- создание более высокого качества изображения благодаря синергетическому эффекту между соседними наборами передающих катушек;

- достижение увеличенной осевой глубины проникновения;

- возможность снижения энергопотребления единичного набора передающих катушек;

- возможность обработки множественных бесполевых точек (mFFP);

- возможность быстрой параллельной реконструкции изображения;

- обеспечение малой SAR (удельная поглощаемая мощность) также для больших полей зрения; и

- возможность увеличенного объема зондирования.

Для генерации требуемых магнитных полей надлежащие токи подаются на катушки наборов передающих катушек. Упомянутые катушки генерируются надлежащим средством генерации под управлением средства управления. В частности, рассматривая один набор передающих катушек, магнитное поле выбора, которое в общем случае является однородным магнитным полем, генерируется за счет обеспечения постоянных токов противоположных направлений в двух катушках поля выбора пары. Для генерации движущего магнитного поля в требуемом направлении переменные токи противоположных направлений подаются на две катушки движущего поля, по меньшей мере, одной пары катушек движущего поля набора передающих катушек. Следовательно, для генерации движущего магнитного поля, перпендикулярного оси катушки, в отличие от односторонней компоновки катушек, описанной в упомянутой выше статье Sattel T.F. et al., раздельные катушки движущего поля используются для генерации упомянутых движущих магнитных полей, т.е. катушки поля выбора для этого не используются. Кроме того, такая пара катушек движущего поля образована двумя соседними витками катушки, благодаря чему магнитные поля, генерируемые обоими витками, когда переменный ток противоположных направлений подается на упомянутые витки катушки, суммируются, по меньшей мере, в центральной области, т.е. где два соседних ответвления упомянутых витков катушки располагаются непосредственно друг за другом.

В предпочтительном варианте осуществления в наборе передающих катушек (предпочтительно в каждом наборе передающих катушек) предусмотрены две пары катушек движущего поля, причем упомянутые две пары катушек движущего поля располагается параллельно друг другу и упомянутой паре катушек поля выбора и повернуты относительно друг друга на угол поворота в пределах от 0° до 180°. Это обеспечивает перемещение FFP в двух измерениях, перпендикулярных оси катушки. Следовательно, можно получить изображение среза, если для формирования изображения используется предложенное устройство. Если, кроме того, изображаемый объект перемещается через плоскость упомянутого среза, возможно формирование трехмерного изображения.

Кроме того, согласно варианту осуществления, упомянутое средство управления выполнено с возможностью управления упомянутым средством генерации для генерации переменных токов противоположных направлений для подачи на две катушки поля выбора упомянутой пары катушек поля выбора помимо постоянных токов противоположных направлений. Таким образом, катушки поля выбора дополнительно используются как катушки движущего поля и обеспечивают перемещение FFP вдоль оси катушек. Если каждый из наборов передающих катушек содержит две пары катушек движущего поля, это дает возможность FFP перемещаться в трех измерениях, позволяя, например, формировать трехмерное изображение. Если каждый из наборов передающих катушек содержит только одну пару катушек движущего поля, возможно перемещение FFP в двух измерениях (в плоскости, пересекающей ось катушки). Однако таким образом также возможно формирование трехмерного изображения, если изображаемый объект перемещается через плоскость, в которой может перемещаться FFP.

Как упомянуто выше, пары катушек движущего поля располагаются одна над другой, но повернуты относительно друг друга на угол поворота в пределах от 0° до 180°. Предпочтительный угол поворота, однако, находится в пределах от 75° до 105°. Максимальная эффективность для генерации движущих магнитных полей достигается при угле поворота (точно или приблизительно) 90°.

В общем случае катушки движущего поля каждой или всех пар могут быть сформированы различными витками катушки. Однако возможное движущее магнитное поле можно лучше вычислить и заранее определить, если все катушки движущего поля формируются идентичными витками катушки, что является предпочтительным согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Преимущественные конфигурации катушек движущего поля представляют собой D-образные или прямоугольные витки катушки, причем два линейных ответвления упомянутых витков непосредственно соседствуют друг с другом. Однако можно использовать и другие конфигурации катушек, при условии что они позволяют генерировать движущие магнитные поля в требуемом направлении и с требуемой напряженностью.

Согласно дополнительному варианту осуществления, два витка катушки пары катушек движущего поля расположены симметрично плоскости симметрии, проходящей через ось катушки, концентрично которой расположены упомянутые катушки поля выбора. Это обеспечивает симметричную и компактную конфигурацию набора передающих катушек, в частности, если, согласно дополнительному варианту осуществления, пара катушек поля выбора и, по меньшей мере, одна пара катушек движущего поля набора передающих катушек имеют идентичные внешние размеры и дискообразно располагаются одна над другой. Это обеспечивает компоновку наборов передающих катушек, в частности, множество взаимно перекрывающихся наборов передающих катушек, расположенных, по существу, в плоскости катушки, например, как предложено в предпочтительном варианте осуществления, в плоскости, параллельной поверхности стола для пациента, на котором может располагаться пациент. Например, множество наборов передающих катушек может быть встроено в сам стол для пациента, что обеспечивает медицинскому персоналу свободный доступ к пациенту, лежащему на столе для пациента, одновременно генерируя изображения из требуемой области, представляющей интерес пациента.

В преимущественном варианте осуществления устройство дополнительно содержит:

iv) средство приема, содержащее, по меньшей мере, одну приемную катушку для получения сигналов обнаружения, причем сигналы обнаружения зависят от намагничивания в поле зрения, причем намагничивание определяется изменением положения в пространстве первой и второй подзон, и

v) средство обработки для обработки упомянутых сигналов обнаружения, в частности, для реконструкции изображения из упомянутых сигналов обнаружения и/или для определения местоположения упомянутых магнитных частиц в поле зрения, в частности, в объекте, находящемся в поле зрения.

Хотя в общем случае устройство и способ согласно настоящему изобретению позволяют воздействовать на магнитные частицы, например перемещать их через тело пациента в требуемое положение, например для доставки туда любых лекарств или для перемещения туда медицинского инструмента, другой важной областью применения является формирование изображения, для которого, согласно этому предпочтительному варианту осуществления, предусмотрены средство приема и средство обработки. По меньшей мере, одна приемная катушка для получения сигналов обнаружения может быть отдельной приемной катушкой (или набором приемных катушек), но также может быть встроена в наборы передающих катушек. Например, каждый набор передающих катушек может дополнительно содержать одну приемную катушку. Альтернативно, передающие катушки, т.е. катушки поля выбора и/или катушки движущего поля, наборов передающих катушек можно использовать как приемные катушки.

