УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА И/ИЛИ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ МАГНИТНЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 2016 года по МПК A61B5/05 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройству и способу для работы в режиме визуализации с помощью магнитных частиц для воздействия на и/или детектирования магнитных частиц в поле зрения и для работы в режиме магнитной резонансной томографии. Кроме того, настоящее изобретение относится к компьютерной программе для реализации упомянутого способа на компьютере, а также для управления таким устройством. Настоящее изобретение относится, в частности, к области визуализации с помощью магнитных частиц (MPI) и магнитно-резонансной томографии (MRI).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Визуализация с помощью магнитных частиц (MPI) является развивающимся медицинским методом визуализации. Первые версии визуализации с помощью магнитных частиц были двумерными в том, что они давали двумерные изображения. Более новые версии являются трехмерными (3D). Четырехмерное изображение нестатического объекта может быть создано путем объединения временной последовательности трехмерных изображений в видеоролик при условии, что объект не меняется значительно во время сбора данных для одного трехмерного изображения.

Визуализация с помощью магнитных частиц является реконструктивным методом визуализации, также как и компьютерная томография (CT) или магнитно-резонансная томография (MRI). Соответственно полученное с помощью магнитных частиц изображение интересующего объема объекта генерируется в два этапа. Первый этап, называемый сбором данных, выполняется с использованием сканера визуализации с помощью магнитных частиц. Сканер визуализации с помощью магнитных частиц имеет средство для генерирования статического магнитного градиентного поля, называемого "полем выбора", которое имеет (единственную) точку без поля (FFP) в изоцентре сканера. Более того, эта FFP окружена первой подзоной с низкой напряженностью магнитного поля, которая в свою очередь окружена второй подзоной с более высокой напряженностью магнитного поля. В дополнение к этому сканер имеет средство для генерирования зависящего от времени, пространственно почти однородного магнитного поля. На самом деле, это поле получается путем наложения быстро меняющегося поля с небольшой амплитудой, называемого "поле возбуждения", и медленно меняющегося поля с большой амплитудой, называемого "фокусирующее поле". Посредством добавления зависящих от времени поля возбуждения и фокусирующего поля к статическому полю выбора FFP может быть перемещена вдоль заданной траектории FFP во всем "объеме сканирования", окружающем изоцентр. Сканер также имеет конструкцию из одной или более, например из трех, приемных катушек и может записывать любые напряжения, индуцированные в этих катушках. Для сбора данных объект, подлежащий визуализации, помещают в сканер так, чтобы интересующий объем объекта был заключен в поле зрения сканера, которое является подмножеством объема сканирования.

Объект должен содержать магнитные наночастицы; если объект является животным или пациентом, животному или пациенту до начала сканирования вводят контрастное вещество, содержащее такие частицы. Во время сбора данных сканер визуализации с помощью магнитных частиц перемещает FFP вдоль специально выбранной траектории, которая очерчивает/охватывает объем сканирования или по меньшей мере поле зрения. Магнитные наночастицы внутри объекта испытывают воздействие изменяющегося магнитного поля и отвечают путем изменения их намагниченности. Изменение намагниченности наночастиц индуцирует зависящее от времени напряжение в каждой из приемных катушек. Это напряжение оцифровывается в приемнике, связанном с приемной катушкой. Оцифрованные с помощью приемников данные записываются и составляют собранные данные. Параметры, которые управляют деталями сбора данных, составляют "протокол сканирования".

На втором этапе формирования изображения, называемом реконструкцией изображения, изображение вычисляется или реконструируется из данных, полученных на первом этапе. Изображение является дискретным трехмерным массивом данных, который представляет собой оцифрованное приближение к зависящей от положения концентрации магнитных наночастиц в поле зрения. Восстановление обычно проводится с помощью компьютера, который выполняет подходящую компьютерную программу. Компьютер и компьютерная программа реализуют алгоритм реконструкции. Алгоритм реконструкции основан на математической модели сбора данных. Как и все способы реконструктивной визуализации, эта модель может быть сформулирована в виде интегрального оператора, который воздействует на полученные данные; алгоритм реконструкции пытается отменить, по мере возможности, действие модели.

Такие устройство и способ визуализации с помощью магнитных частиц имеют то преимущество, что они могут быть использованы для изучения произвольных объектов экспертизы - например, человеческих тел - неразрушающим образом и с высоким пространственным разрешением, как вблизи от поверхности, так и вдали от поверхности объекта экспертизы. Такие устройство и способ в целом известны и были впервые описаны в патенте DE 10151778 A1 и в публикации Gleich, B. and Weizenecker, J. (2005), "Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles" in Nature, vol. 435, pp. 1214-1217, в которой также в целом описан принцип реконструкции. Устройство и способ для визуализации с помощью магнитных частиц (MPI), описанные в этой публикации, используют нелинейную кривую намагничивания малых магнитных частиц.

По сравнению со сканером МРТ в сканере визуализации с помощью магнитных частиц формируется градиентное магнитное поле (т.е. магнитное поле выбора) с таким пространственным распределением напряженности магнитного поля, что поле зрения включает в себя первую подобласть с более низкой напряженностью магнитного поля (например, FFP), адаптированной таким образом, что намагниченность магнитных частиц, расположенных в первой подобласти, не насыщена, и вторую подобласть с более высокой напряженностью магнитного поля, адаптированной таким образом, что намагниченность магнитных частиц, расположенных во второй подобласти, является насыщенной. Вследствие нелинейности кривой характеристики намагничивания магнитных частиц намагниченность, и тем самым магнитное поле, создаваемое магнитными частицами, показывает высшие гармоники, которые, например, могут быть детектированы с помощью детекторной катушки. Оцененные сигналы (высшие гармоники сигналов) содержат информацию о пространственном распределении магнитных частиц, которые снова могут быть использованы, например, в медицинских целях, для визуализации пространственного распределения магнитных частиц и/или для других применений.

Таким образом, устройство визуализации с помощью магнитных частиц и способ визуализации с помощью магнитных частиц в целом основываются на новом физическом принципе (т.е. на принципе, называемом визуализация с помощью магнитных частиц), который отличается от других известных обычных способов медицинской визуализации, таких как, например, локальный магнитный резонанс (LMR) или ядерный магнитный резонанс (NMR). В частности, этот новый принцип визуализации с помощью магнитных частиц, в отличие от способов локального магнитного резонанса и ядерного магнитного резонанса, не использует влияние материала на характеристики магнитного резонанса протонов, а непосредственно определяет намагниченность магнитного материала (магнитных частиц) за счет использования нелинейности характеристической кривой намагничивания. В частности, способ визуализации с помощью магнитных частиц использует высшие гармоники сгенерированных магнитных сигналов, которые являются результатом нелинейности характеристической кривой намагничивания в той ее области, где намагниченность изменяет свое состояние с ненасыщенного на насыщенное.

Как объяснено выше, визуализация с помощью магнитных частиц обеспечивает трехмерные изображения распределения магнитных частиц. Для анатомического использования весьма желательно было бы иметь МРТ с использованием сканера MPI, что было бы значительно упрощено, если можно было бы применить стандартные схемы кодирования градиента.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа для работы в режиме визуализации с помощью магнитных частиц для воздействия на и/или детектирования магнитных частиц в поле зрения и для работы в режиме магнитной резонансной томографии. Еще одной целью настоящего изобретения является создание соответствующей компьютерной программы для реализации упомянутого способа.

В первом аспекте настоящего изобретения представлено устройство для работы в режиме визуализации с помощью магнитных частиц для воздействия на и/или детектирования магнитных частиц в поле зрения и для работы в режиме магнитной резонансной томографии, включающее в себя:

- средство выбора, включающее в себя блок генерирования сигнала поля выбора и катушки поля выбора для генерирования магнитного поля выбора, имеющего такой рисунок напряженности магнитного поля в пространстве, что первая подзона, имеющая низкую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является ненасыщенной, и вторая подзона, имеющая более высокую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является насыщенной, формируются в поле зрения,

- средство возбуждения, включающее в себя блок генерирования сигнала поля возбуждения и катушки поля возбуждения для изменения положения в пространстве двух подзон в поле зрения посредством магнитного поля возбуждения так, чтобы намагниченность магнитных частиц изменялась локально, и

- средство фокусирования, включающее в себя блок генерирования сигнала фокусирующего поля и блок катушек фокусирующего поля для изменения положения в пространстве поля зрения посредством магнитного фокусирующего поля,

в котором упомянутый блок катушек фокусирующего поля включает в себя по меньшей мере шесть катушек фокусирующего поля, расположенных для генерирования компонентов магнитного фокусирующего поля в различных направлениях, причем первый набор из по меньшей мере трех катушек фокусирующего поля расположен на первой стороне поля зрения, а второй набор из по меньшей мере трех катушек фокусирующего поля расположен на второй стороне поля зрения, противоположной упомянутой первой стороне.

В одном аспекте настоящего изобретения представлен соответствующий способ работы такого устройства, который включает в себя следующие этапы:

i) для работы устройства в режиме визуализации с помощью магнитных частиц

- обеспечение двух катушек фокусирующего поля различных наборов, противоположно расположенных по разные стороны от поля зрения, противоположно направленными токами фокусирующего поля для генерирования по существу однородного магнитного фокусирующего поля между катушками фокусирующего поля, и

- обеспечение катушек поля выбора токами поля выбора для генерирования магнитного поля выбора, имеющего такой рисунок напряженности магнитного поля в пространстве, что первая подзона, имеющая низкую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является ненасыщенной, и вторая подзона, имеющая более высокую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является насыщенной, формируются в поле зрения,

ii) для работы устройства в режиме магнитной резонансной томографии

- обеспечение двух катушек фокусирующего поля различных наборов, противоположно расположенных по разные стороны от поля зрения, идентично направленными токами градиентного поля для генерирования градиентного магнитного поля между катушками фокусирующего поля, и

- обеспечение катушек поля выбора токами однородного поля для генерирования либо однородного стационарного магнитного поля, либо предполяризующего и подмагничивающего магнитных полей.

В еще одном аспекте настоящего изобретения представлено другое устройство для работы в режиме визуализации с помощью магнитных частиц для воздействия на и/или детектирования магнитных частиц в поле зрения и для работы в режиме магнитной резонансной томографии, включающее в себя:

- средство выбора, включающее в себя блок генерирования сигнала поля выбора и элементы поля выбора для генерирования магнитного поля выбора, имеющего такой рисунок напряженности магнитного поля в пространстве, что первая подзона, имеющая низкую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является ненасыщенной, и вторая подзона, имеющая более высокую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является насыщенной, формируются в поле зрения,

- средство возбуждения, включающее в себя блок генерирования сигнала поля возбуждения и катушки поля возбуждения для изменения положения в пространстве двух подзон в поле зрения посредством магнитного поля возбуждения так, чтобы намагниченность магнитных частиц изменялась локально,

в котором упомянутый блок катушек поля возбуждения включает в себя по меньшей мере шесть катушек поля возбуждения, расположенных для генерирования компонентов магнитного поля возбуждения в различных направлениях, в котором первый набор из по меньшей мере трех катушек поля возбуждения расположен на первой стороне поля зрения, а второй набор из по меньшей мере трех катушек фокусирующего поля расположен на второй стороне поля зрения, противоположной упомянутой первой стороне.

