(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用領域の磁性粒子に影響を及ぼし、及び/又は該磁性粒子を検出する方法であって、
当該方法は：
磁場強度空間内においてパターンを有する選択用磁場を発生させる工程であって、磁場強度の小さな第1サブ領域及び磁場強度の大きな第2サブ領域が作用領域内に形成される、工程；
駆動用磁場によって前記作用領域内の2つのサブ領域の空間での位置を変化させることで、磁性粒子の磁化を局所的に変化させる、工程；並びに、
信号を取得する工程であって、該信号は前記作用領域内の磁化に依存し、該磁化は前記第1及び第2サブ領域の空間内での位置変化によって影響を受ける、工程；
を有し、
前記駆動用磁場の磁場強度ベクトルは少なくとも1つの回転面内で回転し、
前記作用領域内の2つのサブ領域の空間での位置を変化させる工程の第1段階では、前記磁性粒子が、第1方向に沿った容易軸に配向し、かつ
前記作用領域内の2つのサブ領域の空間での位置を変化させる工程の第2段階では、前記磁性粒子の磁化が、前記第1方向に対してある角度で傾く第2方向に沿って配向する、
方法。
【請求項２】
前記駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転は、前記信号取得中に連続的に行われる、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転中、前記駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転面も回転する、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転は約100Hz〜約100kHzで行われる、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転周波数は、前記ベクトルの状態での磁性粒子の回転周波数の範囲内である、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転周波数は、取得された信号の信号対雑音比が最適となるように変化する、請求項4に記載の方法。
【請求項７】
磁化異方性強度を有する磁性粒子が用いられる、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記磁化異方性強度は約1mT〜約10mTの範囲で、好適には約3mT〜約5mTの範囲である、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
前記磁化異方性は、形状異方性、及び/又は結晶異方性、及び/又は誘起された異方性、及び/又は表面異方性に起因する、請求項7に記載の方法。
【請求項１０】
前記駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転が実行され、それにより駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルは、磁性粒子の容易磁化方向に対してある角度をなして配向する可能性が相対的に高くなり、
前記角度は約20°〜約70°の範囲が好ましく、約30°〜約60°の範囲がより好ましい、
請求項7に記載の方法。
【請求項１１】
作用領域の磁性粒子に影響を及ぼし、及び/又は該磁性粒子を検出する装置であって、
当該装置は：
選択用磁場を発生させる選択手段であって、前記選択用磁場は、該磁場強度空間内において、磁場強度の小さな第1サブ領域及び磁場強度の大きな第2サブ領域が前記作用領域内に生成されるようなパターンを有する、選択手段；
駆動用磁場の手段によって前記作用領域内における前記第1領域及び第2領域の位置を変化させる駆動手段；並びに、
信号を取得する受信手段であって、該信号は前記作用領域内の磁化に依存し、該磁化は前記第1サブ領域及び第2サブ領域の位置の変化による影響を受ける、受信手段；
を有し、
前記駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルは少なくとも1つの回転面内で回転し、
前記作用領域内の2つのサブ領域の空間での位置を変化させる工程の第1段階では、前記磁性粒子が、第1方向に沿った容易軸に配向し、かつ
