Удаление фона при получении изображений с использованием магнитных частиц

Удаление фона при получении изображений с использованием магнитных частиц

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству и способу обнаружения магнитных частиц в поле зрения, которые позволяют удаление фоновых сигналов. Настоящее изобретение относится, в частности, к области получения изображений с использованием магнитных частиц.

Уровень техники

Томография с использованием магнитных частиц (MPI) является быстро развивающимся способом получения медицинских томографических изображений. Первые варианты MPI были двумерными, при которых создавались двумерные изображения. Более новые версии являются трехмерными (3D). Четырехмерное изображение движущегося объекта может быть создано объединением временной последовательности трехмерных изображений в движущееся изображение при условии, что объект не будет значительно изменяться за время сбора данных одиночного трехмерного изображения.

MPI является способом получения изображений посредством реконструкции, подобным компьютерной томографии (CT) или магнито-резонансной томографии (MRI). Соответственно, MPI-изображение интересующего объема объекта создается в два этапа. Первый этап, относящийся к сбору данных, выполняется, используя сканер MPI. Сканер MPI имеет средство создания статического магнитного градиентного поля, называемого ʺполем выбораʺ, которое обладает одиночной точкой, свободной от поля, (FFP) или линией, свободной от поля (FFL), в изоцентре сканера. Более того, эта FFP (или FFL; ссылка на ʺFFPʺ в дальнейшем должна обычно пониматься как означающая FFP или FFL) окружается первой подзоной с низкой напряженностью магнитного поля, которая, в свою очередь, окружается второй подзоной с более высокой напряженностью магнитного поля. Кроме того, сканер имеет средство создания зависимого от времени, пространственно близкого к однородному магнитного поля. Фактически, это поле получается наложением быстро меняющегося поля с малой амплитудой, называемого ʺвозбуждающим полемʺ, и медленно меняющегося поля с большой амплитудой, называемого ʺфокусирующим полемʺ. Добавляя зависящее от времени и фокусирующее поля к статическому полю выбора, FFP может перемещаться вдоль заданной траектории FFP через ʺобъем сканированияʺ, окружающий изоцентр. Сканер также имеет конструкцию из одной или более, например, трех, приемных катушек и может регистрировать любые напряжения, наведенные в этих катушках. Для сбора данных объект, изображение которого должно быть получено, помещается в сканер таким образом, что интересующий объем объекта попадает в поле зрения сканера, являющееся субнабором объема сканирования.

Объект должен содержать магнитные наночастицы или другие магнитные нелинейные материалы; если объектом является животное или пациент, перед сканированием животному или пациенту вводится контрастное вещество, содержащее такие частицы. Во время сбора данных сканер MPI направляет точку FFP вдоль заранее выбранной траектории, которая намечает/охватывает объем сканирования или, по меньшей мере, поле зрения. Магнитные наночастицы внутри объекта испытывают воздействие изменяющегося магнитного поля и реагируют изменением своей намагниченности. Изменяющаяся намагниченность наночастиц индуцирует зависящее от времени напряжение в каждой из приемных катушек. Это напряжение оцифровывается в приемнике, связанном с приемной катушкой. Выборки с выхода приемников регистрируются и образуют собранные данные. Параметры, управляющие подробностями сбора данных, являются ʺпротоколом сканированияʺ.

На втором этапе формирования изображения, называемом реконструкцией изображения, из данных, собранных на первом этапе, вычисляется или реконструируется изображение. Изображение является дискретной трехмерной матрицей, представляющей дискретную аппроксимацию зависящей от положения концентрации магнитных наночастиц в поле зрения. Реконструкция обычно выполняется компьютером, исполняющим соответствующую компьютерную программу. Компьютер и компьютерная программа реализуют алгоритм реконструкции. Алгоритм реконструкции основывается на математической модели сбора данных. Для всех способов получения изображений с помощью реконструкции эта модель формулируется как интегральный оператор, совершающий действия над собранными данными; алгоритм реконструкции старается, в возможной степени, раскрыть действие модели.