В одном аспекте настоящего изобретения представлен соответствующий способ работы такого устройства, который включает в себя следующие этапы:

i) для работы устройства в режиме визуализации с помощью магнитных частиц

- обеспечение двух катушек поля возбуждения различных наборов, противоположно расположенных по разные стороны от поля зрения, противоположно направленными токами поля возбуждения для генерирования по существу однородного магнитного поля возбуждения между катушками поля возбуждения, и

- обеспечение катушек поля выбора токами поля выбора для генерирования магнитного поля выбора, имеющего такой рисунок напряженности магнитного поля в пространстве, что первая подзона, имеющая низкую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является ненасыщенной, и вторая подзона, имеющая более высокую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является насыщенной, формируются в поле зрения,

ii) для работы устройства в режиме магнитной резонансной томографии

- обеспечение двух катушек поля возбуждения различных наборов, противоположно расположенных по разные стороны от поля зрения, идентично направленными токами градиентного поля для генерирования градиентного магнитного поля между катушками поля возбуждения, и

- обеспечение катушек поля выбора токами однородного поля для генерирования либо однородного стационарного магнитного поля, либо предполяризующего и подмагничивающего магнитных полей.

Более того, в одном аспекте настоящего изобретения представлена компьютерная программа, включающая в себя средство программного кода, чтобы побудить компьютер управлять устройством, как это предусмотрено в соответствии с настоящим изобретением, для выполнения этапов способа работы, как это предусмотрено в соответствии с настоящим изобретением, когда упомянутая компьютерная программа выполняется на компьютере.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленный способ и заявленная компьютерная программа имеют сходные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления с заявленным устройством, и как это определено в зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение основано на идее заменить любые катушки фокусирующего поля и/или катушки поля возбуждения обычного сканера визуализации с помощью магнитных частиц на большее количество по-разному расположенных катушек фокусирующего поля и/или катушек поля возбуждения. Это делается для по меньшей мере двух пар обычно используемых катушек фокусирующего поля и/или катушек поля возбуждения, то есть две пары обычных катушек фокусирующего поля заменяются группой из по меньшей мере шести катушек фокусирующего поля, и/или две пары обычных катушек поля возбуждения заменяются группой из шести катушек поля возбуждения. Соответствующие катушки набора из соответствующих трех катушек (фокусирующего поля или поля возбуждения) размещены на разных (противоположных) сторонах поля зрения (как две катушки пары в обычной конструкции), например, выше и ниже поля зрения. Предпочтительно, катушки двух наборов, расположенных на противоположных сторонах поля зрения, находятся по существу напротив друг друга, т.е. области, охватываемые витками соответствующих катушек, расположены по существу напротив друг друга.

Таким путем желаемые магнитные поля, необходимые как для режима MPI, так и для режима MRI, могут генерироваться упомянутыми катушками. В частности, в режиме MPI генерируется по существу однородное магнитное поле, а в режиме MRI градиентное магнитное поле генерируется наборами катушек фокусирующего поля или катушек поля возбуждения соответственно. Таким образом, одни и те же катушки могут быть использованы в обоих режимах простым путем подачи в катушки различных токов, что невозможно в любом известном устройстве MPI или известном устройстве MRI.

Катушки фокусирующего поля также могут генерировать достаточно сильное магнитное поле, например, выше 100 мТл, чтобы покрыть соответствующее поле зрения, что было бы невозможно со стандартными градиентными катушками, используемыми в обычном устройстве MRI, которые не могут, таким образом, просто быть использованы в качестве катушек фокусирующего поля в режиме MPI. Катушки поля возбуждения также способны генерировать достаточно сильное магнитное поле, например, выше 15 мТл на частоте свыше 20 кГц, что было бы невозможно со стандартными градиентными катушками, используемыми в обычном устройстве MRI, которые не могут, следовательно, просто быть использованы в качестве катушек поля возбуждения в режиме MPI.

Также катушки поля выбора, предусмотренные в устройстве в соответствии с настоящим изобретением, могут быть использованы для создания нужных магнитных полей для обоих режимов. В частности, в режиме MPI генерируется градиентное магнитное поле с по существу свободной от поля точкой, в то время как в режиме MRI катушками поля выбора генерируется либо однородное стационарное магнитное поле (так называемое B0-поле в классической МРТ), либо поляризационное и настроечное магнитные поля (для поляризованной МРТ).

Для генерирования радиочастотных импульсов и для получения магниторезонансных сигналов в режиме MRI обычно можно использовать различные катушки устройства, в частности приемные катушки, используемые для приема MPI сигналов в режиме MPI, или катушки поля возбуждения, обычно используемые в режиме MPI для перемещения FFP через поле зрения. Альтернативно для этих целей могут быть предусмотрены отдельные катушки.

В зависимости от режима, в котором должно функционировать предложенное устройство, для различных катушек обеспечиваются соответствующие токи. Блок генерирования сигнала фокусирующего поля и блок генератора поля выбора приспособлены соответственно, в частности, для генерирования токов, необходимых для работы устройства, как определено выше.

В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере три катушки фокусирующего поля каждого набора катушек фокусирующего поля расположены по существу в соответствующем слое плоскости катушки фокусирующего поля. Здесь плоскости катушки фокусирующего поля следует понимать как своего рода слой, имеющий определенную толщину, которая по существу соответствует размеру катушек фокусирующего поля в направлении, перпендикулярном к упомянутой плоскости. Другими словами, упомянутые катушки фокусирующего поля расположены по существу в упомянутой плоскости и не расположены в разных плоскостях и/или смещены на различные расстояния от упомянутой плоскости. Такое расположение обеспечивает простое механическое расположение катушек фокусирующего поля и дает возможность легче вычислить/предсказать магнитное поле, генерируемое упомянутыми катушками фокусирующего поля.

Согласно другому варианту осуществления соответствующие две катушки фокусирующего поля различных наборов образуют пару катушек фокусирующего поля, имеющую по существу ту же самую ось симметрии, при этом оси симметрии различных пар расположены по существу параллельно друг другу, находясь в различных положениях относительно поля зрения. По меньшей мере три катушки фокусирующего поля соответствующего набора, например, расположены по существу в трех углах равностороннего треугольника, т.е. расположены в узлах регулярной сетки, что дополнительно облегчает вычисление/прогнозирование генерируемого магнитного поля. В случае четырех катушек фокусирующего поля в каждом наборе, они могут быть расположены, например, в четырех углах прямоугольника.

Предпочтительно в варианте осуществления упомянутый блок катушек фокусирующего поля включает в себя по меньшей мере восемь катушек фокусирующего поля, разделенных на два подблока катушек фокусирующего поля, состоящие из двух пар катушек фокусирующего поля каждый, причем упомянутые восемь катушек фокусирующего поля упомянутых двух подблоков катушек фокусирующего поля расположены на различных сторонах поля зрения, в котором две соответствующие катушки каждой из четырех пар находятся по существу напротив друг друга. Это позволяет в режиме MRI генерировать градиентные магнитные поля в двух направлениях, а в режиме MPI генерировать однородные магнитные поля в двух разных направлениях. Этот вариант осуществления основан на идее разделить любые катушки фокусирующего поля и/или катушки поля возбуждения обычного сканера визуализации с использованием магнитных частиц на пары катушек фокусирующего поля и/или катушек поля возбуждения. Это делается для по меньшей мере одной пары обычно используемых катушек фокусирующего поля и/или катушек поля возбуждения, то есть одна пара обычных катушек фокусирующего поля заменяется на группу из четырех катушек фокусирующего поля (называемую далее "подблок катушек фокусирующего поля"), и/или одна пара обычных катушек поля возбуждения заменяется на группу из четырех катушек поля возбуждения (называемую далее "подблок катушек возбуждающего поля"). Соответствующие катушки группы ("подблок") расположены на различных сторонах поля зрения (как две катушки пары катушек в обычной конструкции) и далее расположены таким образом, что две катушки, расположенные на противоположных сторонах поля зрения, по существу обращены друг к другу, то есть области, охватываемые витками соответствующих катушек, расположены по существу напротив друг друга.

Следовательно, способ работы такого варианта осуществления устройства включает в себя следующие этапы:

i) для работы устройства в режиме визуализации с помощью магнитных частиц

- обеспечение двух катушек поля возбуждения различных наборов, противоположно расположенных по разные стороны от поля зрения, противоположно направленными токами поля возбуждения для генерирования по существу однородного магнитного поля возбуждения между катушками поля возбуждения, и

- обеспечение катушек поля выбора токами поля выбора для генерирования упомянутого магнитного поля выбора,

ii) для работы устройства в режиме магнитной резонансной томографии

- обеспечение двух катушек поля возбуждения различных наборов, противоположно расположенных по разные стороны от поля зрения, идентично направленными токами градиентного поля для генерирования градиентного магнитного поля между катушками поля возбуждения, и

- обеспечение катушек поля выбора токами однородного поля для генерирования либо однородного стационарного магнитного поля, либо предполяризующего и подмагничивающего магнитных полей.

Соответственно, в варианте осуществления, в котором такое устройство должно работать в режиме MPI, блок генерирования сигнала фокусирующего поля приспособлен для обеспечения двух катушек фокусирующего поля каждой пары катушек фокусирующего поля упомянутого подблока катушек фокусирующего поля противоположно направленными токами фокусирующего поля для генерирования по существу однородного магнитного фокусирующего поля между катушками фокусирующего поля, а блок генератора поля выбора приспособлен для обеспечения катушек поля выбора токами поля выбора для генерирования упомянутого магнитного поля выбора. Кроме того, когда устройство должно работать в режиме MRI, блок генерирования сигнала фокусирующего поля приспособлен для обеспечения двух катушек фокусирующего поля упомянутой пары катушек фокусирующего поля упомянутого подблока катушек фокусирующего поля однонаправленными токами градиентного поля, причем две катушки фокусирующего поля первой пары обеспечиваются током градиентного поля другого направления, чем две катушки фокусирующего поля второй пары, для генерирования градиентного магнитного фокусирующего поля между катушками фокусирующего поля. Кроме того, в этом варианте осуществления блок генератора поля выбора приспособлен для обеспечения катушек поля выбора токами однородного поля для генерирования либо однородного стационарного магнитного поля для классической МРТ, либо предполяризующего магнитного поля (и, предпочтительно, подмагничивающего магнитного поля) для поляризованной МРТ.

Упомянутые четыре катушки фокусирующего поля каждой из двух пар катушек фокусирующего поля расположены по существу в соответствующем слое катушек фокусирующего поля, причем упомянутые два соответствующих слоя катушек фокусирующего поля расположены по существу ортогонально друг другу в предпочтительном варианте осуществления. Как указывалось выше, такое регулярное расположение катушек фокусирующего поля позволяет легче вычислять/прогнозировать генерируемые магнитные поля. Кроме того, облегчается механическое расположение катушек фокусирующего поля.

