Устройство и способ для воздействия и/или обнаружения магнитных частиц и для магнитно-резонансной томографии

Устройство и способ для воздействия и/или обнаружения магнитных частиц и для магнитно-резонансной томографии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройству и способу для воздействия и/или обнаружения магнитных частиц в области действия и для магнитно-резонансной томографии объекта исследования в упомянутой области действия. Дополнительно, настоящее изобретение относится к компьютерной программе для осуществления упомянутого способа на компьютере и к управлению таким устройством.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для воздействия и/или обнаружения магнитных частиц в области действия известно из немецкой патентной заявки DE 101 51 778 A1. В устройстве, описанном в этой публикации, прежде всего, магнитное поле выбора, имеющее пространственное распределение напряженности магнитного поля, создается так, что в зоне исследования формируются первая субзона, имеющая относительно низкую напряженность магнитного поля, и вторая субзона, имеющая относительно высокую напряженность магнитного поля. Положение субзон в пространстве в зоне исследования затем смещается так, чтобы намагничивание частиц в зоне исследования локально изменялось. Регистрируются сигналы, которые зависят от намагничивания в зоне исследования, причем на намагничивание оказывает воздействие изменение положения субзон в пространстве, и из этих сигналов извлекается информация в отношении пространственного распределения магнитных частиц в зоне исследования, чтобы могло быть сформировано изображение зоны исследования. Такое устройство обладает тем преимуществом, что оно может использоваться для исследования произвольных объектов исследования, например, человеческого тела, неразрушающим способом, не нанося никакого ущерба и с высокой пространственной разрешающей способностью, как вблизи от поверхности, так и на удалении от поверхности объекта исследования. Подобное устройство и способ известны из работы Gleich, B., Weizenecker, J. (2005), "Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles" in nature, том 435, стр. 1214-1217. Устройство и способ для формирования изображений с использованием магнитных частиц (MPI), описанные в этой публикации, используют преимущества, даваемые нелинейной кривой намагничивания для небольших магнитных частиц.

Устройства и способы магнитно-резонансной томографии (MRI) широко известны в техники. Магнитно-резонансная томография стала одним из способов формирования изображений, в частности, в медицинской области, и подробности общего построения системы магнито-резонансной томографии и стандартные способы для формирования MR-изображений описываются во многих публикациях и выдержавших проверку временем книгах.

Комбинация MPI и MRI была бы очень полезна для клинического принятия MPI. Сканирование MRI могло бы быть полезным для планирования исследования MPI или для идентификации параметров ткани, которые недоступны при исследовании только с помощью MPI. Для некоторых пациентов, если никакое исследование MPI не планируется, сканер может использоваться в качестве исключительно сканера MRI.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении устройства и способа для воздействия и/или обнаружения магнитных частиц в области действия и для магнитно-резонансной томографии объекта исследования в упомянутой области действия, то есть, способа и устройства, которые позволяют использовать одно и то же аппаратурное обеспечение выборочно для получения данных MPI или для получения данных MRI или, в объединенном режиме, для получения данных как для MPI, так и для MRI.

В первом аспекте настоящего изобретения представляется устройство для воздействия и/или обнаружения магнитных частиц в области действия и для магнитно-резонансной томографии объекта исследования в упомянутой области действия, содержащее:

- средство управления для переключения упомянутого устройства между режимом формирования изображения с частиц и режимом магнитно-резонансной томографии,

- первый поднабор катушек для создания в режиме формирования изображения с использованием магнитных частиц

стационарного градиентного магнитного поля, имеющего такую пространственную структуру напряженности магнитного поля, чтобы в области действия формировались первая субзона, имеющая низкую напряженность магнитного поля, и вторая субзона, имеющая более высокую напряженность магнитного поля,

- второй поднабор катушек для генерирования в режиме формирования изображения с использованием магнитных частиц изменяющегося во времени однородного магнитного поля для изменения положения в пространстве области действия и

- третий поднабор катушек для генерирования в режиме формирования изображения с использованием магнитных частиц изменяющегося во времени однородного магнитного поля для изменения положения в пространстве этих двух субзон в области действия так, чтобы намагничивание магнитного материала локально изменялось,