前記作用領域内の2つのサブ領域の空間での位置を変化させる工程の第2段階では、前記磁性粒子の磁化が、前記第1方向に対してある角度で傾く第2方向に沿って配向する、
装置。
【請求項１２】
前記駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転は約100Hz〜約100kHzの周波数で行われる、請求項11に記載の装置。
【請求項１３】
請求項11に記載の装置に請求項1に記載の方法の手順を実行させるコンピュータプログラムコードを有する、コンピュータ上で実行されるコンピュータプログラム。
【請求項１４】
請求項13に記載のコンピュータプログラムを有するコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性粒子に影響を及ぼし、及び/又は該磁性粒子を検出する方法並びに磁性粒子の使用に関する。さらに本発明は磁性粒子に影響を及ぼし、及び/又は該磁性粒子を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種類の装置は特許文献1から既知である。特許文献1に記載された方法の場合では、最初に、磁場強度の空間分布を有する磁場が、相対的に磁場強度の小さな第1サブ領域及び相対的に磁場強度の大きな第2サブ領域が前記検査領域内に生成されるような生成される。その後その検査領域内の領域空間内の位置は移動し、それによりその検査領域内での磁化が局所的に変化する。その磁化は前記サブ領域空間内での移動による影響を受けるその検査領域内の磁化に依存する信号が記録される。またその検査領域内での磁性粒子の空間分布に関する情報が前記信号から得られ、それにより前記検査領域内での像を生成することができる。当該装置及び方法は、非破壊的であって損傷を生じさせることなく、かつ高空間分解能で、任意の検査対象物-たとえば人体-を検査するのに用いることができる、という利点を有する。任意の検査対象物は表面付近であっても該表面から離れたところであっても上述したように検査可能である。
【０００３】
この種類の既知の装置は、トレーサ材料-つまり磁性粒子の材料-の性質に強く依存する。従来の駆動シーケンスによる既知の装置の信号対雑音比は比較的低いため、信号対雑音比は改善される必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願第10151778号明細書
【特許文献２】独国特許出願第1304542号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明の目的は、従来技術の課題が解決されるか、又は少なくとも緩和される方法を供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、作用領域の磁性粒子に影響を及ぼし、及び/又は該磁性粒子を検出する方法によって実現される。当該方法は、磁場強度空間内においてパターンを有する選択用磁場を発生させる工程であって、磁場強度の小さな第1サブ領域及び磁場強度の大きな第2サブ領域が作用領域内に形成される、工程、駆動用磁場によって前記作用領域内の2つのサブ領域の空間での位置を変化させることで、磁性粒子の磁化を局所的に変化させる、工程、並びに、信号を取得する工程であって、該信号は前記作用領域内の磁化に依存し、該磁化は前記第1及び第2サブ領域の空間内での位置変化によって影響を受ける、工程、を有する。駆動用磁場ベクトル-つまり前記駆動用磁場の磁場強度ベクトル-は少なくとも1つの回転面内で回転する。
【０００７】
当該方法の利点は、より高い信号対雑音比の実現が可能となることである。その理由は、駆動用磁場ベクトルが異方性磁性粒子の容易軸に対して特定の角度をなすような関係を有するときに、より高い信号対雑音比が実現可能なためである。磁化異方性を有する磁性粒子が存在する面内で駆動用磁場ベクトルを回転させることによって、第1段階では、磁性粒子が、その瞬間に駆動用磁場ベクトルに対してある程度平行である好適配向に沿った容易軸（すなわち磁化の容易な軸）に配向し、かつ第2段階では、磁性粒子の磁化が、回転する駆動ベクトルによって変化（すなわち反転）し、かつ以前の方向-つまり磁性粒子の容易軸の平均方向-に対して相対的に大きな角度をなす方向を向く。第1段階における駆動用磁場ベクトルの方向は以降では第1方向と呼ばれる。