Более того, в одном варианте осуществления две соответствующие катушки фокусирующего поля каждого из упомянутых двух подблоков катушек фокусирующего поля расположены в соответствующей плоскости катушек фокусирующего поля, причем упомянутые две соответствующие плоскости катушек фокусирующего поля расположены по существу параллельно друг другу на различных сторонах поля зрения. Таким образом, в первой плоскости катушек фокусирующего поля расположены две катушки фокусирующего поля первого подблока и две катушки фокусирующего поля второго подблока, в то время как другие четыре катушки фокусирующего поля расположены в другой плоскости катушек фокусирующего поля. Предпочтительно, чтобы эти две плоскости катушек фокусирующего поля были расположены перпендикулярно к упомянутым двум соответствующим слоям катушек фокусирующего поля (каждый слой предпочтительно содержит, как описано выше, все четыре катушки фокусирующего поля подблока).

Например, если четыре катушки фокусирующего поля первого подблока катушек фокусирующего поля расположены в слое катушек фокусирующего поля, параллельном плоскости х-z (декартовой системы координат), и четыре катушки фокусирующего поля второго подблока расположены в слое катушек фокусирующего поля, параллельном плоскости y-z, две плоскости катушек фокусирующего поля этого варианта осуществления расположены параллельно плоскости х-y. Таким образом, в соответствии с этим вариантом осуществления предпочтительно достигается очень регулярное расположение всех катушек фокусирующего поля.

Предпочтительно предусматривается третий подблок катушек фокусирующего поля, включающий в себя одну пару катушек фокусирующего поля, которые по существу обращены друг к другу. Хотя в целом также катушки поля выбора можно использовать также в качестве третьего подблока катушек фокусирующего поля для генерирования однородного поля в третьем направлении, в этом варианте осуществления для этой цели предпочтительно предусмотрены отдельные катушки фокусирующего поля. Эти катушки фокусирующего поля предпочтительно расположены по существу параллельно двум соответствующим плоскостям катушек фокусирующего поля, упомянутым выше. В качестве альтернативы, конечно, третий блок катушек фокусирующего поля также может включать в себя четыре катушки фокусирующего поля совершенно аналогично другим подблокам катушек фокусирующего поля, описанным выше. Эти четыре катушки фокусирующего поля третьего подблока катушек фокусирующего поля были бы затем расположены в слое катушек фокусирующего поля, расположенном ортогонально к другим слоям катушек фокусирующего поля, в которых расположены катушки фокусирующего поля первого и второго подблоков.

Для формы катушек фокусирующего поля могут использоваться различные варианты осуществления. В частности, только чтобы дать несколько примеров, катушки фокусирующего поля могут быть выполнены в виде кольцевых катушек, например, имеющих круглую форму, намотанных вокруг общей оси. Обмотки могут быть расположены циркулярно или спирально на общей плоскости, или могут быть выполнены в форме соленоида. Предпочтительно, в одном варианте осуществления катушки фокусирующего поля имеют по существу D-образную форму, причем прямолинейные части соответствующих двух катушек фокусирующего поля различных пар являются смежными друг с другом (но разделены небольшим расстоянием). Таким образом, они могут быть расположены близко друг к другу и будут способны генерировать достаточно однородное магнитное поле в центральной области между катушками фокусирующего поля.

Более того, в одном варианте осуществления устройство включает в себя средство приема, содержащее по меньшей мере один блок приема сигнала и по меньшей мере одну приемную катушку для получения сигналов детектирования, которые зависят от намагниченности в поле зрения, которая, в свою очередь, зависит от изменений в положении и пространстве первой и второй подзон. Путем использования сигналов детектирования может быть получена, например, информация о локальном распределении магнитных частиц в поле зрения, что может быть использовано для получения анатомической информации о теле пациента, находящегося в поле зрения.

Выше были объяснены различные варианты осуществления, в частности, для расположения и формы катушек фокусирующего поля. Аналогичные или даже идентичные варианты осуществления существуют для расположения и формы катушек поля возбуждения, если вместо или в дополнение к катушкам фокусирующего поля предусмотрены катушки поля возбуждения, расположенные так, как это описано выше в одном аспекте настоящего изобретения. Проще говоря, в объясненных выше вариантах осуществления термин "фокусирующее поле" может быть заменен на термин "возбуждающее поле", чтобы понять различные варианты осуществления, которые существуют для устройства, использующего объясненную выше идею путем изменения типа, количества и/или расположения катушек поля возбуждения, по сравнению с известным устройством вместо или в дополнение к модификации типа, количества и/или расположения катушек фокусирующего поля.

В предпочтительном варианте осуществления упомянутый блок катушек поля возбуждения включает в себя три подблока катушек поля возбуждения,

в котором по меньшей мере один подблок катушек поля возбуждения включает в себя одну пару катушек поля возбуждения, расположенную для генерирования компонентов возбуждающего магнитного поля в первом направлении, и

в котором два других подблока катушек поля возбуждения вместе составляют упомянутые по меньшей мере шесть катушек поля возбуждения, расположенных для генерирования компонентов возбуждающего магнитного поля в двух дополнительных направлениях.

Следовательно, способ работы такого варианта осуществления устройства включает в себя следующие этапы:

i) для работы устройства в режиме визуализации с помощью магнитных частиц

- обеспечение двух катушек поля возбуждения каждой пары катушек поля возбуждения упомянутого подблока катушек поля возбуждения противоположно направленными токами поля возбуждения для генерирования по существу однородного магнитного поля возбуждения между катушками поля возбуждения, и

- обеспечение катушек поля выбора токами поля выбора для генерирования упомянутого магнитного поля выбора,

ii) для работы устройства в режиме магнитной резонансной томографии

- обеспечение двух катушек поля возбуждения упомянутой пары катушек поля возбуждения упомянутого подблока катушек поля возбуждения идентично направленными токами градиентного поля, причем две катушки поля возбуждения первой пары обеспечиваются током градиентного поля противоположной направленности по сравнению с двумя катушками поля возбуждения второй пары, для генерирования градиентного магнитного поля между катушками поля возбуждения, и

- обеспечение катушек поля выбора токами однородного поля для генерирования либо однородного стационарного магнитного поля, либо предполяризующего и подмагничивающего магнитных полей.

Кроме того, в одном варианте осуществления четыре катушки упомянутых двух пар катушек поля возбуждения упомянутого по меньшей мере одного подблока катушек поля возбуждения расположены по существу в общем слое катушек.

В дополнительном варианте осуществления каждые две катушки каждой из упомянутых двух пар катушек поля возбуждения упомянутого по меньшей мере одного подблока катушек поля возбуждения имеют по существу одинаковую ось симметрии, причем оси симметрии двух пар расположены по существу параллельно на противоположных сторонах поля зрения.

В дополнительном варианте осуществления два подблока катушек поля возбуждения включают в себя, каждый, две пары катушек поля возбуждения, причем упомянутые восемь катушек упомянутых двух подблоков катушек поля возбуждения расположены на различных сторонах поля зрения, и две катушки каждой из четырех пар по существу обращены друг к другу.

В дополнительном варианте осуществления четыре катушки каждых двух пар катушек поля возбуждения упомянутых двух подблоков катушек поля возбуждения расположены по существу в соответствующем слое катушек, причем упомянутые два соответствующих слоя катушек расположены по существу перпендикулярно друг к другу.

В дополнительном варианте осуществления две соответствующие катушки каждого из упомянутых двух подблоков катушек поля возбуждения расположены в соответствующей плоскости катушек, причем упомянутые две соответствующие плоскости катушек расположены по существу параллельно на различных сторонах поля зрения.

В дополнительном варианте осуществления две соответствующие плоскости катушек расположены перпендикулярно указанным двум соответствующим слоям катушек.

В дополнительном варианте осуществления третий подблок катушек поля возбуждения включает в себя одну пару катушек поля возбуждения, и упомянутые две катушки поля возбуждения по существу обращены друг к другу.

В дополнительном варианте осуществления катушки поля возбуждения указанного третьего подблока катушек поля возбуждения расположены по существу параллельно упомянутым двум соответствующим плоскостям катушек.

В еще одном варианте осуществления упомянутый блок генерирования сигнала поля возбуждения выполнен с возможностью обеспечения двух катушек поля возбуждения каждой пары катушек поля возбуждения упомянутого по меньшей мере одного подблока катушек поля возбуждения противоположно направленными токами поля возбуждения для генерирования по существу однородного магнитного поля возбуждения между катушками упомянутого подблока катушек поля возбуждения.

Упомянутый блок генерирования сигнала поля возбуждения выполнен с возможностью обеспечения двух катушек поля возбуждения каждой пары катушек поля возбуждения упомянутого по меньшей мере одного подблока катушек поля возбуждения возбуждающими токами одинакового направления, причем две катушки поля возбуждения первой пары обеспечиваются возбуждающим током противоположной направленности по сравнению с двумя катушками поля возбуждения второй пары, для генерирования градиентного магнитного поля между катушками упомянутого подблока катушек поля возбуждения.

В одном варианте осуществления упомянутые катушки поля возбуждения имеют по существу D-образную форму, причем прямолинейные части соответствующих двух катушек поля возбуждения различных пар являются смежными друг с другом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут очевидны из и будут разъяснены со ссылкой на вариант (варианты) осуществления, описанные ниже. На следующих чертежах

фиг.1 показывает первый вариант осуществления устройства визуализации с помощью магнитных частиц,

фиг.2 показывает пример структуры поля выбора, создаваемого устройством, показанным на фиг.1,

фиг.3 показывает второй вариант осуществления устройства визуализации с помощью магнитных частиц,

фиг.4 показывает блок-схему устройства визуализации с помощью магнитных частиц в соответствии с настоящим изобретением,

фиг.5 показывает варианты осуществления для расположения катушек, предложенные в соответствии с настоящим изобретением,

фиг.6 показывает первый вариант осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением,

фиг.7 иллюстрирует генерирование однородного магнитного поля в режиме MPI с катушками, предложенными в соответствии с настоящим изобретением,

фиг.8 иллюстрирует генерирование градиентного магнитного поля в режиме MRI с катушками, предложенными в соответствии с настоящим изобретением,

фиг.9 показывает второй вариант осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением,

фиг.10 показывает дополнительные варианты осуществления для расположения катушек, предложенные в соответствии с настоящим изобретением,

фиг.11 показывает третий вариант осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением,

фиг.12 показывает дополнительные варианты осуществления для расположения катушек, предложенные в соответствии с настоящим изобретением,

фиг.13-20 иллюстрируют, как катушки, расположенные как показано на фиг.11, обеспечиваются соответствующими токами в различных режимах работы.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Прежде чем будут объяснены детали настоящего изобретения, основы визуализации с помощью магнитных частиц будут объяснены более подробно со ссылкой на фиг.1-4. В частности, будут описаны два варианта осуществления сканера визуализации с помощью магнитных частиц для медицинской диагностики. Также будет дано неформальное описание сбора данных. Будут отмечены сходства и различия между двумя вариантами осуществления.