Такие устройство и способ MPI обладают тем преимуществом, что они могут использоваться для изучения произвольных объектов исследования, например, человеческих тел, неразрушающим образом и с высоким пространственным разрешением как вблизи от поверхности, так и вдали от поверхности объекта исследования. Такое устройство и способ, в целом, известны и впервые были описаны в патенте DE 101 51 778 A1 и работе Gleich, B. и Weizenecker, J. (2005), ʺTomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particlesʺ, Nature, том 435, стр. 1214-1217, в которой также, в целом, описан принцип реконструкции. Устройство и способ получения изображений с использованием магнитных частиц (MPI), описанные в этой публикации, используют преимущества, даваемые нелинейной кривой намагничивания малых магнитных частиц.

Изменения фоновых сигналов и ложные сигналы, которые возникают при калибровочных сканированиях MPI и сканированиях объекта, могут сильно ухудшить качество изображения. Различные источники фоновых сигналов демонстрируют различное спектральное поведение, поэтому вклады, вносимые источником сигнала, неравномерно распределяются по полосе пропускания при измерении, варьируясь по интенсивности и временной структуре между различными частотными составляющими.

Дополнительно, конструкция устройства MPI и способы, описанные до настоящего времени, пока еще не являются оптимальными для людей.

Документ WO 2010/008478 А2 раскрывает устройсто получения изображений с использованием магнитных частиц, содержащее магниты, создающие градиентное магнитное поле, имеющее свободную от поля область, электромагниты возбуждающего поля, создающие радиочастотное магнитное поле внутри свободной от поля области, высокодобротные приемные катушки, обнаруживающие реакцию магнитных частиц в свободной от поля области на возбуждающее поле. Электромагниты, подающие поле, создают однородное магнитное поле, перемещающее свободную от поля область через поле зрения, позволяя сканировать область получения изображения для оптимизации времени сканирования, мощности сканирования, разогрева усилителя, SAR, dB/dt и/или скорость нарастания. Также обеспечиваются эффективные способы сканирования с мультиразрешающей способностью. Интермодуляционные низкочастотные и радиочастотные возбуждающие сигналы обрабатываются, чтобы создать изображение распределения магнитных наночастиц внутри области получения изображения. Единое совокупное изображение вычисляется, используя деконволюцию многочисленных сигналов на различных гармониках.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении устройства и способа обнаружения магнитных частиц в поле зрения, которые позволяют проводить обследование более крупных объектов (людей, животных), в частности, взрослых людей, и которые позволяют удалять фоновые сигналы.

В первом варианте настоящего изобретения представляется устройство для оказания воздействия и/или обнаружения магнитных частиц в поле зрения, причем упомянутое устройство содержит:

- средство выбора, содержащее блок генератора сигналов поля выбора и элементы поля выбора для создания магнитного поля выбора, имеющего такую пространственную структуру его напряженности магнитного поля, что в поле зрения формируются первая подзона, имеющая низкую напряженность магнитного поля, где намагничивание магнитных частиц не доходит до насыщения, и вторая подзона, имеющая более высокую напряженность магнитного поля, где намагниченность магнитных частиц доходит до насыщения,

- средство возбуждения, содержащее блок генератора сигнала возбуждающего поля и катушки возбуждающего поля для изменения положения в пространстве этих двух подзон в поле зрения посредством возбуждающего магнитного поля, так чтобы намагничивание магнитного материала изменялось локально,

- приемное средство, содержащее по меньшей мере один блок приема сигнала и по меньшей мере одну приемную катушку для сбора сигналов обнаружения, причем сигналы обнаружения зависят от намагничивания в поле зрения и на намагничивание влияют изменения положения первой и второй подзон в пространстве, и

- средство реконструкции для реконструкции изображения поля зрения из сигналов обнаружения, при этом спектр упомянутых сигналов обнаружения содержит множество частотных составляющих, в котором одна или более из упомянутых частотных составляющих выбираются и взвешиваются путем использования коэффициента качества конкретного сигнала частотной составляющей, полученного из результатов измерений фоновых сигналов, и в котором для реконструкции изображения используются только выбранные и взвешенные частотные составляющие.