第2段階における駆動用磁場ベクトルの方向は以降では第2方向と呼ばれる。第1方向と第2方向は、好適には約40〜50°の範囲である特定角度をなす。磁性粒子が熱運動の影響を受ける小さな粒子からなる統計上の組を構成するので、すべての磁性粒子が上述したような厳密な振る舞いを示すわけでないことは明らかである。従って本発明によると、視野内部-つまり比較的迅速に変化する駆動用磁場が磁性粒子と相互作用する領域内部-においては、少なくとも50%の磁性粒子については、第1方向の周囲で最大π/2の立体角で容易軸が配向し、かつ少なくとも50%の磁性粒子については、駆動用磁場ベクトルの印加された運動シーケンスに従うことが好ましい。さらに、磁性粒子の磁化反転の少なくとも20%は、少なくとも20°〜最大70°だけ第1方向（つまり粒子の容易軸の平均方向）と異なる方向を向く駆動用磁場によって誘起される。さらに-少なくとも視野のある特定部分については-少なくとも50%の磁性粒子の磁化反転が、少なくとも30°〜最大60°だけ第1方向と異なる方向を向く駆動用磁場によって誘起される。
【０００８】
本発明の好適実施例によると、駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転は、信号取得中に連続的に行われる。それにより駆動用磁場ベクトルと異方的な磁性粒子との間の特定の角度関係を連続的に供することで、信号取得における信号対雑音比の改善が可能となる。
【０００９】
さらに本発明によると、駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転中、駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転面も回転することが好ましい。それにより、磁性粒子の検出において一の面を選ぶのではなく、対称的に磁性粒子の検出を有利に行うことが可能となる。
【００１０】
本発明のさらなる実施例では、駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転は約100Hz〜約100kHzで行われることが好ましい。それにより、非常に自由度の高い方法で本発明の方法を用いることが可能となり、かつ複数の異なる粒子に対して、かつ複数の異なる磁性粒子の状態に対して本発明の方法を適用することが可能となる。
【００１１】
本発明の好適実施例によると、駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転周波数は、その状態での磁性粒子の回転周波数の範囲内である。それにより、特別に単純に、駆動用磁場ベクトルと異方性を有する磁性粒子との間の特定の角度関係を供することが可能となる。
【００１２】
さらに本発明によると、駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転周波数は、取得された信号の信号対雑音比が最適となるように変化する。それにより、特に磁性粒子に関連する多数の信号を取得する前に、本発明の方法において校正手順を行うことが可能となる。磁性粒子（の少なくとも一部）の回転周波数が少なくとも近似的に知られているか、又は全く知られていない場合、駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転周波数は、磁性粒子の回転移動度に相当する、より小さな又はより大きな範囲で変化して良い。それにより信号対雑音比は最適となる。
【００１３】
さらに本発明によると、磁化異方性強度を有する磁性粒子が用いられ、その磁化異方性強度は好適には約1mT〜約10mTの範囲であることが好ましい。それにより、係る磁性粒子について得られる信号の信号対雑音比を、磁化異方性強度の異なる磁性粒子に対してよりも改善することが可能となる。本発明において、「磁性粒子の磁化異方性強度」とは、（複数の）磁性粒子の磁化を顕著に変化させるために必要な（その（複数の）磁性粒子に対して外的な）外部磁場を表す。この解釈は、他の定義にも強く関連づけられて良い。前記他の定義は、たとえば「磁性粒子の異方性」又は「異方性の場」という語-たとえば複数の異方性定数によって表される（エネルギーランドスケープ（energy  landscape））各異なる空間方向に関連する各異なるエネルギー-に関連づけることができる。
【００１４】
