(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
視野範囲内の磁性粒子に影響を及ぼす及び／又は磁性粒子を検出するための磁性粒子イメージングモードでの動作、及び磁気共鳴イメージングモードでの動作のための装置であって、当該装置は：
選択磁場信号生成ユニットと、あるパターンを有する選択磁場をその磁場強度の空間内に生成するための選択磁場コイルとを有する選択手段であって、磁性粒子の磁化が不飽和であるような低磁場強度を有する第１のサブ領域と、磁性粒子の磁化が飽和するようなより高い磁場強度を有する第２のサブ領域とが、前記視野範囲内に形成される、選択手段と、
駆動磁場信号生成ユニットと、駆動磁場によって前記視野範囲内の２つのサブ領域の空間の位置を変化させるための駆動磁場コイルであって、それによって、磁性粒子の磁化が局所的に変化する、駆動磁場コイルと、を有する駆動手段と、
集束磁場信号生成ユニットと、集束磁場によって前記視野範囲の空間内での位置を変化させるための集束磁場コイルユニットと、を有する集束手段と、を含み
前記集束磁場コイルユニットは、集束磁場成分を異なる方向に生成するように構成された少なくとも６つの集束磁場コイルを備えており、第１セットの少なくとも３つの集束磁場コイルが、前記視野範囲の第１の側に配置されており、第２セットの少なくとも３つの集束磁場コイルが、第１の側に対向する前記視野範囲の第２の側に配置されており、
磁性粒子イメージングモードでの動作について、前記視野範囲の異なる側に対向して配置された異なるセットの２つの焦点磁場コイルには、前記焦点磁場コイルの間で略一様な焦点磁場を生成するために、異なる方向の焦点磁場用電流が供給され、
磁気共鳴イメージングモードでの動作について、前記視野範囲の異なる側に対向して配置された異なるセットの２つの焦点磁場コイルには、前記焦点磁場コイルの間で略一様な傾斜磁場を生成するために、同じ方向の傾斜磁場用電流が供給される、
装置。
【請求項２】
各セットの集束磁場コイルのうちの少なくとも３つの集束磁場コイルが、それぞれの集束磁場コイル平面に実質的に配置されている、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
異なるセットから構成されるそれぞれの２つの集束磁場コイルが、実質的に同一の対称軸を有する集束磁場コイルのペアを形成し、異なるペアの対称軸は、前記視野範囲に関して異なる位置に配置されるとともに互いに略平行に配置される、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記集束磁場コイルユニットは、少なくとも８つの集束磁場コイルを備えており、該８つの集束磁場コイルは、各々が２ペアの集束磁場コイルを有する２つの集束磁場コイルサブユニットに割り当てられており、該２つの集束磁場コイルサブユニットの前記８つの集束磁場コイルは、前記視野範囲の異なる側に配置されており、４ペアの各々の２つのコイルは、実質的に互いに対向している、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
各２ペアの集束磁場コイルから構成される４つの集束磁場コイルは、実質的にそれぞれの集束磁場コイル層に配置されており、該２つのそれぞれの集束磁場コイル層が、実質的に互いに直交して配置されている、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記２つの集束磁場コイルサブユニットの各々の２つの集束磁場コイルは、それぞれの集束磁場コイル平面に配置されており、該２つの集束磁場コイル平面は、前記視野範囲の異なる側に互いに略平行に配置されている、
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記２つの集束磁場コイル平面は、前記２つの集束磁場コイル層に垂直に配置されている、
請求項６に記載の装置。
【請求項８】
１ペアの集束磁場コイルを有する第３の集束磁場コイルサブユニットを備えており、前記２つの集束磁場コイルは、実質的に互いに対向している、
請求項４に記載の装置。
【請求項９】
前記集束磁場コイルは、実質的にＤ字状の形態を有しており、異なるペアから構成されるそれぞれの２つの集束磁場コイルの直線状アームが、互いに隣接している、
請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
視野範囲内の磁性粒子に影響を及ぼす及び／又は磁性粒子を検出するための磁性粒子イメージングモードでの動作、及び磁気共鳴イメージングモードでの動作のための装置であって、当該装置が：
選択磁場信号生成ユニットと、あるパターンを有する選択磁場をその磁場強度の空間内において生成するための選択磁場要素とを有する選択手段であって、磁性粒子の磁化が不飽和であるような低磁場強度を有する第１のサブ領域と、磁性粒子の磁化が飽和するようなより高い磁場強度を有する第２のサブ領域とが、前記視野範囲内に形成される、選択手段と、
駆動磁場信号生成ユニットと、駆動磁場によって前記視野範囲内の２つのサブ領域の空間の位置を変化させるための駆動磁場コイルユニットであって、それによって、磁性粒子の磁化が局所的に変化する、駆動磁場コイルユニットと、を有する駆動手段と、を含み、
前記駆動磁場コイルユニットは、駆動磁場成分を異なる方向に生成するように構成された少なくとも６つの駆動磁場コイルを有しており、第１セットの少なくとも３つの駆動磁場コイルが、前記視野範囲の第１の側に配置されており、第２セットの少なくとも３つの集束磁場コイルは、第１の側に対向する前記視野範囲の第２の側に配置されており、
磁性粒子イメージングモードでの動作について、前記視野範囲の異なる側に対向して配置された異なるセットの２つの駆動磁場コイルには、前記駆動磁場コイルの間で略一様な駆動磁場を生成するために、異なる方向の駆動磁場用電流が供給され、
磁気共鳴イメージングモードでの動作について、前記視野範囲の異なる側に対向して配置された異なるセットの２つの駆動磁場コイルには、前記駆動磁場コイルの間で略一様な傾斜磁場を生成するために、同じ方向の傾斜磁場用電流が供給される、
装置。
【請求項１１】
前記駆動磁場コイルユニットは、３つの駆動磁場コイルサブユニットを有しており、少なくとも１つの駆動磁場コイルサブユニットが、駆動磁場成分を第１の方向に生成するように構成された１ペアの駆動磁場コイルを有しており、
他の２つの駆動磁場コイルサブユニットが、駆動磁場成分を２つの更なる方向に生成するように構成された少なくとも６の駆動磁場コイルを一緒に有する、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
少なくとも１つの受信ユニットと、検出信号を取得するための少なくとも一つの受信コイルとを備える受信手段をさらに有しており、前記検出信号は、前記視野範囲の磁化に依存し、磁化が、第１の及び第２のサブ領域の空間の位置の変化によって影響を受ける、
請求項１又は１０に記載の装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置を作動させる方法であって、当該作動方法が：
ｉ）磁性粒子イメージングモードで前記装置を作動させるために、
実質的に一様な集束磁場を集束磁場コイル同士の間に生成させるために、前記視野範囲の異なる側に対向して配置された異なるセットから構成される２つの集束磁場コイルに、反対方向の集束磁場用電流を提供するステップと、
あるパターンを有する選択磁場をその磁場強度の空間内に生成させるために、前記選択磁場コイルに選択磁場用電流を提供するステップであって、磁性粒子の磁化が不飽和であるような低磁場強度を有する第１のサブ領域と、磁性粒子の磁化が飽和するようなより高い磁場強度を有する第２のサブ領域とが、前記視野範囲内に形成される、提供するステップと、を含み、
ｉｉ）磁気共鳴イメージングモードで前記装置を作動させるために、
傾斜磁場を集束磁場コイル同士の間に生成させるために、前記視野範囲の異なる側に対向して配置された異なるセットから構成される２つの集束磁場コイルに、同一の方向の傾斜磁場用電流を提供するステップと、
一様な定常磁場又は、前分極磁場及びバイアス磁場のいずれかを生成させるために、前記選択磁場コイルに一様な磁場用電流を提供するステップと、を含む、
作動方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の装置を作動させる方法であって、当該作動方法が：
ｉ）磁性粒子イメージングモードで前記装置を作動させるために、
実質的に一様な駆動磁場を駆動磁場コイル同士の間に生成させるために、前記視野範囲の異なる側に対向して配置された異なるセットから構成される２つの駆動磁場コイルに、反対方向の駆動磁場用電流を提供するステップと、
あるパターンを有する選択磁場をその磁場強度の空間に生成させるために、選択磁場コイルに選択磁場用電流を提供するステップであって、磁性粒子の磁化が不飽和であるような低磁場強度を有する第１のサブ領域と、磁性粒子の磁化が飽和するようなより高い磁場強度を有する第２のサブ領域とが、前記視野範囲内に形成される、提供するステップと、を含み、
ｉｉ）磁気共鳴撮像モードで前記装置を作動させるために、
傾斜磁場を駆動磁場コイル同士の間の生成させるために、前記視野範囲の異なる側に対向して配置された異なるセットから構成される２つの駆動磁場コイルに、同一の方向の傾斜磁場用電流を提供するステップと、
一様な定常磁場又は、前分極磁場及びバイアス磁場のいずれかを生成させるために、前記選択磁場コイルに一様な磁場用電流を提供するステップと、を含む、
作動方法。
【請求項１５】
コンピュータ・プログラムが、コンピュータ上で実行されるときに、コンピュータに請求項１又は１０に記載の装置をそれぞれ制御させ、請求項１３又は１４に記載の方法ステップをそれぞれ実施させるための、プログラムコードを含むコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視野範囲の磁性粒子に影響を及ぼす及び／又は磁性粒子を検出するための磁性粒子イメージングモードでの動作ための、及び磁気共鳴イメージングモードでの動作のための装置及び方法に関する。さらに、本発明は、コンピュータ上でこの方法を実行するための、及びそのような装置を制御するためのコンピュータ・プログラムに関する。本発明は、特に磁性粒子イメージング（ＭＰＩ）及び磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性粒子イメージング（ＭＰＩ）は、新興の医療用画像モダリティである。ＭＰＩの初期バージョンは、二次元画像の生成に止まっていた。新規なバージョンは、３次元（３Ｄ）である。非静止対象物の４次元画像は、単一の３Ｄ画像用のデータ収集中に対象物の著しい変化がもたらされないという条件で、３Ｄ画像の時系列を動画に組み合わせることにより形成することができる。
【０００３】