в котором упомянутый первый и/или второй поднабор катушек выполнен с возможностью генерирования в режиме магнитно-резонансной томографии, по существу, однородного основного магнитного поля в выбранном и изменяемом направлении, и

в котором упомянутый поднабор катушек выполнен с возможностью генерирования в режиме магнитно-резонансной томографии градиентного магнитного поля, по меньшей мере, в двух выбранных и изменяемых направлениях,

- средство возбуждения для возбуждения в режиме магнитно-резонансной томографии магнитных спинов в области действия для осуществления прецессирования, причем упомянутое средство возбуждения реализуется без отдельной высокочастотной передающей катушки для создания высокочастотных сигналов передачи в режиме магнитно-резонансной томографии,

- приемное средство для выборочного получения сигналов магнитного резонанса в режиме магнитно-резонансной томографии и сигналов обнаружения в зависимости от намагничивания в области действия в режиме магнитно-резонансной томографии, причем на намагничивание оказывает воздействие изменение пространственного положения первой и второй субзон,

- средство генерирования сигналов для генерирования и обеспечения подачи сигналов генерирования поля на упомянутый набор катушек, и

- средство обработки для обработки упомянутых сигналов обнаружения и упомянутых сигналов магнитного резонанса,

в котором упомянутое средство управления приспособлено дляуправления упомянутым средством (20, 30, 40) генерирования сигналов для генерирования и обеспечения подачи сигналов генерирования поля на упомянутый набор катушек, как требуется в соответствующем режиме, в том числе в режиме формирования изображения с использованием магнитных частиц и в режиме магнитно-резонансной томографии.

Для объединенного устройства (пригодного для получения данных для MRI и для MPI) как можно больше компонент MPI должно использоваться для MRI. Однако, хотя катушки поля выбора для MPI могут создавать достаточно сильные (0,4... 0,6 Т) однородные поля, если в один из элементов катушек подается обратный ток, сравнимый с током в одном или более других элементах катушкек, однородность поля недостаточна для работы MRI. При MPI обычно создаются радиочастотные поля, пригодные для MRI только на частотах ниже 100 кГц, ограничивая напряженность основного поля несколькими мT. Приемные катушки обычно работают на частоте ниже 2 МГц, что ограничивает напряженность основного поля до 50 мТ.

Настоящее изобретение, таким образом, основано на идее использования системы MPI в качестве предварительно поляризованной системы MRI. Это означает, что протоны поляризуются приложением сильного однородного поля в течение некоторого времени, например несколько сотен миллисекунд. Радиочастотные импульсы, пространственное кодирование и считывание MRI-сигналов при этом выполняются при более низкой напряженности поля.

Устройство, предложенное в соответствии с настоящим изобретением, в частности, содержит набор катушек, которые способны генерировать различные (однородные и градиентные) магнитные поля, в частности, по существу, однородное основное магнитное поле в выбранном и изменяемом направлении, а также градиентное магнитное поле, по меньшей мере, в двух, предпочтительно в трех, выбранных и изменяемых направлениях. По существу однородное основное магнитное поле и градиентное магнитное поле обычно являются почти стационарными, но медленно изменяющимися (то есть, медленно по сравнению с возбуждающим магнитным полем, как объясняется ниже). Эти магнитные поля могут иметь частотные составляющие приблизительно до 1 кГц.

Предпочтительно, набор катушек должен быть способен генерировать свободную от поля точку (FFP), то есть первую субзону, имеющую низкую напряженность магнитного поля, имеющую значение 40 T/с<dB/dT>0,2 T/с, и имеющую напряженность поля, по меньшей мере, 100 мT. Дополнительно, он должен быть способен генерировать быстро колеблющееся однородное поле (также называемое возбуждающим полем), имеющее значение dB/dT>100 T/с, предпочтительно >1000 T/с.