本発明のさらなる実施例によると、磁化異方性は、形状異方性、及び/又は結晶異方性、及び/又は誘起された異方性、及び/又は表面異方性による。それにより、本発明に従って係る磁性粒子を用いるときには、様々な磁性粒子の選択肢があり得る。
【００１５】
さらに本発明によると、駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転が実行され、それにより駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルは、磁性粒子の容易磁化方向に対してある角度をなして配向する可能性が相対的に高くなる。それにより最高の信号対雑音比に到達することが可能となる。本発明によると、角度は約20°〜約70°の範囲が好ましく、約30°〜約60°の範囲がより好ましく、約40°〜約50°の範囲が最も好ましく、約45°が最高に好ましい。
【００１６】
本発明はさらに、作用領域の磁性粒子に影響を及ぼし、及び/又は該磁性粒子を検出する装置に関する。当該装置は、選択用磁場を発生させる選択手段であって、前記選択用磁場は、該磁場強度空間内において、磁場強度の小さな第1サブ領域及び磁場強度の大きな第2サブ領域が前記作用領域内に生成されるようなパターンを有する、選択手段、駆動用磁場の手段によって前記作用領域内における前記第1領域及び第2領域の位置を変化させる駆動手段、並びに、信号を取得する受信手段であって、該信号は前記作用領域内の磁化に依存し、該磁化は前記第1サブ領域及び第2サブ領域の位置の変化による影響を受ける、受信手段を有する。前記駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルは少なくとも1つの回転面内で回転する。
【００１７】
本発明の装置によって、信号対雑音比が高くなることで、作用領域内の磁性粒子の位置及び/又は分布を高精度で測定することが可能となる。駆動用磁場の駆動用磁場ベクトルの回転は約100Hz〜約100kHzの周波数で行われることが好ましい。
【００１８】
本発明はさらに本発明の方法を実行する本発明の装置に係るコンピュータプログラム、及び当該コンピュータプログラムを含むコンピュータプログラム製品に関する。
【００１９】
本発明はまた、約1mT〜約10mTで、好適には約3mT〜約5mTの磁化異方性強度を有する磁性粒子の使用にも関する。係る粒子によって、粒子が受ける外部磁場がその磁性粒子の容易磁化（容易軸）方向に対して特定範囲の角度で配向する場合には、磁性粒子の可視化用途において信号対雑音比を改善することが可能となる。一般的には本発明によって、つまり磁性粒子の可視化では、大きな粒子を用いることが好ましい。なぜなら、大きな粒子は、大きな磁化を有することが可能であるため、検出段階での信号対雑音比がより高くなるからである。それでもなお磁性粒子のサイズは制限される。なぜなら大きな粒子は、磁気モーメントによって互いに引き付け合い、かつ磁性粒子の可視化方法には見えない磁性粒子の塊を生成してしまうからである。本発明によると、明確な磁化異方性強度を有する小さな粒子が提案される。係る粒子は大きな磁性粒子のように振る舞う。つまりたとえば2倍の体積の粒子のように振る舞うことで、鋭い磁化ステップを示す。
【００２０】
本発明において述べる磁場強度はテスラで特定されている。これは正しくない。なぜならテスラは磁束密度の単位だからである。特別な粒子の磁場強度を得るためには、各場合において特定される値は、磁場定数μ0で除されなければならない。
【００２１】
本発明によると、選択手段及び/又は駆動手段及び/又は受信手段は、その少なくとも一部が単一コイル又はソレノイドの形態で供されて良い。しかし本発明によると、各独立したコイルは、選択手段、駆動手段、及び受信手段を形成するように供されることが好ましい。しかも本発明によると、選択手段及び/又は駆動手段及び/又は受信手段は、それぞれ各独立した部品-具体的には各独立したコイル又はソレノイド-で構成されて良い。その独立した部品は、選択手段及び/若しくは駆動手段及び/若しくは受信手段を供するように、供され、かつ/又は備えられて良い。特に駆動手段及び/又は選択手段については、各異なる特別の方向に進行する磁場成分を発生及び/又は検出することを可能にするため、複数の部品-具体的には（たとえばヘルムホルツ型又は反ヘルムホルツ型）コイル対-が好ましい。