Чтобы быть эффективным в более обширном поле зрения, устройство содержит не только малое количество наборов передающих катушек, но предпочтительно множество наборов передающих катушек, которые эквидистантно разнесены и расположены, по существу, в ровной или искривленной плоскости. Как упомянуто выше, такая ровная плоскость может представлять собой плоскость, параллельную поверхности стола для пациента. Однако наборы передающих катушек также могут располагаться в одной или более ровных или искривленных плоскостях, например частично окружая область пациента, представляющую интерес, но не полностью окружая пациента, как в случае традиционного устройства MPI.

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, средство управления выполнено с возможностью управления упомянутым средством генерации для генерации токов для подачи на катушки наборов передающих катушек для перевода первой подзоны из первого набора передающих катушек во второй набор передающих катушек, причем первая подзона передвигается к границе поля зрения первого набора передающих катушек, причем магнитное поле выбора первого набора передающих катушек уменьшается, и магнитное поле выбора второго набора передающих катушек увеличивается. Это обеспечивает преимущество в том, что перекрывающиеся наборы передающих катушек связаны, и что FFP (т.е. первая подзона) может плавно перемещаться по сколь угодно большому полю зрения, причем перемещение ограничено только количеством перекрывающихся наборов передающих катушек.

Если рассматривать наборы передающих катушек как независимые блоки, каждый набор передающих катушек будет возмущать FFP соседнего набора передающих катушек. Поэтому в этом предпочтительном варианте осуществления предусмотрено верное "установление связи". В частности, предусмотрено, что стабильное FFP качество достигается, если набор передающих катушек переводит свою FFP к границе своего поля зрения. В то же время градиентное магнитное поле соседнего набора передающих катушек увеличивается для приема FFP, т.е. для передачи FFP следующему набору передающих катушек. Одновременно первый набор передающих катушек уменьшает свое градиентное магнитное поле (т.е. свое магнитное поле выбора) для передачи FFP соседнему набору передающих катушек. Процесс одновременного увеличения и уменьшения соседних наборов передающих катушек тщательно управляется для обеспечения инвариантного к сдвигу качества градиента FFP. Таким образом, этот вариант осуществления позволяет добиться плавного движения FFP по всей матрице наборов передающих катушек.

Как упомянуто выше, не только единичная FFP может перемещаться по матрице наборов передающих катушек, но две или более FFP могут генерироваться и одновременно перемещаться, если, согласно другому варианту осуществления, средство управления выполнено с возможностью управления средством генерации для генерации токов для подачи на множество наборов передающих катушек надлежащим образом. В общем случае каждый набор передающих катушек может генерировать свою собственную FFP, и можно одновременно перемещать все FFP в одном и том же направлении и с одной и той же скоростью таким образом. Такой вариант осуществления использования одновременно двух или более FFP обеспечивает преимущество в том, что время сбора данных можно сократить, и/или что более обширное поле зрения можно изображать одновременно и/или за более короткое время.

Краткое описание чертежей

Эти и другие аспекты изобретения явствуют из и поясняются со ссылкой на описанные далее вариант(ы) осуществления. На нижеследующих чертежах:

фиг.1 - первый вариант осуществления устройства MPI,

фиг.2 - пример картины поля выбора, созданного устройством, показанным на фиг.1,

фиг.3 - второй вариант осуществления устройства MPI,

фиг.4 - вид в перспективе и вид снизу первого варианта осуществления набора передающих катушек, используемого в приспособлении согласно настоящему изобретению,

фиг.5 - виды сверху различных катушек такого набора передающих катушек,

фиг.6 - другой вариант осуществления пары движущих катушек согласно настоящему изобретению,

фиг.7 - матрица из множества перекрывающихся наборов передающих катушек, используемых в устройстве MPI согласно настоящему изобретению,

фиг.8 - передача FFP между двумя соседними перекрывающимися наборами передающих катушек согласно настоящему изобретению,

фиг.9 - вид сбоку варианта осуществления устройства MPI согласно настоящему изобретению,

фиг.10 - блок-схема устройства MPI согласно настоящему изобретению, и

фиг.11 - вид в перспективе второго варианта осуществления набора передающих катушек, используемого в приспособлении согласно настоящему изобретению.

Раскрытие изобретения

Прежде чем перейти к рассмотрению деталей настоящего изобретения, подробно рассмотрим основы формирования изображения с помощью магнитных частиц со ссылкой на фиг.1-4. В частности, опишем два варианта осуществления MPI-сканера для медицинской диагностики. Приведем также неформальное описание сбора данных. Укажем сходства и различия между двумя вариантами осуществления.

Первый вариант 10 осуществления MPI-сканера, показанный на фиг.1, три основных пары 12, 14, 16 коаксиальных параллельных круглых катушек, причем каждая пара расположена, как показано на фиг.1. Эти пары 12, 14, 16 катушек служат для генерации поля выбора, а также движущего и фокусирующего полей. Оси 18, 20, 22 трех пар 12, 14, 16 катушек взаимно ортогональны и сходятся в одной точке, именуемой изоцентром 24 MPI-сканера 10. Кроме того, эти оси 18, 20, 22 выступают в качестве осей 3D декартовой системы координат x-y-z, привязанной к изоцентру 24. Вертикальная ось 20 именуется осью y, поэтому оси x и z горизонтальны. Пары 12, 14, 16 катушек обозначаются в соответствии с их осями. Например, пара 14 y-катушек образована катушками вверху и внизу сканера. Кроме того, катушка с положительной (отрицательной) координатой y именуется y⁺-катушкой (y^--катушкой) и аналогично для остальных катушек. Когда это более удобно, координатные оси и катушки будем обозначать как x₁, x₂ и x₃, а не x, y и z.

Сканер 10 может быть выполнен с возможностью пропускать заранее определенный, зависящий от времени электрический ток через каждую из этих 12, 14 катушек, 16 в любом направлении. Если ток течет через катушку по часовой стрелке, если смотреть по оси этой катушки, будем считать его положительным, в противном случае - отрицательным. Для генерации статического поля выбора постоянный положительный ток I^S пропускают через z⁺-катушку, и ток -I^S пропускают через z^--катушку. Затем пара 16 z-катушек действует как пара круглых антипараллельных катушек.

