(57)【要約】  本発明は、視野２８において、低い磁界強度をもつ特に球状又はライン状の第１のサブゾーン６２及びより高い磁界強度をもつ第２のサブゾーン６４を有する磁界を生成し変化させる装置及び方法に関する。提案される装置は、第１のコイル１３６ａ−１３６ｄの少なくとも３つのペアであって、コイルが、視野の周囲のリングに沿って配され、各ペアの２つのコイルが、視野の両側で対向するように配される、第１のコイルの少なくとも３つのペアと、前記リングのオープンな側面に視野の両側で互いに対向するように配される第２のコイル１１６の少なくとも１つのペアと、前記第１及び前記第２のコイルによって所望の磁界を生成するために前記第１及び前記第２のコイルに供給される電流信号を生成する生成器手段１１０、１３０と、前記生成器手段を制御する制御手段１５０と、を有する。
2013502262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視野において、低い磁界強度をもつ球状又はライン状の第１のサブゾーン及びより高い磁界強度をもつ第２のサブゾーンを有する磁界を生成し、変化させる装置であって、
第１のコイルの少なくとも３つのペアであって、前記第１のコイルは、前記視野の周囲のリングに沿って配され、各ペアの２つのコイルは、前記視野の両側で互いに対向するように配される、第１のコイルの少なくとも３つのペアと、
前記リングのオープンな側面に、前記視野の両側で互いに対向するように配される第２のコイルの少なくとも１つのペアと、
前記第１及び前記第２のコイルによって所望の磁界を生成するために、前記第１及び前記第２のコイルに供給される電流信号を生成する生成器手段と、
前記生成器手段を制御する制御手段であって、
ｉ）前記第１のコイルの前記少なくとも３つのペアが、低い磁界強度をもつ球状又はライン状の第１のサブゾーン及びより高い磁界強度をもつ第２のサブゾーンが前記視野に形成されるような磁界強度の空間パターンを有する選択勾配磁界を生成するように、前記第１のコイルに供給される選択磁界電流信号を生成し、
ｉｉ）前記第２のコイルの前記少なくとも１つのペア及び前記第１のコイルの２つのペアが、前記視野において２つの前記サブゾーンの空間位置を変化させるために均一なドライブ磁界を生成するように、前記第２のコイル及び前記第１のコイルの前記２つのペアに供給されるドライブ磁界電流信号を生成する、
ように前記生成器手段を制御する制御手段と、
を有する装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記選択磁界の生成に寄与するように前記第２のコイルに更に供給される選択磁界電流信号を生成するように、前記生成器手段を制御する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１のコイルの少なくとも第４のペアを更に有し、すべての前記第１のコイルが、前記視野の周囲の前記リングに沿って配される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のコイルは、重なり合うことなく、前記リングに沿って等間隔の角度で及び／又は前記視野の中心から等しい距離のところに配される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記生成器手段は、前記リングに沿った個々の前記第１のコイルの角度位置及び前記ライン状の第１のサブゾーンの所望の方向に依存して、前記第１のコイルの各々について正弦関数の形の個別の選択磁界電流信号を生成する選択磁界電流信号生成器ユニットを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記選択磁界電流信号生成器ユニットは、前記第１のコイルｌの各々について、Ｉｌ＝ｇｌ（γ−ｃｏｓ（２Φｌ−２α））形の前記個別の選択磁界電流信号Ｉｌを生成し、ここで、φｌは、前記リングに沿った個々の前記第１のコイルｌの角度位置であり、αは、前記視野内の前記ライン状の第１のサブゾーンの所望の方向を決定し、ｇｌ及びγは、予め決められた定数である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記選択磁界電流信号生成器ユニットは、前記第１のコイルｌの各々について、Ｉｌ＝ｇｌｃｏｓ（２Φｌ−２α）の形の前記個別の選択磁界電流信号を生成するように構成され、ここで、φｌは、前記リングに沿った個々の前記第１のコイルｌの角度位置であり、αは、前記視野内の前記ライン状の第１のサブゾーンの所望の方向を決定し、ｇｌは、予め決められた定数であり、
前記選択磁界電流信号生成器ユニットは更に、前記第２のコイルｍの各々について、前記第１のコイルの前記リングに対し垂直方向に勾配磁界を生成するために前記個別の選択磁界電流信号Ｉｍを生成するように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記選択磁界電流信号生成器ユニットは、前記ライン状の第１のサブゾーンの所望の方向を決定するパラメータαが、α＝２πｆｔに従って、時間ｔに関して連続的に変化されるように、前記個別の選択磁界電流信号を生成し、ここで、ｆは、前記ライン状の第１サブゾーンが回転する周波数である、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記生成器手段は、前記第２のコイル及び前記第１のコイルの２つのペアの各々について個別のドライブ磁界電流信号を生成するドライブ磁界電流信号生成器ユニットを有し、前記第２のコイル及び前記第１のコイルの２つのペアの各々に、前記ドライブ磁界電流信号が供給されることにより、前記第１及び前記第２のコイルが、前記ライン状の第１のサブゾーンの所望の移動の方向を向く、特に前記ライン状の第１のサブゾーンに対し垂直な方向を向く、磁界ベクトルをもつ均一な磁界を生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記視野のそれぞれの両側で互いに対向するように配される第２のコイルの３つのペアを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
視野内の磁性粒子に影響を与え及び／又は前記磁性粒子を検出する磁性粒子イメージング装置であって、請求項１に記載の装置を有する磁性粒子イメージング装置。
【請求項１２】
前記第１及び前記第２のサブゾーンの空間位置の変化によって影響を与えられる前記視野内の磁化に依存する検出信号を取得するために、少なくとも１つの信号受信ユニット及び少なくとも１つの受信コイルを有する受信手段と、
前記検出信号を処理する処理手段と、
を有する、請求項１１に記載の磁性粒子イメージング装置。
【請求項１３】