В соответствии с настоящим изобретением, упомянутый набор катушек содержит несколько поднаборов, в частности три поднабора, в котором первый поднабор катушек обеспечивается для генерирования упомянутого градиентного магнитного поля, второй поднабор катушек обеспечивается для генерирования упомянутого изменяющегося во времени однородного магнитного поля для изменения положения области действия в пространстве, и третий поднабор катушек обеспечивается для создания упомянутого изменяющегося во времени однородного магнитного поля для изменения положения в пространстве этих двух субзон в области действия так, чтобы намагничивание магнитного материала изменялось локально. Этот вариант осуществления обеспечивает достаточную гибкость при генерировании требуемых магнитных полей в зависимости от режима применения. С этой целью, каждый поднабор может индивидуально адресоваться и управляться, например, для каждого поднабора обеспечивается отдельное средство генерирования для отдельного генерирования и обеспечения подачи сигналов генерирования поля на упомянутые поднаборы катушек.

Используя терминологию, традиционно применяемую в технике формирования изображений с использованием магнитных частиц, первый поднабор катушек содержит катушки поля выбора для генерирования магнитного поля выбора как упомянутого градиентного магнитного поля, упомянутый второй поднабор катушек содержит катушки фокусирующего поля для генерирования фокусированного магнитного поля как изменяющегося во времени однородного поля для изменения положения в пространстве области действия, и упомянутый третий поднабор катушек содержит катушки возбуждающего поля для генерирования возбуждающего магнитного поля как упомянутых изменяющихся во времени однородных магнитных полей для изменения положения в пространстве двух субзон в области действия так, чтобы намагничивание магнитного материала изменялось локально. Другими словами, катушки, обычно обеспечиваемые в системе MPI, предпочтительно используются для генерирования требуемых магнитных полей в режиме MRI, чтобы получать сигналы магнитного резонанса. Таким образом, в целом, в устройстве, которое может использоваться в обоих режимах, не требуется никакое дополнительное аппаратурное обеспечение.

Предпочтительно, упомянутое, по существу, однородное основное магнитное поле в выбранном и изменяемом направлении генерируется упомянутым первым и/или вторым поднабором катушек и упомянутое градиентное магнитное поле, по меньшей мере, в двух выбранных и изменяемых направлениях генерируется упомянутым вторым поднабором катушек. Это гарантирует эффективное использование доступных поднаборов катушек без необходимости добавлять дополнительные катушки для конкретного использования в режиме MRI.

В предпочтительном варианте осуществления упомянутый первый поднабор катушек (например, катушек поля выбора) содержит несколько, по меньшей мере две, в частности пару элементов первых катушек, расположенных на противоположных сторонах области действия, и упомянутое средство генерирования сигналов выполнено с возможностью обеспечения каждого элемента первой катушки подачей отдельного первого сигнала генерирования поля. Другими словами, каждый из упомянутых элементов первых катушек может отдельно управляться и обеспечиваться подачей первого сигнала генерирования поля, в зависимости от которого будет создаваться тип магнитного поля. Например, в режиме MPI упомянутый первой поднабор катушек управляется таким образом, что генерирования градиентное магнитное поле, имеющее такую пространственную структуру, что в области действия формируются первая субзона, имеющая низкую напряженность магнитного поля, и вторая субзона, имеющая более высокую напряженность магнитного поля, для чего, в случае противоположно расположенных двух элементов катушки, эти элементы катушки обеспечиваются противоположно ориентированными токами. В режиме MRI, однако, оба элемента катушки обеспечиваются одинаково ориентированными токами, чтобы создавать упомянутое, по существу, однородное основное магнитное поле.

Второй поднабор катушек предпочтительно содержит несколько, по меньшей мере, шесть, в частности, три пары элементов вторых катушек, расположенных на противоположных сторонах области действия, в которой упомянутое средство генерирования сигналов выполнено с возможностью обеспечения каждого элемента катушки подачей отдельного второго сигнала генерирования поля. Катушки упомянутого второго поднабора, которые предпочтительно являются катушками фокусирующего поля для системы MPI, могут использоваться для генерирования основного магнитного поля, а также градиентных полей в режиме MRI, в зависимости от того, как на них подаются сигналы генерирования второго поля. В частности, если элементы катушкек пары противоположно расположенных элементов катушек обеспечиваются противоположно ориентированными токами, то будет сгенерировано градиентное поле.