В другом варианте настоящего изобретения представляется устройство для оказания воздействия и/или обнаружения магнитных частиц в поле зрения, причем упомянутое устройство содержит:

i) средство выбора и фокусировки для формирования магнитного поля выбора и фокусировки, имеющего пространственную структуру его напряженности магнитного поля, такую, что в поле зрения и для изменения положения в пространстве поля зрения внутри области обследования формируются первая подзона, имеющая низкую напряженность магнитного поля, в которой намагничивание магнитных частиц не доходит до насыщения, и вторая подзона, имеющая повышенную напряженность магнитного поля, в которой намагничивание магнитных частиц доходит до насыщения, причем упомянутое средство выбора и фокусировки содержит по меньшей мере один набор катушек поля выбора и фокусировки и блок генератора поля выбора и фокусировки для формирования токов поля выбора и фокусировки, которые должны обеспечиваться для упомянутого по меньшей мере одного набора катушек поля выбора и фокусировки для управления формированием упомянутого магнитного поля выбора и фокусировки,

в котором упомянутый по меньшей мере один набор катушек поля выбора и фокусировки содержит

- по меньшей мере одну внутреннюю катушку поля выбора и фокусировки, формируемую как замкнутый контур вокруг оси внутренней катушки, и

- группу по меньшей мере из двух внешних катушек поля выбора и фокусировки, расположенных на большем расстоянии от упомянутой оси внутренней катушки, чем упомянутая по меньшей мере одна внутренняя катушка поля выбора и фокусировки, и в разных угловых положениях, причем каждая из них формируется как замкнутый контур вокруг соответствующей оси внешней катушки, и

ii) средство возбуждения, содержащее блок генератора сигнала возбуждающего поля и катушки возбуждающего поля для изменения положения в пространстве и/или размера двух подзон в поле зрения посредством возбуждающего магнитного поля, так чтобы намагничивание магнитного материала локально изменялось,

iii) приемное средство, содержащее по меньшей мере один блок приема сигнала и по меньшей мере одну приемную катушку для сбора сигналов обнаружения, причем сигналы обнаружения зависят от намагничивания в поле зрения и на намагничивание влияют изменения положения первой и второй подзон в пространстве, и

iv) средство реконструкции для реконструкции изображения поля зрения из обнаруженных сигналов, при этом спектр упомянутых обнаруженных сигналов содержит множество частотных составляющих, в котором одна или более из упомянутых частотных составляющих выбираются и/или взвешиваются путем использования коэффициента качества конкретного сигнала частотной составляющей, полученного из результатов измерений фоновых сигналов, и в котором для реконструкции изображения используются только выбранные и взвешенные частотные составляющие.

В варианте осуществления представляется компьютерная программа, содержащая средство программного кода, чтобы заставить компьютер управлять устройством в соответствии с настоящим изобретением для выполнения этапов способа, соответствующих настоящему изобретению, когда упомянутая компьютерная программа выполняется на компьютере.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения определяются в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленные способ и компьютерная программа имеют схожие и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления расположения катушек, как заявленного, так и определенного в зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение основано на идее индивидуальной обработки выбранной или каждой частотной составляющей сигналов обнаружения для определения и удаления фона. Сигналы обнаружения, в целом, зависят от намагничивания в поле зрения, а также от фонового сигнала системы. Медленно изменяющийся фоновый сигнал может определяться специальными фоновыми измерениями, например, разбросанными при сканировании в моменты, когда никакой материал магнитного трасера не присутствует в чувствительном объеме получения изображения, как предложено в предпочтительном варианте осуществления. Изменения фонового сигнала, более быстрые, чем период времени между измерениями фона, не могут быть удалены этим способом. Однако, сигналы на частотах, на которые сильно влияют быстро меняющиеся фоновые сигналы, могут подавляться или удаляться при реконструкции изображения. Это возможно за счет большого количества частотных составляющих, используемых для реконструкции, и того факта, что подобная информация кодируется на различных частотах смешивания, если при MPI на различных частотах прикладывается более одного возбуждающего поля и отличающиеся другие способы получения медицинских изображений, такие как MRI, где ценная информация об изображении может теряться, если некоторые частотные составляющие не используются при реконструкции.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, упомянутое средство реконструкции выполнено с возможностью выбора частотных составляющих, используя порог качества сигнала, в котором выбираются только те частотные составляющие, которые имеют коэффициент качества сигнала выше упомянутого порога качества сигнала. Это обеспечивает эффективное решение для выбора частотных составляющих, так что быстро меняющиеся фоновые сигналы (которые снижают качество сигнала, такое как SNR, то есть, отношение сигнал-шум) также подавляются и не используются при реконструкции.