【００２２】
本発明のこれら及び他の特性、特徴、及び利点は、添付図面と共に以降の詳細な説明を参照することで明らかとなる。説明は例示のためだけに与えられるものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。以降の参照図は添付の図面を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による方法を実行する装置を図示している。
【図２】本発明による装置によって生成される磁場線のパターンの一例を図示している。
【図３】作用領域内に存在する磁性粒子の拡大図を示している。
【図４】a及びbは、当該粒子の磁気特性を表している。
【図５】3種類の磁性粒子の相対信号強度を概略的に図示している。
【図６】視野を概略的に図示している。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
特定の図を参照しながら、具体的実施例について、本発明を説明する。しかし本発明は参照された具体的実施例によっては限定されず、「特許請求の範囲」に記載された請求項によってのみ限定される。示された図は単なる概略に過ぎず、非限定的である。図においては、例示目的のため、大きさが誇張され、かつ正しいスケールで描かれていない構成要素がある。
【００２５】
さらに、明細書及び特許請求の範囲に記載されている第1、第2、第3等の語は、同様の構成要素を区別するために用いられており、必ずしも生起順序又は時系列順序を表すものではない。よって用いられているそれらの語は適切な状況下では同義であり、本明細書で説明されている本発明は、説明すなわち例示されている順序以外の順序での動作が可能であることに留意すべきである。
【００２６】
しかも、明細書及び特許請求の範囲に記載されている上部、下部、上、下等の語は、説明目的で使用されており、必ずしも相対的位置を表すものではない。よって用いられているそれらの語は適切な状況下では同義であり、本明細書で説明されている本発明は、説明すなわち例示されている順序以外の順序での動作が可能であることに留意すべきである。
【００２７】
図1では、本発明による装置によって検査される任意の対象物が図示されている。図1の参照番号350は、患者テーブルに載せられた対象物-この場合ヒト又は動物の患者-を表す。図1では、患者テーブルの上部だけが図示されている。本発明による方法を用いる前に、磁性粒子100（図1には図示されていない）が、本発明に係る装置10の作用領域300内に備えられる。特に、たとえば腫瘍の治療及び/又は診断を行う前に、磁性粒子100は、その磁性粒子100を含む液体（図示されていない）を患者350の体内へ注入することによって、作用領域300に配置される。
【００２８】
本発明の実施例の一例として、選択手段210を形成する複数のコイルを有する装置10が図2に図示されている。前記選択手段210の範囲は作用領域300を画定する。その作用領域300は処置領域300とも呼ばれる。たとえば選択手段210は、患者350の上と下、又は患者テーブル上部の上と下に備えられる。たとえば、選択手段210は第1対のコイル210’,210’’を有する。各対は2つの同じように構築された巻線210’及び210’’を有する。その巻線210’及び210’’は患者350の上と下で同軸となるように配置され、その巻線210’及び210’’には等しい電流が-特に互いに反対方向に-流れる。以降では、第1コイル対210’及び210’’は共に選択手段210と呼ばれる。この場合では直流であることが好ましい。選択手段210は選択用磁場211を発生させる。選択用磁場とは一般的に、図2において磁場線によって表される磁場勾配である。選択用磁場は、選択手段210のコイル対の（たとえば垂直）軸方向にほぼ一定の勾配を有し、かつこの軸上のある一点でゼロの値に到達する。この磁場の存在しない点（図2では個別的に図示されていない）から開始して、磁場の存在しない点からの距離が増大することで、選択用磁場211の磁場強度は全空間方向において増大する。磁場が存在しない点の周りを取り囲む破線によって表された第1サブ領域301では、磁場強度があまりに小さいので、その第1サブ領域内に存在する粒子100の磁化は飽和しない。その一方で、第2サブ領域内（第1サブ領域の外側）に存在する粒子100の磁化は飽和状態となる。