Как упомянуто выше, устройство, соответствующее настоящему изобретению, может использоваться в различных режимах, в частности, в режиме формирования изображения с использованием магнитных частиц и в режиме магнитно-резонансной томографии, а также в объединенном режиме, в котором, в частности, некоторое время ожидания, требующееся в режиме магнитно-резонансной томографии, используется для получения сигналов изображения с использованием магнитных частиц. Средство управления, соответственно, выполнено с возможностью переключения между различными режимами и соответствующего управления средством генерирования сигналов, так чтобы катушки из набора катушек генерировали требуемые магнитные поля для соответствующего режима.

Чтобы обеспечить достаточную однородность основного магнитного поля в режиме MRI, в варианте осуществления обеспечиваются выравнивающие катушки, генерирующие в режиме MRI стационарное и, по существу, однородное основное магнитное поле. Эти выравнивающие катушки могут действовать отдельно или являться дополнением к первому и/или второму поднабору катушек, чтобы в режиме MRI генерировать однородное основное поле, поскольку однородность, обеспечиваемая первым и/или вторым поднабором катушек, может быть слишком низкой для определенных применений.

Для возбуждения магнитных спинов в области действия для прецессирования в режиме MRI существуют различные варианты.

В соответствии с вариантом осуществления, средство управления приспособлено для управления упомянутым средством генерирования сигналов для генерирования и обеспечения подачи сигналов генерирования поля на упомянутый набор катушек, чтобы далее

- генерировать сильное градиентное магнитное поле посредством упомянутого второго поднабора катушек,

- уменьшить градиент упомянутого градиентного магнитного поля посредством второго поднабора катушек и добавить, по существу, основное однородное магнитное поле посредством упомянутого первого и/или второго поднабора катушек, и

- уменьшить напряженность поля упомянутого градиентного магнитного поля посредством упомянутого второго поднабора катушек, и

в котором упомянутое средство управления приспособлено для управления упомянутым приемным средством, чтобы затем получить сигналы магнитного резонанса.

В соответствии с другим альтернативным вариантом осуществления упомянутое средство возбуждения содержит упомянутый третий поднабор катушек, приспособлен для генерирования высокочастотных сигналов передачи в режиме магнитно-резонансной томографии для возбуждения в режиме магнитно-резонансной томографии магнитных спинов в области действия для прецессирования. Третий поднабор катушек, в частности катушки возбуждающего поля, может, таким образом, использоваться в соответствии с настоящим изобретением для генерирования поля B_i в режиме магнитно-резонансной томографии, в частности, если основное магнитное поле (B₀) делается достаточно малым (например, 2,4 мТ для 100 кГц). Дополнительно, они могут использоваться, когда основное магнитное поле уменьшается до нуля и затем увеличивается снова с другим направлением намагничивания, как объяснялось выше. Между этими способами использования существует плавный переход. Если интенсивность поля катушки возбуждающего поля достигает интенсивности поля B₀, спины могут возбуждаться, даже если условие резонанса (то есть, частота возбуждающего поля равна ларморовской частоте поля B₀) не выполняется, поскольку поле B₀ непрерывно изменяется.

В соответствии с еще одним другим альтернативным вариантом осуществления, средство возбуждения выполняется с возможностью генерирования высокочастотного переключения в режиме магнитно-резонансной томографии, создавая и обеспечивая ток для подачи в тело пациента. Следовательно, пациент может быть снабжен электродами, на которые подается соответствующее напряжение. Ток через пациента генерирует магнитное поле, вызывающее желаемое возбуждение MR. Как правило, ток не должен быть слишком большим, обычно от нескольких микроампер до нескольких миллиампер, и должен подаваться на конечности пациента только электродами большой площади. Преимущество этого варианта осуществления состоит в том, что переменный ток с упомянутой выше частотой выше 10 кГц может использоваться с устройством, соответствующим настоящему изобретению, которое не возбуждает сильно нервы и которое позволяет использовать повышенный ток (до 1A), так чтобы отношение сигнал/шум (SNR) в таком устройстве могло быть значительно улучшено.