第１のコイルの少なくとも３つのペア及び第２のコイルの少なくとも１つのペアを使用して、視野において磁界を生成し、変化させる方法であって、前記磁界は、低い磁界強度をもつ球状又はライン状の第１のサブゾーン及びより高い磁界強度をもつ第２のサブゾーンを有し、前記第１のコイルは、前記視野の周囲のリングに沿って配され、前記第１のコイルの各ペアの２つのコイルは、前記視野の両側で互いに対向するように配され、前記第２のコイルは、前記リングのオープンな側面に、前記視野の両側で互いに対向するように配され、前記方法が、
前記第１及び前記第２のコイルによって所望の磁界を生成するために前記第１及び前記第２のコイルに供給される電流信号を生成するステップと、
前記電流信号を生成する前記ステップを制御するステップであって、
ｉ）前記第１のコイルの前記少なくとも３つのペアが、低い磁界強度をもつ球状又はライン状の第１のサブゾーン及びより高い磁界強度をもつ第２のサブゾーンが前記視野に形成されるような磁界強度の空間パターンを有する選択勾配磁界を生成するように、前記第１のコイルの前記少なくとも３つのペアに供給される選択磁界電流信号を生成し、
ｉｉ）前記第２のコイルの前記少なくとも１つのペア及び前記第１のコイルの２つのペアが、前記視野内の２つの前記サブゾーンの空間位置を変化させるために均一なドライブ磁界を生成するように、前記第２のコイル及び前記第１のコイルの前記２つのペアに供給されるドライブ磁界電流信号を生成する、
ように前記電流信号を生成する前記ステップを制御するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
コンピュータプログラムがコンピュータに実行されるとき、請求項１３に記載の方法の各ステップを実施するように請求項１に記載の装置をコンピュータに制御させるプログラムコード手段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、視野において、低い磁界強度をもつ特に球状又はライン状の第１のサブゾーン及びより高い磁界強度をもつ第２のサブゾーンを有する磁界を生成し、変化させる装置及び方法に関する。
【０００２】
更に、本発明は、コンピュータにおいて前記方法を実施し、前記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。
【０００３】
更に、本発明は、視野内の磁性粒子に影響を与え及び／又は検出する磁性粒子イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
磁界は、広範囲のアプリケーションにおいて重要な役割を果たす。磁界は、例えば電動モータ、発電機において使用されており、更に、ラジオ又はテレビジョンの信号伝送のために使用されている。更に、磁界は、医学的診断のためにも使用され、最も顕著な例は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）である。これらのアプリケーションの各々において、磁界は、特定のニーズを満たすように調整される。例えば、ＭＲＩの場合、空間的に均一な磁界及び線形に増加する勾配磁界の２つの磁界構成の形成が必要とされる。これらの特別な磁界は、電磁コイルによって生成されることができ、コイルジオメトリ及び印加される電流が、電界特性を決定する。これらの簡単な磁界構成に関して、最適なコイルトポロジは良く知られている。均一な磁界は、２つの同一のコイルを有するヘルムホルツコイルペアによって生成され、２つのコイルは、共通の軸に沿って対称的に配置され、コイル半径に等しい距離Ｒ隔てられる。各コイルは、同じ向きに等しい電流を流す。同様に、勾配磁界は、同じトポロジを有するが、反対方向に流れる電流をもち、Ｒ√３のより大きいコイル距離を有するマクスウェルコイルペアによって生成される。
【０００５】
磁性粒子イメージング（ＭＰＩ）は、新興の医用イメージングモダリティである。ＭＰＩの第１のバージョンは、それらが２次元画像を生成したという点で２次元だった。将来のバージョンは３次元（３Ｄ）である。非静止の対象（オブジェクト）の時間依存すなわち４Ｄの画像は、対象が単一の３Ｄ画像のデータ収集の間に著しく変化しないという条件で、３Ｄ画像の時間シーケンスを組み合わせてムービーにすることによって、生成されることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＭＰＩは、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）又は磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）のような再構成によるイメージング方法である。従って、対象の関心ボリュームのＭＰ画像は、２つのステップで生成される。データ取得と呼ばれる第１のステップは、ＭＰＩスキャナを使用して実施される。ＭＰＩスキャナは、スキャナのアイソセンタに単一の磁界フリーの（磁界のない）ポイント（field free point、ＦＦＰ）を有する選択磁界と呼ばれる静止磁界勾配を生成するための手段を有する。更に、スキャナは、時間依存の空間的にほぼ均一な磁界を生成するための手段を有する。実際に、この磁界は、「ドライブ磁界」と呼ばれる小さい振幅を有する速く変化する磁界及び「フォーカス磁界」と呼ばれる大きい振幅を有するゆっくり変化する磁界を重ね合わせることによって得られる。時間依存のドライブ及びフォーカス磁界を静止選択磁界に加えることによって、ＦＦＰは、アイソセンタを囲むスキャニングボリュームの全体にわたって、予め決められたＦＦＰ軌道に沿って移動されることができる。スキャナは更に、１つ又は複数、例えば３つ、の受信コイルを含む構造を有し、これらのコイルに誘導される電圧を記録することができる。データ取得のために、イメージングされるべき対象は、対象の関心ボリュームがスキャニングボリュームのサブセットであるスキャナの視野によって囲まれるように、スキャナ内に置かれる。
【０００７】
対象は、磁性ナノ粒子を含まなければならない；対象が動物又は患者である場合、このような粒子を含む造影剤が、スキャンの前に、動物又は患者に投与される。データ取得の間、ＭＰＩスキャナは、スキャニングボリューム又は少なくとも視野をたどる慎重に選ばれた軌道に沿ってＦＦＰをステアリングする。対象内の磁性ナノ粒子は、変化する磁界を経験し、それらの磁化を変化させることによって応答する。ナノ粒子の変化する磁化は、時間依存の電圧を受信コイルの各々に誘導する。この電圧は、受信コイルと関連す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るサンプルは、記録され、取得されたデータを構成する。データ取得の詳細を制御するパラメータが、スキャンプロトコルを構成する。