磁場の存在しない点すなわち作用領域300の第1サブ領域301は空間的にコヒーレントな領域であることが好ましい。の第1サブ領域301はまた点状の領域であるか、さもなければ線又は平坦領域であって良い。第2サブ領域302（つまり第1サブ領域301の外側である作用領域300の残りの領域）では、磁場強度は、粒子100を飽和状態に保持するのに十分な強さである。2つのサブ領域301と302の位置を作用領域300内で変化させることによって、作用領域300内での（全体の）磁化が変化する。作用領域300での磁化、又は磁化によって誘起される物理パラメータを測定することによって、作用領域内の磁性粒子の空間分布に関する情報を得ることができる。
【００２９】
更なる磁場-以降では駆動用磁場221と呼ぶ-が、作用領域300内で選択用磁場210（すなわち勾配を有する磁場210）上に重ね合わせられるとき、第1サブ領域301は、第2サブ領域302に対して、この駆動用磁場221の方向に移動する。駆動磁場221の強度が増大することで、この移動量も増大する。重ね合わせられた駆動用磁場221が時間変化するとき、第1サブ領域301の位置もそれに従って時間的にも空間的にも変化する。駆動用磁場221が変化する周波数帯ではなく（それよりも高い周波数にシフトした）別な周波数帯において、第1サブ領域301に設けられた磁性粒子100からの信号を検出又は受信することは有利である。このようなことは可能である。その理由は、磁化特性が非線形である結果、作用領域300内で磁化の変化が生じるために駆動用磁場221の周波数の高周波成分が発生するためである。
【００３０】
空間内での所与の方向にこれらの駆動用磁場221を発生させるため、さらに3つのコイル対が供される。これら3つのコイル対とは具体的には、第2コイル対220’、第3コイル対220’’、及び第4コイル対220’’’で、以降ではまとめて駆動手段220と呼ぶ。たとえば第2コイル対220’は、第1コイル対210’,210’’、すなわち選択手段210のコイル軸方向-つまりたとえば垂直方向-に延びる駆動用磁場221の成分を発生させる。このため、第2コイル対220’の巻線には同じ方向に電流が流れる。2つのさらに別なコイル対220’’,220’’’が、駆動用磁場221の磁場成分を発生させるために供される。この磁場成分は空間内の異なる方向-たとえば水平方向-に延びる。水平方向とは、たとえば作用領域300（すなわち患者350）の長手方向でかつその方向に垂直な方向である。（選択手段210及び駆動手段220のコイル対のような）ヘルムホルツ型の第3コイル対220’’及び第4コイル対220’’’がこの目的のために用いられた場合、これらのコイル対はそれぞれ、処置領域の左右、又はこの領域の前後に配置されなければならない。これは、作用領域300すなわち処置領域300のアクセスのしやすさに影響を及ぼす。従って第3磁気コイル対若しくは複数のコイル220’’及び/又は第4磁気コイル対若しくは複数のコイル220’’’もまた、作用領域300の上下に配置される。よってこれらの巻線の構成は第2コイル対の巻線の構成とは異なっていなければならない。しかしこの種類のコイルは、オープンマグネットを備えた磁気共鳴装置（オープンMRI）の分野では既知である。この磁気共鳴装置では、高周波コイル(RF)対が処置領域の上下に配置され、前記RFコイル対は水平であって時間変化する磁場を発生させることができる。従って係るコイルを構築することで、さらにコイルを精緻化する必要がなくなる。
【００３１】
本発明による装置10は、図1において概略的にしか図示されていなかった受信手段230をさらに有する。その受信手段230は通常、作用領域300内の磁性粒子100の磁化パターンによって誘起される信号を検出することの可能なコイルを有する。しかしこの種類のコイルは、磁気共鳴装置の分野では既知である。この装置では、信号対雑音比を可能な限り高くするため、たとえば高周波(RF)コイル対が作用領域300の周辺に設けられる。従って係るコイルを構築することで、さらにコイルを精緻化する必要がなくなる。本発明によると、受信手段の抵抗は熱雑音によって支配され、特に作用領域内での熱雑音によって生じる。つまり作用領域内に磁性粒子が存在しないときの電流支持経路の抵抗は、その作用領域内に磁性粒子が存在するときの電流支持経路の抵抗以下である。これは特に、個々の電流路、電流強度、ワイヤ配線、及び受信手段の他の特性を慎重に決めることによって実現される。