В целом, в соответствии с изобретением, используются коэффициенты качества сигнала и пороги качества сигнала. В варианте осуществления используются коэффициент SNR и порог SNR, в других вариантах осуществления используются другие коэффициенты качества сигнала и пороги качества сигнала. В другом варианте осуществления могут использоваться коэффициент качества сигнала и порог качества сигнала, которые, например, основаны на результатах измерения фона, которые используются для идентификации ложных сигналов, которые могут подавляться, выбирая соответствующие коэффициент качества сигнала и порог качества сигнала. В еще одном варианте осуществления могут использоваться коэффициент шума и порог шума, направленные на подавление шума. В еще одном другом варианте осуществления коэффициент качества сигнала и порог качества сигнала направлены на выбор или взвешивание пространственных частотных составляющих, которые наиболее важны или являются наилучшими для реконструкции изображения, в то время, как сигналы на других пространственных частотах подавляются или взвешиваются с меньшим весом.

В соответствии с другим вариантом осуществления, упомянутое средство реконструкции выполнено с возможностью взвешивания всех или выбранных частотных составляющих посредством их коэффициента качества конкретного сигнала для частотных составляющих. Также, таким образом результат реконструкции может быть улучшен, поскольку частотные составляющие быстро изменяющихся фоновых сигналов взвешиваются с меньшим весом, чем частотные составляющие, не связанные с быстро меняющимися фоновыми сигналами.

Существуют различные варианты осуществления для получения фоновых сигналов, представляющих медленно и/или быстро движущийся фон. В варианте осуществления упомянутое устройство выполнено с возможностью осуществления измерений фоновых сигналов рассеянных среди измерений системной функции и для получения упомянутых коэффициентов качества сигнала из упомянутых результатов измерений фонового сигнала. Это обеспечивает очень быстрый способ получения фонового сигнала.

Хотя, в целом, временные интервалы, во время которых измеряются фоновые сигналы, короче, чем временные интервалы, во время которых измеряются данные системной функции, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления упомянутое устройство выполнено с возможностью осуществления измерений фоновых сигналов в течение более длительных временных интервалов, чем измерения системной функции. Это повышает точность измерения фоновых сигналов и обеспечивает надежное удаление быстро меняющегося фона.

В другом варианте осуществления упомянутое средство реконструкции выполнено с возможностью удаления медленно меняющихся фоновых сигналов из результатов измерений системной функции, определяя фоновые сигналы на конкретных частотах из упомянутых результатов измерений фоновых сигналов и вычитая эти фоновые сигналы на конкретных частотах из соответствующих частотных составляющих упомянутых результатов измерений системной функции.

Чтобы дополнительно улучшить удаление фоновых сигналов, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, упомянутое средство реконструкции выполнено с возможностью интерполяции упомянутых результатов измерений фоновых сигналов и использования интерполированных результатов измерений фоновых сигналов для определения фоновых сигналов на конкретных частотах.