ＭＰＩは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）又は磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）のような、再構成画像方法である。従って、対象物の関心領域(volume  of  interest)のＭＰ画像は、２つのステップで生成される。データ収集として参照される第１のステップは、ＭＰＩスキャナを用いて行われる。ＭＰＩスキャナは、「選択磁場(selection  field)」と呼称される、静的傾斜磁場を生成する手段を有しており、この選択磁場は、スキャナのアイソセンタで（単一の）無磁場点（ＦＦＰ;field-free  point）を有している（又は、他の実施形態では、スキャナの中央領域の無磁場ラインを有している）。さらに、このＦＦＰは、低磁場強度を有する第１のサブ領域に囲まれており、同様に、より高い磁場強度を有する第２のサブ領域にも囲まれている。また、スキャナは、時間依存性の、空間的にほぼ一様な磁場を生成するための手段を有する。実際には、この選択磁場は、「駆動磁場(drive  field)」と呼称される、小さな振幅で急速に変化する磁場と、「集束磁場(focus  field)」と呼称される、大きな振幅で緩やかに変化する磁場とを重ね合わせることによって取得される。時間依存性の駆動磁場と集束磁場とを静的な選択磁場に加えることによって、ＦＦＰは、アイソセンタを取り囲む「走査領域(volume  of  scanning)」にわたって所定のＦＦＰの軌道に沿って移動させることができる。スキャナはまた、１つ以上の、例えば３つの受信コイルの配列を有しており、これらのコイルに誘起される任意の電圧を記録することができる。データ収集のために、撮像される対象物は、対象物の関心領域(volume  of  interest)が、走査領域のサブセットであるスキャナの視野範囲によって囲まれるように、スキャナに配置される。
【０００４】
対象物は、磁性ナノ粒子を含有しなければならない。対象物が、動物又は患者である場合に、そのような磁性粒子を含む造影剤は、スキャンに先立って動物又は患者に投与される。データ収集中に、ＭＰＩスキャナは、走査領域、又は少なくとも視野範囲の一部をトレースする／カバーするように意図的に選択された軌道に沿ってＦＦＰを移動させる。対象物内の磁性ナノ粒子は、磁場が変化するような作用を受けて、それら磁性粒子の磁化を変化させるように応答する。ナノ粒子の磁化を変化させることによって、受信コイルの各々において時間依存性電圧が誘起される。この電圧は、受信コイルに関連付けられる受信機においてサンプリングされる。受信機によって出力されたサンプルは、記録され、収集データを構成する。データ収集の詳細を制御するパラメータは、「スキャンプロトコル」を構成する。
【０００５】
画像再構成として参照される画像生成の第２のステップにおいて、第１のステップで収集されたデータから画像が計算され、すなわち再構成される。この画像は、視野範囲内の磁性ナノ粒子の位置依存性の濃度（磁化の程度）に対するサンプリングされた近似値を表すような３Ｄデータの離散的なアレイである。再構成は、適切なコンピュータ・プログラムを実行するコンピュータによって一般的に実施される。コンピュータとコンピュータ・プログラムとによって、再構成アルゴリズムが実現される。再構成アルゴリズムは、データ収集の数学モデルに基づいている。全ての再構成イメージング方法と同様に、このモデルは、取得した収集データに作用する積分演算子として定式化することができ、再構成アルゴリズムは、可能な限り、モデルの動作を取り消す(undo)ようにする。
【０００６】
このようなＭＰＩ装置及び方法は、それら装置及び方法が、任意の検査対象物、例えば人体を、非破壊の方法で且つ高い空間分解能で検査するとともに、検査対象物の表面に近接させ、表面から離れさせることの両方で検査するために使用することができるという利点を有する。このような装置及び方法は、一般的に知られており、特許文献１及び非特許文献１に最初に記載されており、これらの特許文献１及び非特許文献１はまた、再構成原理を一般的に説明している。これらの刊行物に記載されている磁性粒子イメージング（ＭＰＩ）のための装置及び方法は、小さな磁性粒子の非線形磁化曲線を利用している。
【０００７】
ＭＲＩスキャナと比較して、ＭＰＩスキャナでは、傾斜磁場（すなわち、選択磁場）は、視野範囲が、より低い磁場強度（例えば、ＦＦＰ）を有する第１のサブ領域とより高い磁場強度を有する第２のサブ領域とを含むように磁場強度の空間分布で生成されており、ここで、より低い磁場強度は、第１のサブ領域に位置する磁性粒子の磁化が不飽和であるように適合されており、そして、より高い磁場強度は、第２のサブ領域に位置する磁性粒子の磁化が飽和されるように適合されている。磁性粒子の磁化特性曲線の非線形性に起因して、磁化、従って磁性粒子によって生成される磁場は、例えば、検出コイルによって検出することができるようなより高い高調波を示す。評価した信号（より高い高調波の信号）は、磁性粒子の空間分布に関する情報を含んでおり、例えば、医用撮像のために、磁性粒子の空間分布を視覚化するために及び／又は他の用途のために、再び使用することができる。
【０００８】
従って、ＭＰＩ装置及びこの方法は、例えば局所的磁気共鳴（ＬＭＲ）又は核磁気共鳴（ＮＭＲ）等の他の公知の従来の医療用イメージング技術とは異なる新たな物理的原理（すなわち、ＭＰＩとして参照される原理）に基づいている。具体的には、この新しいＭＰＩ原理は、ＬＭＲ及びＮＭＲとは対照的に、陽子の磁気共鳴特性に基づく材料の影響を利用するのではなく、むしろ磁化特性曲線の非線形性を利用することによって、磁性材料（磁性粒子）の磁化を直接検出することに基づいている。具体的には、ＭＰＩ技術は、不飽和磁化の状態から飽和磁化の状態へ磁化が変化する領域において、磁化特性曲線の非線形性からもたらされるような生成された磁気信号のより高い高調波を利用している。
【０００９】
上述したように、ＭＰＩは、磁性粒子分布の３Ｄ画像を提供する。解剖学的参照のため、ＭＰＩスキャナを用いるＭＲＩは、非常に所望されており、このＭＰＩスキャナを用いるＭＲＩは、標準的な傾斜符号化スキームが適用される場合に、大幅に簡略化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０，１５１，７７８号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Gleich,  B.  and  Weizenecker,  J  (2005),  “Tomographic  imaging  using  the  nonlinear  response  of  magnetic  particles”  in  Nature,  vol.  435,  pp.  1214-1217
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、視野範囲内の磁性粒子に影響を及ぼす及び／又は磁性粒子を検出するための磁性粒子イメージングモードでの動作、及び磁気共鳴イメージングモードでの動作のための装置及びこの方法を提供することである。本発明の更なる目的は、この方法を実行するための対応するコンピュータ・プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様において、視野範囲内の磁性粒子に影響を及ぼす及び／又は磁性粒子を検出するための磁性粒子イメージングモードでの動作、及び磁気共鳴イメージングモードでの動作のための装置であって、当該装置は、
選択磁場信号生成ユニットと、あるパターンを有する選択磁場をその磁場強度の空間内において生成するための選択磁場コイルとを有する選択手段であって、磁性粒子の磁化が不飽和であるような低磁場強度を有する第１のサブ領域と、磁性粒子の磁化が飽和するようなより高い磁場強度を有する第２のサブ領域とが、視野範囲内に形成される、選択手段と、
駆動磁場信号生成ユニットと、駆動磁場によって視野範囲内の２つのサブ領域の空間の位置を変化させるための駆動磁場コイルであって、それによって、磁性粒子の磁化が局所的に変化する、駆動磁場コイルと、を有する駆動手段と、
集束磁場信号生成ユニットと、集束磁場によって視野範囲の空間内の位置を変化させるための集束磁場コイルユニットと、を有する集束磁場手段と、を含み、
集束磁場コイルユニットは、集束磁場成分を異なる方向に生成するように構成された少なくとも６つの集束磁場コイルを備えており、第１セットの少なくとも３つの集束磁場コイルが、視野範囲の第１の側に配置されており、第２セットの少なくとも３つの集束磁場コイルが、第１の側に対向する視野範囲の第２の側に配置されている、ことを提示する。
【００１４】
本発明の態様において、対応する方法は、このような装置を作動させるために提示され、本方法は：
ｉ）磁性粒子イメージングモードで装置を作動させるために、
実質的に一様な集束磁場を集束磁場コイル同士の間に生成させるために、視野範囲の異なる側に対向して配置された異なるセットからなる２つの集束磁場コイルに、反対方向の集束磁場用電流を提供するステップと、
あるパターンを有する選択磁場をその磁場強度の空間内に生成させるために、選択磁場コイルに選択磁場用電流を提供するステップであって、磁性粒子の磁化が不飽和であるような低磁場強度を有する第１のサブ領域と、磁性粒子の磁化が飽和するようなより高い磁場強度を有する第２のサブ領域とが、視野範囲内に形成される、提供するステップと、を含み、
ｉｉ）磁気共鳴イメージングモードで装置を作動させるために、
傾斜磁場を集束磁場コイル同士の間に生成させるために、視野範囲の異なる側に対向して配置された異なるセットからなる２つの集束磁場コイルに、同一方向の傾斜磁場用電流を提供するステップと、
一様な定常磁場又は、前分極磁場及びバイアス磁場のいずれかを生成させるために、選択磁場コイルに一様な磁場用電流を提供するステップと、を含む。
【００１５】
本発明の更なる態様において、視野範囲内の磁性粒子に影響を及ぼす及び／又は磁性粒子を検出するための磁性粒子イメージングモードでの動作、及び磁気共鳴イメージングモードでの動作のための別の装置が提示され、この別の装置は：
選択磁場信号生成ユニットと、あるパターンを有する選択磁場をその磁場強度の空間内において生成するための選択磁場エレメントとを有する選択手段であって、磁性粒子の磁化が不飽和であるような低磁場強度を有する第１のサブ領域と、磁性粒子の磁化が飽和するようなより高い磁場強度を有する第２のサブ領域とが、視野範囲内に形成される、選択手段と、
駆動磁場信号生成ユニットと、駆動磁場によって視野範囲内の２つのサブ領域の空間の位置を変化させるための駆動磁場コイルユニットであって、それによって、磁性粒子の磁化が局所的に変化する、駆動磁場コイルユニットと、を有する駆動手段と、を含み、
駆動磁場コイルユニットは、駆動磁場成分を異なる方向に生成するように構成された少なくとも６つの駆動磁場コイルを有しており、第１セットの少なくとも３つの駆動磁場コイルが、視野範囲の第１の側に配置されおり、第２セットの少なくとも３つの集束磁場コイルが、第１の側に対向する視野範囲の第２の側に配置されている。
【００１６】
本発明の一態様において、このような装置を作動させるための対応する方法が提示されており、当該方法は：
ｉ）磁性粒子イメージングモードで装置を作動させるために、
実質的に一様な駆動磁場を駆動磁場コイル同志の間に生成させるために、視野範囲の異なる側に対向して配置された異なるセットからなる２つの駆動磁場コイルに、反対方向の駆動磁場用電流を提供するステップと、
あるパターンを有する選択磁場をその磁場強度の空間内に生成させるために、選択磁場コイルに選択磁場用電流を提供するステップであって、磁性粒子の磁化が不飽和であるような低磁場強度を有する第１のサブ領域と、磁性粒子の磁化が飽和するようなより高い磁場強度を有する第２のサブ領域とが、視野範囲内に形成される、提供するステップと、を含み、
ｉｉ）磁気共鳴イメージングモードで装置を作動させるために、
傾斜磁場を駆動磁場コイル同士の間に生成させるために、視野範囲の異なる側に対向して配置された異なるセットからなる２つの駆動磁場コイルに、同一方向の傾斜磁場用電流を提供するステップと、