Магнитное поле выбора, которое в общем случае является градиентным магнитным полем, изображено на фиг.2 линиями 50 поля. Оно имеет, по существу, постоянный градиент в направлении (например, горизонтальной) оси 22 z пары 16 z-катушек, генерирующей поле выбора и достигает нулевого значения в изоцентре 24 на этой оси 22. Начиная с этой бесполевой точки (отдельно не показанной на фиг.2), напряженность поля магнитного поля 50 выбора возрастает во всех трех пространственных направлениях с увеличением расстояния от бесполевой точки. В первой подзоне или области 52, которая обозначена пунктирной линией вокруг изоцентра 24, напряженность поля настолько мала, что намагничивание частиц, присутствующих в этой первой подзоне 52, не достигает насыщения, тогда как намагничивание частиц, присутствующих во второй подзоне 54 (вне области 52), находится в состоянии насыщения. Во второй подзоне 54 (т.е. в оставшейся части поля 28 зрения сканера вне первой подзоны 52) напряженность магнитного поля для поля выбора достаточно велика, чтобы поддерживать магнитные частицы в состоянии насыщения.

При изменении положения двух подзон 52, 54 в поле 28 зрения (общее) намагничивание в поле 28 зрения изменяется. Определяя намагничивание в поле 28 зрения или физических параметров, обусловленных влиянием намагничивания, можно получить информацию о пространственном распределении магнитных частиц в поле 28 зрения. Для изменения относительного пространственного положения двух подзон 52, 54 в поле 28 зрения дополнительные магнитные поля, т.е. движущее магнитное поле, и, если применимо, фокусирующее магнитное поле накладываются на поле 50 выбора.

Для генерации движущего поля зависящий от времени ток I^D ₁ пропускают через обе x-катушки 12, зависящий от времени ток I^D ₂ - через обе y-катушки 14, и зависящий от времени ток I^D ₃ - через обе z-катушки 16. Таким образом, каждая из трех пар катушек действует как пара параллельных круглых катушек. Аналогично, для генерации фокусирующего поля зависящий от времени ток I^F ₁ пропускают через обе x-катушки 12, ток I^F ₂ - через обе y-катушки 14, и ток I^F ₃ - через обе z-катушки 16.

Следует отметить, что пара 16 z-катушек является специальной: она генерирует не только свою долю движущего и фокусирующего полей, но также поле выбора. Ток, текущий через z^±-катушку, равен I^D ₃+I^F ₃±I^S. Ток, текущий через оставшиеся две пары 12, 14 катушек, равен I^D _k+I^F _k, k=1, 2. Вследствие своих геометрии и симметрии три пары 12, 14, 16 катушек хорошо разъединены. Это то, что требуется.

Будучи генерируемым парой круглых антипараллельных катушек, поле выбора поворотно симметрично относительно оси z, и его z-составляющая почти линейна по z и не зависит от x и y в достаточно большом объеме вокруг изоцентра 24. В частности, поле выбора имеет единственную бесполевую точку (FFP) в изоцентре. Напротив, вклады в движущее и фокусирующее поля, которые генерируются парами круглых параллельных катушек, почти пространственно однородны в достаточно большом объеме вокруг изоцентра 24 и параллельны оси соответствующей пары катушек. Движущее и фокусирующее поля совместно генерируются всеми тремя парами круглых параллельных катушек, почти пространственно однородны и могут иметь любое направление и напряженность, вплоть до некоторой максимальной напряженности. Движущее и фокусирующее поля также зависят от времени. Различие между фокусирующим полем и движущим полем состоит в том, что фокусирующее поле медленно изменяется со временем и имеет большую амплитуду, тогда как движущее поле изменяется быстро и имеет малую амплитуду. Существуют физические и биомедицинские причины, чтобы по-разному рассматривать эти поля. Быстро изменяющееся поле большой амплитуды труднее генерировать, и оно может представлять опасность для пациента.

Вариант 10 осуществления MPI-сканера имеет, по меньшей мере, одну дополнительную пару, предпочтительно три дополнительных пары, параллельных круглых катушек, опять же ориентированных вдоль осей x, y и z. Эти пары катушек, которые не показаны на фиг.1, выступают в качестве приемных катушек. Как и в парах 12, 14, 16 катушек для движущего и фокусирующего полей, магнитное поле, генерируемое постоянным током, текущим через одну из этих пар приемных катушек, почти пространственно однородно в поле зрения и параллельно оси соответствующей пары катушек. Предполагается, что приемные катушки хорошо разъединены. Зависящее от времени напряжение, наведенное в приемной катушке, усиливается и дисретизируется приемником, присоединенным к этой катушке. Точнее говоря, чтобы справиться с очень большим динамическим диапазоном этого сигнала, приемник дискретизирует разность между принятым сигналом и опорным сигналом. Передаточная функция приемника отлична от нуля от DC до точки, где предполагаемый уровень сигнала падает ниже уровня шума.

Вариант 10 осуществления MPI-сканера, показанный на фиг.1, имеет цилиндрический канал 26 вдоль оси 22 z, т.е. вдоль оси поля выбора. Все катушки располагаются вне этого канала 26. Для сбора данных изображаемый пациент (или объект) располагается в канале 26, так что объем пациента, представляющий интерес - тот объем пациента (или объекта), который нужно изобразить - находится в пределах поля зрения сканера 28 - тот объем сканера, содержимое которого может изображать сканер. Пациент (или объект) располагается, например, на столе для пациента. Поле 28 зрения является геометрически простым, изоцентрическим объемом во внутреннем пространстве канала 26, например, кубом, шаром или цилиндром. На фиг.1 проиллюстрировано кубическое поле 28 зрения.

Размер первой подзоны 52 зависит от напряженности градиента магнитного поля выбора и, с другой стороны, от напряженности поля магнитного поля, необходимой для насыщения, которая, в свою очередь, зависит от магнитных частиц. Для достаточного насыщения типичных магнитных частиц при напряженности магнитного поля 80 А/м и градиенте (в данном пространственном направлении) напряженности поля магнитного поля выбора, достигающей 50×10³ А/м², первая подзона 52, в которой намагничивание частиц не достигает насыщения, имеет размеры около 1 мм (в данном пространственном направлении).