Первый вариант осуществления 10 сканера визуализации с помощью магнитных частиц, показанный на фиг.1, имеет три пары 12, 14, 16 коаксиально параллельных круговых катушек, расположение которых показано на фиг.1. Эти пары 12, 14, 16 катушек служат для генерирования поля выбора, а также возбуждающего и фокусирующего полей. Оси 18, 20, 22 трех пар 12, 14, 16 катушек являются взаимно ортогональными и пересекаются в одной точке, обозначенной как изоцентр 24 сканера 10 визуализации с помощью магнитных частиц. В дополнение к этому, эти оси 18, 20, 22 служат в качестве осей трехмерной декартовой системы координат x-y-z, прикрепленной к изоцентру 24. Вертикальная ось 20 называется осью y, так что оси x и z являются горизонтальными. Пары 12, 14, 16 катушек называются в соответствии с их осями. Например, пара 14 y-катушек образована катушками сверху и снизу сканера. Более того, катушка с положительной (отрицательной) y-координатой называется y⁺-катушкой (y^--катушкой), и аналогично для остальных катушек. Когда это представляется более удобным, оси координат и катушки будут промаркированы как x₁, x₂ и x₃ вместо x, y и z.

Сканер 10 может быть настроен так, чтобы направлять заранее заданный, зависящий от времени электрический ток через каждую из этих катушек 12, 14, 16, и в любом направлении. Если ток течет по часовой стрелке вокруг катушки, если смотреть вдоль оси этой катушки, он будет рассматриваться как положительный, а в противном случае - как отрицательный. Для генерирования статического поля выбора через z⁺-катушку пропускается постоянный положительный ток I^S, а через z^--катушку - постоянный отрицательный ток -I^S. Пара z-катушек 16 тогда действует как пара антипараллельных круговых катушек.

Здесь следует отметить, что расположение осей и номенклатура, данная осям в этом варианте осуществления, являются только примером и могут также быть различными в других вариантах осуществления. Например, в практических вариантах осуществления вертикальная ось часто рассматривается как ось z, а не ось y, как в настоящем варианте осуществления. Это, однако, не меняет в целом функцию и работу устройства и эффект настоящего изобретения.

Магнитное поле выбора, которое обычно представляет собой градиентное магнитное поле, представлено на фиг.2 силовыми линиями 50. Оно имеет по существу постоянный градиент в направлении (например, горизонтальном) оси z 22 пары z-катушек 16, генерирующей поле выбора, и достигает нулевого значения в изоцентре 24 на этой оси 22. Начиная с этой точки без поля (не показанной отдельно на фиг.2), напряженность магнитного поля выбора 50 увеличивается во всех трех пространственных направлениях по мере удаления от точки без поля. В первой подзоне или области 52, которая обозначена пунктирной линией вокруг изоцентра 24, напряженность поля настолько мала, что намагниченность частиц, находящихся в этой первой подзоне 52, является ненасыщенной, в то время как намагниченность частиц, присутствующих во второй подзоне 54 (вне области 52), находится в состоянии насыщения. Во второй подзоне 54 (т.е. в остаточной части поля зрения 28 сканера снаружи от первой подзоны 52) напряженность магнитного поля выбора достаточно велика, чтобы удерживать магнитные частицы в состоянии насыщения.

При изменении положения двух подзон 52, 54 (в том числе точки без поля) в пределах поля зрения 28 изменяется (общая) намагниченность в поле зрения 28. Путем определения намагниченности в поле зрения 28 или физических параметров, зависящих от намагниченности, может быть получена информация о пространственном распределении магнитных частиц в поле зрения 28. Для того чтобы изменить относительное пространственное положение двух подзон 52, 54 (в том числе точки без поля) в поле зрения 28, на поле выбора 50 накладываются дополнительные магнитные поля, т.е. магнитное поле возбуждения, и, если это применимо, магнитное фокусирующее поле.

Чтобы сгенерировать поле возбуждения, через обе х-катушки 12 пропускается зависящий от времени ток I^D ₁, через обе y-катушки 14 пропускается зависящий от времени ток I^D ₂, и через обе z-катушки 16 пропускается зависящий от времени ток I^D ₃. Таким образом, каждая из трех пар катушек действует как пара параллельных круговых катушек. Аналогично, чтобы сгенерировать фокусирующее поле, через обе х-катушки 12 пропускается зависящий от времени ток I^F ₁, через обе y-катушки 14 пропускается зависящий от времени ток I^F ₂, и через обе z-катушки 16 пропускается зависящий от времени ток I^F ₃.

Следует отметить, что пара z-катушек 16 является особенной: она генерирует не только свою долю возбуждающего и фокусирующего полей, но также и поле выбора (конечно, в других вариантах осуществления могут быть предусмотрены отдельные катушки). Ток, протекающий через z^±-катушки, равен I^D ₃+I^F ₃±I^S. Ток, протекающий через остальные две пары катушек 12 и 14, равен I^D _k+I^F _k, k=1, 2. Вследствие их геометрии и симметрии, три пары катушек 12, 14, 16 хорошо развязаны. Это желательно.

Будучи сгенерированным парой антипараллельных круговых катушек, поле выбора является вращательно симметричным относительно оси z, и его z-компонента близка к линейной в z и не зависит от х и y в значительном объеме вокруг изоцентра 24. В частности, поле выбора имеет одну точку без поля (FFP) в изоцентре. В противоположность этому, вклады в возбуждающее и фокусирующее поля, которые генерируются парами параллельных круговых катушек, пространственно почти однородны в значительном объеме вокруг изоцентра 24 и параллельны оси соответствующей пары катушек. Возбуждающее и фокусирующее поля, совместно генерируемые всеми тремя парами параллельных круговых катушек, пространственно почти однородны, и им можно придать любое направление и напряженность, вплоть до некоторой максимальной напряженности. Возбуждающее и фокусирующее поля являются также зависящими от времени. Разница между фокусирующим полем и возбуждающим полем в том, что фокусирующее поле изменяется во времени медленно и может иметь большую амплитуду, а поле возбуждения изменяется быстро и имеет малую амплитуду. Существуют физические и биомедицинские причины обрабатывать эти поля по-разному. Быстро меняющееся поле с большой амплитудой было бы трудно сгенерировать, и оно было бы потенциально опасным для пациента.

В практическом варианте осуществления FFP можно рассматривать как математическую точку, в которой магнитное поле предполагается равным нулю. Напряженность магнитного поля возрастает с увеличением расстояния от FFP, причем скорость этого возрастания может быть различной для различных направлений (в зависимости, например, от конкретной конструкции устройства). До тех пор, пока напряженность магнитного поля не превышает напряженности поля, необходимой для приведения магнитных частиц в состояние насыщения, частица активно участвует в генерировании сигнала, измеряемого с помощью устройства; в противном случае частицы являются насыщенными и не генерируют никакого сигнала.

Вариант осуществления 10 сканера визуализации с помощью магнитных частиц имеет по меньшей мере еще одну пару, предпочтительно еще три пары параллельных круговых катушек, опять же ориентированных вдоль осей x, y и z. Эти пары катушек, которые не показаны на фиг.1, служат приемными катушками. Как и в случае с парами катушек 12, 14, 16 для возбуждающего и фокусирующего полей, магнитное поле, создаваемое постоянным током, протекающим через одну из этих пар приемных катушек, является пространственно почти однородным в поле зрения и параллельно оси соответствующей пары катушек. Приемные катушки должны быть хорошо развязаны. Зависящее от времени напряжение, индуцированное в приемной катушке, усиливается и оцифровывается приемником, подключенным к этой катушке. Более точно, чтобы справиться с огромным динамическим диапазоном этого сигнала, приемник оцифровывает разницу между принятым сигналом и опорным сигналом. Передаточная функция приемника является ненулевой от нуля герц (постоянный ток) вплоть до частоты, на которой ожидаемый уровень сигнала падает ниже уровня шума.

Вариант осуществления 10 сканера визуализации с помощью магнитных частиц, показанный на фиг.1, имеет цилиндрическое отверстие 26 вдоль оси z 22, т.е. вдоль оси поля выбора. Все катушки размещены снаружи этого отверстия 26. Для сбора данных пациент (или объект), подлежащий визуализации, помещается в отверстие 26 таким образом, чтобы интересующий объем пациента - тот объем пациента (или объекта), который должен быть визуализирован, - был заключен в поле зрения 28 сканера, т.е. в тот объем сканера, содержимое которого сканер может визуализировать. Пациент (или объект) помещается, например, на стол. Поле зрения 28 является геометрически простым, изоцентрическим объемом внутри отверстия 26, таким как куб, шар, цилиндр, или может иметь произвольную форму. Кубическое поле зрения 28 показано на фиг.1.

Размер первой подзоны 52 зависит от величины градиента магнитного поля выбора и от напряженности магнитного поля, необходимой для насыщения, что, в свою очередь, зависит от магнитных частиц. Для достаточного насыщения типичных магнитных частиц в магнитном поле напряженностью 80 А/м с градиентом (в данном пространственном направлении) напряженности магнитного поля выбора величиной 50×10³ A/м², первая подзона 52, в которой намагниченность частиц не достигает уровня насыщения, имеет размеры приблизительно 1 мм (в данном пространственном направлении).

Интересующий объем пациента должен содержать магнитные наночастицы. Перед диагностической визуализацией, например опухоли, магнитные частицы доставляются в интересующий объем, например, посредством жидкости, включающей в себя магнитные частицы, которая вводится в организм пациента (объекта) или иным образом назначается пациенту, например, перорально.

В целом, существуют различные способы для доставки магнитных частиц в поле зрения. В частности, в случае пациента, в тело которого магнитные частицы должны быть введены, магнитные частицы могут быть введены с помощью хирургических и нехирургических методов, и существуют как методы, которые требуют специальных знаний (как у практикующего врача), так и методы, которые не требуют специальных знаний, например, могут быть выполнены непрофессионалами или обычными специалистами или самим пациентом. Среди хирургических методов имеются потенциально безрисковые и/или безопасные рутинные вмешательства, например, предусматривающие такой инвазивный этап, как инъекция контрастного вещества в кровеносный сосуд (если такую инъекцию вообще следует рассматривать как хирургический метод), т.е. вмешательства, которые не требуют для своего проведения значительной профессиональной медицинской экспертизы и которые не влекут за собой серьезные риски для здоровья. Кроме того, могут быть применены нехирургические методы, такие как глотание или ингаляция.

Как правило, магнитные частицы предварительно доставляются или предварительно вводятся перед выполнением реальных этапов сбора данных. В вариантах осуществления, однако, возможно также, что дополнительные магнитные частицы доставляются/вводятся в поле зрения.