一様な定常磁場又は、前分極磁場及びバイアス磁場のいずれかを生成させるために、選択磁場コイルに一様な磁場用電流を提供するステップと、を含む。
【００１７】
さらに、本発明の一態様において、コンピュータ・プログラムは、このコンピュータ・プログラムがコンピュータ上で実行されるときに、コンピュータに本発明に従って提供された装置を制御するために実行させて、本発明に従って提供されたような動作のための方法ステップを実施するためのプログラムコード手段を含んで提示される。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態が、従属請求項に規定されている。なお、特許請求の範囲に記載の方法及び特許請求の範囲に記載のコンピュータ・プログラムは、特許請求の範囲に記載の装置及び従属請求項で規定されるような、同様の及び／又は同一の好ましい実施形態を有していることを理解されたい。
【００１９】
本発明は、従来型ＭＰＩスキャナの集束磁場コイル及び／又は駆動磁場コイルのいずれかを、多数の様々に配置された集束磁場コイル及び／又は駆動磁場コイルに置き換えるという考えに基づいている。この置換は、従来から使用されていた集束磁場コイル及び／又は駆動磁場コイルの少なくとも２つのペアについて実施される。すなわち、２ペアの従来の集束磁場コイルは、少なくとも６つの集束磁場コイルのグループで置換される、及び／又は２ペアの従来の駆動磁場コイルは、６つの駆動磁場コイルのグループで置換される。それぞれ３つの集束磁場又は駆動磁場コイルのセットからなるそれぞれのコイルは、（従来の配列におけるペアの２つのコイルと同様に）視野範囲の異なる側（対向する側）に配置されており、例えば、視野範囲の上下方向に配置されている。好ましくは、視野範囲の両側に配置された２セットのコイルは、実質的に互いに対向している。すなわち、それぞれのコイルの巻数によってカバーされる領域は、実質的に互いに反対向きに配置されている。
【００２０】
このように、ＭＰＩモードとＭＲＩモードとの両方について所望の本質的な磁場を前記コイル（集束磁場コイル又は駆動磁場コイル）によって生成することができる。具体的には、ＭＰＩモードにおいて、実質的に一様な磁場が生成される一方、ＭＲＩモードにおいて、傾斜磁場は、集束磁場コイル又は駆動磁場コイルのそれらのセットによってそれぞれ生成される。従って、同一のコイルは、公知のＭＰＩ装置又は公知のＭＲＩ装置いずれかでは不可能であったような、それらのコイルに異なる電流を提供することで、両方のモードで使用することができる。
【００２１】
集束磁場コイルはまた、例えば、従来のＭＲＩ装置で使用されるような標準的な傾斜コイルでは不可能な、従ってＭＰＩモードにおいて集束磁場コイルとして単に使用することができないような、関連視野範囲をカバーするために１００ミリテスラ（ｍＴ）を超える十分に強い磁場を生成することができる。駆動磁場コイルはまた、従来のＭＲＩ装置で使用されるような標準的な傾斜コイルでは不可能な、従ってＭＰＩモードにおいて駆動磁場コイルとして単に使用することができないような、例えば２０ｋＨｚを超過する周波数で１５ｍＴを超える十分に強い磁場を生成することができる。
【００２２】
また、本発明に従った装置に提供された選択磁場コイルは、両方のモードについて、所望の磁場を生成するために使用することができる。具体的には、ＭＰＩモードにおいて、実質的に無磁場点を有する傾斜磁場が生成される一方、ＭＲＩモードにおいて、一様な定常磁場（いわゆる、古典的なＭＲＩのＢ０磁場）又は、（前分極ＭＲＩ用の）前分極磁場及びバイアス磁場のいずれかは、それらの選択磁場コイルによって生成される。
【００２３】
ＭＲＩモードにおいて、ＲＦパルスを生成するために及びＭＲ信号を受信するために、装置の様々なコイルを一般に使用することができ、具体的には、視野範囲の中を通ってＦＦＰを移動させるために、ＭＰＩモードにおいてＭＰＩ信号を受信するために使用される受信コイル、又はＭＰＩモードにおいて一般に使用される駆動磁場コイルが使用される。あるいはまた、別個のコイルが、これらの目的のために提供することができる。
【００２４】
提案された装置が作動するモードに依存して、適切な電流が、様々なコイルに供給される。集束磁場信号生成ユニットと、選択磁場生成ユニットとは、特に、上記で規定した装置を作動させるために必要な電流を生成するため、同様に適合されている。
【００２５】
好ましい実施形態では、各セットの集束磁場コイルのうちの少なくとも３つの集束磁場コイルが、それぞれの集束磁場コイル平面層に実質的に配置されている。ここでは、集束磁場コイル平面は、（集束磁場コイル）平面に直交する方向に集束磁場コイルを拡張させることに実質的に対応する一定の厚さを有する一種の層として理解されるべきである。換言すれば、集束磁場コイルは、（集束磁場コイル）平面に実質的に配置されており、異なる平面に配置されておらず及び／又は（集束磁場コイル）平面から異なる距離に配置されていない。この配列は、集束磁場コイルの簡便な機械的配列を提供するとともに、集束磁場コイルによって生成された磁場を容易に計算／予測することができる。
【００２６】
別の実施形態によれば、異なるセットからなるそれぞれの２つの集束磁場コイルが、実質的に同一の対称軸を有する集束磁場コイルのペアを形成し、ここで、異なるペアの対称軸は、視野範囲に関して異なる位置に配置されるとともに互いに略平行に配置される。それぞれのセットの少なくとも３つの集束磁場コイルは、例えば、等辺三角形の３つの角部に実質的に配置されており、すなわち、生成された磁場を算出／予測することをさらに容易にするように規則的なグリッド上に配置されている。各セットが４つの集束磁場コイルの場合には、それら集束磁場コイルは、例えば、矩形の四隅に配置してもよい。
【００２７】
好ましくは、本実施形態では、集束磁場コイルユニットは、少なくとも８つの集束磁場コイルを備えており、この８つの集束磁場コイルは、各々が２ペアの集束磁場コイルを有する２つの集束磁場コイルサブユニットに割り当てられており、２つの集束磁場コイルサブユニットの８つの集束磁場コイルは、視野範囲の異なる側に配置されており、４ペアの各々の２つのそれぞれのコイルは、実質的に互いに対向している。これは、ＭＰＩモードにおいて、２つの方向に傾斜磁場の生成を可能にし、ＭＲＩモードにおいて、２つの異なる方向に一様な磁場の生成を可能にする。この実施形態は、従来のＭＰＩスキャナの集束磁場コイル及び／又は駆動磁場コイルのいずれかを、集束磁場コイル及び／又は駆動磁場コイルのペアに分割するという考えに基づいている。この分割は、従来から使用されている集束磁場コイル及び／又は駆動磁場コイルの少なくとも一つのペアについて実施される。すなわち、１ペアの従来の集束磁場コイルが、４つの集束磁場コイルのグループ（以降、「集束磁場コイルサブユニット」と呼称する）で置き換えられており、及び／又は１ペアの従来の駆動磁場コイルが、４つの駆動磁場コイルのグループ（以降、「駆動磁場コイルサブユニット」と呼称する）で置き換えられている。グループ（「サブユニット」）のそれぞれのコイルは、視野範囲の異なる側（従来の配列における１ペアの２つのコイルと同様に）に配置されており、さらに、視野範囲の両側に配置された２つのコイルは、互いに実質的に対向するようにさらに配置されている。すなわち、それぞれのコイルの巻数によってカバーされる領域は、実質的に互いに対向して配置されている。
【００２８】
その結果、このような装置の実施形態を動作させる方法は：
ｉ）磁性粒子イメージングモードで装置を作動させるために、
実質的に一様な駆動磁場を駆動磁場コイル同士の間に生成させるために、視野範囲の異なる側に対向して配置された異なるセットからなる２つの駆動磁場コイルに、反対方向の駆動磁場用電流を提供するステップと、
選択磁場を生成させるために、選択磁場コイルに選択磁場用電流を提供するステップと、を含み、
ｉｉ）磁気共鳴撮像モードで装置を作動させるために、
傾斜磁場を駆動磁場コイル同士の間に生成させるために、視野範囲の異なる側に対向して配置された異なるセットからなる２つの駆動磁場コイルに、同一方向の傾斜磁場用電流を提供するステップと、
一様な定常磁場又は、前分極磁場及びバイアス磁場のいずれかを生成させるために、選択磁場コイルに一様な磁場用電流を提供するステップと、を含む。
【００２９】
従って、このような装置はＭＰＩモードで動作される実施形態において、集束磁場信号生成ユニットは、実質的に一様な集束磁場を集束磁場コイル同士の間に生成させるために、集束磁場コイルサブユニットの各ペアの集束磁場コイルの２つの集束磁場コイルに、反対方向の集束磁場用電流を提供するように構成されており、選択磁場生成ユニットは、選択磁場を生成させるために、選択磁場コイルに選択磁場用電流を提供するように構成されている。さらに、装置がＭＲＩモードで作動されるときに、集束磁場信号生成ユニットは、集束磁場コイルサブユニットの各ペアの集束磁場コイルの２つの集束磁場コイルに、同じ方向の傾斜磁場用電流を提供するように構成されており、ここで、第１ペアの２つの集束磁場コイルは、傾斜磁場を集束磁場コイル同士の間に生成させるために、第２ペアの２つの集束磁場コイルとは異なる方向の傾斜磁場用電流が提供されている。また、この実施形態では、選択磁場生成ユニットは、古典的なＭＲＩの一様な定常磁場又は、前分極ＭＲＩ用の前分極磁場（及び、好ましくは、バイアス磁場）のいずれかを生成させるために、選択磁場コイルに一様な磁場用電流を提供するように構成されている。
【００３０】
各２ペアの集束磁場コイルからなる４つの集束磁場コイルは、実質的にそれぞれの集束磁場コイル層に配列されており、ここで、２つのそれぞれの集束磁場コイル層が、好ましい実施形態では、実質的に互いに直交して配置されている。上述したように、集束磁場コイルの規則的な配列によって、生成された磁場を容易に計算／予測することができる。また、集束磁場コイルの機械的配列が容易になる。
【００３１】
さらに、ある実施形態では、２つの集束磁場コイルサブユニットの各々の２つのそれぞれの集束磁場コイルは、それぞれの集束磁場コイル平面に配置されており、ここで、２つのそれぞれの集束磁場コイル平面は、視野範囲の異なる側に互いに略平行に配置されている。従って、第１の集束磁場コイル平面において、第１のサブユニットの２つの集束磁場コイルと第２のサブユニットの２つの集束磁場コイルとが配置される一方、他の４つの集束磁場コイルが、別の集束磁場コイル平面に配置される。好ましくは、これらの２つの集束磁場コイル平面は、２つのそれぞれの集束磁場コイル層に垂直に配置されている（上で説明したように、各層が、好ましくは、サブユニットの全ての４つの集束磁場コイルを含む）。
【００３２】
例えば、第１の集束磁場コイルサブユニットの４つの集束磁場コイルが、（デカルト座標系の）ｘｚ平面に平行な集束磁場コイル層に配置されており、且つ第２の集束磁場コイルサブユニットの４つの集束磁場コイルが、ｙｚ平面に平行な集束磁場コイル層に配置されている場合に、この実施形態の２つの集束磁場コイル平面は、ｘｙ平面に平行に配置されている。従って、好ましくは、全ての集束磁場コイルの非常に規則的な配列が、本実施形態によって達成される。
【００３３】
有利には、１ペアの集束磁場コイルを有する第３の集束磁場コイルサブユニットが、提供されており、２つの集束磁場コイルは、実質的に互いに対向している。一般に、選択磁場コイルはまた、一様な磁場を第３の方向に生成させるために、第３の集束磁場コイルサブユニットとして使用することができるが、別個の集束磁場コイルは、好ましくは、この実施形態のこの目的のために提供されている。これらの集束磁場コイルは、好ましくは、上記で参照した２つのそれぞれの集束磁場コイル平面に略平行に配置されている。代替として、当然のことながら、第３の集束磁場コイルユニットはまた、上述した他の集束磁場コイルサブユニットと全く同様の４つの集束磁場コイルを含んでもよい。第３の集束磁場コイルサブユニットのこれらの４つの集束磁場コイルは、次に、第１の及び第２のサブユニットの集束磁場コイルが配置された他の集束磁場コイル層に直交に配置された集束磁場コイル層に配置されることになる。