Еще одно дополнительное улучшение удаления фоновых сигналов достигается с помощью варианта осуществления, в соответствии с которым упомянутое устройство выполнено с возможностью повторения измерений упомянутых фоновых сигналов, рассеянных среди результатов измерений системной функции, и усреднения полученных результатов измерений фоновых сигнаов и в котором упомянутое средство реконструкции (152) выполнено с возможностью определения упомянутых фоновых сигналов конкретных частот из упомянутых усредненных результатов измерений фоновых сигналов.

Еще одно дополнительное улучшение удаления фоновых сигналов достигается посредством варианта осуществления, в соответствии с которым упомянутое устройство выполнено с возможностью повторения упомянутых измерений фоновых сигналов в различных временных масштабах.

Предпочтительно, упомянутое устройство выполнено с возможностью осуществления упомянутого измерения фоновых сигналов перед и/или после приема обнаруженных сигналов для реконструкции изображения поля зрения. Таким образом, удаляя появляющиеся в текущий момент фоновые сигналы, может быть получена высокая точность.

Другой вариант удаления фона содержит выполнение калибровочных измерений, при котором первое калибровочное измерение выполняется в то время, когда магнитный образец движется через поле зрения, а второе калибровочное измерение выполняется без магнитного материала в поле зрения.

Предпочтительное предложенное устройство MPI, использующее объединенные катушки поля выбора и фокусировки, основано на идее объединения катушек поля фокусировки и катушек поля выбора, которые в известных устройствах MPI обычно обеспечиваются как отдельные катушки, в объединенный набор катушек поля выбора и фокусировки. Здесь, для каждой из упомянутых катушек обеспечивается единый ток, а не отдельные токи, которые традиционно обеспечивались для каждой катушки поля выбора и для каждой катушки поля фокусировки. Единые токи могут, таким образом, рассматриваться как два наложенных тока для формирования поля фокусировки и формирования поля выбора. Желаемое местоположение и перемещение поля зрения внутри области обследования легко могут изменяться, управляя токами в различных катушках. Не все катушки поля выбора и фокусировки должны, однако, всегда обеспечиваться управляющими токами, и некоторые катушки необходимы только для определенных перемещений поля зрения.

Предложенное устройство дополнительно обеспечивает большую свободу того, как и где располагать катушки относительно области обследования в которой располагается объект. В частности, при таком расположении можно построить открытый сканер, который легко доступен как пациенту, так и врачам или медицинскому персоналу, например, хирургу во время операции.

Для такого устройства магнитное градиентное поле (то есть, магнитное поле выбора) формируется с помощью пространственного распределения напряженности магнитного поля, так что поле зрения содержит первую подзону с пониженной напряженностью магнитного поля (например, FFP), причем пониженная напряженность магнитного поля адаптирована таким образом, что намагниченность магнитных частиц, расположенных в первой подзоне, не достигает насыщения, и вторую подзону с повышенной напряженностью магнитного поля, причем повышенная напряженность магнитного поля адаптирована таким образом, что намагниченность магнитных частиц, расположенных во второй подзоне, находится в насыщении. Благодаря нелинейности кривой характеристики намагничивания магнитных частиц, намагниченность и, тем самым, магнитное поле, формируемое магнитными частицами, дает гармонические составляющие, которые, например, могут обнаруживаться катушкой обнаружения. Оцененные сигналы (повышенные гармонические составляющие сигналов) содержат информацию о пространственном распределении магнитных частиц, которые снова могут использоваться, например, для получения медицинских изображений, для визуализации пространственного распределения магнитных частиц и/или для других применений.

Устройство MPI, соответствующее настоящему изобретению, основано на новом физическом принципе (то есть, принципе, упоминаемом как MPI), который отличается от других известных традиционных технологий получения медицинских изображений, таких как, например, ядерный магнитный резонанс (NMR). В частности, этот новый MPI-принцип, в отличие от NMR, не использует влияние материала на магнитные резонансные характеристики протонов, а напрямую обнаруживает намагниченность магнитного материала, используя нелинейность кривой характеристики намагничивания. В частности, MPI-технология использует высшие гармоники сформированных магнитных сигналов, полученные в результате нелинейности кривой характеристики намагничивания в области, где изменения намагничивания происходят из состояния отсутствия насыщения в состояние насыщения.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, упомянутые замкнутые контуры внешних катушек выбора и фокусировки имеют контур в форме кольцевого сегмента. Другими словами, обмотки каждой из упомянутых внешних катушек поля выбора и фокусировки наматываются как замкнутый контур, который располагается вдоль угловой области вокруг упомянутой по меньшей мере одной катушки поля выбора и фокусировки, причем угловая область охватывает кольцевой сегмент кольца, закрывающего упомянутую по меньшей мере одну внутреннюю катушку поля выбора и фокусировки.