【０００８】
画像再構成と呼ばれる画像生成の第２のステップにおいて、画像が、第１のステップの中で取得されたデータから計算され又は再構成される。画像は、視野内の磁性ナノ粒子の位置依存の濃度に対するサンプリングによる近似を表す離散的な３Ｄデータアレイである。再構成は、概して、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実施される。コンピュータ及びコンピュータプログラムは、再構成アルゴリズムを実現する。再構成アルゴリズムは、データ取得の数学的モデルに基づく。すべての再構成イメージング方法と同様に、このモデルは、取得されたデータに作用する積分オペレータである；再構成アルゴリズムは、可能な限り、モデルの動作を元通りにしようとする。
【０００９】
このようなＭＰＩ装置及び方法は、それらが、非破壊的な態様で、いかなる外傷も引き起こさず、検査対象の表面に近いところ及び表面から遠いところの両方において高い空間解像度を伴って、例えば人間の身体である任意の検査対象を検査するために使用され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、一般に知られており、独国特許出願公開第101 51 778 A1号公報及びGleich, B.及びWeizenecker, J.による「Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles」 (nature, vol. 435, pp. 1214-1217（2005))にまず記載されている。上記刊行物に記載される磁性粒子をイメージングする（ＭＰＩ）装置及び方法は、小さい磁性粒子の非線形磁化曲線を利用する。
【００１０】
Weizenecker J.他の論文「Magnetic particle imaging using a field free line」(J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2008) 105009)には、磁性粒子イメージングにおける磁界フリー（磁界なし）のライン（field free line、ＦＦＬ）の使用のシミュレーション研究が示されている。更に、シミュレートされたスキャナジオメトリの概略構成及びＦＦＬのパスが記述されている。構成は、回転するＦＦＬを生成する３２の小さいコイル（選択磁界コイル）のリングを有する。より大きいループの２つのペア（ドライブ磁界コイル）が、視野にわたってこのＦＦＬを移動させる。選択磁界コイルリングの直径は１ｍである。選択磁界及びドライブ磁界を重ね合わせることによって、ＦＦＬは、ドライブ磁界ベクトルに沿って移動し、これは、ＦＦＬの向きがドライブ磁界ベクトルに対し常に垂直である場合、時間と共にローゼットの形を与える。それゆえ、ＦＦＬは、ゆっくり回転しながら、行ったり来たり(back and forth)スキャンする。しかしながら、この構成は、ＦＦＰの使用及び移動を利用する上述のＭＰＩ装置より非常に大きいパワー損失を有し、それゆえ、実現できない可能性がある。
【００１１】
本発明の目的は、視野において所望の磁界を生成し、変化させる装置及び方法であって、特にWeizenecker J.他による上述の論文「Magnetic particle imaging using a field free line」に記述される構成と比べてより小さいパワー損失を有する磁界フリーのラインを生成し、移動させる装置及び方法を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、コンピュータにおいて上述の方法を実現し、上述の装置を制御するためのコンピュータプログラムを提供することである。
【００１３】
本発明の目的は、視野内の磁性粒子に影響を与え及び／又は検出する磁性粒子イメージング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の見地において、視野において、低い磁界強度をもつ特に球状又はライン状の第１のサブゾーン及びより高い磁界強度をもつ第２のサブゾーンを有する磁界を生成し、変化させる装置であって、
−第１のコイルの少なくとも３つのペアであって、コイルが視野の周囲のリングに沿って配置され、各ペアの２つのコイルが視野の両側で互いに対向するように配置される、第１のコイルの少なくとも３つのペアと、
−前記リングのオープンな側面に、視野の両側で互いに対向するように配置される第２のコイルの少なくとも１つのペアと、
−前記第１及び第２のコイルによって所望の磁界を生成するために、前記第１及び第２のコイルに供給される電流信号を生成する生成器手段と、
−前記生成器手段を制御する制御手段であって、
ｉ）第１のコイルの少なくとも３つのペアが、低い磁界強度をもつ特に球状又はライン状の第１のサブゾーン及びより高い磁界強度をもつ第２のサブゾーンが視野内に形成されるような磁界強度の空間パターンを有する選択勾配磁界を生成するように、前記第１のコイルに供給される選択磁界電流信号を生成し、
ｉｉ）第２のコイルの少なくとも１つのペア及び第１のコイルの２つのペアが、視野内の２つのサブゾーンの空間位置を変化させるために均一なドライブ磁界を生成するように、前記第２のコイル及び第１のコイルの前記２つのペアに供給されるドライブ磁界電流信号を生成する、
ように前記生成器手段を制御する制御手段と、
を有する装置が提供される。
【００１５】
本発明の他の見地において、対応する方法及び上述の方法を実現するためのコンピュータプログラムが提示される。
【００１６】
最後に、他の見地において、視野内の磁性粒子に影響を与え及び／又は検出する磁性粒子イメージング装置であって、本発明により視野において磁界を生成し、変化させる装置を有する磁性粒子イメージング装置が提示される。
【００１７】
本発明の好適な実施形態は、従属請求項に規定される。請求項に記載の方法及び請求項に記載のコンピュータプログラムは、請求項に記載の装置と及び従属請求項に記載のものと同様の及び／又は同一の好適な実施形態を有する。
【００１８】
本発明は主に、磁界フリーのライン（ＦＦＬ）、すなわちライン状の第１のサブゾーンを生成し移動させることを目指し、ＦＦＬは、コイルジオメトリを空間内で静止した状態に保ちながら、印加される電流を変化させることによってのみ、任意に回転される必要がある。磁界は、ＦＦＬに対し垂直方向に、高い勾配を伴って線形に増加するものとする。本願発明者によって、ＦＦＬは、適当な電流を使用して回転される３つのマクスウェルコイルペアのみによって生成されることが可能であることが分かった。更に、ＦＦＬは、付加のヘルムホルツコイルペアによって並進されることができる。
【００１９】