Вариант осуществления магнитных частиц включает в себя, например, сферическую подложку, например, из стекла, на которой предусмотрен мягкий магнитный слой, который имеет толщину, например, 5 нм и состоит, например, из железоникелевого сплава (например, пермаллоя). Этот слой может быть покрыт, например, покрывающим слоем, который защищает частицы от химически и/или физически агрессивных сред, например, от кислот. Напряженность магнитного поля выбора 50, необходимая для насыщения намагниченности таких частиц, зависит от различных параметров, например, от диаметра частиц, используемых для магнитного слоя магнитных материалов, и от других параметров.

В случае, например, диаметра таких магнитных частиц, равного 10 мкм, необходимо магнитное поле напряженностью примерно 800 А/м (приблизительно соответствует плотности потока 1 мТл), в то время как в случае частиц диаметром 100 мкм достаточно магнитного поля напряженностью 80 А/м. Даже еще меньшие величины получаются, если выбрано покрытие из материала, имеющего более низкий уровень насыщения, или если толщина слоя уменьшается.

На практике часто используются магнитные частицы, коммерчески доступные под торговым названием Resovist (или аналогичные магнитные частицы), которые имеют сердцевину из магнитного материала или сформированы как массивные сферы и которые имеют диаметр в диапазоне нанометров, например, 40 или 60 нм.

Для более подробной информации об общеупотребительных магнитных частицах и композициях частиц настоящий документ ссылается на соответствующие части патентных документов ЕР 1304542, WO 2004/091386, WO 2004/091390, WO 2004/091394, WO 2004/091395, WO 2004/091396, WO 2004/091397, WO 2004/091398 и WO 2004/091408, которые включены в настоящий документ посредством ссылки. В этих документах можно также найти более подробную информацию о способе визуализации с помощью магнитных частиц в целом.

Во время сбора данных пары x-, y- и z-катушек 12, 14, 16 генерируют магнитное поле, зависящее от положения и от времени, приложенное поле. Это достигается путем пропускания подходящих токов через катушки генерирования поля. По сути, возбуждающее и фокусирующее поля толкают поле выбора вокруг так, что FFP перемещается вдоль заданной траектории FFP, которая очерчивает объем сканирования - надмножество поля зрения. Приложенное поле ориентирует магнитные наночастицы в пациенте. По мере изменения приложенного поля результирующая намагниченность также изменяется, хотя она откликается на приложенное поле нелинейно. Сумма изменяющегося приложенного поля и изменяющейся намагниченности индуцирует зависимое от времени напряжение V_k на выводах пары приемных катушек, ориентированной вдоль оси x_k. Связанный с катушками приемник преобразует это напряжение в сигнал S_k, который он обрабатывает в дальнейшем.

Как и первый вариант осуществления 10, показанный на фиг.1, второй вариант осуществления 30 сканера визуализации с помощью магнитных частиц, показанный на фиг.3, имеет три пары круговых и взаимно ортогональных катушек 32, 34, 36, но эти пары катушек 32, 34, 36 генерируют только поле выбора и фокусирующее поле. Пара z-катушек 36, которая, опять же, генерирует поле выбора, наполнена ферромагнитным материалом 37. Ось z 42 этого варианта осуществления 30 ориентирована вертикально, а оси х и y 38, 40 ориентированы горизонтально. Отверстие 46 сканера параллельно оси х 38 и, таким образом, перпендикулярно оси 42 поля выбора. Поле возбуждения создается соленоидом (не показан) вдоль оси х 38 и парой седловых катушек (не показаны) вдоль двух оставшихся осей 40, 42. Эти катушки намотаны вокруг трубы, которая образует отверстие. Катушки поля возбуждения также служат в качестве приемных катушек.

В качестве нескольких типичных параметров такого варианта осуществления: z-градиент поля выбора G имеет силу G/μ₀=2,5 Тл/м, где μ0 является проницаемостью вакуума. Временной спектр частоты поля возбуждения сосредоточен в узком диапазоне вокруг 25 кГц (вплоть до приблизительно 150 кГц). Полезный спектр частот принимаемых сигналов лежит между 50 кГц и 1 МГц (в конечном счете вплоть до приблизительно 15 МГц). Отверстие имеет диаметр 120 мм. Самый большой куб 28, который вписывается в отверстие 46, имеет длину ребра 120 мм/≈84 мм.

Поскольку конструкция генерирующих поле катушек в целом известна в данной области техники, например, из области магнитно-резонансной томографии, эта тема в настоящем документе не нуждается в более подробном описании.

В альтернативном варианте осуществления для генерирования поля выбора могут быть использованы постоянные магниты (не показаны). В пространстве между двумя полюсами таких (противоположных) постоянных магнитов (не показаны) образуется магнитное поле, которое аналогично показанному на фиг.2, то есть, когда противоположные полюса имеют одинаковую полярность. В другом альтернативном варианте осуществления поле выбора может быть сгенерировано посредством сочетания по меньшей мере одного постоянного магнита и по меньшей мере одной катушки.

Фиг.4 показывает общую блок-схему устройства 100 визуализации с помощью магнитных частиц в соответствии с настоящим изобретением. Общие принципы визуализации с помощью магнитных частиц, объясненные выше, также справедливы и применимы к этому варианту осуществления, если не указано иное.

Вариант осуществления устройства 100, показанный на фиг.4, включает в себя различные наборы катушек для генерирования желаемых магнитных полей. Сначала будут разъяснены катушки и их функции в визуализации с помощью магнитных частиц.

Для генерирования магнитного поля выбора, объясненного выше, предусмотрено средство выбора, включающее в себя набор 116 катушек поля выбора, предпочтительно содержащий по меньшей мере одну пару катушечных элементов. Средство выбора дополнительно включает в себя блок 110 генерирования сигнала поля выбора. Предпочтительно, чтобы отдельные подблоки генератора были предусмотрены для каждого катушечного элемента (или каждой пары катушечных элементов) набора 116 катушек поля выбора. Упомянутый блок 110 генерирования сигнала поля выбора включает в себя управляемый источник 112 тока поля выбора (как правило, включающий в себя усилитель) и фильтрующий блок 114, которые обеспечивают соответствующий катушечный элемент поля выбора током поля выбора, чтобы индивидуально устанавливать силу градиента поля выбора. Однако, так как поле выбора в целом является статическим, фильтрующий блок 114 также может быть опущен. Предпочтительно обеспечивается постоянный ток. Если катушечные элементы поля выбора расположены как противоположные катушки, например, на противоположных сторонах поля зрения, токи поля выбора противоположных катушек предпочтительно ориентированы противоположно друг другу.

Блок 110 генерирования сигнала поля выбора может управляться блоком 150 управления, который предпочтительно управляет генерацией тока поля выбора 110 таким образом, что сумма напряженности поля и сумма силы градиента всех пространственных составляющих поля выбора поддерживаются на заданном уровне. Для этого блок 150 управления может быть также снабжен управляющими командами со стороны пользователя в соответствии с желаемым применением устройства визуализации с помощью магнитных частиц, что, однако, предпочтительно опущено в соответствии с настоящим изобретением.

Для генерирования магнитного фокусирующего поля устройство 100 дополнительно включает в себя средство фокусирования, содержащее набор катушек фокусирующего поля, называемый блоком 126 катушек фокусирующего поля. В частности, три подблока катушек фокусирующего поля, каждый из которых включает в себя две или более катушек фокусирующего поля, как будет объяснено ниже, предусмотрено для изменения положения в пространстве первой и второй подзон, в частности, для изменения положения в пространстве поля зрения 28 посредством магнитного фокусирующего поля. Катушки фокусирующего поля управляются блоком 120 генерирования сигнала фокусирующего поля, предпочтительно включающим в себя отдельный подблок генерирования сигнала фокусирующего поля для каждого подблока катушек фокусирующего поля или даже для каждой катушки (или по меньшей мере для каждой пары катушек) упомянутого набора подблоков катушек фокусирующего поля. Упомянутый блок 120 генерирования сигнала фокусирующего поля включает в себя источник 122 тока фокусирующего поля (предпочтительно включающий в себя усилитель тока) и фильтрующий блок 124 для обеспечения тока фокусирующего поля для соответствующей катушки фокусирующего поля, которая должна быть использована для генерирования магнитного фокусирующего поля. Блок 120 тока фокусирующего поля также управляется блоком 150 управления. При использовании настоящего изобретения фильтрующий блок 124 также может быть опущен.

Обычно блок катушек фокусирующего поля включает в себя три подблока, каждый из которых включает в себя пару противоположно расположенных катушек фокусирующего поля, то есть в обычном устройстве MPI предусмотрено три пары противоположно расположенных катушек фокусирующего поля. В противоположность этому, в соответствии с настоящим изобретением блок катушек фокусирующего поля включает в себя по меньшей мере шесть катушек фокусирующего поля, расположенных для генерирования компонентов магнитного фокусирующего поля в различных направлениях (желательно в двух направлениях), причем первый набор по меньшей мере трех катушек фокусирующего поля расположен на первой стороне поля зрения, а второй набор по меньшей мере трех катушек фокусирующего поля расположен на второй стороне поля зрения, противоположной первой стороне. Кроме того, предпочтительно другая пара из двух катушек фокусирующего поля (которые могут быть идентичны катушкам поля выбора) может быть предусмотрена для генерирования компонента магнитного фокусирующего поля в третьем направлении. Более подробные и конкретные варианты осуществления, показывающие такие расположения катушек, показаны на фиг.6, фиг.9 и фиг.11 и объясняются ниже.

Для генерирования магнитного поля возбуждения устройство 100 дополнительно включает в себя средство возбуждения, содержащее подмножество катушек поля возбуждения, предпочтительно включающее в себя три пары 136a, 136b, 136c противоположно расположенных катушечных элементов поля возбуждения. Катушки поля возбуждения управляются блоком 130 генерирования сигнала поля возбуждения, предпочтительно включающим в себя отдельный подблок генерирования сигнала поля возбуждения для каждого катушечного элемента (или по меньшей мере для каждой пары катушечных элементов) упомянутого набора катушек поля возбуждения. Упомянутый блок 130 генерирования сигнала поля возбуждения включает в себя источник 132 тока поля возбуждения (предпочтительно включающий в себя усилитель тока) и фильтрующий блок 134 (который также может быть опущен при использовании настоящего изобретения) для обеспечения тока поля возбуждения для соответствующей катушки поля возбуждения. Источник 132 тока поля возбуждения выполнен с возможностью генерирования зависящего от времени тока и также управляется блоком 150 управления.

Следует отметить, что в варианте осуществления устройства 10, показанном на фиг.1, для генерирования магнитного поля возбуждения и магнитного фокусирующего поля предпочтительно используются идентичные катушки.

Для детектирования сигналов предусматривается средство 148 приема, в частности, принимающая катушка и блок 140 приема сигнала, который принимает сигналы, детектированные упомянутым средством 148 приема. Предпочтительно на практике предусматриваются три приемных катушки 148 и три приемных блока 140, по одному на приемную катушку, однако может быть использовано также более трех приемных катушек и приемных блоков, и в этом случае полученные сигналы детектирования являются не трехмерными, а K-мерными, где К равно количеству приемных катушек.