【００３４】
集束磁場コイルの形態について、様々な実施形態が使用可能である。具体的には、ほんの一例を与えるために、集束磁場コイルは、共通軸の周りに巻回された、例えば円形の形状を有するリングコイルの形態として配置されてもよい。巻線は、共通平面に円形又は螺旋状に配置され得るか、又はソレノイドの形態として配置されてもよい。好ましくは、ある実施形態では、集束磁場コイルは、実質的にＤ字形状を有しており、ここで、異なるペアからなるそれぞれの２つの集束磁場コイルの直線状アームが、互いに隣接している（ただし、短い距離だけ離されている）。このように、それら集束磁場コイルが、互いに近接して配置されるとともに、集束磁場コイル同士の間の中心領域に非常に一様な磁場を生成することができる。
【００３５】
さらに、ある実施形態において、装置は、少なくとも１つの受信ユニットと、検出信号を取得するための少なくとも一つの受信コイルとを備える受信手段を有しており、検出信号が、視野範囲の磁化に依存し、磁化が、第１の及び第２のサブ領域の空間の位置の変化によって影響を受ける。検出信号を用いて、例えば、視野範囲内の磁性粒子の局所的分布の情報は、視野範囲に位置する患者の身体部分の解剖学的情報を導出するために使用することができる。
【００３６】
上述の様々な実施形態において、特に、集束磁場コイルの配列や形態について説明されている。同様のあるいは同一の実施形態は、集束磁場コイルの代わりに又はこの集束磁場コイルに加えて、駆動磁場コイルが、本発明の態様において上述したように提供され且つ配置された場合に、駆動磁場コイルの配列や形態のために存在する。簡単に言うと、上述した実施形態において、用語「集束磁場」は、形式を変更することにより、形式を変更するというよりはむしろ、形式を変更することに加えて公知の装置と比較した駆動磁場コイルの数及び／又は配列を変更することにより、集束磁場コイルの数及び／又は配置を変更することにより、上述した考えを利用する装置のための様々な実施形態を理解するために、「駆動磁場」に置き換えることができる。
【００３７】
好ましい実施形態では、駆動磁場コイルユニットは、３つの駆動磁場コイルサブユニットを有しており、ここで、
少なくとも１つの駆動磁場コイルサブユニットが、駆動磁場成分を第１の方向に生成するように構成された１ペアの駆動磁場コイルを有しており、且つ
他の２つの駆動磁場コイルサブユニットが、駆動磁場成分を２つの更なる方向に生成するように構成された少なくとも６つの駆動磁場コイルを一緒に有する。
【００３８】
その結果、装置のこのような実施形態を動作させる方法は以下の工程を含み：
ｉ）磁性粒子イメージングモードで装置を作動させるために、
実質的に一様な駆動磁場を駆動磁場コイル同士の間に生成させるために、駆動磁場コイルサブユニットの各ペアの駆動磁場コイルの２つの駆動磁場コイルに、反対方向の駆動磁場用電流を提供するステップと、
選択磁場を生成させるために、選択磁場コイルに選択磁場用電流を提供するステップと、を含み、
ｉｉ）磁気共鳴イメージングモードで装置を作動させるために、
駆動磁場コイルサブユニットの各ペアの駆動磁場コイルの２つの駆動磁場コイルに、同一方向の傾斜磁場用電流を提供するステップであって、ここで、第１ペアの２つの駆動磁場コイルは、傾斜磁場を駆動磁場コイル同士の間に生成させるために、第２ペアの２つの駆動磁場コイルと異なる方向の傾斜磁場用電流が提供される、前記提供するステップと、
一様な定常磁場又は、前分極磁場及びバイアス磁場のいずれかを生成させるために、選択磁場コイルに一様な磁場用電流を提供するステップを含む。
【００３９】
また、ある実施形態では、少なくとも１つの駆動磁場コイルサブユニットのうちの２ペアの駆動磁場コイルの４つのコイルは、実質的に共通のコイル層に配置されている。
【００４０】
更なる実施形態では、少なくとも１つの駆動磁場コイルサブユニットのうちの各２ペアの駆動磁場コイルの各２つのコイルは、実質的に同一の対称軸を有しており、ここで、２ペアの対称軸は、視野範囲の両側に実質的に平行に配置されている。
【００４１】
各々が２ペアの駆動磁場コイルを有する２つの駆動磁場コイルサブユニットの更なる実施形態において、２つの駆動磁場コイルサブユニットの８つのコイルは、視野範囲の異なる側に配置されており、４つのペアの各々の２つのコイルは、実質的に互いに対向する。
【００４２】
更なる実施形態において、２つの駆動磁場コイルサブユニットのうちの各２ペアの駆動磁場コイルの４つのコイルは、それぞれのコイル層に実質的に配置されており、ここで、２つのそれぞれのコイル層が、互いに実質的に垂直に配置されている。
【００４３】
更なる実施形態において、２つの駆動磁場コイルサブユニットの各々の２つのそれぞれのコイルは、それぞれのコイル平面に配置されており、ここで、２つのそれぞれのコイル平面が、視野範囲の異なる側に実質的に平行に配置されている。
【００４４】
更なる実施形態において、２つのそれぞれのコイル平面が、２つのそれぞれのコイル層に対して垂直に配置されている。
【００４５】
更なる実施形態において、第３の駆動磁場コイルサブユニットが、１ペアの駆動磁場コイルを含み、２つの駆動磁場コイルが、実質的に互いに対向している。
【００４６】
更なる実施形態において、第３の駆動磁場コイルサブユニットの駆動磁場コイルが、２つのそれぞれのコイル平面に対して実質的に平行に配置されている。
【００４７】
更なる実施形態において、駆動磁場信号生成ユニットは、実質的に一様な駆動磁場を駆動磁場コイルサブユニットのコイル同士の間に生成させるために、少なくとも１つの駆動磁場コイルサブユニットのうちの各ペアの駆動磁場コイルの２つの駆動磁場コイルに、反対方向の駆動電流を提供するように構成されている。
【００４８】
駆動磁場信号生成ユニットは、少なくとも１つの駆動磁場コイルサブユニットのうちの各ペアの駆動磁場コイルの２つの駆動の磁場コイルに、同一方向の駆動電流を提供するように構成されており、ここで、第１ペアの２つの駆動磁場コイルは、傾斜駆動磁場を駆動磁場コイルサブユニットのコイル同士の間に生成させるために、第２ペアの２つの駆動磁場コイルとは異なる方向の駆動電流を提供する。
【００４９】
実施形態において、駆動磁場コイルは、略Ｄ字形状を有しており、ここで、異なるペアのそれぞれの２つの駆動磁場コイルの直線アームが、互いに隣接している。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ＭＰＩ装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１に示されるような装置によって生成される選択磁場パターンの一例を示す図である。
【図３】ＭＰＩ装置の第２の実施形態を示す図である。
【図４】本発明に従った装置のブロック図を示す。
【図５ａ】本発明に従って提案されるようなコイルの配列についての実施形態を示す図である。
【図５ｂ】本発明に従って提案されるようなコイルの配列についての実施形態を示す図である。
【図５ｃ】本発明に従って提案されるようなコイルの配列についての実施形態を示す図である。
【図６ａ】本発明に従った装置の第１の実施形態を示す図である。
【図６ｂ】本発明に従った装置の第１の実施形態を示す図である。
【図７ａ】本発明に従って提案されるようなコイルを用いたＭＰＩモードにおける一様な磁場の生成を例示する図である。
【図７ｂ】本発明に従って提案されるようなコイルを用いたＭＰＩモードにおける一様な磁場の生成を例示する図である。
【図７ｃ】本発明に従って提案されるようなコイルを用いたＭＰＩモードにおける一様な磁場の生成を例示する図である。
【図７ｄ】本発明に従って提案されるようなコイルを用いたＭＰＩモードにおける一様な磁場の生成を例示する図である。
【図７ｅ】本発明に従って提案されるようなコイルを用いたＭＰＩモードにおける一様な磁場の生成を例示する図である。
【図８ａ】本発明に従って提案されるようなコイルを用いたＭＲＩモードにおける傾斜磁場の生成を例示する図である。
【図８ｂ】本発明に従って提案されるようなコイルを用いたＭＲＩモードにおける傾斜磁場の生成を例示する図である。
【図８ｃ】本発明に従って提案されるようなコイルを用いたＭＲＩモードにおける傾斜磁場の生成を例示する図である。
【図８ｄ】本発明に従って提案されるようなコイルを用いたＭＲＩモードにおける傾斜磁場の生成を例示する図である。
【図８ｅ】本発明に従って提案されるようなコイルを用いたＭＲＩモードにおける傾斜磁場の生成を例示する図である。
【図９】本発明に従った装置の第２の実施形態を示す図である。
【図１０ａ】本発明に従って提案されるようなコイルの配列についての更なる実施形態を示す図である。
【図１０ｂ】本発明に従って提案されるようなコイルの配列についての更なる実施形態を示す図である。
【図１１】本発明に従った装置の第３の実施形態を示す図である。
【図１２ａ】本発明に従って提案されるようなコイルの配列についての更なる実施形態を示す図である。
【図１２ｂ】本発明に従って提案されるようなコイルの配列についての更なる実施形態を示す図である。
【図１３ａ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１３ｂ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１３ｃ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１４ａ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１４ｂ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１４ｃ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１５ａ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１５ｂ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１５ｃ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１６ａ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１６ｂ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１６ｃ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１７ａ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１７ｂ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１７ｃ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１８ａ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１８ｂ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１８ｃ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１９ａ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１９ｂ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図１９ｃ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図２０ａ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図２０ｂ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【図２０ｃ】異なる動作モードにおいて、図１１に示される配列のコイルに、それぞれの電流がどの様に提供されるかを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に説明する実施形態（複数可）を参照して説明され、明らかとなろう。