（以下でＦＦＰスキャナとも呼ばれる）ＦＦＰを生成し、使用する上述のＭＰＩ装置と比較して感度を改善するために、ＦＦＬは、ＦＦＰイメージングと比較してＳＮＲを１桁大きくすることが推定される。このために、符号化スキームが、それがコンピュータトモグラフィに適用されるのと同じように使用される。より正確には、ＦＦＬ信号符号化は、ゆっくり回転するＦＦＬを必要とし、かかるＦＦＬは、行ったり来たり速く動かされる。しかしながら、３２の電磁コイルを有するWeizeneckerによる上述の論文に示されるＦＦＬを生成する構成が、実際にＦＦＬを生成するという証拠は与えられなかった。更に、提案されたスキャナは、従来のＦＦＰスキャナのパワーの約１０００倍を必要とする。本発明によれば、等しい大きさ及び勾配性能をもつＦＦＰスキャナとほぼ同じパワーを必要とする新しいＦＦＬコイルアセンブリが提示される。
【００２０】
好適な実施形態によれば、制御手段は、選択磁界の生成に寄与するように前記第２のコイルに供給される選択磁界電流信号を生成するように、前記生成器手段を制御するように適応される。このようにして、所望の選択磁界の品質が改善されることができる。
【００２１】
概して、第１のコイルの３つのペアが十分であるが、他の実施形態では、第１のコイルの少なくとも第４のペアが提供され、すべての第１のコイルは、視野の周囲のリングに沿って配置される。好適には、４つのペアが提供され、この場合、ドライブ磁界の生成に寄与する２つのペアは、互いに垂直に配置されることができ、これは、概して、リングの周囲に等間隔の角度で配置される全部で６つのコイルの３つのペアでは可能ではない。
【００２２】
好適には、前記第１のコイルは、等間隔の角度で及び／又は視野の中心から等しい距離のところに、互いに重なることなく前記リングに沿って配置される。中心からの距離又は角度位置が等しくない場合、個別のコイルに供給される電流は、それに応じて適応される必要がある。第１のコイルが、等間隔の角度で且つ中心から等しい距離のところに配置される場合、第１のコイルに供給される電流の制御は、より少ない複雑さであり、得られる磁界は、予測するのがより容易である。
【００２３】
別の実施形態によれば、前記生成器手段は、リングに沿った個々の第１のコイルの角度位置及びライン状の第１のサブゾーンの所望の方向に依存して、前記第１のコイルの各々について正弦関数の形の個別の選択磁界電流信号を生成するための選択磁界電流信号生成器ユニットを有する。好適には、前記選択磁界電流信号生成器ユニットは、Ｉｌ＝ｇｌ（γ−ｃｏｓ（２Φｌ−２α））の形で、前記第１のコイルｌの各々について前記個別の選択磁界電流信号Ｉｌを生成するように適応され、ここで、φｌは、リングに沿った個々の第１のコイルｌの角度位置であり、αは、視野内のライン状の第１のサブゾーンの所望の方向を決定し、ｇｌ及びγは、予め決められた定数である。
【００２４】
パラメータｇｌは、ライン状の第１のサブゾーンの幅を決定する。概して、例えば２Ｔ／ｍの勾配強度は、磁界フリーのラインに対し垂直な方向にあることが望ましい。供給される電流をより正確にここで規定するために、コイルは、その電流が巻線の数、コイルの絶対距離等にも依存するので、不可能である。
【００２５】
実際に、磁界は、多くの場合シミュレートされ、正しい電流が、このようなシミュレーションによって見つけられる。それゆえ、パラメータｇｌは、磁界フリーのラインに対し垂直に所望の勾配磁界強度が達成されるように、適応される。コイルの距離が、それぞれ異なるコイルペアの間で相違する場合、パラメータｇｌは、概して、個別のコイルｌごとに選択され、すなわちｌに依存する。好適には、パラメータｇｌは、コイルペアのコイルが同じ電流信号Ｉｌ＝ｇｌにおいて同じ勾配磁界を生成するが、φｌ回転されるように、選択される。
【００２６】
パラメータγは、概して、固定の予め決められた値を有し、例えば、最善のＦＦＬが得られる３／２の値を有する。
【００２７】
他の実施形態によれば、前記選択磁界電流信号生成ユニットは、
−前記第１のコイルｌの各々について、Ｉｌ＝ｇｌｃｏｓ（２Φｌ−２α）の形の前記個別の選択磁界電流信号Ｉｌであって、ここで、φｌが、リングに沿った個々の第１のコイルｌの角度位置であり、αが、視野内のライン状の第１のサブゾーンの所望の方向を決定し、ｇｌが、予め決められた定数である、個別の選択磁界電流信号Ｉｌを生成し、
−前記第１のコイルのリングに対し垂直な方向に勾配磁界を生成するために、前記第２のコイルｍの各々について前記個別の選択磁界電流信号Ｉｍを生成する、
ように適応される。
【００２８】
この実施形態において、選択磁界の生成が一層改善される。好適には、前記第２のコイルｍの各々に対する個別の選択磁界電流信号Ｉｍについて、Ｉｍ＝ｇｍが成り立つ。ここで、パラメータｇｍについては一般に、パラメータｇｌに関して上述したこのと同じことが成り立つ。このようにして、個別の選択磁界電流信号Ｉｍは静的であり、視野内のＦＦＬの角度に依存しない。
【００２９】
好適には、前記第２のコイルは、それらが第１のコイルによって生成される勾配磁界の３／４＊Ｌ倍である勾配磁界を、リング平面に対し垂直な方向に生成するように制御される。ここで、Ｌは、第１のコイルのコイルペアの数である。この実施形態について、良好なＦＦＬが得られる。
【００３０】
更に別の実施形態において、前記選択磁界電流信号生成器ユニットは、ライン状の第１のサブゾーンの所望の方向を決定するパラメータαが、時間ｔにおいて連続的に変化される、特にα＝２πｆｔに従って変化されるように、前記個別の選択磁界電流信号を生成するように適応される。ここで、ｆは、ライン状の第１のサブゾーンが回転する周波数である。このようにして、磁界フリーのラインは、例えばＭＰＩ装置に適用される場合、所望の解像度を伴って視野全体をサンプリングするために、周波数ｆによって回転されることができ、従って予め決められた軌道に沿って移動されることができる。
【００３１】
前記生成器手段が、前記第２のコイル及び第１のコイルの前記２つのペアの各々について、個別のドライブ磁界電流信号を生成するためのドライブ磁界電流信号生成器ユニットを有する場合に更に有利である。前記第２のコイル及び第１のコイルの前記２つのペアの各々には、前記ドライブ磁界電流信号が供給され、それによって、前記第１及び第２のコイルが、ライン状の第１のサブゾーンの所望の移動方向を向く、特にライン状の第１のサブゾーンに対し垂直な方向を向く、磁界ベクトルを有する均一な磁界を生成するようにする。このようにして、磁界フリーのラインは、所望の方向に容易に移動されることができる。個別のコイルに供給される電流の関係は、ここでも、距離、巻線の数及びコイルのサイズ等に依存する。
【００３２】
更に別の実施形態は、視野のそれぞれの両側で互いに対向するように配置される第２のコイルの３つのペアを有する。このようにして、ドライブ磁界を生成するためにこれらの第２のコイルのみを使用し、選択磁界を生成するために第１のコイルのみを使用することが可能である。更に、第１のサブゾーンを自由に移動させることが一層容易である。