В объединенном режиме MPI/MRI средство управления приспособлено для управления упомянутым средством генерирования сигналов для генерирования и обеспечения подачи сигналов генерирования поля на упомянутый первый и/или третий поднаборы катушек и дополнительные выравнивающие катушки для предварительной поляризации протонов на участках области действия для последовательного получения сигнала магнитного резонанса от упомянутых участков, в то время как сигналы обнаружения получаются от других участков упомянутой области действия. При таком способе некоторое время ожидания, которое требуется для предварительной поляризации магнитных частиц в определенной области, может использоваться для получения сигналов для формирования изображения с использованием магнитных частиц в другой области.

В соответствии с другим вариантом вариантом осуществления, представляется устройство для оказания воздействия и/или обнаружения магнитных частиц в области действия и для магнитно-резонансной томографии объекта исследования в упомянутой области действия,

в котором упомянутое средство управления выполняется с возможностью управления упомянутым средством генерирования сигналов в упомянутом магнитно-резонансном режиме для генерирования и обеспечения подачи сигналов генерирования поля на упомянутый поднабор катушек, чтобы далее создать в области действия

- градиентное магнитное поле посредством упомянутого второго поднабора катушек,

- первое, по существу, однородное магнитное поле в первом направлении намагничивания посредством первого и/или второго поднабора катушек,

- после уменьшения интенсивности поля первого, по существу, однородного магнитного поля, в частности, по существу, до нуля, по существу, однородное магнитное поле во втором направлении намагничивания, которое существенно отличается от первого направления намагничивания, посредством первого и/или второго поднабора катушек.

Это предоставляет другую возможность возбуждения магнитных спинов в области действия для прецессирования без необходимости любых дополнительных элементов аппаратурного обеспечения, как объяснено выше для других вариантов осуществления.

В соответствии с дополнительным вариантом настоящего изобретения, представлен способ для оказания воздействия и/или обнаружения магнитных частиц в области действия и для магнитно-резонансной томографии объекта исследования в упомянутой области действия, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых

- переключают упомянутое устройство между режимом формирования изображения с использованием магнитных частиц и режимом магнитно-резонансной томографии,

- генерируют в режиме формирования изображения с использованием магнитных частиц

i) стационарное градиентное магнитное поле, имеющее такую пространственную структуру напряженности магнитного поля, что в области действия формируются первая субзона, имеющая низкую напряженность магнитного поля, и вторая субзона, имеющая более высокую напряженность магнитного поля,

ii) изменяющееся во времени однородное магнитное поле для изменения положения области действия в пространстве и

iii) изменяющееся во времени однородное магнитное поле для изменения положения в пространстве двух субзон в области действия так, чтобы намагничивание магнитного материала локально изменялось,

- генерируют в режиме магнитно-резонансной томографии,

iv) по существу, однородное основное магнитное поле в выбранном и изменяемом направлении,

v) градиентное магнитное поле, по меньшей мере, в двух выбранных и изменяемых направлениях,

vi) возбуждают магнитные спины в области действия для прецессирования внутри, используя отдельную высокочастотную передающую катушку и генератор высокочастотного сегнала для генерирования высокочастотных сигналов передачи в режиме магнитно-резонансной томографии,

- выборочно получают сигналы магнитного резонанса в режиме формирования изображения с использованием магнитных частиц и сигналы обнаружения, в зависимости от намагничивания в области действия в режиме магнитно-резонансной томографии, причем на намагничивание оказывает воздействие изменение положения в пространстве первой и второй субзон (301, 302), и

- обрабатывают упомянутые сигналы обнаружения и упомянутые сигналы магнитного резонанса.