【００５２】
本発明の詳細を説明する前に、磁性粒子イメージングの基礎について、図１〜４を参照して詳細に説明する。具体的には、医療診断用のＭＰＩスキャナの２つの実施形態について説明する。データ収集の非公式な説明も行う。この２つの実施形態の間の類似点と相違点とが指摘される。
【００５３】
図１に示されるＭＰＩスキャナの第１の実施形態１０は、同軸の平行な円形コイルからなる３つのペア１２，１４，１６を有しており、これらのコイルのペアが、図１に例示されるように配置されている。これらのコイルのペア１２，１４，１６は、駆動磁場及び集束磁場と同様に、選択磁場を生成するように機能する。３ペアのコイル１２，１４，１６の軸線１８，２０，２２は、互いに直交しており、ＭＰＩスキャナ１０のアイソセンタ２４に指定された一点で交わっている。また、これらの軸線１８，２０，２２は、アイソセンタ２４に接続された３次元デカルトｘ，ｙ，ｚ座標系の軸線として機能する。垂直軸線２０が、ｙ軸に指定され、ｘ軸とｚ軸とが水平軸線となる。コイルのペア１２，１４，１６は、それらの軸線にちなんで名付けられている。例えば、ｙ軸方向のコイルのペア１４は、スキャナの上部と底部とのコイルによって形成されている。さらに、正（負）のｙ座標を有するコイルが、ｙ＋コイル（ｙ−コイル）と呼称され、残りのコイルについても同様である。より簡便にする場合に、座標軸とコイルとが、ｘ，ｙ，ｚではなく、ｘ１，ｘ２，ｘ３としてラベル付けされる。
【００５４】
スキャナ１０は、これらのコイル１２，１４，１６の各々を通じて所定の時間依存電流を導き(direct)、いずれかの方向を指示するように設定できる。このコイルの軸線に沿って見た場合に、電流がコイルの周囲を時計回りに流れるときに、正の電流と解釈され、それ以外の場合は負の電流と解釈される。静的な選択磁場を生成させるために、一定の正の電流ＩＳは、ｚ＋コイルを通って流れるように構成されており、電流−ＩＳは、ｚ−コイル通って流れるように構成されている。ｚ軸方向のコイルのペア１６は、次に反平行の円形コイルのペアとして機能する。
【００５５】
この実施形態における軸線の配列及び軸線に与えられた命名は一例であり、他の実施形態では異なる可能性があることに留意されたい。例えば、実際の実施形態において、垂直軸線は、大抵の場合、本実施形態のようにｙ軸というよりはむしろｚ軸として考えられている。しかしながら、これは、一般に本発明の装置の機能及び動作と、効果とを変更するものではない。
【００５６】
一般に、傾斜磁場である選択磁場は、図２に磁力線５０として示されている。その磁力線は、選択磁場を生成するような（例えば、水平方向の）ｚ軸方向コイルのペア１６のｚ軸線２２の方向に実質的に一定の傾斜を有しており、このｚ軸線２２上のアイソセンタ２４においてゼロ値に達する。この磁場がゼロになる無磁場点（図２に個別に図示せず）から出発して、選択磁場５０の磁場強度は、無磁場点からの距離が増加するにつれて、３つの全ての空間方向において増加する。アイソセンタ２４の周囲に点線で示されている第１のサブ領域すなわち領域５２において、磁場強度は非常に小さく、第１のサブ領域５２に存在する粒子の磁化が不飽和であることを示すが、第２のサブ領域５４（領域５２の外側）に存在する粒子の磁化が飽和であることを示す。第２のサブ領域５４（すなわち、第１のサブ領域５２の外側におけるスキャナの視野範囲２８の残余部分）において、選択磁場の磁場強度が、磁性粒子を飽和した状態に保持するのに十分な強さを有している。
【００５７】
視野範囲２８内の（無磁場点を含む）２つのサブ領域５２，５４の位置を変化させることによって、視野範囲２８内の（全体的な）磁化が変化する。視野範囲２８内の磁化又は磁化によって影響を受ける物理的パラメータを決定することによって、視野範囲２８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。視野範囲２８内の（無磁場点を含む）２つのサブ領域５２，５４の相対的な空間位置を変化させるために、更なる磁場、すなわち、駆動磁場と、該当する場合は集束磁場とが、選択磁場５０に重畳される。
【００５８】
駆動磁場を生成させるために、時間依存電流ＩＤ１が、両方のｘ軸方向コイル１２を通じて流れ、時間依存電流ＩＤ２が、両方のｙ軸方向コイル１４を通じて流れ、及び時間依存電流ＩＤ３が、両方のｚ軸方向コイル１６を通じて流れるように構成されている。こうして、３ペアのコイルの各々は、平行な円形コイルのペアとして機能する。同様に、集束磁場を生成させるために、時間依存電流ＩＦ１が、両方のｘ軸方向コイル１２を通じて流れ、時間依存電流ＩＦ２が、両方のｙ軸方向コイル１４を通じて流れ、時間依存電流ＩＦ３が、両方のｚ軸方向コイル１６を通じて流れるように構成されている。
【００５９】
ｚ軸方向コイルのペア１６が、特殊であることに留意すべきであり、このｚ軸方向コイルのペア１６は、相応の駆動磁場及び集束磁場を生成するだけでなく、選択磁場も生成する（当然のことながら、他の実施形態では、別個のコイルが提供されてもよい）。ｚ±コイルを通じて流れる電流は、ＩＤ３＋ＩＦ３±ＩＳである。残りの２ペアのコイル１２，１４を通じて流れる電流は、ＩＤｋ＋ＩＦｋであり、ここで、ｋ＝１，２である。それらの形状及び対称性のために、３ペアのコイル１２，１４，１６が、十分に分離されている。そして、この分離が望まれている。
【００６０】
反平行の円形コイルのペアによって磁場が生成されると、選択磁場は、ｚ軸の周りに回転対称となり、そのｚ成分は、アイソセンタ２４の周りのかなりの領域(volume)においてｚ軸においてほぼ線形であり、且つｘ成分とｙ成分とから独立している。具体的には、選択磁場は、アイソセンタにおいて単一の無磁場点（ＦＦＰ）を有している。対照的に、平行な円形コイルのペアによって生成された駆動磁場及び集束磁場への寄与によって、アイソセンタ２４の周りにかなりの領域(volume)の空間的にほぼ一様な磁場となり、それぞれのコイルのペアの軸線に平行となる。３つの平行な円形コイルのペアの全てによって共同して生成された駆動磁場と集束磁場とは、空間的にほぼ一様であるとともに、ある程度の最大強度まで、任意の方向に任意の強度を与えることができる。駆動磁場と集束磁場とはまた、時間依存性である。集束磁場と駆動磁場との相違は、集束磁場が時間的に徐々に変化するとともに大きな振幅を有する一方、駆動磁場は、急速に変化するとともに小さな振幅を有することである。これらの集束磁場と駆動磁場とを異なるように取り扱う物理的な及び生物医学的な理由が存在する。大きな振幅を有する磁場を急速に変化させることは、そのような磁場を生成することが困難であり、患者への潜在的な危険性を有することになる。
【００６１】
実際の実施形態では、ＦＦＰは、磁場がゼロであると仮定される数学的な点として考えることができる。磁場強度は、ＦＦＰからの距離が増加すると増加し、ここで、増加率は、様々な方向（例えば、装置の特定のレイアウトに依存する）について異なることがある。磁場強度が、磁性粒子を飽和状態にさせるために必要な磁場強度を下回る限り、磁性粒子は、装置によって測定された信号の信号生成に積極的に寄与し、そうでない場合には、磁性粒子が飽和されるとともに、いかなる信号も生成しない。
【００６２】
ＭＰＩスキャナの実施形態１０は、ｘ，ｙ，ｚ軸線に沿って再び向き合わせされた少なくとも一つの更なるペア、好ましくは更なる３つのペアの平行な円形コイルを有する。図１には示されていないこれらのコイルのペアは、受信コイルとして機能する。駆動磁場及び集束磁場用のコイルのペア１２，１４，１６と同様に、これらの受信コイルのペアのうちの１つを通じて流れる一定電流によって生成される磁場は、視野範囲内において空間的にほぼ一様であり、且つそれぞれのコイルのペアの軸線に対して平行である。受信コイルは、十分に切り離されるように想定されている。受信コイルに誘起される時間依存性電圧が、この受信コイルに取り付けられた受信機によって増幅されるとともにサンプリングされる。より正確には、この信号の広範なダイナミックレンジに対処するために、受信機が、受信信号と基準信号との差異をサンプルリングする。受信機の変換関数は、ゼロヘルツ（「ＤＣ」）から期待される信号レベルがノイズレベルを下回る周波数まで非ゼロである。
【００６３】
図１に示されるＭＰＩスキャナの実施形態１０は、ｚ軸線２２に沿った、すなわち選択磁場の軸線に沿った円筒穴２６を有している。全てのコイルは、この円筒穴２６の外側に配置されている。データ収集のために、画像化するべき患者（又は対象物）は、撮像される患者（又は対象物）のボリュームである患者の関心領域(volume  of  interest)が、スキャナが画像化できるような容積のスキャナのボリュームであるスキャナの視野範囲２８によって囲まれるように円筒穴２６内に配置されている。患者（又は対象物）は、例えば、患者用テーブル上に置かれる。視野範囲２８は、円筒穴２６の内部の幾何学的に単純な、立方体、球、円柱又は任意の形状等のアイソセントリック・ボリュームとなる。立方体の視野範囲２８が、図１に例示されている。
【００６４】
第１のサブ領域５２の大きさは、選択磁場の傾斜の強度と、飽和に必要な磁場の磁場強度とに依存し、同様に磁性粒子に依存する。８０Ａ／ｍの磁場強度における典型的な磁性粒子の十分な飽和と、５０×１０３Ａ／ｍ２に相当する選択磁場の磁場強度の傾斜（所定の空間方向における）とについて、磁性粒子の磁化が不飽和である第１のサブ領域５２は、（所定の空間方向に）約１ｍｍの寸法を有している。
【００６５】
患者の関心領域が、磁性ナノ粒子を含むことを想定している。例えば、腫瘍の画像診断の前に、磁性粒子は、例えば、患者の身体（対象物）内に注入又はその他の方法で、例えば経口的に患者に投与されるように磁性粒子を含む液体を用いて関心領域にもたらされる。
【００６６】
一般的には、磁性粒子を視野範囲内にもたらすための様々な方法が存在する。具体的には、磁性粒子が身体に導入される患者の場合には、磁性粒子は、外科的方法及び非外科的方法を用いて投与され、また、（医師等の）専門家を必要とする方法と、例えば素人又は当業者又は患者自身によって行うことができるような専門家を必要としない方法との両方が存在する。外科的な方法の中で、例えば、造影剤を血管内に注入するような侵襲的なステップを含む（このような注入は、全て手術方法として考慮される）ような潜在的に非危険性の及び／又は安全なルーチンの治療介入が存在する。すなわち、実施するためにかなりの医療専門家の専門知識を必要とせず、且つ深刻な健康リスクを伴わない治療介入が存在する。また、嚥下又は吸入のような非外科的方法を適用することができる。
【００６７】