【００３２】
磁性粒子を検出する係る装置及び方法は特許文献1から既知である。
【００３３】
本発明によると、用いられた磁性粒子100は磁化の異方性を有する。磁化の異方性を有する単一ドメインの磁性粒子が外部磁場に曝露される場合には、その磁性粒子の応答は容易磁化（容易軸）方向に対する磁場の方向に依存する。外部磁場が容易軸に対して垂直である場合には、応答信号は比較的低い。外部磁場が容易軸に対して平行である場合には、応答信号はかなり大きくなる。驚くべきことに、磁性粒子100が影響を受ける外部磁場（作用領域300の第1サブ領域については、外部磁場は駆動用磁場221に相当する）が、その磁性粒子100の容易軸に対してある特定の角度で配向する場合に、信号は最適となる。このことは図3の例に図示されている。
【００３４】
図3は、本発明の装置10と共に用いられる種類の磁性粒子100の一例を図示している。磁性粒子100はたとえば、常磁性の単一ドメイン磁性粒子101を有する。この磁性粒子101は、たとえば酸のような物理的及び/又は化学的に侵襲性のある環境から粒子100を保護するコーティング層103の手段によって覆われて良い。係る粒子100の磁化を飽和させるのに必要な選択用磁場211の磁場強度は様々なパラメータ-たとえば粒子100の直径、用いられた磁性材料101及び他のパラメータ-に依存する。本発明によると、磁性粒子100は磁気的異方性を有する。つまり磁性粒子100は磁化の異方性を有する。係る異方性はたとえば、形状異方性、及び/又は結晶異方性、及び/又は誘起された異方性、及び/又は表面異方性によって供されて良い。磁性粒子100は容易軸105とも呼ばれる容易な磁化方向を有する。駆動用磁場220は、第1サブ領域301の位置で、磁性粒子100が受ける外部磁場の方向に相当する駆動用磁場ベクトル225を発生させる。本発明によると、駆動用磁場ベクトル225は、磁性粒子100の容易磁化方向105に対する特定角度125内において、相対的に高い確率で配向しなければならない。それにより磁性粒子100の磁化信号が改善される。
【００３５】
本発明の好適実施例によると、これは、駆動手段220へ印加される特別な信号シーケンスにより、駆動用磁場ベクトル225が特別な方法で、比較的迅速に変化する駆動用磁場220が磁性粒子100と相互作用する所謂視野を進行することによって実現されて良い。図6では、視野が球及び参照番号305によって表されている。しかも図6は、本発明による駆動シーケンスでの駆動ベクトル225の移動例を図示している。駆動用磁場ベクトル225は、図6に図示された2重錐体構造に沿って迅速に移動する（つまり駆動用磁場ベクトルは錐体の表面上を移動する）。磁性粒子100は駆動ベクトル225の動きに追随できないので、駆動用磁場ベクトル225の平均方向は錐体の中心にそっている。つまり第1方向は、図6の矢印105によって表されているように、磁性粒子100の容易軸105に対して平行である。駆動ベクトル225の配向が周期的に反転（たとえば上側錐体の方向に配向していたのから下側錐体の方向の配向へ）するとき、磁性粒子100は、第1方向に対して特定角度125だけ傾いた第2方向に沿った駆動用磁場ベクトル225を受ける。それにより磁性粒子100によって発生する信号を改善することが可能である。視野305を完全に網羅するため、二重錐体は、徐々に視野305内部の全磁性粒子100が改善された信号に寄与するように比較的低速で回転して良い。
【００３６】
図3に図示された例では、磁性粒子100の異方性は形状異方性によって供される。磁性粒子100は擬球形で、最も長い延在方向（z方向とも呼ばれ、図3の上下方向）のみ他の2方向（x方向及びy方向とも呼ばれる）よりも長い。たとえば、磁性粒子100の最も長い延在が31nmで、磁性粒子100の他の2方向（x及びy方向）での延在は30nmである。本発明においては、磁性粒子100に与えられた長さは磁性粒子100の磁性材料101の大きさに相当する。
【００３７】
本発明によると、約1mTから約10mTの磁性粒子100の明確な磁化異方性強度を用いることが好ましい。与えられた例では、形状異方性が、粒子長さが32nmで、かつ他の方向（x及びy方向）での直径が30nmとなるように改善される場合に、この異方性強度を超える。このことは図5に図示されている。