В варианте осуществления описанный способ дополнительно содержит этапы, на которых далее создают в области действия

- градиентное магнитное поле,

- первое, по существу, однородное магнитное поле в первом направлении намагничивания,

- после уменьшения интенсивности поля первого, по существу, однородного магнитного поля, в частности, по существу, до нуля, по существу, однородное магнитное поле во втором направлении намагничивания, которое существенно отличается от первого направления намагничивания.

Наконец, настоящее изобретение относится к компьютерной программе, содержащей средство управляющей программы, чтобы заставить компьютер так управлять устройством, соответствующим настоящему изобретению, чтобы оно выполняло этапы способа в соответствии с настоящим изобретением, когда упомянутая программа выполняется на компьютере.

Следует понимать, что все заявленные способы и устройства, а также заявленная компьютерная программа, могут быть подобны и/или идентичны предпочтительным вариантам осуществления, как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие варианты изобретения станут очевидны и будут объяснены со ссылкой на вариант(-ы) осуществления, описанные далее. В последующих чертежах

Фиг. 1 показывает схематический вид принципиальной компоновки устройства формирования изображения с использованием магнитных частиц (MPI),

Фиг. 2 показывает пример структуры силовых линий поля, создаваемых устройством, показанным на фиг. 1,

Фиг. 3 показывает увеличенный вид магнитной частицы, присутствующей в области действия,

Фиг. 4a и 4b показывают кривые намагничивания таких частиц,

Фиг. 5 показывает блок-схему традиционного устройства MR,

Фиг. 6 показывает блок-схему примера варианта осуществления устройства, соответствующего настоящему изобретению, и

Фиг. 7 показывает блок-схему примера другого варианта осуществления устройства, соответствующего настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Прежде чем будут объяснены подробности настоящего изобретения, со ссылкой на фиг. 1-4 будут объяснены основы формирования изображения с использованием магнитных частиц.

На фиг. 1 показан произвольный объект, который должен исследоваться посредством устройства 10 MPI. Ссылочная позиция 1 на фиг. 1 обозначает объект, в данном случае - человека или животного - пациента, который располагается на столе 2 для пациента, причем показана только верхняя его часть. Перед применением способа формирования изображения, магнитные частицы 100 (не показаны на фиг. 1) располагаются в области действия 300 устройства 10, относящегося к изобретению. В частности, перед терапевтическим лечением и/или диагностикой, например, опухоли, магнитные частицы 100 помещаются в область действия 300, например, посредством жидкости (не показана), содержащей магнитные частицы 100, которая вводится в тело пациента 1.

В качестве примера, на фиг. 2 показано устройство катушек, содержащее множество катушек, образующих средство 210 выбора, диапазон действия которых определяет область действия 300, которая также называется областью лечения 300. Например, средство 210 выбора располагается выше и ниже пациента 1 или выше и ниже поверхности стола. Например, средство 210 выбора содержат первую пару катушек 210', 210", каждая из которых содержит две идентично сконструированные обмотки 210' и 210", располагающиеся коаксиально выше и ниже пациента 1 и через которые пропускаются равные токи, что важно, в противоположных направлениях. Первая пара катушек 210', 210" вместе далее называется средством 210 выбора. Предпочтительно, в этом случае используются постоянные токи. Средство 210 выбора создает магнитное поле 211 выбора, которое, в общем, является градиентным магнитным полем, представленным на фиг. 2 силовыми линиями. Оно имеет, по существу, постоянный градиент в направлении (например, вертикальной) оси пары катушек средства 210 выбора и достигает нулевого значения в точке на этой оси. Начиная с этой свободной от поля точки (не показана отдельно на фиг. 2), напряженность поля магнитного поля 211 выбора увеличивается во всех трех пространственных направлениях по мере увеличения расстояния от свободной от поля точки. В первой субзоне 301 или области 301, которая обозначается пунктирной линией вокруг свободной от поля точки, напряженность поля настолько мала, что намагничивание частиц 100, присутствующих в этой первой субзоне 301, не достигает насыщения, тогда как намагничивание частиц 100, присутствующих во второй субзоне 302 (за пределами области 301), соответствует состоянию насыщения. Свободная от поля точка или первая субзона 301 области действия 300 предпочтительно является пространственно когерентной областью; она может также быть точечной областью или, еще также линейной или плоской областью. Во второй субзоне 302 (то есть, в остаточной части области действия 300 за пределами первой субзоны 301) напряженность магнитного поля достаточно велика, чтобы поддерживать частицы 100 в состоянии насыщения. Изменяя положение этих двух субзон 301, 302 в области действия 300, (общее) намагничивание в области действия 300 изменяется. Измеряя намагничивание в области действия 300 или физические параметры, подвергаемые воздействию намагничивания, можно получить информацию о пространственном распределении магнитных частиц в области действия. Чтобы изменить относительное пространственное положение этих двух субзон 301, 302 в области действия 300, дополнительное магнитное поле, так называемое возбуждающее магнитное поле 221, накладывается на область 211 выбора в области действия 300 или, по меньшей мере, в части области действия 300.