一般的に、磁性粒子は、データ収集の実際のステップが実施される前に、予め送達されるか、予め投与される。しかしながら、実施形態では、更なる磁性粒子が、視野範囲内に送達／投与することも可能である。
【００６８】
磁性粒子の一実施形態は、例えば５ｎｍの厚さを有するとともに例えば鉄−ニッケル合金（例えば、パーマロイ）からなる軟磁性層が提供された例えばガラスの例えば球状の基体を含む。この層は、例えば、化学的及び／又は物理的に侵攻性の環境、例えば酸に対して磁性粒子を保護する例えば被覆層によって覆われていてもよい。このような磁性粒子の磁化の飽和に必要な選択磁場５０の磁場強度は、例えば磁性層に使用される磁性材料の粒子の直径等の様々なパラメータ、及び他のパラメータに依存する。
【００６９】
例えばこのような磁性粒子が１０μｍの直径を有する場合には、約８００Ａ／ｍ（１ｍＴの磁束密度にほぼ相当する）の磁場が、次に必要とされるが、１００μｍの直径を有する場合には、８０Ａ／ｍの磁場で十分である。より低い飽和磁化を有する材料を被覆することが選択されるか、又は層の厚さを減少させるときに、さらにより小さい値が得られる。
【００７０】
実際には、商品名「Ｒｅｓｏｖｉｓｔ」（又は同様の磁性粒子）で市販されている磁性粒子が大抵の場合に使用され、ここで、この磁性材料は、磁性材料のコアを有しているか、巨大な球体として形成されており、例えば４０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲の直径を有している。
【００７１】
一般に使用可能な磁性粒子と磁性粒子組成物との更なる詳細について、ＥＰ１，３０４，５４２の対応する部分、ＷＯ２００４／０９１３８６，ＷＯ２００４／０９１３９０，ＷＯ２００４／０９１３９４，ＷＯ２００４／０９１３９５，ＷＯ２００４／０９１３９６，ＷＯ２００４／０９１３９７，ＷＯ２００４／０９１３９８，ＷＯ２００４／０９１４０８が本明細書に参照され、参照により本明細書に組み込まれる。これらの特許文献では、一般にＭＰＩ方法の詳細について、同様に説明されている。
【００７２】
データ収集時に、ｘ，ｙ，ｚ軸方向コイルのペア１２，１４，１６は、位置依存性磁場及び時間依存性磁場、印加磁場を生成する。この磁場は、磁場生成コイルを通じて適切な電流を導くことによって達成される。実際には、駆動磁場と集束磁場とは、選択磁場を押しやって、視野範囲のスーパーセット(superset)であるスキャン領域（volume  of  scanning）をトレースするような予め選択されたＦＦＰの軌道に沿ってＦＦＰを移動させる。印加磁場によって、患者の磁性ナノ粒子が配向される。印加された磁場が変化すると、結果として磁化も変化し、磁性ナノ粒子が、印加された磁場に非線形応答する。印加された磁場の変化と磁化の変化との総和が、ｘｋ軸に沿って受信コイルのペアの端子間に時間依存性電圧Ｖｋを誘起させる。関連する受信機は、この電圧Ｖｋを、さらに処理される信号Ｓｋに変換する。
【００７３】
図１に示した実施形態１０と同様に、図３に示されるＭＰＩスキャナの第２の実施形態３０は、円形で互いに直交する３ペアのコイル３２，３４，３６を有するが、これらのコイルのペア３２，３４，３６は、選択磁場及び集束磁場のみを生成する。選択磁場をさらに生成するｚ軸方向コイル３６は、磁性材料３７で充填される。この実施形態３０のｚ軸線４２が、垂直方向に向き合わせされる一方、ｘ軸とｙ軸３８，４０は、水平方向に向き合わせされる。スキャナの穴４６は、ｘ軸線３８に平行であり、従って、選択磁場の軸線４２に垂直となる。駆動磁場は、ｘ軸線３８に沿ったソレノイド（図示せず）によって生成されるとともに、残りの２つの軸線４０，４２に沿ったサドルコイルのペア（図示せず）によって生成される。これらのコイルは、穴を形成する管の周囲に巻回されている。駆動磁場コイルは、受信コイルとしても機能する。
【００７４】
このような実施形態のいくつかの典型的なパラメータを付与するために：選択磁場Ｇのｚ方向傾斜は、Ｇ／μ０＝２．５Ｔ／ｍの強さを有しており、ここでμ０は、真空透磁率である。駆動磁場の時間周波数スペクトルは、約２５ｋＨｚ（最大約１５０ｋＨｚまでの）の狭帯域に集中している。受信信号の有用な周波数スペクトルは、５０ｋＨｚから１ＭＨｚ（最終的には最大約１５ＭＨｚまで）の間にある。穴は、１２０ｍｍの直径を有する。穴４６に嵌合する最大の立方体２８は、１２０ｍｍ／√２≒８４ｍｍのエッジ長さを有する。
【００７５】
磁場生成用コイルの構造は、当技術分野で、例えば磁気共鳴イメージングの分野から一般に知られているので、この主題は、本明細書においてさらに詳述する必要はない。
【００７６】
選択磁場を生成するための代替的な実施形態では、永久磁石（図示せず）を使用することができる。このような（反対向きの）永久磁石（図示せず）の両極間の空間内において、図２に示したものと同様である、すなわち、対角の磁極が同じ両極性を有するとき、磁場が形成される。別の代替的な実施形態では、選択磁場は、少なくとも１つの永久磁石と少なくとも１つのコイルとの混合によって生成することができる。
【００７７】
図４には、本発明に従ったＭＰＩ装置１００の概略ブロック図が示されている。特に断らない限り、上述した磁性粒子イメージングの一般的な原理は有効であり、この実施形態に同様に適用可能である。
【００７８】
図４に示される装置１００の実施形態は、所望の磁場を生成させるために様々なセットのコイルを備えている。先ず、ＭＰＩにおけるコイルとその機能について説明する。
【００７９】
上述した選択磁場を生成させるために、選択手段は、選択磁場コイル１１６のセットを含み、好ましくは少なくとも１ペアのコイル素子を含んで提供されている。選択手段は、選択磁場信号生成ユニット１１０をさらに含む。好ましくは、別個の生成サブユニットが、選択磁場コイルのセット１１６の各コイル素子（又はコイル素子の各ペア）に対して提供されている。選択磁場信号生成ユニット１１０は、制御可能な選択磁場用電流源１１２（一般的には増幅器を含む）と、選択磁場の傾斜強度を個別に設定するために、それぞれの選択磁場コイル素子に選択磁場用電流を提供するフィルタユニット１１４と、を含む。しかしながら、選択磁場は、一般的に静的であるので、フィルタユニット１１４は省略することも可能である。好ましくは、一定電流が提供される。選択磁場コイル素子が、例えば視野範囲の両側に、反対向きのコイルとして配置されている場合に、反対向きのコイルの選択磁場用電流は、好ましくは反対方向に向き合わせされている。
【００８０】
選択磁場信号生成ユニット１１０は、磁場強度の総和と、選択磁場の全ての空間画分の傾斜強度の総和とが、所定のレベルに維持されるように好ましくは選択磁場用電流生成１１０を制御する制御ユニット１５０により制御することができる。この目的のために、制御ユニット１５０は、ＭＰＩ装置の所望の用途に応じてユーザによって制御命令を提供することもできるが、好ましくは、本発明に従って省略される。
【００８１】
集束磁場を生成させるために、装置１００は、集束磁場コイルユニット１２６として参照される集束磁場コイルのセットを備える集束手段を含む。具体的には、以下に説明するように、各々が２つ以上の集束磁場コイルを含むような３つの集束磁場コイルユニットは、第１の及び第２のサブ領域の空間内の位置を変化させるために提供されており、具体的には、集束磁場によって視野範囲２８の空間内の位置を変化させるために提供されている。集束磁場コイルは、集束磁場信号生成ユニット１２０によって制御されており、この生成ユニット１２０は、好ましくは、各集束磁場コイルサブユニット、又は集束磁場コイルサブユニットのセットの各コイル（又は少なくとも各ペアのコイル）について別個の集束磁場信号生成サブユニットを備える。集束磁場信号生成ユニット１２０は、集束磁場を生成するために使用されるような集束磁場用電流をそれぞれの集束磁場コイルに提供するための、集束磁場用電流源１２２（好ましくは、電流増幅器を含む）とフィルタユニット１２４とを備える。集束磁場用電流ユニット１２０は、制御ユニット１５０によっても制御される。本発明によれば、フィルタユニット１２４は、省略してもよい。
【００８２】
従来型の集束磁場コイルユニットは、各々が対向して配置された集束磁場コイルのペアを有するような３つのサブユニットを含んでいる、すなわち、従来型のＭＰＩ装置において、対向して配置された集束磁場コイルの３ペアが提供されている。対照的に、本発明に従って、集束磁場コイルユニットは、集束磁場成分を（好ましくは２つ）の異なる方向に生成するように構成された少なくとも６つの集束磁場コイルを含み、ここで、第１セットの少なくとも３つの集束磁場コイルが、視野範囲の第１の側に配置されており、第２セットの少なくとも３つの集束磁場コイルが、第１の側とは対向する視野範囲の第２の側に配置されている。さらに、好ましくは、（選択磁場コイルと同一であってもよい）２つの集束磁場コイルの別のペアが、集束磁場成分を第３の方向に生成するために提供されてもよい。このようなコイルの配列を示すより詳細で且つ具体的な実施形態が、図６，９及び１１に示されており、以下に説明される。
【００８３】
駆動磁場を生成するために、装置１００は、駆動磁場コイルのサブセットを有する駆動手段をさらに備え、好ましくは、対向して配置された駆動磁場コイル素子の３ペア１３６ａ，１３６ｂ，１３６ｃを有する。駆動磁場コイルは、駆動磁場信号生成ユニット１３０によって制御され、この生成ユニット１３０は、好ましくは、駆動磁場コイルのセットの各コイル素子（又は少なくとも各ペアのコイル素子）について別個の駆動磁場信号生成サブユニットを含む。駆動磁場信号生成ユニット１３０は、駆動磁場用電流をそれぞれの駆動磁場コイルに提供するための、駆動磁場用電流源１３２（好ましくは、電流増幅器を含む）とフィルタユニット１３４（本発明では省略してもよい）とを備える。駆動磁場用電流源１３２は、時間依存性電流を生成するように構成されるとともに、制御ユニット１５０によっても制御される。
【００８４】
図１に示される装置１０の実施形態において、同一のコイルが、好ましくは、駆動磁場と集束磁場とを生成するために使用されることに留意されたい。
【００８５】
信号検出受信手段１４８について、具体的には、受信コイルと、受信手段１４８によって検出された信号を受信する受信ユニット１４０とが提供される。好ましくは、３つの受信コイル１４８と３つの受信ユニット１４０（受信コイルあたり１つ）とが、実際に提供されるが、３つ以上の受信コイルと受信ユニットとを使用することもでき、取得された検出信号が３次元ではなく、Ｋ次元である場合に、Ｋは受信コイルの数となる。
【００８６】
受信ユニット１４０は、受信した検出信号をフィルタリングするためのフィルタユニット１４２を備える。このフィルタリングの目的は、他の干渉信号から２つの部分領域（５２，５４）の位置の変化によって影響される検査領域の磁化によって生じる測定値を分離することである。この目的のために、フィルタユニット１４２は、例えば、受信コイル１４８が動作される時間周波数よりも小さい、又はこれらの時間周波数の２倍よりも小さい時間周波数を有する信号が、フィルタユニット１４２を通過しないように設計することができる。信号は、次に増幅ユニット１４４を介してアナログ／デジタル変換器１４６（ＡＤＣ）に伝送される。アナログ／デジタル変換器１４６によって生成されたデジタル化信号は、画像処理ユニット（再構成手段とも呼称される）１５２に供給され、これらの信号及び、それぞれの信号の受信時に想定される検査領域の最初の磁場の第１の部分領域５２のそれぞれの位置から磁性粒子の空間分布を再構成する、画像処理部１５２は、制御ユニット１５０から取得する。磁性粒子の再構成された空間分布が、制御手段１５０を介して、その空間分布をモニタ１５６に表示するコンピュータ１５４に最終的に伝送される。こうして、画像が、検査領域の視野範囲内の磁性粒子の分布を示すように表示させることができる。