【００３３】
本発明のこれらの及び他の見地は、以下に記述される実施形態から明らかであり、それらを参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ＭＰＩ装置の第１の実施形態を示す図。
【図２】図１に示される装置によって生成される選択磁界パターンの例を示す図、
【図３】ＭＰＩ装置の第２の実施形態を示す図。
【図４】本発明に従って、視野において磁界を生成し、変化させるコイルアセンブリの実施形態を示す図。
【図５】本発明による装置によって生成される磁界フリーのラインを有する磁界を示す図。
【図６】図４に示されるコイルアセンブリの第１の実施形態において使用される第１のコイルの構成を示す図。
【図７】本発明に従って磁界フリーのラインを移動させる軌道の例を示す図。
【図８】本発明に従って、視野において磁界を生成し、変化させる装置のブロック図。
【図９】新しいＭＰＩ装置に使用される本発明によるコイルアセンブリの一実施形態を示す図。
【図１０】本発明によるＭＰＩ装置のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の詳細が説明される前に、磁性粒子イメージングの基礎が、図１−図３を参照して詳しく説明される。特に、医用診断のためのＭＰＩスキャナの２つの実施形態が、以下に記述される。データ取得の簡単な記述が更に与えられる。２つの実施形態の間の類似性及び相違が示される。
【００３６】
図１に示されるＭＰＩスキャナの第１の実施形態１０は、同軸平行の円形コイルの３つの目立つペア１２、１４、１６を有し、各ペアは、図１に示されるように配置される。これらのコイルペア１２、１４、１６は、選択磁界並びにドライブ及びフォーカス磁界を生成するように働く。３つのコイルペア１２、１４、１６の軸１８、２０、２２は、互いに直交し、ＭＰＩスキャナ１０のアイソセンタ２４と呼ばれる一点で交わる。更に、これらの軸１８、２０、２２は、アイソセンタ２４に付与される３Ｄデカルトｘ−ｙ−ｚ座標系の軸の役割を果たす。縦軸２０は、ｙ軸と名付けられ、従って、ｘ軸及びｚ軸は水平である。コイルペア１２、１４、１６が、それらの軸の名にちなんで名付けられる。例えば、ｙコイルペア１４は、スキャナの上部及び下部のコイルによって形成される。更に、正の（負の）ｙ座標を有するコイルは、ｙ＋コイル（ｙ−コイル）と呼ばれ、残りのコイルについても同様である。
【００３７】
スキャナ１０は、これらのコイル１２、１４、１６の各々に、予め決められた時間依存の電流をいずれかの方向に導くように設定されることができる。電流が、このコイルの軸に沿って見たとき、コイルの周囲を時計回りに流れる場合、その電流は、正の電流とみなされ、そうでなければ、負の電流とみなされる。静止選択磁界を生成するために、一定の正の電流ＩＳが、ｚ＋コイルを通って流れるようにされ、電流−ＩＳが、ｚ−コイルを通って流れるようにされる。ｚコイルペア１６は、逆平行の円形コイルとして作用する。
【００３８】
一般に勾配磁界である選択磁界は、磁力線５０によって図２に示されている。この選択磁界は、選択磁界を生成するｚコイルペア１６の（例えば水平の）ｚ軸２２の方向に実質的に一定の勾配を有し、この軸２２上のアイソセンタ２４において値ゼロに達する。この磁界フリーなポイント（図２に個別に示さず）から始まって、選択磁界５０の強度は、距離が磁界フリーのポイントから増加するにつれて、すべての３つの空間方向において増大する。アイソセンタ２４周囲に破線によって示される第１のサブゾーン又は領域５２において、磁界強度は、第１のサブゾーン５２に存在する粒子の磁化が飽和せず、第２のサブゾーン５４（領域５２の外側）に存在する粒子の磁化が飽和状態であるように十分小さい。スキャナ視野２８の磁界フリーなポイント又は第１のサブゾーン５２は、好適には空間的にコヒーレントなエリアである；第１のサブゾーン５２は更に、点状のエリア、ライン状のエリア又は平坦なエリアでありうる。第２のサブゾーン５４（すなわち第１のサブゾーン５２の外側のスキャナ視野２８の残りの部分において）において、選択磁界の磁界強度は、磁性粒子を飽和状態に保つに十分に強い。
【００３９】
視野２８内の２つのサブゾーン５２、５４の位置を変化させることによって、視野２８内の（全体的な）磁化が変化する。視野２８内の磁化又は磁化によって影響を及ぼされる物理的パラメータを測定することによって、視野２８内の磁性粒子の空間分布に関する情報が得られることができる。視野２８内の２つのサブゾーン５２、５４の相対的な空間位置を変化させるために、他の磁界すなわちドライブ磁界及び適用可能な場合にフォーカス磁界が、視野２８又は視野２８の少なくとも一部において選択磁界５０に重ねられる。
【００４０】
ドライブ磁界を生成するために、時間依存の電流ＩＤ１が、両方のｘコイル１２を通って流れ、時間依存の電流ＩＤ２が両方のｙコイル１４を通って流れ、時間依存の電流ＩＤ３が両方のｚコイル１６を通って流れるようにされる。従って、３つのコイルペアの各々は、平行な円形コイルペアとして働く。同様に、フォーカス磁界を生成するために、時間依存の電流ＩＦ１が、両方のｘコイル１２を通って流れ、電流ＩＦ２が両方のｙコイル１４を通って流れ、電流ＩＦ３が両方のｚコイル１６を通って流れるようにされる。
【００４１】
ｚコイルペア１６は特別であることに注意すべきである：ｚコイルペア１６は、ドライブ及びフォーカス磁界のその割り当てだけでなく、更に選択磁界も生成する。ｚ±コイルを流れる電流は、ＩＤ３＋ＩＦ３＋ＩＳである。残りの２つのコイルペア１２、１４を流れる電流は、ＩＤｋ＋ＩＦｋ，ｋ＝１、２である。それらのジオメトリ及び対称性のため、３つのコイルペア１２、１４、１６は、良好に分離される。これは求められることである。
【００４２】
選択磁界は、逆平行の円形コイルペアによって生成されるので、ｚ軸に関して回転対称であり、そのｚ成分は、アイソセンタ２４周囲のかなり大きいボリュームにおいて、ｚ軸に関してほぼ線形であり、ｘ及びｙから独立している。特に、選択磁界は、アイソセンタにおいて単一の磁界フリーなポイント（ＦＦＰ）を有する。対照的に、平行な円形コイルペアによって生成されるドライブ及びフォーカス磁界への寄与は、アイソセンタ２４周囲のかなり大きいボリュームにおいて空間的にほぼ均一であり、個々のコイルペアの軸と平行である。すべての３つの平行な円形コイルペアによって協働して生成されるドライブ及びフォーカス磁界は、空間的にほぼ均一であり、任意の方向及び或る最大強度までの強度を与えられることができる。ドライブ及びフォーカス磁界は更に、時間依存である。フォーカス磁界とドライブ磁界の間との違いは、フォーカス磁界が時間と共にゆっくり変化し、大きい振幅を有するのに対して、ドライブ磁界が速く変化し、小さい振幅を有することである。これらの磁界を異なるように扱う物理的な及び生医学的な理由がある。大きい振幅を伴って速く変化する磁界は、生成するのが困難であり、患者にとって危険である。