Предполагается, что объем пациента, представляющий интерес, содержит магнитные наночастицы. До формирования изображения для диагностики, например опухоли, магнитные частицы доставляются в объем, представляющий интерес, например посредством жидкости, содержащей магнитные частицы, которая впрыскивается в тело пациента (объекта) или в противном случае вводится пациенту, например, перорально.

Вариант осуществления магнитных частиц содержит, например, сферическую основу, например из стекла, которая снабжена магнитномягким слоем, который имеет толщину, например, 5 нм и состоит, например, из железоникелевого сплава (например, пермаллоя). Этот слой может быть покрыт, например, покровным слоем, который защищает частицу от химически и/или физически агрессивных сред, например, кислот. Напряженность магнитного поля 50 выбора, необходимая для насыщения намагничивания таких частиц, зависит от различных параметров, например диаметра частиц, используемого магнитного материала магнитного слоя и других параметров.

В случае, например, диаметра 10 мкм требуется магнитное поле приблизительно 800 А/м (соответствующее приблизительно магнитной индукции 1 мТл), тогда как в случае диаметра 100 мкм достаточно иметь магнитное поле 80 А/м. Еще меньшие значения получаются, когда выбрано покрытие из материала, имеющего более низкое намагничивание насыщения или при меньшей толщине слоя. Магнитные частицы, которые в общем случае можно использовать, доступны на рынке под торговой маркой Resovist.

Дополнительные детали относительно в общем случае используемых магнитных частиц и композиций частиц можно найти в соответствующих частях EP 1304542, WO 2004/091386, WO 2004/091390, WO 2004/091394, WO 2004/091395, WO 2004/091396, WO 2004/091397, WO 2004/091398, WO 2004/091408, которые включены в настоящее описание посредством ссылки. В этих документах также можно найти, в целом, дополнительные детали относительно способа MPI.

В ходе сбора данных пары 12, 14, 16 x-, y- и z-катушек генерируют магнитное поле, зависящее от положения и времени, приложенное поле. Это достигается пропусканием подходящих токов через катушки. В сущности, движущее и фокусирующее поля преобладают над полем выбора, из-за чего FFP движется по заранее выбранной траектории FFP, которая заметает объем сканирования - надмножество поля зрения. Приложенное поле ориентирует магнитные наночастицы в теле пациента. При изменении приложенного поля результирующее намагничивание также изменяется, нелинейно реагируя на приложенное поле. Сумма изменяющегося приложенного поля и изменяющегося намагничивания наводит зависящее от времени напряжение V_k между выводами пары приемных катушек вдоль оси x_k. Соответствующий приемник преобразует это напряжение в сигнал S_k, который он дополнительно обрабатывает.

Как и первый вариант 10 осуществления, показанный на фиг.1, второй вариант 30 осуществления MPI-сканера, показанный на фиг.3, имеет три пары 32, 34, 36 круглых и взаимно ортогональных катушек, но эти пары 32, 34, 36 катушек генерируют только поле выбора и фокусирующее поле. z-катушки 36, которые опять же генерируют поле выбора, заполнены ферромагнитным материалом 37. Ось z 42 в этом варианте 30 осуществления ориентирована вертикально, тогда как оси 38, 40 x и y ориентированы горизонтально. Канал 46 сканера параллелен оси 38 x и, таким образом, перпендикулярен оси 42 поля выбора. Движущее поле генерируется соленоидом (не показан) по оси 38 x и парами седловидных катушек (не показаны) по двум остальным осям 40, 42. Эти катушки намотаны вокруг трубы, которая образует канал. Катушки движущего поля также выступают в качестве приемных катушек.

Вот несколько типичных параметров такого варианта осуществления: z-градиент поля выбора, G, имеет напряженность G/μ₀=2,5 Тл/м, где μ₀ - магнитная проницаемость вакуума. Временной частотный спектр движущего поля сосредоточен в узкой полосе вокруг 25 кГц (до приблизительно 100 кГц). Полезный частотный спектр принятых сигналов лежит между 50 кГц и 1 МГц (в конечном счете, до приблизительно 10 МГц). Канал имеет диаметр 120 мм. Наибольший куб 28, который может поместиться в канале 46, имеет длину ребра 120 мм/≈84 мм.

Согласно вышеописанным вариантам осуществления, различные магнитные поля могут генерироваться катушками одних и тех же пар катушек и за счет обеспечения этих катушек с надлежащим образом генерируемыми токами. Однако и особенно в целях интерпретации сигнала с более высоким отношением сигнал/шум может быть преимущественным, когда постоянное во времени поле выбора и переменное по времени движущее поле и фокусирующее поле генерируются отдельными парами катушек. В общем случае для этих катушек можно использовать пары катушек типа Гельмгольца, которые в общем случае известны, например, из области магниторезонансных устройств с разомкнутыми магнитами (разомкнутого МРТ), в которых пара радиочастотных (РЧ) катушек располагается над и под полем зрения, причем упомянутая пара РЧ катушек способна генерировать переменное по времени магнитное поле. Поэтому здесь нет необходимости дополнительно пояснять конструкцию таких катушек.

В альтернативном варианте осуществления для генерации поля выбора можно использовать постоянные магниты (не показаны). В пространстве между двумя полюсами таких (противоположных) постоянных магнитов (не показаны) формируется магнитное поле, которое аналогично показанному на фиг.2, т.е. когда противоположные полюсы имеют одинаковую полярность. В другом альтернативном варианте осуществления поле выбора может генерироваться сочетанием, по меньшей мере, одного постоянного магнита и, по меньшей мере, одной катушкой.

В дальнейшем мы объясним детали настоящего изобретения.

Вариант осуществления одностороннего набора 200 передающих катушек, предложенного согласно настоящему изобретению, показан на фиг.4 и 5. На фиг.4A показан вид в перспективе, и на фиг.4B показан вид сбоку полного набора 200 передающих катушек. На фиг.5A-5C отдельно показаны различные катушки набора 200 передающих катушек на виде сверху.

В этом варианте осуществления набор 200 передающих катушек содержит пару 210 концентрически расположенных катушек 211, 212 поля выбора, как показано на фиг.5A, имеющих форму колец, расположенных вокруг общей оси 240 катушки (расположенной в z-направлении), для генерации магнитного поля выбора. Через упомянутые катушки 211, 212 поля выбора пропускают постоянные токи I₁₁, I₁₂ противоположных направлений для генерации требуемого градиентного поля в качестве магнитного поля выбора, имеющего (по существу) бесполевую точку в поле зрения.