【００８７】
また、入力部１５８には、例えばキーボードを設けることができる。従って、ユーザは、最高解像度の所望の方向を設定することができ、ひいては、動作領域のそれぞれの画像をモニタ１５６で受信することができる。最高解像度が必要とされる重要な方向が、ユーザによって最初に設定された方向から逸脱した場合に、ユーザは依然として更なる画像を修正された撮像解像度で生成するために手動で向きを変えることができる。この解像度向上処理は、制御ユニット１５０と、コンピュータ１５４とによって自動的に作動させることもできる。この実施形態の制御ユニット１５０は、自動的に推定され又はユーザによって開始値として設定された第１の方向に傾斜磁場を設定する。コンピュータ１５４により比較され、こうして受信された画像の解像度が、それぞれもはや向上しない程最大になるまで、傾斜磁場の方向は、次ぎに段階的に変化させられる。最も重要な方向は、従って、可能な限り最高の解像度を受信するために、それぞれの方向について自動的に適合される。
【００８８】
図５には、従来から使用されていた集束磁場コイルのペアと、本発明に従って提案されるような４つの集束磁場コイルを含む集束磁場コイルサブユニットの２つの実施形態との別々の図が示されている。図５ａには、図３に示される公知のＭＰＩ装置に設けられるような、１ペアの２つの集束磁場コイル、例えばｘ軸方向集束磁場コイル３２が示されている。これらのｘ軸方向集束磁場コイルは、一様な磁場をｘ方向に生成するために、ＭＰＩ装置で従来から使用されている。
【００８９】
本発明によれば、ｘ軸方向集束磁場コイル３２のこのペア（注、必ずしもｘ軸方向集束磁場コイルである必要はないが、しかし、追加的に又は代替的に、一つ以上の他の方向のための集束磁場コイルとすることができる）は、４つのコイルを含む集束磁場コイルサブユニットで置き換えられ、その２つの実施形態が図５ｂ及び図５ｃに示されている。図５ｂに示される実施形態では、集束磁場コイルサブユニット３２０は、４つの円周方向に巻回された集束磁場コイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを備えている。視野範囲（図示せず）は、これら４つの集束磁場コイルの間に配置されている。理解されるように、第１ペアの集束磁場コイル３２ａ，３２ｂは、互いに対向しており、第２ペアの集束磁場コイル３２ｃ，３２ｄは、互いに対向している。さらに、この実施形態では、４つの全ての集束磁場コイル３２ａ〜３２ｄは、共通の集束磁場コイル層に配置されており、例えば、図３において使用される座標系を参照すると、この共通の集束磁場コイル層が、ｘｚ平面に平行に配置されている。また、この実施形態では、２つの上側の集束磁場コイル３２ａ，３２ｃは、（ｘｙ平面に平行な）第１の集束磁場コイル平面に配置され、下側の集束磁場コイル３２ｂ，３２ｄは、集束磁場コイル平面に平行に配置されている。そのような規則的な配列が好ましく、コイルのより容易な機械的な配置を可能にするとともに、生成された磁場のより良好な計算／推定を可能にしている。しかしながら、本発明に関して、このような集束磁場コイルサブユニットの４つの集束磁場コイルからなる規則的な配置は、必須ではない。
【００９０】
さらに図５ｂに示されるように、第１ペアの集束磁場コイル３２ａ，３２ｂは、共通の対称軸Ｓ１を有しており、第２ペアの集束磁場コイル３２ｃ，３２ｄは、共通の対称軸Ｓ２を有しており、２つのペアからなる対称軸Ｓ１，Ｓ２は、視野範囲の両側に互いに略平行に配置されている。
【００９１】
図５ａに示される集束磁場コイル３２のペアを置き換えるための集束磁場コイルユニット３２１の別の実施形態が、図５ｃに示されている。また、このサブユニット３２１は、４つの集束磁場コイル３２ｅ，３２ｆ，３２ｇ，３２ｈを備えており、これらの集束磁場コイルは、図５ｂに示される集束磁場コイルサブユニット３２０について説明したのと実質的に同じ位置及び同じ向きに配置されている。しかしながら、この実施形態では、集束磁場コイル３２ｅ〜３２ｈは、円形の形態を有しており、Ｄ字形状の形態を有しており、ここで、近接する集束磁場コイルのそれぞれの直線状アーム３３０は、図５ｃに示されるように互いに隣接して配置されている。これらの集束磁場コイル３２ｅ〜３２ｈは、全体の配列に容易に組み込むことができるとともに、視野範囲と（より大きな）選択磁場コイルとの間に配置することもできる。
【００９２】
Ｄ字形状のコイルを用いることによって、例えば視野範囲の上側に３層コイルと下側に３層コイルとを含む非常にコンパクトな磁場生成器を製作することができる。このような実施形態では、第１層は、ｘ軸方向集束磁場を生成するための２次元形状のコイルを収容し、第２層は、ｚ軸方向集束磁場を生成するために９０°だけ回転された２次元形状のコイルを収容し、第３層は、ｙ軸方向集束磁場と選択磁場とを生成するために、単一の円形コイルを有する。当然のことながら、他の層の配置も可能である。従って、一般に、Ｄ字形状のコイルを使用する利点は、コイルをより長く作ることができるようなコンパクトな設定ができ、且つ（複数の）コイルを同じ磁場エネルギー分けることに比べて、コイルに貯蔵されるエネルギーをより少なくすることができる。
【００９３】
図６には、本発明に従った装置の第１の実施形態が示されている。図６ａは、様々なコイルの配列の詳細な構成を示す図であり、図６ｂは、この実施形態に提供された２つの集束磁場コイルサブユニットの８つの集束磁場コイルの位置を示す図である。
【００９４】
具体的には、この実施形態では、図３に示される従来のＭＰＩ装置の２つのｘ軸方向集束磁場コイル３２は、図５ｂに示されるような４つの集束磁場コイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを含む集束磁場コイルサブユニットで置き換えられている。また、図３に示される従来のＭＰＩ装置の２つのｙ軸方向集束磁場コイル３４は、４つの集束磁場コイル３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを含む第２の集束磁場コイルサブユニットで置き換えられている。好ましくは、特に図６ｂに示されるように、この２つのサブユニットの各々の２つの集束磁場コイルは、互いに平行に配置され且つｘｙ平面に平行に配置されたそれぞれの集束磁場コイル平面Ｐ１，Ｐ２に配置されている。すなわち、コイル３２ａ，３２ｃ，３４ａ，３４ｃが、平面Ｐ１に配置されており、コイル３２ｂ，３２ｄ，３４ｂ，３４ｄが、平面Ｐ２に配置されている。また、第１のサブユニットの４つの集束磁場コイル３２ａ〜３２ｄは、ｘｚ平面に平行である第１の集束磁場コイル層Ｌ１に全て配置されており、第２の集束磁場コイルサブユニットの４つの集束磁場コイル３４ａ〜３４ｄは、ｙｚ平面に平行である第２の集束磁場コイル層Ｌ２に全て配置されている。この実施形態では、層Ｌ１，Ｌ２は、従って、互いに垂直に配置されるとともに、平面Ｐ１，Ｐ２に対して垂直に配置される。
【００９５】
集束磁場コイルのこのような規則的な配列によって、より容易な機械的な構造と配列とが可能になるとともに、生成された磁場のさらに容易な計算／推定が可能になる。
【００９６】
集束磁場コイルのこのような配列の更なる利点は、患者への、特に視野範囲内に配置された患者の身体部分へのより容易なアクセスを提供することであり、それは、図１及び図３に示されるようなＭＰＩ装置の従来の構成に比べてｘ方向から非常に容易にアクセスすることができる。
【００９７】
２つの集束磁場コイルサブユニットに加えて、１ペアの集束磁場コイル（図示せず）のみを含むことができる第３の集束磁場コイルサブユニットを、提供することができる。あるいはまた、選択磁場コイル３６は、図１及び図３を参照して上述したように、第３の集束磁場コイルサブユニットとして使用することもできる。
【００９８】
さらに、ＭＰＩモードにおいて駆動磁場を生成するために、追加の駆動磁場コイル（図示せず）を、従来の方法で提供することもでき、且つＭＰＩモードにおいて検出信号を受信するために、１つ以上の受信コイルが、従来の方法で追加的に提供されている（図示せず）。
【００９９】
さらに、ＭＲＩモードにおいて装置を作動させるために、１つ以上の追加のＲＦコイルが、ＲＦパルス励起のために設けられており、受信コイルが、ＭＲＩ信号を受信するために設けられている。これらの目的のために、ＭＲＩ装置で従来から使用されていたのと同じコイルを設けてもよい。例えば、低周波数（ＭＲＩに対して低い、例えば、低磁場ＭＲＩ又は前分極(pre-polarized)ＭＲＩで使用されるような）において、駆動磁場コイルは、ＭＲＩ用の送受信コイルとして使用することができる。
【０１００】
図７及び図８は、集束磁場コイルサブユニット３２０を例示しており、ほんの一例として、ＭＰＩモード（図７）及びＭＲＩモード（図８）における様々な磁場の生成を例示している。図７ａ，７ｃ，８ａ，８ｃに示されるように、４つの集束磁場コイル３２ａ〜３２ｄが、図５ｂに示されるような同様の方法で配置されている。しかしながら、異なる電流は、コイルの配列がＭＰＩモードで使用されるか又はＭＲＩモードで使用されるかに応じて様々なコイルに提供される。これらの電流は、図７ａ及び８ａに矢印で示されている。また、図７ａ及び図８ａにおいて、図７ｂ及び８ｂにそれぞれ示される磁場の分布が、領域Ａ１として示されている。図７ｃ及び８ｃにおいて、図７ｄ及び８ｄにそれぞれ示される磁場の分布が、非常に小さい別の領域Ａ２として示されている。また、図７ｅ及び８ｅにおいて、磁場Ｂｘの依存性（図７ｅ）と、ｚ＝０におけるｘ軸上の磁場Ｂｘ及び磁場Ｂｚの依存性（図８ｅ）とが示されている。
【０１０１】
図７ａに示されるように、ＭＰＩモードにおける装置の動作のために、２ペアの集束磁場コイルサブユニット３２０の各々の集束磁場コイル３２ａ及び３２ｂ，３２ｃ及び３２ｄは、反対方向の集束磁場用電流が提供されており、結果として一様な集束磁場がｘ方向の集束磁場コイル同士の間にもたらされる。すなわち、４つの集束磁場コイル３２ａ〜３２ｄの中央領域の磁場Ｂｘは、図７ｃ〜７ｅに示されるように、ある程度一様となる。
【０１０２】
図８ａに示されるように、ＭＲＩモードにおける装置の動作のために、２ペアの集束磁場コイルサブユニット３２０の各々の２つの集束磁場コイル３２ａ及び３２ｂ，３２ｃ及び３２ｄは、同じ方向の集束磁場用電流が提供されており、ここで、第１ペアの２つの集束磁場のコイル３２ａ，３２ｂは、他方のペアの２つの集束磁場コイル３２ｃ，３２ｄとは異なる方向の集束磁場用電流が提供されている。この構成によって、傾斜磁場がもたらされ、具体的には、図８ｂ，８ｄ，８ｅに示されるように、ｘ方向に沿って磁場Ｂｚの一定の傾斜を有する磁場がもたらされる。
【０１０３】
ＭＰＩモードにおいて、選択磁場コイル３６（図６ａ参照）は、所望の選択磁場を生成するために一般的に知られた方法で選択磁場用電流が提供されているが、その一方でＭＲＩモードにおいて、選択磁場コイル３６は、一様な磁場（Ｂ０磁場）又は、ＭＲＩモード動作の形式に依存して前分極磁場（Ｂｐ磁場）及び／又はバイアス磁場を生成させるために、一様な磁場用電流が提供されている。
【０１０４】