【００４３】
ＭＰＩスキャナの実施形態１０は、平行な円形コイルの少なくとも１つの他のペアを有し、好適には再びｘ軸、ｙ軸及びｚ軸に沿って向けられる３つの他のペアを有する。図１に示されないこれらのコイルペアは、受信コイルの役割を果たす。ドライブ及びフォーカス磁界のためのコイルペア１２、１４、１６と同様に、これらの受信コイルペアの１つを流れる一定の電流によって生成される磁界は、視野内で空間的にほぼ均一であり、個々のコイルペアの軸と平行である。受信コイルは良好に分離されるものとする。受信コイルに誘導される時間依存の電圧は、このコイルに接続される受信機によって増幅され、サンプリングされる。より正確には、この信号の巨大な動的レンジに対処するために、受信機は、受信信号と基準信号との間の差をサンプリングする。受信機の伝達関数は、ＤＣから、期待される信号レベルがノイズレベルを下回るポイントまで、非ゼロである。
【００４４】
図１に示されるＭＰＩスキャナの実施形態１０は、ｚ軸２２に沿って、すなわち選択磁界の軸に沿って、円筒状のボア２６を有する。すべてのコイルは、このボア２６の外側に配置される。データ取得のために、イメージングされるべき（又は処置されるべき）患者（又は対象）は、ボア２６内に置かれ、それにより、イメージングされるべき（又は処置されるべき）患者（又は対象）のボリュームである患者の関心ボリュームが、スキャナがそのコンテントをイメージングすることができるスキャナボリュームであるスキャナの視野２８によって囲まれる。患者（又は対象）は、例えば、患者テーブル上に配置される。視野２８は、ボア２６の内部の、幾何学的に簡単なアイソセントリックなボリュームであり、例えば立方体、球体又は柱体である。立方体の視野２８が、図１に示されている。
【００４５】
第１のサブゾーン５２の大きさは、一方では選択磁界の勾配の強度に依存し、他方では飽和のために要求される磁界の強度に依存する。８０Ａ／ｍの磁界強度及び５０ｘ１０３Ａ／ｍ２に等しい選択磁界の磁界強度の（所与の空間方向の）勾配により磁性粒子が十分に飽和するために、粒子の磁化が飽和しない第１のサブゾーン５２は、（所与の空間方向において）約１ｍｍの寸法を有する。
【００４６】
患者の関心ボリュームは、磁性ナノ粒子を含むものとする。例えば腫瘍の、治療及び／又は診断処置の前に、磁性粒子は、例えば患者（対象）の身体に注入される又は他の方法で、例えば経口的に、患者に投与される磁性粒子を含む液体によって、関心ボリュームに位置付けられる。
【００４７】
磁性粒子の一実施形態は、例えばガラスの球形基板を有し、球形基板は、例えば５ｎｍの厚さを有する軟磁性層を具備し、例えば鉄−ニッケル合金（例えばパーマロイ）を含む。この層は、例えばコーティング層によって被覆されることができ、コーティング層は、例えば酸のような化学的に及び／又は物理的に活動的な環境から、粒子を保護する。このような粒子の磁化の飽和のために必要とされる選択磁界５０の磁界強度は、例えば粒子の直径、磁性層のために使用される磁性材料及び他のパラメータのようなさまざまなパラメータに依存する。
【００４８】
例えば１０μｍの直径の場合、約８００Ａ／ｍの磁界（１ｍＴの磁束密度にほぼ対応する）が必要とされ、１００μｍの直径の場合、８０Ａ／ｍの磁界で十分である。より低い飽和磁化を有する材料のコーティングが選択される場合、又はコーティング層の厚さが低減される場合、より一層小さい値が得られる。一般に使用されることができる磁性粒子は、商品名Resovistで市場において入手可能である。
【００４９】
一般に使用可能な磁性粒子及び粒子組成の更なる詳細について、欧州特許出願公開第１３０４５４２号明細書、並びに国際公開第２００４／０９１３８６号、国際公開第２００４／０９１３９０号、国際公開第２００４／０９１３９４号、国際公開第２００４／０９１３９５号、国際公開第２００４／０９１３９６号、国際公開第２００４／０９１３９７号、国際公開第２００４／０９１３９８号、及び国際公開第２００４／０９１４０８号の各パンフレットの対応する部分がここで参照され、これらの文献の内容は、参照によって本願明細書に盛り込まれるものとする。これらの文献において、一般のＭＰＩ方法のより多くの詳細が同様に見つけることができる。
【００５０】
データ取得は、時間ｔｓで始まり、時間ｔｅで終わる。データ取得の間、ｘ、ｙ及びｚコイルペア１２、１４、１６は、位置及び時間依存の磁界である印加される磁界を生成する。これは、コイルに適切な電流を導くことによって達成される。実際、ドライブ及びフォーカス磁界は、選択磁界を周囲に押しやり、それにより、ＦＦＰは、視野のスーパーセットであるスキャニングボリュームをたどる予め選択されたＦＦＰ軌道に沿って移動する。印加される磁界は、患者の磁性ナノ粒子を整列させる。印加される磁界が変化するにつれて、結果的に生じる磁化も、それが印加される磁界に非線形に応答するにもかかわらず変化する。変化する印加磁界及び変化する磁化の合計は、ｘｋ軸に沿って受信コイルペアの端子の間に時間依存の電圧Ｖｋを誘導する。関連する受信機は、この電圧を信号Ｓｋ（ｔ）に変換し、それをサンプリングし出力する。
【００５１】
ドライブ磁界のバリエーションの周波数帯域とは異なる（より高い周波数にシフトされる）周波数帯域で第１のサブゾーン５２に位置する磁性粒子から信号を受信し又は検出することが有利である。これが可能であるのは、磁化特性の非線形性の結果としてスキャナ視野２８内の磁性粒子の磁化が変化するため、ドライブ磁界の周波数の高調波の周波数成分が生じるからである。
【００５２】
図３に示されるＭＰＩスキャナの第２の実施形態３０は、図１に示される第１の実施形態１０のように、３つの円形の相互に直交するコイルペア３２、３４、３６を有するが、これらのコイルペア３２、３４、３６は、選択磁界及びフォーカス磁界のみを生成する。同様に選択磁界を生成するｚコイル３６は、強磁性体３７を充填されている。この実施形態３０のｚ軸４２は、垂直方向を向き、ｘ軸及びｙ軸３８、４０は、水平方向を向く。スキャナのボア４６は、ｘ軸３８と平行であり、従って、選択磁界の軸４２に対し垂直である。ドライブ磁界は、ソレノイド（図示せず）によってｘ軸３８に沿って、及びサドルコイルのペア（図示せず）によって２本の残りの軸４０、４２に沿って、生成される。これらのコイルは、ボアを形成する管体に巻き付けられる。ドライブ磁界コイルは更に、受信コイルの役割を果たす。受信コイルによって拾われる信号は、印加される磁界によって引き起こされる寄与を抑制するハイパスフィルタに通される。
【００５３】