Кроме того, набор 200 передающих катушек содержит две пары 220, 230 катушек 221, 222 и 231, 232 движущего поля, отдельно показанных на фиг.5B и 5C, для генерации движущих магнитных полей. Упомянутые пары 220, 230 катушек 221, 222 и 231, 232 движущего поля расположены параллельно друг другу и упомянутой паре 210 катушек 211, 212 поля выбора и повернуты относительно друг друга на угол α поворота, который в общем случае может составлять от 0° до 180° и который предпочтительно в этом варианте осуществления равен 90°.

Согласно фиг.5B и 5C, каждая из упомянутых пар 220, 230 катушек 221, 222 и 231, 232 движущего поля образована двумя соседними витками катушки, которые - в этом варианте осуществления - имеют форму двух D-образных катушек, причем одно ответвление каждого витка катушки пары, например ответвление 223 катушки 221 и ответвление 224 катушки 222, расположено непосредственно друг за другом.

Для генерации движущих магнитных полей, в частности в перпендикулярных направлениях и в направлении, перпендикулярном оси катушки (= ось z), т.е. в x- и y-направлении, переменные токи I₂₁, I₂₂ и I₃₁, I₃₂ соответственно противоположных направлений подаются на две катушки 221, 222 и 231, 232 движущего поля упомянутых пар 220, 230 катушек движущего поля. В результате, магнитные поля, генерируемые в двух катушках движущего поля пары, суммируются друг с другом, как показано, например, на фиг.5C, где частично показано магнитное поле H, генерируемое токами I₃₁, I₃₂ возбуждения через две катушки 231, 232 движущего поля.

Альтернативная форма катушек движущего поля показана на фиг.6, где изображены две катушки 251, 252 движущего поля прямоугольной формы пары 250. Конечно, возможны и другие формы катушек движущего поля, при условии, что требуемые движущие магнитные поля могут генерироваться из перемещения FFP через поле зрения.

Как показано в вариантах осуществления, изображенных на фиг.4-6, две пары 220, 230 (250) катушек движущего поля предпочтительно формируются идентичными витками катушки. Однако в общем случае можно также использовать разные витки катушки, что, однако, затрудняет вычисление генерируемого магнитного поля и для надлежащего снабжения катушек верными токами движущего поля для генерации требуемых движущих магнитных полей из перемещения FFP по требуемой траектории.

Кроме того, два витка катушки пары 220, 230 (250) катушек движущего поля расположены симметрично плоскости симметрии, проходящей через ось 240 катушки. Например, для катушек 221, 222 движущего поля, показанного на фиг.5B, плоскость симметрии является плоскостью, заданной осями x и z. Кроме того, пара 210 катушек 211, 212 поля выбора и две пары 220, 230 катушек 221, 222 и 231, 232 движущего поля набора 200 передающих катушек имеют, по существу, идентичные внешние размеры и дискообразно располагаются одна над другой, что, в частности, показано на фиг.4A и 4B, обеспечивая компактную и малогабаритную компоновку.

Согласно настоящему изобретению в устройстве MPI предусмотрен не один набор 200 передающих катушек, а предусмотрено, по меньшей мере, два, предпочтительно множество наборов 200 передающих катушек, причем соседние наборы передающих катушек частично перекрывают друг друга. Такая матрица 300 из множества сообщающихся наборов 200 передающих катушек (которые указаны только схематически) показана в порядке примера на виде сверху на фиг.7. Расстояние между наборами 200 передающих катушек, т.е. фактическое перекрытие катушек, зависит от конкретной конструкции набора 200 передающих катушек.

Поле зрения (FOV) для одного отдельно взятого набора 200 передающих катушек сравнительно мало. Однако линейную суперпозицию магнитных полей можно использовать для увеличения рабочего диапазона бесполевой точки (FFP). На фиг.8A показано два отдельных FOV, генерируемых двумя раздельными (т.е. не перекрывающимися) наборами 200a, 200b передающих катушек, показанными на фиг.8C. Однако, согласно настоящему изобретению, два соседних набора 200c, 200d передающих катушек перекрываются, как показано на фиг.8D, т.е. расстояние между двумя соседними наборами 200c, 200d передающих катушек уменьшено по сравнению с компоновкой, показанной на фиг.8C. Таким образом, как показано на фиг.8B, FFP на правой границе левостороннего FOV может сливаться с FFP на левой границе правостороннего FOV. Другими словами, таким образом, наборы 200c, 200d передающих катушек связаны так, что между ними возможно соединение, что позволяет непрерывно оперировать бесполевой точкой в x-направлении.

Связь между соседними наборами передающих катушек дополнительно осуществляется следующим образом. В то время как первый набор 200c передающих катушек переводит свою FFP к границе соответствующего FOV (с использованием надлежащего движущего магнитного поля, генерируемого его катушками движущего поля), градиентное магнитное поле (магнитное поле выбора) соседнего набора передающих катушек 200d увеличивается, подготавливаясь к установлению связи, т.е. переводу FFP в следующую область. В то же время первый набор 200c передающих катушек уменьшает свое градиентное магнитное поле, чтобы отдать FFP. Таким образом, бесполевую точку можно плавно передавать в x- и y-направление через поле 300 связанных наборов 200 передающих катушек, как показано на фиг.7. На определенном расстоянии, например, в случае использования FFP каждого второго или третьего набора передающих катушек, этот принцип может действовать соответствующим образом, чтобы множественные бесполевые точки (mFFP) работали одновременно.

В общем случае для каждого набора передающих катушек предусмотрена отдельная приемная катушка (или набор приемных катушек), во избежание чрезмерного увеличения расстояния до частиц в FFP. На практике только непосредственно соседствующие приемные катушки обнаруживают сигналы, обусловленные изменением магнитного поля, вызванным соседним блоком передающих катушек. На этом основании вышеупомянутый mFFP способ позволяет определять минимальное расстояние для следующей FFP.

Для реконструкции изображения можно либо реконструировать изображение из всех данных, обнаруживаемых всеми приемными катушками, либо реконструировать каждое частичное изображение только из данных, обнаруживаемых одной приемной катушкой. В первом случае не возникает проблем, если множественные приемные катушки обнаруживают сигнал из одной и той же области, но с разными весовыми коэффициентами. В идеальном случае весовой коэффициент для одной катушки равен «1», и для других катушек равен «0». В общем случае размер приемных катушек выбирают так, чтобы их чувствительность ограничивалась подобластью полного поля зрения.