本発明に従った装置３０’の別の実施形態が、図９に示されている。この実施形態は、図６ａに示される実施形態と非常に類似しており、且つ図３に示されるような従来のＭＰＩ装置の集束磁場コイル３２，３４を置き換えるような、各々が４つの集束磁場コイル３２ｅ〜３２ｈ又は３４ｅ〜３４ｈを含む２つの集束磁場コイルサブユニットも備える。これら８つの集束磁場コイルはまた、図６ａに示される実施形態の８つの集束磁場コイルとして同じ位置に実質的に配置されている。しかしながら、その図６ａの実施形態とは異なり、集束磁場コイルは、異なる方向に向き合わせされており、具体的には９０°だけ傾斜されており、それによって、第１の集束磁場コイルサブユニットについて、集束磁場コイル３２ｅ，３２ｆが互いに対向しており、且つ集束磁場コイル３２ｇ，３２ｈが互いに対向しており、第２の集束磁場コイルサブユニットについて、集束磁場コイル３４ｅ，３４ｆが互いに対向しており、且つ集束磁場コイル３４ｇ，３４ｈが互いに対向している。その結果、これらの異なる方向に向き合わせされた集束磁場コイルにより生成される磁場は、図６ａに示される実施形態の集束磁場コイルを用いて生成される磁場に比べて異なる方向に向き合わせされる。しかしながら、全体として、ＭＰＩモード及びＭＲＩモードにおいて装置を作動させるために必要な全ての磁場は、装置のこの実施形態を用いて生成することもできる。
【０１０５】
上述したように、特に図６〜９に示された実施形態では、従来から使用されてきた集束磁場コイルのペアを置き換えるような集束磁場コイルのセットが、配置されるとともに、規則的に向き合わせされる。しかしながら、これは本発明にとって必須ではない。例えば、集束磁場コイルサブユニットの４つの集束磁場コイルは、集束磁場コイル３２ａ〜３２ｄについて図１０ａ及び図１０ｂに図示される実施形態に示されるように、一定の角度だけ互いに傾斜させることができ、又はそれら４つの集束磁場コイルは、上述したように、必ずしも共通の平面及び／又は層内に全て配置する必要がないように、互いに対して変位させることができる。
【０１０６】
図１１には、本発明に従った装置３０’’の第３の実施形態が示されている。この実施形態では、集束磁場コイルユニット１２６は、集束磁場成分を異なる方向に生成するために、６つの集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆを備える。これらの６つの集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆは、２セットにグループ化され、ここで、第１セットの３つの集束磁場コイル３３ａ〜３３ｃが、視野範囲２８の第１の側（ここでは、視野範囲２８の上方）に配置されており、第２セットの３つの集束磁場コイル３３ｄ〜３３ｆが、第１の側に対向する視野範囲２８の第２の側（ここでは、視野範囲２８の下方）に配置されている。これらの６つの集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆを用いることによって、同様の又はほぼ同一の磁場が、一般に、図６に示される装置３０の実施形態の８つの集束磁場コイル３２ａ〜３２ｄ，３４ａ〜３４ｄを用いるように、又は図９に示される装置３０’の実施形態の８つの集束磁場コイル３２ｅ〜３２ｈ，３４ｅ〜３４ｈを用いるように、ＭＰＩモード及びＭＲＩモードにおいて生成することができる。
【０１０７】
好ましくは、各セットは、同数のコイルを含み、好ましくは同一のコイルを備えており、コイルが図１１に示されるように配置されている。すなわち、異なるセットのそれぞれの２つのコイルが、互いに対向している。
【０１０８】
図１２は、本発明に従って提案されるような６つの集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆを配列するためのいくつかの実施形態を概略的に示している。図１２aに示される実施形態において、６つの集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆは、装置３０’’の実施形態と同様に配置されている。すなわち、各セットの３つの集束磁場コイルが、等辺三角形Ｔ１，Ｔ２の３つの角部に実質的に配置されている。さらに、両セットの両方の三角形Ｔ１，Ｔ２は、互いに平行であり且つ同じ方向に向き合わせされている。すなわち、ｚ軸周りに同じ角度位置を有する。さらに、２つの集束磁場コイル３３ａ及び３３ｄ、３３ｂ及び３３ｅ、３３ｃ及び３３ｆかならなる３つのそれぞれのペアの対称軸Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、互いに平行であり且つｚ軸に平行である。
【０１０９】
図１２ｂに示される実施形態では、６つの集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆはまた、等辺三角形Ｔ１，Ｔ２の３つの角部に配置されており、互いに平行であるが、２つの三角形Ｔ１，Ｔ２は、異なる方向に向き合わせされている。すなわち、異なる角度位置を有する。例えば、２つの三角形Ｔ１，Ｔ２は、ｚ軸周りに６０°だけ（又は０°〜１２０°の間の別の角度に）回転される。
【０１１０】
図１３〜２０は、図１１及び図１２aに示される配列３０’’の集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆ（又は、あるいは、他の実施形態では、駆動磁場コイル）に、異なる動作モードにおいてそれぞれの電流がどの様に提供されるかが例示されている。図１３には、実質的に一様な集束磁場Ｂｘをｘ方向に生成させるために、ＭＰＩモードにおいて、集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆに電流（矢印で示す）がどの様に提供されるかが示されている。図１３ａは概略斜視図を示しており、図１３ｂは、上部コイル３３ａ〜３３ｃの上面図を示しており、図１３ｃは、底部コイル３３ｄ〜３３ｆの底面図を示している。同様に、図１４には、実質的に一様な集束磁場Ｂｙをｙ方向に生成させるために、ＭＰＩモードにおいて、集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆに電流がどの様に提供されるかが示されている。このモードにおいて、この例では、コイル３３ｂ及び３３ｅには、電流が供給されていない。図１５には、実質的に一様な集束磁場Ｂｚをｚ方向に生成させるために、ＭＰＩモードにおいて、集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆに電流がどの様に提供されるかが示されている。図１６には、選択磁場を生成させるために、ＭＰＩモードにおいて、集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆに電流がどの様に提供されるかが示されている。図１７には、ｘ方向に傾斜を有する傾斜磁場Ｇｘ（＝ｄＢｚ／ｄｘ）を生成させるために、ＭＲＩモードにおいて、集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆに電流がどの様に提供されるかが示されている。図１８には、ｙ方向に傾斜を有する傾斜磁場Ｇｙ（＝ｄＢｚ／ｄｙ）を生成させるために、ＭＲＩモードにおいて、集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆに電流がどの様に提供されるかが示されている。このモードにおいて、コイル３３ｂ及び３３ｅには、この例では、電流が供給されていない。図１９には、ｚ方向に傾斜を有する傾斜磁場Ｇｚ（＝ｄＢｚ／ｄｚ）を生成させるために、ＭＲＩモードにおいて、集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆに電流がどの様に提供されるかが示されている。図２０には、一定で、一様な磁場Ｂ０をｚ方向に生成させるために、ＭＲＩモードにおいて、集束磁場コイル３３ａ〜３３ｆに電流がどの様に提供されるかが示されている。図１３に示されるような同様な方法で、斜視図（図１４ａ〜２０ａ）と、上面図（図１４ｂ〜２０ｂ）と、底面図（図１４ｃ〜２０ｃ）とが提供されている。
【０１１１】
上記において、本発明の様々な実施形態は、従来から使用されてきた集束磁場コイルを、４つの集束磁場コイルを含む集束磁場コイルサブユニットで置き換えることについて説明してきた。同様に、集束磁場コイルの代わりに又は集束磁場コイルに追加して、駆動磁場コイルを、各々が４つの駆動磁場コイルを含む対応する駆動磁場コイルサブユニットによって置き換えることができる。従って、数に関して上述した全ての説明、集束磁場コイルの配列及び向きは、駆動磁場コイルに等しく適用可能である。従って、図５〜２０に示される実施形態において、集束磁場コイルの代わりに又は集束磁場コイルに追加して、駆動磁場コイルを提供することができる。このような駆動磁場コイルは、当然のことながら、ＭＰＩモードにおいて、集束磁場というよりはむしろ駆動磁場を生成するが、ＭＲＩモードにおいて、集束磁場コイルについて上述したような必要な傾斜磁場を生成するように動作可能である。従って、このような実施形態では、集束磁場コイルユニットは、集束磁場成分を異なる方向に生成するように構成された少なくとも６つの集束磁場コイルを含み、ここで、第１セットの少なくとも３つの集束磁場コイルが、視野範囲の第１の側に配置されており、第２セットの少なくとも３つの集束磁場コイルが、第１の側に対向する視野範囲の第２の側に配置されている。
【０１１２】
なお、駆動磁場には、数ｋＨｚの電流が印加される一方で、傾斜は、はるかにより緩やかであり／より長くされることに留意されたい。電流コントローラは、こうして、一般的に高周波と低周波とで動作することができる。
【０１１３】
さらに、コイルの数及び／又は構成は、上述した説明及び例示した実施形態に限定されるものではないことに留意されたい。例えば、駆動磁場コイル及び／又は集束磁場コイルについて、コイルのアレイは、所望の動作モードにおいて所望の磁場を生成するために、必要に応じて互いに結合するように使用できる。
【０１１４】
本発明は、図面及び前述の詳細な説明において詳細に例示及び説明してきたが、そのような例示及び説明は、例示又は典型例であり、限定的な例として考えるべきでない。本発明は、開示した実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態に対する他の変形形態は、図面、明細書の開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求の範囲に記載の発明を実施する当業者によって理解され、達成され得る。
【０１１５】
各請求項において、「備える、有する、含む(comprising)」という用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を排除するものではない。単一の素子又は他のユニットは、特許請求の範囲に列挙されるいくつかのアイテムの機能を充足することができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。
【０１１６】
コンピュータ・プログラムは、他のハードウェアの一部であるか又は一緒に供給される光記憶媒体又は固体媒体等の好適な非一時性媒体上に記憶／分布させることができるが、インターネットや他の有線の又は無線の電気通信システム等を介して、他の形態で配布してもよい。
【０１１７】
請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図８ｅ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１８ｃ】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２０ｃ】
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