Упомянутый блок 140 приема сигнала включает в себя фильтрующий блок 142 для фильтрации принятых сигналов детектирования. Целью этой фильтрации является разделение измеренных значений, которые вызваны намагниченностью в исследуемой области, которая зависит от изменения положения двух частичных областей (52, 54), от других интерферирующих сигналов. С этой целью фильтрующий блок 142 может быть выполнен, например, так, что сигналы, которые имеют временные частоты, меньшие, чем временные частоты, на которых работает приемная катушка 148, или меньшие, чем удвоенные эти временные частоты, не проходят через фильтрующий блок 142. Затем сигналы передаются через блок усилителя 144 на аналого-цифровой преобразователь 146 (ADC). Оцифрованные сигналы, формируемые аналого-цифровым преобразователем 146, подаются на блок 152 обработки изображения (также называемый средством реконструкции), который восстанавливает из этих сигналов пространственное распределение магнитных частиц и соответствующее положение, которое первая частичная область 52 первого магнитного поля в исследуемой области предположительно занимала во время получения соответствующего сигнала и которое блок 152 обработки изображения получает от блока 150 управления. Реконструированное пространственное распределение магнитных частиц, наконец, передается через управляющее средство 150 в компьютер 154, который выводит его на монитор 156. Таким образом, может быть отображено изображение, показывающее распределение магнитных частиц в поле зрения исследуемой области.

Кроме того, может быть предусмотрен блок ввода 158, например клавиатура. Пользователь, следовательно, может установить желаемое направление наивысшего разрешения и, в свою очередь, получает соответствующее изображение области действия на мониторе 156. Если критическое направление, в котором требуется наивысшее разрешение, отклоняется от направления, первоначально установленного пользователем, пользователь может изменять направление вручную для того, чтобы получить следующее изображение с улучшенным разрешением. Этот процесс улучшения разрешения может также выполняться автоматически с помощью блока 150 управления и компьютера 154. Блок 150 управления в этом варианте осуществления устанавливает градиентное поле в первом направлении, которое рассчитывается автоматически или устанавливается в качестве начального значения пользователем. Направление градиентного поля затем ступенчато изменяется до тех пор, пока разрешение полученных таким образом изображений, которые сравниваются с помощью компьютера 154, не станет максимальным и, соответственно, не перестанет улучшаться. Следовательно, может быть найдено и соответственно автоматически адаптировано наиболее критическое направление, чтобы получить максимально возможное разрешение.

Фиг.5 показывает отдельные виды пары обычно используемых катушек фокусирующего поля и два варианта осуществления подблока катушек фокусирующего поля, включающего в себя четыре катушки фокусирующего поля, как предложено в соответствии с настоящим изобретением. Фиг.5a показывает пару двух катушек фокусирующего поля, например х-катушек фокусирующего поля 32, как это предусмотрено в известном устройстве MPI, как показано на фиг.3. Эти х-катушки фокусирующего поля обычно используются в устройстве MPI для получения однородного магнитного поля в направлении оси х.

В соответствии с настоящим изобретением эта пара х-катушек фокусирующего поля 32 (заметим, что это не обязательно должны быть х-катушки фокусирующего поля, но могут быть, в дополнение к этому или альтернативно, катушки фокусирующего поля для одного или более других направлений) заменяется подблоком катушек фокусирующего поля, состоящим из четырех катушек, два варианта осуществления которого показаны на фиг.5b и фиг.5с. В варианте осуществления, показанном на фиг.5b, подблок катушек фокусирующего поля 320 включает в себя четыре круговых катушки фокусирующего поля 32а, 32b, 32c, 32d. Поле зрения (не показано) расположено между этими четырьмя катушками фокусирующего поля. Как можно видеть, катушки фокусирующего поля 32а, 32b первой пары расположены друг напротив друга, и катушки фокусирующего поля 32c, 32d второй пары расположены друг напротив друга. Далее, в этом варианте осуществления все четыре катушки фокусирующего поля 32a-32d расположены в общем слое катушек фокусирующего поля, например, со ссылкой на систему координат, используемую на фиг.3, - упомянутый слой расположен параллельно плоскости х-z. Кроме того, в данном варианте осуществления две верхних катушки фокусирующего поля 32а, 32с расположены в первой плоскости катушек фокусирующего поля (параллельно плоскости х- y), а нижние катушки фокусирующего поля 32b, 32d расположены в параллельной плоскости катушек фокусирующего поля. Такое регулярное расположение является предпочтительным и обеспечивает более легкое механическое расположение катушек и более точный расчет/оценку генерируемого магнитного поля. Тем не менее, для настоящего изобретения такое регулярное расположение четырех катушек фокусирующего поля подблока катушек фокусирующего поля не является существенным.

Как дополнительно показано на фиг.5b, катушки фокусирующего поля 32а, 32b первой пары имеют общую ось симметрии S1, а катушки фокусирующего поля 32c, 32d второй пары имеют общую ось симметрии S2, причем оси симметрии S1, S2 двух пар расположены по существу параллельно друг другу на противоположных сторонах поля зрения.

Другой вариант осуществления блока катушек фокусирующего поля 321 для замены пары катушек фокусирующего поля 32, показанных на фиг.5a, показан на фиг.5c. Кроме того, этот подблок 321 включает в себя четыре катушки фокусирующего поля 32e, 32f, 32g, 32h, которые расположены по существу в тех же позициях и той же ориентации, как описано для подблока катушек фокусирующего поля 320, показанного на фиг.5b. Однако в этом варианте осуществления катушки фокусирующего поля 32e-32h не имеют круглой формы, но имеют D-образную форму, в которой прямые участки 330 соответствующих соседних катушек фокусирующего поля расположены рядом друг с другом, как показано на фиг.5c. Эти катушки фокусирующего поля 32e-32h могут быть легко интегрированы в единую конструкцию, а также могут быть расположены между полем зрения и (большими по размеру) катушками поля выбора.

При использовании D-образных катушек может быть получен очень компактный генератор поля, например, включающий в себя 3 слоя катушек выше и 3 слоя катушек ниже поля зрения. В таком варианте осуществления один слой содержит две D-образных катушки для генерирования фокусирующего поля по оси х, следующий слой содержит две D-образных катушки, повернутых на 90°, для генерирования фокусирующего поля по оси z, а третий слой имеет одиночную круговую катушку для генерирования фокусирующего поля и поля выбора по оси y. Конечно, другие расположения слоев друг над другом также возможны. Таким образом, в целом, преимуществами использования D-образных катушек являются компактность установки, так что катушки можно сделать больше, и меньшая величина энергии, запасенной в катушках, по сравнению с отдельными катушками при той же энергии поля.

Фиг.6 показывает первый вариант осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением. Фиг.6a показывает подробное расположение различных катушек, фиг.6b показывает схему, изображающую положение восьми катушек фокусирующего поля двух подблоков катушек фокусирующего поля, предусмотренных в данном варианте осуществления.

В частности, в данном варианте осуществления две х-катушки фокусирующего поля 32 обычного устройства MPI, показанного на фиг.3, заменены подблоком катушек фокусирующего поля, состоящим из четырех катушек фокусирующего поля 32а, 32b, 32с, 32d, как показано на фиг.5b. Кроме того, две y-катушки фокусирующего поля 34 обычного устройства MPI, показанного на фиг.3, заменены вторым подблоком катушек фокусирующего поля, состоящим из четырех катушек фокусирующего поля 34a, 34b, 34c, 34d. Предпочтительно, как показано, в частности, на схеме фиг.6b, две катушки фокусирующего поля каждого из упомянутых подблоков инструмента расположены в соответствующей плоскости Р1, Р2 катушек фокусирующего поля, которые расположены параллельно друг другу и параллельно плоскости х-y, т.е. катушки 32а, 32с, 34а, 34с расположены в плоскости P1, а катушки 32b, 32d, 34b, 34d расположены в плоскости Р2. Кроме того, четыре катушки фокусирующего поля 32a-32d первого подблока все расположены в первом слое L1 катушек фокусирующего поля, который параллелен плоскости х-z, а четыре катушки фокусирующего поля 34a-34d второго подблока катушек фокусирующего поля все расположены во втором слое L2 катушек фокусирующего поля, который параллелен плоскости y-z. Упомянутые слои L1 и L2, таким образом, расположены в этом варианте перпендикулярно друг другу и перпендикулярны плоскостям Р1, Р2.

Такое регулярное расположение катушек фокусирующего поля обеспечивает более легкое механическое конструирование и расположение и более легкий расчет/оценку генерируемого магнитного поля.

Еще одним преимуществом такого расположения катушек фокусирующего поля является то, что оно обеспечивает более легкий доступ к пациенту, в частности к той части тела пациента, которая расположена в поле зрения и которая может быть гораздо более легкодоступна из направления оси х по сравнению с обычным расположением устройства MPI, показанного на фиг.1 и фиг.3.

В дополнение к двум подблокам катушек фокусирующего поля может быть дополнительно предусмотрен третий подблок катушек фокусирующего поля, который может содержать только одну пару катушек фокусирующего поля (не показан). Кроме того, катушки поля выбора 36 также могут быть использованы в качестве третьего подблока катушек фокусирующего поля, как описано выше со ссылкой на фиг.1 и фиг.3.

Кроме того, чтобы генерировать магнитное поле возбуждения в режиме MPI, могут быть предусмотрены дополнительные катушки поля возбуждения (не показаны) обычным способом, а для приема сигналов детектирования в режиме MPI дополнительно предусматриваются одна или более приемных катушек (не показано) обычным способом.

Более того, для работы устройства в режиме MRI предусматриваются одна или несколько дополнительных радиочастотных катушек для радиочастотных импульсов возбуждения и приемные катушки для приема сигналов магнитно-резонансной томографии. Для этих целей могут быть предусмотрены те же самые катушки, что обычно используются в устройстве MRI. Например, на низких частотах (низких для магнитно-резонансной томографии, например, используемых в магнитно-резонансной томографии со слабым полем или в поляризованной магнитно-резонансной томографии) катушки поля возбуждения также могут быть использованы в качестве передающих и приемных катушек для магнитно-резонансной томографии.

Фиг.7 и фиг.8 иллюстрируют для подблока катушек фокусирующего поля 320, в качестве примера, генерирование различных магнитных полей в режиме MPI (фиг.7) и в режиме MRI (фиг.8). Четыре катушки фокусирующего поля 32a-32d расположены, как показано на фиг.7a, фиг.7с, фиг.8а, фиг.8с, таким же образом, который показан на фиг.5b. Однако для различных катушек обеспечиваются различные токи, в зависимости от того, должна ли установка использоваться в режиме MPI или в режиме MRI. Эти токи показаны стрелками на фиг.7a и фиг.8а. Кроме того, на фиг.7a и фиг.8а показана область A1, распределение магнитного поля в которой показано на фиг.7b и фиг.8b соответственно. На фиг.7c и фиг.8с показана другая, гораздо меньшая область А2, распределение магнитного поля в которой показано на фиг.7d и фиг.8d соответственно. Кроме того, на фиг.7e и фиг.8e показаны зависимости магнитного поля Bx (фиг.7e) и Bx и Bz (фиг.8e) от х при z=0.