Количество наборов передающих катушек, расположенных в матрице, зависит от размера поля зрения единичного набора передающих катушек и требуемого размера полного поля зрения матрицы. Матрица может содержать, например, всего несколько, десятки или даже сотни наборов передающих катушек.

Следует отметить, что FFP может перемещаться не только в плоскости, параллельной плоскости матрицы наборов передающих катушек, но и в направлении, перпендикулярном (т.е. Z-направлении) или поперечном упомянутой плоскости, что, в целом, описано в вышеупомянутой статье Саттела и др.

Кроме того, катушки фокусирующего поля, совместно используемые в известном устройстве MPI, в общем случае не требуются, но их можно использовать для расширения диапазона перемещения FOV в направлении, перпендикулярном (т.е. Z-направлении) или поперечном упомянутой плоскости матрицы наборов передающих катушек.

На фиг.9 изображен вид сбоку варианта осуществления устройства MPI согласно настоящему изобретению. Пациент 400 лежит на столе 410 для пациента, в который встроена матрица 300 из множества наборов 200 передающих катушек. Токи для различных катушек матрицы 300 генерируются блоком 420 генерации под управлением блока 430 управления. В определенных областях применения, например перемещение объекта в теле пациента (например, перемещение лекарственного препарата или медицинского инструмента, к которому прилеплены магнитные частицы, в определенное положение), в общем случае никакие дополнительные элементы не требуются.

Для приема сигналов обнаружения для формирования изображения, причем изображения могут отображаться на дисплее 440, можно использовать катушки наборов 200 передающих катушек, используемые для передачи сигнала. Однако другая возможность состоит в добавлении дополнительных приемных катушек 450 с оптимизированными свойствами, как показано на фиг.9. В данном случае уместно использовать наборы плоских приемных катушек 450, поскольку их можно монтировать непосредственно на лицевой поверхности сканера (или непосредственно под или даже над поверхностью стола для пациента), что почти не изменяет требований к наборам 200 передающих катушек, в то же время обеспечивая более высокую чувствительность приема в области, представляющей интерес.

Сигналы обнаружения, принятые приемными катушками 450, подаются на блок 460 обработки, который может входить в состав той же рабочей станции или того же компьютера 470, что и блок 430 управления. При этом на основании сигналов обнаружения можно реконструировать изображение сканируемой области пациента 400 и/или можно определять положение упомянутых магнитных частиц в пациенте 400.

На фиг.10 показана общая блок-схема устройства 100 MPI согласно настоящему изобретению. Объясненные выше общие принципы формирования изображения с помощью магнитных частиц также верны и применимы к этому варианту осуществления, если не указано обратное.

Вариант осуществления устройства 100, показанный на фиг.10, содержит матрицу 300 из множества наборов 200 передающих катушек, составленных из различных катушек для генерации требуемых магнитных полей. Для генерации объясненного выше магнитного (градиентного) поля выбора предусмотрено средство выбора, содержащее, по меньшей мере, одну пару 210 катушек поля выбора (SF) в каждом наборе 200 передающих катушек. Средство выбора дополнительно содержит блок 215 генерации сигнала поля выбора. Предпочтительно для каждой катушки (или каждой пары катушек) наборов 210 катушек поля выбора предусмотрен отдельный подблок генерации. Упомянутый блок 215 генерации сигнала поля выбора содержит источник 216 регулируемого тока поля выбора (в общем случае включающий в себя усилитель) и блок 217 фильтрации, которые подают на соответствующий элемент катушки поля выбора ток поля выбора для индивидуальной установки напряженности градиента поля выбора в требуемом направлении. Предпочтительно постоянные токи противоположных направлений подаются на катушки пары, как объяснено выше.

Блок 215 генерации сигнала поля выбора управляется блоком 430 управления, который предпочтительно управляет генерацией 215 тока поля выбора таким образом, чтобы суммарная напряженность поля и суммарная напряженность градиента всех пространственных составляющих поля выбора поддерживалась на заранее заданном уровне.

Для генерации движущего магнитного поля устройство 100 дополнительно содержит движущее средство, содержащее подмножество катушек движущего поля (DF), предпочтительно содержащее две пары 220, 230 катушек движущего поля в каждом наборе 200 передающих катушек. Катушки движущего поля управляются блоком 225 генерации сигнала движущего поля, предпочтительно содержащим отдельный подблок генерации сигнала движущего поля для каждой катушки (или, по меньшей мере, каждой пары катушек) упомянутого набора катушек движущего поля. Упомянутый блок 225 генерации сигнала движущего поля содержит источник 226 тока движущего поля (предпочтительно включающий в себя усилитель тока) и блок 227 фильтрации для подачи тока движущего поля на соответствующую катушку движущего поля. Источник 226 тока движущего поля выполнен с возможностью генерации переменных токов и также управляется блоком 430 управления.

Для средства приема сигнала обнаружения предусмотрены, в частности, по меньшей мере, одна приемная катушка 440 и блок 445 приема сигнала, который принимает сигналы, обнаруживаемые упомянутым средством приема. Упомянутый блок 445 приема сигнала содержит блок 446 фильтрации для фильтрации принятых сигналов обнаружения. Эта фильтрация осуществляется для отделения измеренных значений, обусловленных намагничиванием в области обследования, на которое оказывает влияние изменение положения двух подобластей (52, 54), от других, помеховых, сигналов. Для этого блок 446 фильтрации может быть сконструирован, например, так, чтобы сигналы, временные частоты которых меньше, чем временные частоты, на которых работает приемная катушка 440, или меньше, чем эти временные частоты, умноженные на два, не проходили через блок 446 фильтрации. Затем сигналы поступают через усилительный блок 447 на аналого-цифровой преобразователь 448 (АЦП).

Оцифрованные сигналы, вырабатываемые аналого-цифровым преобразователем 448, поступают на блок 460 обработки изображения (также именуемый средством реконструкции), который реконструирует пространственное распределение магнитных частиц из этих сигналов и соответствующее предполагаемое положение первой подобласти (FFP) 52 первого магнитного поля в области обследования при получении соответствующего сигнала, которое блок 460 обработки изображения получает от блока 430 управления.