Предпочтительно, упомянутый по меньшей мере один набор катушек поля выбора и фокусировки содержит группу по меньшей мере из четырех внешних катушек поля выбора и фокусировки. В целом, могут обеспечиваться еще больше катушек поля выбора и фокусировки, которые предпочтительно располагаются на одном и том же расстоянии от оси внутренней катушки, но в разных угловых положениях вокруг упомянутой оси внутренней катушки.

Например, в варианте осуществления обеспечивается, что упомянутый по меньшей мере один набор катушек поля выбора и фокусировки содержит группу из четырех внешних катушек поля выбора и фокусировки, располагающихся на одном и том же расстоянии от оси внутренней катушки, но под углом 90° относительно друг друга. В дополнительных вариантах осуществления используется еще больше групп внешних катушек поля выбора и фокусировки, причем катушки различных групп располагаются на разных расстояниях от оси внутренней катушки.

В другом варианте осуществления упомянутый по меньшей мере один набор катушек поля выбора и фокусировки содержит первую внутреннюю катушку поля выбора и фокусировки и вторую внутреннюю катушку поля выбора и фокусировки, выполненные в виде замкнутого контура вокруг упомянутой оси внутренней катушки и имеющие больший диаметр, чем упомянутая первая внутренняя катушка поля выбора и фокусировки. Может обеспечиваться дополнительная внутренняя катушка поля выбора и фокусировки, сформированная как замкнутые контура вокруг оси внутренней катушки на разных расстояниях. Эти внутренние катушки поля выбора и фокусировки обычно более эффективны для формирования магнитных полей выбора и фокусировки и поэтому обычно обеспечиваются управляющими токами в любое время в течение работы устройства.

Предпочтительно, упомянутая по меньшей мере одна внутренняя катушка поля выбора и фокусировки и/или упомянутые внешние катушки поля выбора и фокусировки разделяются по меньшей мере на две, в частности, по меньшей мере на четыре катушечных сегмента, где катушечные сегменты катушки располагаются рядом друг с другом в направлении соответствующей оси катушек и где соседние катушечные сегменты электрически соединяются. Таким образом, желаемая плотность тока может управляться, чтобы быть более высокой в определенных областях, в частности, ближе к области обследования, то есть, упомянутые катушечные сегменты предпочтительно располагаются так, что в направлении соответствующей оси катушек получающаяся плотность тока возрастает с уменьшением расстояния от области обследования. Это дополнительно повышает эффективность формируемых магнитных полей.

С целью управления желаемой плотностью тока могут предприниматься различные меры в отношении катушечных сегментов. В частности, один или более катушечных сегментов катушки, расположенной ближе к области обследования, сравниваются с одним или более катушечными сегментами такой же катушки, расположенной дальше от области обследования, изготовлены ли они из другого материала, имеют ли более толстые обмотки, являются ли более компактными и/или имеют большую толщину в направлении соответствующей оси катушки.

В предпочтительном варианте осуществления упомянутые средства выбора и фокусировки дополнительно содержат по меньшей мере один полюсный наконечник, имеющий несколько сегментов полюсного наконечника, несущих различные катушки поля выбора и фокусировки, и ярмо полюсного наконечника, соединяющее упомянутые сегменты полюсного наконечника. Такой полюсный наконечник не только служит в качестве механического несущего элемента для различных катушек, но также для повышения эффективности магнитных полей за счет проводимости магнитного потока.