Как показано на фиг.7a, для работы устройства в режиме MPI катушки фокусирующего поля 32а, 32b и 32с, 32d, соответственно каждой из упомянутых двух пар подблока катушек фокусирующего поля 320, обеспечиваются противоположно направленными токами фокусирующего поля, дающими однородное магнитное фокусирующее поле между катушками фокусирующего поля в направлении х, т.е. магнитное поле Bx в центральной области четырех катушек фокусирующего поля 32a-32d достаточно однородно, как показано на фиг.7c-7е.

Как показано на фиг.8a, для работы устройства в режиме MRI две катушки фокусирующего поля 32а, 32b и 32с, 32d, соответственно каждой из упомянутых двух пар подблока катушек фокусирующего поля 320, обеспечиваются одинаково направленными токами фокусирующего поля, причем две катушки фокусирующего поля 32а, 32b первой пары обеспечиваются током фокусирующего поля другого направления, чем две катушки фокусирующего поля 32c, 32d другой пары. Это дает градиентное магнитное поле, в частности магнитное поле, имеющее постоянный градиент в магнитном поле Bz вдоль оси х, как показано на фиг.8b, фиг.8d и фиг.8e.

В режиме MPI катушки поля выбора 36 (см. фиг.6a) общеизвестным способом обеспечиваются токами поля выбора для генерирования желаемого магнитного поля выбора, в то время как в режиме MRI упомянутые катушки поля выбора 36 обеспечиваются токами однородного поля для генерирования однородного магнитного поля (В0-поля) или предполяризующего магнитного поля (Bp-поля) и/или подмагничивающего магнитного поля в зависимости от типа работы в режиме MRI.

Другой вариант осуществления устройства 30' в соответствии с настоящим изобретением показан на фиг.9. Этот вариант осуществления очень похож на вариант осуществления, показанный на фиг.6a, и также включает в себя два подблока катушек фокусирующего поля, каждый из которых содержит четыре катушки фокусирующего поля 32e-32h и 34e-34h, заменяющие катушки фокусирующего поля 32, 34 обычного устройства MPI, показанного на фиг.3. Эти восемь катушек фокусирующего поля также расположены по существу на тех же позициях, что и восемь катушек фокусирующего поля в варианте осуществления, показанном на фиг.6a. Однако, в отличие от него, катушки фокусирующего поля ориентированы по-другому, в частности, наклонены на 90° так, что для первого подблока катушек фокусирующего поля катушки фокусирующего поля 32e и 32f обращены друг к другу, и катушки фокусирующего поля 32g и 32f обращены друг к другу, а для второго подблока катушек фокусирующего поля катушки фокусирующего поля 34e, 34f обращены друг к другу, и катушки фокусирующего поля 34g и 34h обращены друг к другу. В результате магнитные поля, которые могут быть сгенерированы этими разнонаправленными катушками фокусирующего поля, ориентированы по-разному по сравнению с магнитными полями, которые могут быть сгенерированы катушками фокусирующего поля в варианте осуществления, показанном на фиг.6a. В целом, однако, все необходимые магнитные поля для работы устройства в режиме MPI и в режиме MRI также могут быть сгенерированы этим вариантом осуществления устройства.

Как упоминалось выше, в вариантах осуществления, показанных, в частности, на фиг.6-9, наборы катушек фокусирующего поля, заменяющие обычно используемые пары катушек фокусирующего поля, расположены и ориентированы регулярно. Тем не менее, это не является существенным для настоящего изобретения. Например, четыре катушки фокусирующего поля подблока катушек фокусирующего поля могут быть, как показано в примерах, изображенных на фиг.10a и фиг.10b для катушек фокусирующего поля 32а-32d, наклонены друг к другу на некоторый угол, или они могут быть смещены относительно друг друга так, что они не обязательно будут все размещены в общей плоскости и/или слое, как описано выше.

Фиг.11 показывает третий вариант осуществления устройства 30'' в соответствии с настоящим изобретением. В этом варианте осуществления блок катушек фокусирующего поля 126 включает в себя шесть катушек фокусирующего поля 33a-33f для генерирования компонентов магнитного фокусирующего поля в различных направлениях. Эти шесть катушек фокусирующего поля 33а-33f сгруппированы в два набора, при этом первый набор из трех катушек фокусирующего поля 33а-33с расположен на первой стороне поля зрения 28, в данном случае выше поля зрения 28, а второй набор из трех катушек фокусирующего поля 33d-33f расположен на второй стороне поля зрения 28, противоположной первой стороне, в данном случае ниже поля зрения 28. Посредством использования этих шести катушек фокусирующего поля 33а-33f аналогичные или почти такие же магнитные поля в общем случае могут быть сгенерированы в режиме MPI и в режиме MRI, что и с восемью катушками фокусирующего поля 32a-32d, 34а-34d в варианте осуществления устройства 30, показанном на фиг.6, или как с восемью катушками фокусирующего поля 32e-32h, 34e-34h в варианте осуществления устройства 30', показанном на фиг.9.

Предпочтительно, чтобы каждый набор включал в себя одинаковое число катушек, предпочтительно идентичных катушек, и чтобы катушки были расположены так, как показано на фиг.11, то есть соответствующие две катушки различных наборов обращены друг к другу.

Фиг.12 схематически показывает некоторые варианты осуществления для расположения шести катушек фокусирующего поля 33а-33f, предложенные в соответствии с настоящим изобретением. В варианте осуществления, показанном на фиг.12a, шесть катушек фокусирующего поля 33а-33f расположены так, как в варианте осуществления устройства 30'', то есть три катушки фокусирующего поля каждого набора расположены по существу во всех трех углах равносторонних треугольников T1, T2. Кроме того, оба треугольника T1, T2 обоих наборов расположены параллельно друг другу и ориентированы одинаково, то есть в том же угловом положении вокруг оси z. Более того, оси симметрии S1, S2, S3 трех соответствующих пар из двух катушек фокусирующего поля, каждая 33а и 33d, 33b и 33e, 33с и 33f, расположены параллельно друг к другу и к оси z.

В варианте осуществления, показанном на фиг.12b, шесть катушек фокусирующего поля 33а-33f также расположены в трех углах равносторонних треугольников T1, T2, которые параллельны друг другу, но два треугольника T1, T2 ориентированы по-другому, то есть находятся в другом угловом положении. Например два треугольника T1, Т2 повернуты на 60° (или на другой угол от 0° до 120°) вокруг оси z.

Фиг.13-20 иллюстрируют то, как катушки фокусирующего поля 33а-33f (или, в качестве альтернативы, в другом варианте осуществления катушки поля возбуждения) устройства 30'', показанного на фиг.11 и на фиг.12a, обеспечиваются соответствующими токами в различных режимах работы. Фиг.13 показывает, как катушки фокусирующего поля 33а-33f обеспечиваются токами (показанными стрелками) в режиме MPI для генерирования по существу однородного магнитного фокусирующего поля Bx в направлении оси х. Фиг.13a показывает схематический вид в перспективе, фиг.13b показывает вид сверху верхних катушек 33a-33c, и фиг.13c показывает вид снизу нижних катушек 33d-33f. Сходным образом, фиг.14 показывает, как катушки фокусирующего поля 33а-33f обеспечиваются токами в режиме MPI для генерации по существу однородного магнитного фокусирующего поля в направлении оси y. Катушки 33b и 33е не обеспечиваются токами в этом примере в этом режиме. Фиг.15 показывает, как катушки фокусирующего поля 33а-33f обеспечиваются токами в режиме MPI для генерирования по существу однородного магнитного фокусирующего поля Bz в направлении оси z. Фиг.16 показывает, как катушки фокусирующего поля 33а-33f обеспечиваются токами в режиме MPI для генерирования магнитного поля выбора. Фиг.17 показывает, как катушки фокусирующего поля 33а-33f обеспечиваются токами в режиме MRI для генерирования градиентного магнитного поля G_x (=dB_z/dx), имеющего градиент в направлении оси х. Фиг.18 показывает, как катушки фокусирующего поля 33а-33f обеспечиваются токами в режиме MRI для генерирования градиентного магнитного поля G_y (=dB_z/dy), имеющего градиент в направлении оси y. Катушки 33b и 33е не обеспечиваются токами в этом примере в этом режиме. Фиг.19 показывает, как катушки фокусирующего поля 33а-33f обеспечиваются токами в режиме MRI для генерирования градиентного магнитного поля G_z (=dB_z/dz), имеющего градиент в направлении оси z. Фиг.20 показывает, как катушки фокусирующего поля 33а-33f обеспечиваются токами в режиме MRI для генерирования постоянного, однородного магнитного поля B₀ в направлении оси z. Таким же образом, как показано на фиг.13, показаны виды в перспективе (фиг.14a-20a), виды сверху (фиг.14b-20b) и виды снизу (фиг.14c-20с).

Выше были описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, в которых обычно используемые катушки фокусирующего поля заменяются подблоком катушек фокусирующего поля, включающим в себя четыре катушки фокусирующего поля. Таким же образом, вместо или в дополнение к катушкам фокусирующего поля, катушки поля возбуждения могут быть заменены соответствующими подблоками катушек возбуждающего поля, каждый из которых содержит четыре катушки поля возбуждения. Таким образом, все разъяснения, представленные выше в отношении количества, расположения и ориентации катушек фокусирующего поля, в равной степени применимы к катушкам поля возбуждения. Таким образом, в вариантах осуществления, показанных на фиг.5-20, вместо или в дополнение к катушкам фокусирующего поля могут быть предусмотрены катушки поля возбуждения. Такие катушки поля возбуждения генерируют, конечно, в режиме MPI магнитные поля возбуждения вместо магнитных фокусирующих полей, но могут также использоваться для генерирования в режиме MRI необходимых градиентных магнитных полей, как описано выше для катушек фокусирующего поля. Таким образом, в таком варианте осуществления упомянутый блок катушек фокусирующего поля включает в себя по меньшей мере шесть катушек фокусирующего поля, расположенных для генерирования компонентов магнитного фокусирующего поля в различных направлениях, причем первый набор по меньшей мере трех катушек фокусирующего поля расположен на первой стороне поля зрения, а второй набор по меньшей мере трех катушек фокусирующего поля расположен на второй стороне поля зрения, противоположной упомянутой первой стороне.

Здесь следует отметить, что возбуждающее поле изменяется с частотой в несколько килогерц, в то время как градиенты могут изменяться гораздо медленнее/дольше. Контроллер тока, таким образом, должен в общем работать при высоких и низких частотах.