На фиг. 3 представлен пример магнитной частицы 100 такого вида, которая используется вместе с устройством 10, как показано выше, но также соответствующая настоящему изобретению. Она содержит, например, сферический субстрат 101, например, стекло, который покрывается слоем 102 мягкого магнитного материала, имеющего толщину, например, 5 нм и состоящего, например, из железо-никелевого сплава (например, пермаллой). Этот слой может быть закрыт, например, посредством защитного слоя 103, который защищает частицу 100 от химически и/или физически агрессивных сред, например от кислот. Напряженность магнитного поля для магнитного поля 211 выбора, требующаяся для насыщения при намагничивании таких частиц 100, зависит от различных параметров, например, диаметра частиц 100, используемого магнитного материала для магнитного слоя 102 и других параметров.

В случае, например, диаметра 10 мкн требуется магнитное поле приблизительно 800 A/м (приблизительно соответствующее магнитной индукции 1 мТ), тогда как в случае диаметра 100 мкн достаточно магнитное поле 80 А/м. Еще меньшие значения получаются, когда выбирается покрытие 102 материалом, имеющим более низкое намагничивание насыщения или когда уменьшается толщина слоя 102.

Для получения дополнительных подробностей по предпочтительным магнитным частицам 100, соответствующие части документа DE 10151778 включены сюда посредством ссылки, в частности, абзацы 16-20 и абзацы 57-61 документа EP 1304542 A2, заявляющего приоритет DE 10151778.

Размер первой субзоны 301 зависит, с одной стороны, от градиента напряженности магнитного поля 211 выбора и, с другой стороны, от напряженности магнитного поля, требуемой для насыщения. Для достаточного насыщения магнитных частиц 100 при напряженности магнитного поля 80 A/м и градиенте (в данном пространственном направлении) напряженности поля магнитного поля 211 выбора, достигающем 160×10³ A/м², первая субзона 301, в которой намагничивание частиц 100 не доходит до насыщения, имеет размеры приблизительно 1 мм (в заданном пространственном направлении).

Когда дополнительное магнитное поле, здесь далее называемое возбуждающим магнитным полем 221, накладывается на магнитное поле 210 выбора (или градиентное магнитное поле 210) в области действия 300, первая субзона 301 смещается относительно второй субзоны 302 в направлении этого возбуждающего магнитного поля 221; степень этого смещения увеличивается с увеличением напряженности возбуждающего магнитного поля 221. Когда наложенное возбуждающее магнитное поле 221 является переменным во времени, положение первой субзоны 301 соответственно изменяется во времени и в пространстве. Предпочтительно принимать или обнаруживать сигналы от магнитных частиц 100, расположенных в первой субзоне 301 в полосе частот (смещенной в область более высоких частот), отличной от полосы частот изменений возбуждающего магнитного поля 221. Это возможно, потому что из-за изменения намагничивания магнитных частиц 100 в области действия 300 в результате нелинейности характеристик намагничивания возникают частотные составляющие высших гармоник частоты возбуждающего магнитного поля 221.