このような実施形態の幾つかの典型的なパラメータを与えるために、選択磁界Ｇのｚ勾配は、Ｇ／μ０＝２．５Ｔ／ｍの強度を有し、ここで、μ０は、真空透磁率である。生成される選択磁界は、時間を通じてほとんど変化せず、又は、バリエーションは、かなり遅く、好適には約１Ｈｚと約１００Ｈｚとの間である。ドライブ磁界の時間周波数スペクトルは、約２５ｋＨｚ（最大約１００ｋＨｚ）の狭いバンドに集中される。受信信号の有用な周波数スペクトルは、５０ｋＨｚと１ＭＨｚ（究極的には最大約１０ＭＨｚ）との間にある。ボアは１２０ｍｍの直径を有する。ボア４６に収まる最大の立方体２８は、１２０ｍｍ／√２≒８４ｍｍの辺の長さを有する。
【００５４】
上述の実施形態に示されるように、さまざまな磁界が、同じコイルペアのコイルによって、及び適切に生成された電流をこれらのコイルに供給することによって、生成されることができる。しかしながら、特により高い信号対雑音比を有する信号解釈のために、時間的に一定の（又はほぼ一定の）選択磁界及び時間的に可変のドライブ磁界及びフォーカス磁界が、別個のコイルペアによって生成される場合に有利でありうる。概して、例えばオープン磁石（オープンＭＲＩ）を有する磁気共鳴装置の分野から一般に知られているヘルムホルツタイプのコイルペアが、これらのコイルのために使用されることができ、オープンＭＲＩでは、時間的に可変の磁界を生成することができるラジオ周波数（ＲＦ）コイルペアが、関心領域の上及び下に位置する。従って、このようなコイルの構造は、ここで更に詳しく記述される必要がない。
【００５５】
選択磁界の生成のための代替の実施形態では、永久磁石（図示せず）が使用されることができる。このような（対向する）永久磁石（図示せず）の２つの極の間の空間に、すなわち、対向する極が同じ極性を有する場合、図２に示されるのと同様の磁界が形成される。別の代替の実施形態において、選択磁界は、少なくとも１つの永久磁石及び少なくとも１つのコイルの混合によって生成されることができる。
【００５６】
上述したＭＰＩ装置は、空間的に生じる磁界フリーなポイント（ＦＦＰ）を使用する。以下に説明される本発明による装置は、ＭＰＩ装置に適用される場合、同じ機能を提供するが、代わって、空間的に発生される磁界フリーのライン（ＦＦＬ）を使用することが可能であり、これは、磁性粒子イメージング方法のそれらの感度を大幅に改善する。
【００５７】
図４は、視野２８に磁界を生成し、その磁界を変化させるためのコイルアセンブリ２００の第１の実施形態を示す。コイルアセンブリ２００は、特に、図５に示されるように、視野２８において磁界６０を生成し、変化させ／移動させることが可能であり、前記磁界６０は、低い磁界強度をもつライン状の第１のサブゾーン６２及びより高い磁界強度をもつ第２のサブゾーン６４を有する。この目的のために、図４に示されるコイルアセンブリ２００の実施形態は、視野２８の周囲のリングに沿って配置される第１のコイルの４つのペア１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ、１３６ｄを有する。各ペアの２つのコイルは、アイソセンタ２４から等しい距離のところに、リングに沿って等間隔の角度で、視野２８の両側に互いに対向するように配置される。従って、すべての第１のコイル１３６の中心及びアイソセンタ２４は、同じｘｙ平面にある。磁石アセンブリ２００は更に、第１のコイルの４つのペア１３６ａ−１３６ｄによって形成される前記リングのオープンな側面に、視野２８の両側で互いに対向するように配置される第２のコイルの１つのペア１１６を有する。
【００５８】
前記第１及び第２のコイルによって所望の磁界を生成するように前記第１及び第２のコイルに供給される電流信号を生成するために、適当な生成器手段（図４に図示せず；図８を参照）が提供される。特に、生成器手段は、各ペアについて、又はより好ましくは各々の単一コイルについて、後述するように個別の電流を生成することが可能である。
【００５９】
更に、所望の磁界がコイルによって生成されるように適当な電流を生成するように前記生成器手段を制御する制御手段（再び図４に図示せず；図８を参照）が提供される。
【００６０】
磁界フリーのライン、すなわち第２のサブゾーン６４内でライン形状を有する第１のサブゾーン６２、を有する磁界６０が、図５に示されている。磁界フリーのラインは、図４に示されるコイルアセンブリ２００によって生成され、変化され／移動されることができる。ここで、黒色はゼロ（低い）磁界強度を示し、白色は高い磁界強度を示す。
【００６１】
図６に、第１のコイルの４つのペア１３６ａ−１３６ｄが再び、等間隔の角度Ｎｌ＝（２π／８）ｌ，ｌ＝０，１，...７で円上に位置付けられて示されている。あらゆる２つの対向するコイルは、逆方向に流れる電流を伴うマクスウェルコイルを形成する。連続的に回転するＦＦＬは、このような構造によって２つのやり方で生成されることができる。
【００６２】
第１のやり方では、電流Ｉｌ（ｔ）＝Ａ（ｃｏｓ（２Ｎｌ＋２Ｔ）−３／２）が使用され（ＡはＡＣ振幅である）、この電流は更に、Ｉｌ＝ｇｌ（γ−ｃｏｓ（２Φｌ−２α））と書き直されることができ、コイルリングの８つのコイルｌの各々に提供される。ここで、φｌは、リングに沿った個々の第１のコイルｌの角度位置であり、αは、視野内のライン状の第１のサブゾーンの所望の方向を決定し、ｇｌ及びγは、予め決められた定数である。従って、パラメータαを連続的に変化させることによって、ＦＦＬの所望の方向が、時間と共に連続的に変えられることができる。
【００６３】
第２のやり方では、交流電流Ｉｌ（ｔ）＝Ａｃｏｓ（２Ｂｌ＋２Ｔｔ）が使用され、この電流は更に、Ｉｌ＝ｇｌｃｏｓ（２Φｌ−２α）と書き直されることができる。更に、このモードでは、直流電流が、ｚ方向のマクスウェルコイルペア１１６（図４を参照）に適用される。好適には、電流Ｉｌの振幅Ａと、第２のコイルペア１１６のコイルｍに供給される直流電流Ｉｍとの間の比は、ｚ方向のマクスウェルコイルペア１１６が、直流電流Ｉｌ＝−Ａ・３／２について第１のコイル１３６のコイルリングと同じ勾配を生成するように、選択される。
【００６４】
従って、記述される２つのモードにおいて、これらのコイルは、選択磁界を生成するための選択磁界コイルと考えられることができる。しかしながら、選択磁界は、知られているＭＰＩ装置のようにもはや静的ではなく、ＦＦＬを移動させるために時間と共に可変である。
【００６５】