【００３８】
図5は、3つの異なる形状の磁性粒子100の相対信号強度140を表す。複数の異なる高調波次数150について相対信号強度140が図示されている。3種類すべての粒子について、高調波の序数が増大するときに信号強度140は減少する。それでもなお、曲線Aで表される磁性粒子100の信号強度140の減少は、曲線B及びCで表される磁性粒子100の信号強度140の減少よりも小さい。曲線Aはx、y、及びz方向の延在がそれぞれ30nm、30nm、及び31nmであることで形状異方性を有する磁性粒子100に相当する。曲線Bはx、y、及びz方向の延在がそれぞれ30nm、30nm、及び30nmであることで形状異方性を有する磁性粒子100に相当する。曲線Cはx、y、及びz方向の延在がそれぞれ30nm、30nm、及び32nmであることで形状異方性を有する磁性粒子100に相当する。従って最高の相対信号強度140は、曲線Aに相当する磁性粒子によって実現される。
【００３９】
駆動磁場ベクトル225が少なくとも1つの回転面内で回転するように駆動用磁場221を発生させるため、第1駆動コイル対220’、第2駆動コイル対220’’、及び第3駆動コイル対220’’’が制御される。それにより、第1サブ領域301内の磁場強度の最終的なベクトル（つまり選択用磁場211及び駆動用磁場221によって生成される全体の磁場強度ベクトル（=駆動用磁場ベクトル225））は、磁性粒子100が受ける外部磁場に相当し、かつ、その最終的なベクトルはたとえば、追加的な時間変化周波数を駆動用コイル対220’、220’’、及び220’’’の制御信号に印加することによって回転する。これは具体的には、コンピュータプログラムによって制御される制御ユニットによって行われる。そのコンピュータプログラムは特に、制御ユニット内部に供されるデータ記憶媒体によって記憶され、又は制御ユニットへ割り当てられる。そのデータ記憶媒体は、制御ユニットから取り外し可能であるか、又は制御ユニット内部へ静的に設置されて良く、又は制御ユニットへ割り当てられても良い。
【００４０】
図4a及び4bは磁化特性を図示している。つまり、粒子100（図4a及び4bには図示されていない）の磁性粒子100の一部の磁化変化が、その磁性粒子100の位置での磁場強度Hの関数として図示されている。磁化Mは、磁場強度が-Hc未満も大きい領域及び磁場強度が-Hc未満の領域ではもはや変化しないことが分かる。このことは、飽和磁化に到達していることを意味する。磁化Mは-Hcから-Hcの間の値では飽和しない。
【００４１】
図4aは、粒子100の位置での正弦磁場H(t)の効果を図示している。ここでは、その結果として生じる正弦磁場H(t)（つまり「粒子100によって見える」）の絶対値は、粒子100を磁気的に飽和させるのに必要な磁場強度よりも小さい。つまりさらに磁場が活性になることはない。磁性粒子100の磁化は、磁場H(t)の周波数の周期でその飽和値を反転させる。その結果生じる磁化の時間変化は、図4aの右側縦軸のM(t)で表される。磁化もまた周期的に変化し、かつ係る粒子の磁化は周期的に反転することが分かる。
【００４２】
曲線の中心での線の破線部は、正弦磁場H(t)の磁場強度の関数としての磁化M(t)の近似的な平均変化を表す。この中心線からのズレとして、磁場Hが-Hcから+Hcに増大するときには磁化はわずかに右側へ延びて、磁場Hが+Hcから-Hcに減少するときには磁化はわずかに左側へ延びる。この既知の効果はヒステリシス効果と呼ばれる。この効果は、熱を発生する機構の基礎をなすものである。曲線経路間に形成され、かつ形状とサイズが材料に依存するヒステリシス表面は、磁化が変化する際の熱の発生の指標となる。
【００４３】
図4bは、上に静磁場H1（正弦磁場H(t)の周波数よりも低い周波数を有する）が重ね合わせられる正弦磁場H(t)の効果を図示している。磁化が飽和状態にあるため、その磁化は正弦磁場H(t)による影響を実質的に受けない。磁化M(t)はこの領域では時間的に一定のままである。その結果磁場H(t)は磁化の状態に変化を生じさせない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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