Кроме того, следует отметить, что количество и/или расположение не ограничивается описанными выше и проиллюстрированными вариантами осуществления. Например, для катушек поля возбуждения и/или катушек фокусирующего поля могут быть использованы массивы катушек, которые связываются друг с другом по мере необходимости для получения желаемых магнитных полей в желаемом режиме работы.

Хотя настоящее изобретение было проиллюстрировано на чертежах и подробно описано в вышеприведенном описании, такие иллюстрация и описание должны рассматриваться как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие; настоящее изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие изменения в раскрытых вариантах осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при применении заявленного изобретения, при изучении чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения слова "содержащий" или "включающий в себя" не исключают других элементов или этапов, а неопределенный артикль "а" или "an" не исключает множественности. Отдельный элемент или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, указанных в формуле изобретения. Тот факт, что определенные меры изложены во взаимно-различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована для получения преимуществ.

Компьютерная программа может быть сохранена/распространена на подходящем постоянном носителе, таком как оптический носитель или твердотельный носитель, поставляемый вместе с или как часть других аппаратных средств, но также может быть распространена в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные системы связи.

Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам для работы в режиме визуализации с помощью магнитных частиц. Устройство содержит средство выбора, включающее в себя блок генерирования сигнала поля выбора и катушки поля выбора, средство возбуждения, включающее в себя блок генерирования сигнала поля возбуждения и катушки поля возбуждения и средство фокусирования, включающее в себя блок генерирования сигнала фокусирующего поля и блок катушек фокусирующего поля, который включает в себя шесть катушек. Во втором варианте выполнения используются элементы поля выбора и блок катушек поля возбуждения. Способы осуществляются посредством работы устройств по первому и второму вариантам. Постоянный носитель содержит компьютерную программу для выполнения этапов способа. Изобретения позволяют улучшить пространственное разрешение. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Устройство (100) для работы в режиме визуализации с помощью магнитных частиц для воздействия на магнитные частицы в поле (28) зрения и для работы в режиме магнитной резонансной томографии, которое включает в себя:
средство выбора, включающее в себя блок (110) генерирования сигнала поля выбора и катушки (116) поля выбора для генерирования магнитного поля (50) выбора, имеющего такой рисунок напряженности магнитного поля в пространстве, что в поле (28) зрения формируются первая подзона (52), имеющая низкую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является ненасыщенной, и вторая подзона (54), имеющая более высокую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является насыщенной,
средство возбуждения, включающее в себя блок (130) генерирования сигнала поля возбуждения и катушки (136а, 136b, 136с) поля возбуждения для изменения положения в пространстве двух подзон (52, 54) в поле (28) зрения посредством магнитного поля возбуждения так, чтобы намагниченность магнитных частиц изменялась локально, и
средство фокусирования, включающее в себя блок (120) генерирования сигнала фокусирующего поля и блок (126) катушек фокусирующего поля для изменения положения в пространстве поля (28) зрения посредством магнитного фокусирующего поля,
причем упомянутый блок (126) катушек фокусирующего поля включает в себя по меньшей мере шесть катушек (32a-32d, 34a-34d; 33a-33f) фокусирующего поля, расположенных для генерирования компонентов магнитного фокусирующего поля в различных направлениях, причем первый набор из по меньшей мере трех катушек (32а, 32с, 34а, 34с; 33а-33с) фокусирующего поля расположен на первой стороне поля (28) зрения, а второй набор из по меньшей мере трех катушек (32b, 32d, 34b, 34d; 33d-33f) фокусирующего поля расположен на второй стороне поля (28) зрения, противоположной упомянутой первой стороне.

2. Устройство по п. 1,
в котором по меньшей мере три катушки (32a-32d, 34a-34d; 33a-33f) фокусирующего поля из каждого набора катушек фокусирующего поля расположены по существу в соответствующей плоскости (P1, Р2) катушек фокусирующего поля.

3. Устройство по п. 1,
в котором две соответствующие катушки фокусирующего поля из различных наборов образуют пару катушек фокусирующего поля, имеющих по существу одну и ту же ось симметрии, при этом оси симметрии различных пар, расположенных в разных местах по отношению к полю (28) зрения, расположены по существу параллельно друг другу.

4. Устройство по п. 1,
в котором упомянутый блок (126) катушек фокусирующего поля включает в себя по меньшей мере восемь катушек (32a-32d, 34а-34d) фокусирующего поля, причем упомянутые восемь катушек фокусирующего поля распределены на два подблока (320, 321) катушек фокусирующего поля, каждый из которых содержит две пары катушек (32a-32d, 34a-34d) фокусирующего поля, причем упомянутые восемь катушек (32a-32d, 34a-34d) фокусирующего поля из упомянутых двух подблоков (320, 321) катушек фокусирующего поля расположены на различных сторонах поля (28) зрения, причем две соответствующие катушки каждой из четырех пар по существу обращены друг к другу.

5. Устройство по п. 4,
в котором четыре катушки фокусирующего поля из каждых двух пар катушек фокусирующего поля расположены по существу в соответствующем слое (L1, L2) катушек фокусирующего поля, причем упомянутые два соответствующих слоя катушек фокусирующего поля расположены по существу ортогонально друг другу.

6. Устройство по п. 5,
в котором две соответствующие катушки фокусирующего поля из каждого из упомянутых двух подблоков (126а, 126b; 320, 321) катушек фокусирующего поля расположены в соответствующей плоскости (P1, Р2) катушек фокусирующего поля, причем упомянутые две соответствующие плоскости (P1, Р2) катушек фокусирующего поля расположены по существу параллельно друг другу на различных сторонах поля (28) зрения.

7. Устройство по п. 6,
в котором упомянутые две соответствующие плоскости (P1, Р2) катушек фокусирующего поля расположены перпендикулярно упомянутым двум соответствующим слоям (L1, L2) катушек фокусирующего поля.

8. Устройство по п. 4,
включающее в себя третий подблок (126с) катушек фокусирующего поля, содержащий одну пару катушек (36) фокусирующего поля, причем упомянутые две катушки фокусирующего поля по существу обращены друг к другу.

9. Устройство по п. 4,
в котором упомянутые катушки (32e-32h) фокусирующего поля имеют по существу D-образную форму, при этом прямолинейные участки двух соответствующих катушек фокусирующего поля из различных пар являются смежными друг к другу.

10. Устройство (100) для работы в режиме визуализации магнитных частиц для воздействия на магнитные частицы в поле (28) зрения и для работы в режиме магнитной резонансной томографии, которое включает в себя:
средство выбора, включающее в себя блок (110) генерирования сигнала поля выбора и элементы (116) поля выбора для генерирования магнитного поля (50) выбора, имеющего такой рисунок напряженности магнитного поля в пространстве, что в поле (28) зрения формируются первая подзона (52), имеющая низкую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является ненасыщенной, и вторая подзона (54), имеющая более высокую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является насыщенной,
средство возбуждения, включающее в себя блок (130) генерирования сигнала поля возбуждения и блок (136а-136с) катушек поля возбуждения для изменения положения в пространстве двух подзон (52, 54) в поле (28) зрения посредством магнитного поля возбуждения так, чтобы намагниченность магнитных частиц изменялась локально,
причем упомянутый блок катушек поля возбуждения включает в себя по меньшей мере шесть катушек поля возбуждения, расположенных для генерирования компонентов магнитного поля возбуждения в различных направлениях, при этом первый набор из по меньшей мере трех катушек поля возбуждения расположен на первой стороне поля (28) зрения, а второй набор из по меньшей мере трех катушек фокусирующего поля расположен на второй стороне поля (28) зрения, противоположной упомянутой первой стороне.

11. Устройство по п. 10,
в котором упомянутый блок катушек поля возбуждения включает в себя три подблока (136а, 136b, 136с) катушек поля возбуждения,
в котором по меньшей мере один подблок катушек поля возбуждения включает в себя одну пару катушек поля возбуждения, расположенную для генерирования компонента магнитного поля возбуждения в первом направлении, и
в котором два других подблока катушек поля возбуждения вместе содержат упомянутые по меньшей мере шесть катушек поля возбуждения, расположенных для генерирования компонентов магнитного поля возбуждения в двух дополнительных направлениях.

12. Устройство по п. 1 или 10,
дополнительно включающее в себя средство приема, содержащее по меньшей мере один блок (140) приема сигнала и по меньшей мере одну приемную катушку (148) для получения сигналов детектирования, которые зависят от намагниченности в поле (28) зрения, причем намагниченность зависит от изменений в положении в пространстве первой и второй подзон (52, 54).

13. Способ работы устройства по п. 1, включающий в себя следующие этапы:
i) для работы устройства в режиме визуализации с помощью магнитных частиц
обеспечение двух катушек фокусирующего поля различных наборов, противоположно расположенных по разные стороны поля зрения, противоположно направленными токами фокусирующего поля для генерирования по существу однородного магнитного фокусирующего поля (В_х, B_y) между катушками фокусирующего поля, и
обеспечение катушек (116) поля выбора токами поля выбора для генерирования магнитного поля выбора, имеющего такой рисунок напряженности магнитного поля в пространстве, что в поле (28) зрения формируются первая подзона (52), имеющая низкую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является ненасыщенной, и вторая подзона (54), имеющая более высокую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является насыщенной,
ii) для работы устройства в режиме магнитной резонансной томографии
обеспечение двух катушек фокусирующего поля различных наборов, противоположно расположенных по разные стороны поля зрения, идентично направленными токами градиентного поля для генерирования градиентного магнитного поля (Gx, Gy) между катушками фокусирующего поля, и
обеспечение катушек (116) поля выбора токами однородного поля для генерирования либо однородного стационарного магнитного поля, либо предполяризующего и подмагничивающего магнитных полей.

14. Способ работы устройства по п. 10, включающий в себя следующие этапы:
i) для работы устройства в режиме визуализации с помощью магнитных частиц
обеспечение двух катушек поля возбуждения различных наборов, противоположно расположенных по разные стороны поля зрения, противоположно направленными токами поля возбуждения для генерирования по существу однородного магнитного поля возбуждения (В_х, B_y) между катушками поля возбуждения, и
обеспечение катушек (116) поля выбора токами поля выбора для генерирования магнитного поля выбора, имеющего такой рисунок напряженности магнитного поля в пространстве, что в поле (28) зрения формируются первая подзона (52), имеющая низкую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является ненасыщенной, и вторая подзона (54), имеющая более высокую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц является насыщенной,
ii) для работы устройства в режиме магнитной резонансной томографии
обеспечение двух катушек поля возбуждения различных наборов, противоположно расположенных по разные стороны поля зрения, идентично направленными токами градиентного поля для генерирования градиентного магнитного поля (Gx, Gy) между катушками поля возбуждения, и
обеспечение катушек (116) поля выбора токами однородного поля для генерирования либо однородного стационарного магнитного поля, либо предполяризующего и подмагничивающего магнитных полей.

15. Постоянный носитель, хранящий компьютерную программу, содержащую средство программного кода, чтобы побудить компьютер выполнять этапы способа по п. 13, когда упомянутая компьютерная программа выполняется на компьютере.