Предпочтительно, упомянутый по меньшей мере один полюсный наконечник содержит один внутренний сегмент полюсного наконечника, несущий упомянутую по меньшей мере одну внутреннюю катушку выбора и фокусировки, и по меньшей мере два внешних сегмента полюсного наконечника, расположенных на большем расстоянии от упомянутой оси внутренней катушки, и каждый из которых несет одну по меньшей мере из двух внешних катушек поля выбора и фокусировки. Таким образом, конструкция полюсного наконечника приспособлена к конструкции катушек поля выбора и фокусировки, чтобы оптимально поддерживать эффективность формирования магнитного поля.

Предпочтительно, упомянутый по меньшей мере один полюсный наконечник содержит по меньшей мере четыре внешних сегмента полюсного наконечника, каждый из которых несет внешнюю катушку поля выбора и фокусировки. Таким образом, для внешней катушки поля выбора и фокусировки обеспечивается внешний сегмент полюсного наконечника для направления магнитного поля соответствующей катушки поля выбора и фокусировки. Таким образом, в варианте осуществления для соответствующей конструкции внешних катушек выбора и фокусировки упомянутый по меньшей мере один полюсный наконечник содержит четыре внешних сегмента полюсного наконечника, каждый из которых несет внешнюю катушку поля выбора и фокусировки, причем упомянутые внешние сегменты полюсного наконечника располагаются на одном и том же расстоянии от оси внутренней катушки, но под углом 90° относительно друг друга. И еще дополнительно, каждый внешний сегмент полюсного наконечника предпочтительно имеет поперечное сечение в форме кольцевого сегмента.

В еще одном другом варианте осуществления, в котором упомянутая катушка выбора и фокусировки содержит вторую внутреннюю катушку выбора и фокусировки, упомянутый по меньшей мере один полюсный наконечник содержит второй внутренний сегмент полюсного наконечника, причем упомянутый второй внутренний сегмент полюсного наконечника поддерживает упомянутую вторую внутреннюю катушку поля выбора и фокусировки.

В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один внутренний сегмент полюсного наконечника и головные участки внешних сегментов полюсных наконечников, обращенные к области обследования, изготовлены из магнитомягкого материала, имеющего высокую индукцию насыщения, в частности, FeCo, FeSi, Fe, FeNi, Dy, Gd или их сплава, такого как Fe₄₉Vi_1,9Co₄₉. Предпочтительно, весь полюсный наконечник должен быть изготовлен из наилучшего магнитомягкого материала, который наилучшим образом проводит магнитный поток. Однако, по экономическим причинам только часть наконечника изготавливается из этого материала, чтобы иметь для него наилучшее намагничивание при насыщении. Задние участки внешних сегментов полюсного наконечника, обращенные от области обследования, и ярмо полюсного наконечника изготавливаются из магнитомягкого материала, имеющего более низкую индукцию при насыщении, чем материал внутренних сегментов полюсного наконечника, в частности, из FeSi, FeNi, пермаллоя или их сплава, такого как Fe_73,5Cu₁Nb₃Si_15,5B₇.

Дополнительно, в варианте осуществления полюсные наконечники изготавливаются из магнитопроводящих листов, причем листы, формирующие сегменты полюсных наконечников, и соседние головные участки ярма полюсных наконечников располагаются в направлении, параллельном оси внутренней катушки. Листы используются для подавления вихревых токов и располагаются так, чтобы проводить магнитный поток.

Предпочтительно, листы, формирующие остальной участок ярма полюсных наконечников, располагаются в направлении, перпендикулярном оси внутренней катушки. Это позволяет направлять магнитный поток, подавляя при этом вихревые токи.

В варианте осуществления упомянутое средство выбора и фокусировки дополнительно содержит опору полюсного наконечника, соединяющую упомянутые полюсные наконечники механически, причем упомянутая опора полюсных наконечников изготавливается из магнитопроводящего материала. Упомянутая опора полюсных наконечников предпочтительно также изготавливается из магнитопроводящих листов, располагающихся по соседству друг с другом в том же самом направлении, что и листы, формирующие участок полюсного наконечника, к которому присоединяется опора полюсных наконечников. Опора полюсных наконечников должна обеспечивать как механическую устойчивость, так и хороший магнитный поток.