Чтобы сгенерировать эти возбуждающие магнитные поля 221 для любого заданного направления в пространстве, обеспечиваются три дополнительных пары катушек, а именно вторая пара 220' катушек, третья пара 220" катушек и четвертая пара 220'" катушек, которые здесь в дальнейшем вместе называются средством 220 возбуждения. Например, вторая пара 220' катушек создает компонент возбуждающего магнитного поля 221, который простирается в направлении оси катушек 210', 210" первой пары или средства 210 выбора, то есть, например, вертикально. С этой целью через обмотки второй пары 220' катушек пропускаются равные токи в одном и том же направлении. Эффект, который может быть достигнут посредством второй пары 220' катушек, может в принципе также быть достигнут наложением токов, протекающих в одном и том же направлении, на противоположные равные токи в первой паре катушек 210', 210", так чтобы ток уменьшался в одной катушке и увеличивался в другой катушке. Однако, и специально для цели интерпретации сигналов с более высоким отношением сигнал/шум, может быть предпочтительным, когда временное постоянное (или квазипостоянное) поле 211 выбора (также называемое градиентным магнитным полем) и переменное во времени вертикальное возбуждающее магнитное поле создаются отдельными парами катушек средства 210 выбора и средства 220 возбуждения.

Две дополнительные пары катушек 220", 220'" обеспечиваются для генерирования компонентов возбуждающего магнитного поля 221, которые распространяются в другом направлении в пространстве, например, горизонтально в продольном направлении области действия 300 (или пациента 1) и в перпендикулярном направлении к нему. Если для этой цели использовались третья и четвертая пара катушек 220", 220'" типа катушек Гельмгольца (подобных парам катушек для средства 210 выбора и средства 220 возбуждения), эти пары катушек должны устанавливаться с левой стороны и с правой стороны области лечения или перед и позади этой области, соответственно. Это должно влиять на доступность области действия 300 или области лечения 300. Поэтому, третья и/или четвертая пары магнитных катушек или катушки 220", 220'" также располагаются выше и ниже области действия 300 и поэтому конфигурации их обмоток должны отличаться от конфигурации второй пары катушек 220'. Катушки этого вида, однако, известны для устройства с полем магнитного резонанса с открытыми магнитами (открытая MRI), в котором высокочастотная (RF) пара катушек располагается выше и ниже области лечения, причем упомянутая пара высокочастотных катушек способна создавать горизонтальное, изменяющееся во времени магнитное поле. Поэтому здесь нет необходимости дополнительно разъяснять конструкцию таких катушек.

Устройство 10 дополнительно содержит приемное средство 230, которое показано на фиг. 1 только схематично. Приемное средство 230 обычно содержит катушки, способные обнаруживать сигналы, индуцированные структурой намагничивания магнитных частиц 100 в области действия 300. Катушки этого вида, однако, известны из области устройств с магнитным резонансом, в которых, например, пара высокочастотных катушек располагается вокруг области действия 300, чтобы иметь как можно более высокое отношение сигнал/шум. Поэтому конструкция таких катушек не требует здесь дополнительного разъяснения.

В альтернативном варианте осуществления для средства 210 выбора, показанного на фиг. 1, постоянные магниты (не показаны) могут использоваться для создания градиентного магнитного поля 211 выбора. В пространстве между двумя полюсами таких (противоположных) постоянных магнитов (не показаны) формируется магнитное поле, подобное показанному на фиг. 2, то есть, в котором противоположные полюса имеют одну и ту же полярность. В другом альтернативном варианте осуществления устройства, соответствующем настоящему изобретению, средство 210 выбора содержит как, по меньшей мере, один постоянный магнит, так и, по меньшей мере, одну катушку 210', 210", как показано на фиг. 2.

Диапазоны частот, обычно используемые для различных компонент или в различных компонентах средства 210 выбора, средство 220 возбуждения и приемное средство 230, примерно являются следующими: магнитное поле, создаваемое средством 210 выбора, либо не изменяется во времени вообще, либо изменяется сравнительно медленно, предпочтительно приблизительно с частотой между приблизительно 1 Гц и приблизительно 100 Гц. Магнитное поле, генерирумое средством 220 возбуждения, изменяется предпо