Реконструированное пространственное распределение магнитных частиц, в конце концов, поступает через блок 430 управления на компьютер 470, который отображает его на мониторе 440. Таким образом, можно отображать изображение, демонстрирующее распределение магнитных частиц в поле зрения области обследования.

Кроме того, может быть предусмотрен блок 480 ввода, например клавиатура и/или компьютерная мышь. Таким образом, пользователь может устанавливать требуемое направление максимального разрешения и, в свою очередь, принимать соответствующее изображение области действия на мониторе 440. Если критическое направление, в котором требуется максимальное разрешение, отличается от направления, первоначально установленного пользователем, пользователь может вручную изменять направление для создания дополнительного изображения с повышенным разрешением формирования изображения. Этот процесс повышения разрешения также может автоматически осуществляться блоком 430 управления и компьютером 470. Блок 430 управления в этом варианте осуществления устанавливает градиентное поле в первом направлении, которое автоматически установлено или задано пользователем в качестве начального значения. Затем направление градиентного поля можно поэтапно изменять, пока разрешение принятых таким образом изображений, которые сравниваются компьютером 470, не достигнет максимума, и соответственно дальнейшее повышение не будет требоваться. Поэтому можно найти наиболее критическое направление, соответственно автоматически адаптированное для получения наибольшего возможного разрешения.

Согласно вышеописанным вариантам осуществления наборов 200 передающих катушек, имеющих две пары 220, 230 катушек движущего поля и с использованием пары 210 катушек поля выбора, также третьей пары катушек движущего поля, FFP можно перемещать в трех измерениях для осуществления формирования трехмерного изображения. На фиг.11 показан вид в перспективе второго варианта осуществления набора 200 передающих катушек, используемый в приспособлении согласно настоящему изобретению. В этом варианте осуществления предусмотрена только одна пара 220 катушек 221, 222 движущего поля, т.е. вторая пара 230, предусмотренная согласно варианту осуществления набора 200 передающих катушек, показанному на фиг.4 и 5, упразднена. Это обеспечивает перемещение FFP по линии, перпендикулярной оси 240 катушки. Если дополнительно пара 210 катушек поля выбора, также как и вторая пара катушек движущего поля, FFP может перемещаться в двух измерениях (в плоскости, пересекающей ось катушки) для осуществления формирования двухмерного изображения объекта, например, для получения изображения среза. Если объект перемещается, например, с использованием подвижного стола для пациента через упомянутую плоскость, формирование трехмерного изображения объекта также можно осуществлять согласно такому варианту осуществления набора передающих катушек.

Перекрытие соседних наборов передающих катушек в общем случае зависит от соотношения поперечного диаметра полей зрения отдельных наборов передающих катушек и диаметра внешней катушки набора передающих катушек. Кроме того, перекрытие зависит от размера поля наборов передающих катушек.

Размер набора передающих катушек зависит от глубины проникновения в z-направлении, достижимых токов/напряженностей поля и размера поля зрения отдельных наборов передающих катушек.

Предложенная компоновка позволяет осуществлять формирование многомерных изображений на основе mFFP в сколь угодно большом поле зрения. В зависимости от количества наборов передающих катушек, используемых согласно этому новому принципу, можно реализовать специализированное рабочее место для зондирования. Как упомянуто выше, матрица наборов передающих катушек может быть встроена в стол для пациента, но возможны и другие компоновки. В частности, что касается количества, формы и компоновки различных катушек, возможны различные вариации, в основном зависящие от требуемого применения настоящего изобретения.

Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такие иллюстрацию и описание следует рассматривать как иллюстративные или репрезентативные, но не ограничительные; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Специалисты в данной области техники могут предложить и применить другие вариации раскрытых вариантов осуществления при практическом осуществлении заявленного изобретения, на основании чертежей, раскрытия и формулы изобретения.

В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, и употребления их наименований в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов или этапов. Один элемент или другой блок может выполнять функции нескольких предметов, указанных в формуле изобретения. Лишь тот факт, что определенные меры упомянуты во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не говорит о том, что комбинацию этих мер нельзя использовать с преимуществом.

Никакие ссылочные позиции в формуле изобретения не следует рассматривать в порядке ограничения ее объема.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к устройству и способу воздействия на магнитные частицы и/или их обнаружения в поле зрения. Для увеличения поля зрения и в то же время обеспечения доступа к пациенту в ходе формирования изображения устройство содержит два или более наборов передающих катушек, причем соседние наборы катушек частично перекрываются. При этом набор передающих катушек содержит: пару концентрически расположенных катушек поля выбора для генерации магнитного поля выбора, имеющего такое пространственное распределение своей напряженности магнитного поля, что в поле зрения формируются первая подзона, имеющая низкую напряженность магнитного поля, и вторая подзона, имеющая более высокую напряженность магнитного поля; и, по меньшей мере, одну пару катушек движущего поля для изменения положения в пространстве двух подзон в поле зрения посредством движущего магнитного поля, так что намагничивание магнитных частиц изменяется локально. Причем упомянутая, по меньшей мере, одна пара катушек движущего поля располагается параллельно упомянутой паре катушек поля выбора и формируется двумя соседними витками катушки. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство (100) для воздействия на магнитные частицы и/или их обнаружения в поле (28) зрения, причем устройство содержит:
i) два или более наборов (200) передающих катушек, причем соседние наборы катушек частично перекрываются, при этом набор (200) передающих катушек содержит:
- пару (210) концентрически расположенных катушек (211, 212) поля выбора для генерации магнитного поля (50) выбора, имеющего такое пространственное распределение своей напряженности магнитного поля, что в поле (28) зрения формируются первая подзона (52), имеющая низкую напряженность магнитного поля, и вторая подзона (54), имеющая более высокую напряженность магнитного поля, и
- по меньшей мере, одну пару (220, 230) катушек (221, 222; 231, 232) движущего поля для изменения положения в пространстве двух подзон (52, 54) в поле (28) зрения посредством движущего магнитного поля, так что намагничивание магнитных частиц изменяется локально, причем упомянутая, по меньшей мере, одна пара (220, 230) катушек (221, 222; 231, 232) движущего поля располагается параллельно упомянутой паре (210) катушек (211, 212) поля выбора, и две катушки (221, 222; 231, 232) движущего поля упомянутой, по меньшей мере, одной пары (220, 230) катушек (221, 222; 231, 232) движущего поля являются двумя соседними витками (221, 222; 231, 232) катушки,
ii) средство (420) генерации для генерации сигналов тока
для подачи на упомянутые катушки поля выбора и упомянутые катушки движущего поля для генерации требуемых магнитных полей упомянутыми катушками, и
iii) средство (430) управления для управления упомянутым средством (420) генерации для генерации постоянных токов противоположных направлений для подачи на две катушки (211, 212) поля выбора упомянутой пары (210) катушек поля выбора и переменных токов противоположных направлений для подачи на две катушки (221, 222; 231, 232) движущего поля упомянутой, по меньшей мере, одной пары (220, 230) катушек (221, 222; 231, 232) движущего поля, причем один переменный ток течет по часовой стрелке в одной из катушек (221, 222; 231, 232) движущего поля, тогда как другой переменный ток течет против часовой стрелки в другой катушке (221, 222; 231, 232) движущего поля.