В предпочтительном варианте осуществления упомянутый по меньшей мере один внутренний сегмент полюсного наконечника и упомянутая по меньшей мере одна внутренняя катушка поля выбора и фокусировки располагаются на большем расстоянии от области обследования, чем упомянутые внешние сегменты полюсных наконечников и упомянутые внешние катушки поля выбора и фокусировки. Это обеспечивает то преимущество, что существует больше пространства для расположения катушек возбуждающего поля, в частности, в случае, устройства, содержащего два противоположно расположенных набора катушек поля выбора и фокусировки и два противоположно расположенных полюсных наконечника, это важно, поскольку катушки возбуждающего поля предпочтительно не располагаются рядом с внешними сегментами полюсных наконечников.

Поперечное сечение, перпендикулярное упомянутой оси внутренней катушки, проходящей через головной участок упомянутого второго внутреннего сегмента полюсного наконечника, обращенного к упомянутой области обследования, предпочтительно охватывает меньшую область, чем параллельное поперечное сечение, проходящее через задний участок упомянутого второго внутреннего сегмента полюсного наконечника, обращенного от упомянутой области обследования. Это увеличивает напряженность градиентного поля, которая может быть получена для заданной силы электрического тока.

В другом варианте осуществления внешний диаметр упомянутого головного участка внутреннего сегмента полюсного наконечника уменьшается в направлении оси внутренней катушки с уменьшением расстояния от области обследования. Это обеспечивает повышенную плотность магнитного потока на поверхности, обращенной к области обследования, и, таким образом, позволяет обеспечить более высокие градиенты магнитного поля внутри области обследования.

Дополнительно, в варианте осуществления поперечное сечение, перпендикулярное упомянутой оси внутренней катушки, проходящей через головной участок упомянутых внешних сегментов полюсного наконечника, обращенных к упомянутой области обследования, охватывает большую область, чем параллельное поперечное сечение, проходящее через задний участок упомянутых внешних сегментов полюсного наконечника, обращенных от упомянутой области обследования. Эта мера также способствует достижению более высокой плотности магнитного потока на поверхности, обращенной к области обследования.

Другой мерой, способствующей достижению более высокой плотности магнитного потока на поверхности, обращенной к области обследования, является то, что длина внутреннего диаметра упомянутого головного участка внешних сегментов полюсных наконечников от оси внутренней катушки уменьшается в направлении оси внутренней катушки с уменьшением расстояния от области обследования.

Предпочтительно, расположение катушек набора катушек поля выбора и фокусировки является скорее плоским, при котором упомянутые оси внешних катушек параллельны друг другу и оси внутренней катушки. Такое расположение катушек экономит пространство, относительно просто для изготовления и позволяет легче вычислять и/или моделировать достижимые магнитные поля.

В варианте осуществления средство выбора и фокусировки содержит

i1) первый набор катушек поля выбора и фокусировки,

i2) по меньшей мере один второй набор катушек поля выбора и фокусировки, и

i3) блок генератора поля выбора и фокусировки для формирования токов поля выбора и фокусировки, которые должны обеспечиваться для упомянутых первого и второго наборов катушек поля выбора и фокусировки для управления формированием упомянутого магнитного поля выбора и фокусировки. Предпочтительно, используется один второй набор катушек поля выбора и фокусировки, расположенный на стороне области обследования, противоположной упомянутому первому набору катушек поля выбора и фокусировки, приводя в результате к устройству, в котором область обследования доступна по меньшей мере с одной стороны. Это позволяет легко располагать пациента внутри области обследования, например, просто поднимая пациента с перевозочного средства на стол для пациента, расположенный в области обследования. При этом можно также избежать необходимости иметь много катушек, расположенных коаксиально вокруг области обследования, поскольку область обследования имеет форму туннеля,