2. Устройство по п. 1, содержащее две пары (220, 230) катушек (221, 222; 231, 232) движущего поля, причем упомянутые две пары (220, 230) катушек движущего поля располагаются параллельно друг другу и упомянутой паре (210) катушек (211, 212) поля выбора и повернуты относительно друг друга на угол (α) поворота в пределах от 0° до 180°.

3. Устройство по п. 2, в котором две пары (220, 230) катушек движущего поля повернуты относительно друг друга на угол (α) поворота в пределах от 75° до 105°, в частности на угол поворота 90°.

4. Устройство по п. 2 или 3, в котором упомянутое средство (430) управления выполнено с возможностью управления упомянутым средством (420) генерации для генерации переменных токов
противоположных направлений для подачи на две катушки (211, 212) поля выбора упомянутой пары (210) катушек поля выбора наряду с постоянными токами противоположных направлений.

5. Устройство по п. 1, в котором, по меньшей мере, одна пара (220, 230) катушек движущего поля образована идентичными витками катушки.

6. Устройство по п. 1, в котором пара (220, 230) катушек движущего поля образована двумя, в частности, идентичными соседними D-образными или прямоугольными витками катушки, причем два линейных ответвления (223, 224) упомянутых витков непосредственно соседствуют друг с другом.

7. Устройство по п. 1, в котором два витка катушки пары (220, 230) катушек движущего поля расположены симметрично плоскости симметрии, проходящей через ось (240) катушки, концентрично которой расположены упомянутые катушки (211, 212) поля выбора.

8. Устройство по п. 1, в котором пара (210) катушек поля выбора и, по меньшей мере, одна пара (220, 230) катушек движущего поля набора (200) передающих катушек имеют, по существу, идентичные внешние размеры и дискообразно располагаются одна над другой.

9. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:
iv) средство приема, содержащее, по меньшей мере, одну приемную катушку (440) для получения сигналов обнаружения, причем сигналы обнаружения зависят от намагничивания в поле (28) зрения, при этом намагничивание определяется изменением положения в пространстве первой и второй подзон (52, 54), и
v) средство (460) обработки для обработки упомянутых сигналов обнаружения, в частности, для реконструкции изображения из упомянутых сигналов обнаружения и/или для определения местоположения упомянутых магнитных частиц в поле (28) зрения, в частности, в объекте (400), расположенном в поле (28) зрения.

10. Устройство по п. 1, содержащее множество (300) наборов (200) передающих катушек, которые эквидистантно разнесены и расположены, по существу, в одной или более ровных или искривленных плоскостях.

11. Устройство по п. 1, в котором средство (430) управления выполнено с возможностью управления упомянутым средством (420) генерации для генерации токов для подачи на катушки наборов (200) передающих катушек для перевода первой подзоны (52) из первого набора (200c) передающих катушек во второй набор (200d) передающих катушек, причем первая подзона (52) передвигается к границе поля зрения первого набора (200c) передающих катушек, при этом магнитное поле выбора первого набора (200a) передающих катушек уменьшается, а магнитное поле выбора второго набора (200d) передающих катушек увеличивается.

12. Устройство по п. 1, в котором средство (430) управления выполнено с возможностью управления упомянутым средством (420) генерации для генерации токов для подачи на катушки наборов (200) передающих катушек, так что две или более первых подзон (52) генерируются и одновременно перемещаются.

13. Способ воздействия на магнитные частицы и/или их обнаружения в поле (28) зрения, причем способ содержит этапы, на которых:
i) генерируют магнитные поля с помощью двух или более наборов (200) передающих катушек, причем соседние наборы катушек частично перекрываются, причем упомянутый этап генерации магнитных полей содержит этапы, на которых:
- генерируют магнитное поле (50) выбора, имеющее такое пространственное распределение своей напряженности магнитного поля, что в поле (28) зрения формируются первая подзона (52), имеющая низкую напряженность магнитного поля, и вторая подзона (54), имеющая более высокую напряженность магнитного поля, с помощью пары концентрически расположенных катушек (211, 212) поля выбора; и
- изменяют положение в пространстве двух подзон (52, 54) в поле (28) зрения посредством движущего магнитного поля, так что намагничивание магнитных частиц изменяется локально, с помощью, по меньшей мере, одной пары (220, 230) катушек (211, 212; 231, 232) движущего поля, причем упомянутая, по меньшей мере, одна пара катушек (211, 212; 231, 232) движущего поля располагается параллельно упомянутой паре (210) катушек (211, 212) поля выбора, и две катушки (221, 222; 231, 232) движущего поля упомянутой, по меньшей мере, одной пары (220, 230) катушек (221, 222; 231, 232) движущего поля являются двумя соседними витками (221, 222; 231, 232) катушки;
ii) генерируют сигналы тока для подачи на упомянутые катушки поля выбора и упомянутые катушки движущего поля для генерации требуемых магнитных полей упомянутыми катушками, и
iii) управляют упомянутым средством (420) генерации для генерации постоянных токов противоположных направлений для
подачи на две катушки (211, 212) поля выбора упомянутой пары (210) катушек поля выбора и переменных токов противоположных направлений для подачи на две катушки (211, 212; 231, 232) движущего поля упомянутой, по меньшей мере, одной пары (220, 230) катушек (221, 222; 231, 232) движущего поля, причем один переменный ток течет по часовой стрелке в одной из катушек (221, 222; 231, 232) движущего поля, тогда как другой переменный ток течет против часовой стрелки в другой катушке (221, 222; 231, 232) движущего поля.