更に、ＦＦＬを任意の位置（ｘ，ｙ，ｚ）へ移動させるために、ｚ方向のコイルペア１１６並びに付加的にｘ方向の１つのコイルペア１３６ａ及びｙ方向の１つのコイルペア１３６ｃが、同じ方向に流れる電流を重ね合せることによって、ヘルムホルツ構造において使用される。適当な電流を選択することによって、ＦＦＬは、任意の予め規定された軌道に沿って移動されることができる。例えば、ＦＦＬは、ｘｙ平面においてＦＦＬ方向に垂直な方向に、行ったり来たり移動されることができ、他方、ＦＦＬは、周波数Ｔでゆっくり回転される。更に、コイルアセンブリ２００がＭＰＩイメージング用のＭＰＩ装置において使用される場合、ＦＦＬは、３Ｄイメージングのためにｚ軸に沿って移動される。従って、ヘルムホルツ構造において使用されるコイルは、一般に時間と共に変化される均一な磁界であるドライブ磁界を生成するための従来のＭＰＩイメージングのドライブ磁界コイルと考えられることができる。
【００６６】
ＦＦＬを移動させるための軌道Ｔの例が、図７に示されている。ローゼットは、時間の関数としてドライブ磁界のベクトルを示している。時間ｔｘにおいて、ローゼットは、「位置」ｘに展開され、均一なドライブ磁界Ｂ（中心に描かれている）は、ローゼットの中心と位置ｘとの間の接続線の方向をもつ。磁界強度は、この線の長さに比例する。ＦＦＬの向きがドライブ磁界ベクトルに対し常に垂直である場合、ＦＦＬは、選択磁界及びドライブ磁界を重ね合わせることによって、ドライブ磁界ベクトルに沿って移動する。それゆえ、ＦＦＬは、ゆっくり回転しながら、行ったり来たりスキャンする。これは、３つの任意の時間ｔ０、ｔ１及びｔ２に関して描かれている。
【００６７】
図８は、本発明に従って、視野において磁界を生成し、変化させる装置３００のブロック図を示す。装置３００は、図４に示されるようなコイルアセンブリ２００を有する。
【００６８】
従って、前述したように、（勾配）選択磁界を生成するために、選択磁界（ＳＦ）コイル１３６の組を有する選択手段が提供され、好適には、コイル素子（第１のコイル）の少なくとも３つのペアを有する。ここに示される実施形態において、選択コイルの４つのペア１３６ａ−１３６ｄが提供される。選択手段は更に、選択磁界信号生成器ユニット１３０を有する。好適には、別個の生成器サブユニットが、選択磁界コイルの組１３６の各々のコイル素子（又はコイル素子の各ペア）について、提供される。前記選択磁界信号生成器ユニット１３０は、制御可能な選択磁界電流源１３２（概して増幅器を有する）及びフィルタユニット１３４を有し、フィルタユニット１３４は、所望の方向において選択磁界の勾配強度を個別に設定するために、選択磁界電流を個々の選択磁界コイル素子に供給する。
【００６９】
選択磁界信号生成器ユニット１３０は、制御ユニット１５０によって制御され、制御ユニット１５０は、好適には、磁界強度の合計及び選択磁界のすべての空間的な割合の勾配強度の合計が、予め規定されたレベルに維持されるように、選択磁界電流生成器ユニット１３０を制御する。
【００７０】
ドライブ磁界の生成のために、装置１００は更に、ドライブ磁界（ＤＦ）コイルのサブセットを有するドライブ手段を有し、この実施形態では対向するように配置されるドライブ磁界コイル素子の１つのペア１１６を有する。ドライブ磁界コイルは、ドライブ磁界コイルの前記組の各々のコイル素子（又は少なくともコイル素子の各ペア）ごとに別個のドライブ磁界信号生成サブユニットを好適に有するドライブ磁界信号生成器ユニット１１０によって制御される。前記ドライブ磁界信号生成器ユニット１１０は、個々のドライブ磁界コイルにドライブ磁界電流を供給するために、ドライブ磁界電流源１１２（好適には電流増幅器を有する）及びフィルタユニット１１４を有する。ドライブ磁界電流源１１２は、ＡＣ電流を生成するように適応され、制御ユニット１５０によって再び制御される。
【００７１】
このような装置３００によって、磁界フリーのラインを有する磁界が、視野にわたって生成され、移動されることができる。これは、さまざまなアプリケーションにおいて利用されることができる。例えば、ＭＰＩ装置において使用される場合、これは、ＭＰＩ方法の感度を１０倍以上改善する。Weizenecker他の上述の論文「Magnetic Particle Imaging Using a Field-free Line」に示される装置と比較して、この装置は、約１０００倍少ないパワーを消費し、これは、従来のＭＰＩ装置とほぼ同じである。更に、それは、２Ｄイメージングに制限されず、すべての静止電流は、ｚ方向に向けられる付加のマクスウェルコイルにおいて強化されることができる。これは、実現するのがより容易であり、より効率的である。更に、ＦＦＬは、前記論文に示される装置によって生成されるＦＦＬよりも良好な品質である。特に、ＦＦＬに対し垂直な磁界は、前記論文に開示される装置より一層線形に増大する。
【００７２】
更に、本発明による装置は、ＭＰＩ装置において従来使用されるように、磁界フリーのラインではなく磁界フリーのポイントを生成するために使用されることもできる。この場合、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸上のコイルペアのみが使用される。ｚコイルペアが、静止電流（マクスウェル構造）によって駆動され、すべての３つのコイルペアが更に、概してＭＰＩ装置において使用されるような任意の予め規定された軌道においてＦＦＰを駆動するように、振動電流（ヘルムホルツ構造）によって駆動される。
【００７３】
ドライブ磁界コイルに供給される電流は概して固定ではない。軌道に沿ってＦＦＰを駆動するＭＰＩ方法のように、ＦＦＬモードにおいて、異なる軌道が使用されることができる。好適な軌道は、ＣＴに通常使用されるコーディング技法（例えばラドン変換）を適用することを可能にする半径軌道（ＦＦＬを回転させる）である。
【００７４】
図９は、本発明によるコイルアセンブリ２００の別の実施形態を示している。図４に示される実施形態に示されるコイルに加えて、２つの他のコイルペア１１６ｂ、１１６ｃが付加されており、これにより、ドライブ磁界を生成するために各々の空間方向ごとに別個のコイルペア１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃがある。この場合、好適には、リングに沿って配置される８つのコイル１３６は、選択磁界を生成するためにのみ使用される。
【００７５】
図１０は、本発明によるＭＰＩ装置１００の概略ブロック図を示している。特に明記しない限り、上記で説明された磁性粒子イメージングの一般原理は有効であり、この実施形態にも適用できる。
【００７６】
図９に示される装置１００の実施形態は、所望の磁界を生成するためにさまざまなコイルの組を有する。具体的には、装置１００は、図８に示されるような、磁界を生成し移動させる装置３００を有する。以下、付加の素子についてのみ説明される。
【００７７】
信号検出のために、受信コイルである受信手段１４８と、前記受信手段１４８によって検出された信号を受信する信号受信ユニット１４０とが提供される。前記信号受信ユニット１４０は、受信された検出信号をフィルタリングするフィルタユニット１４２を有する。このフィルタリングの目的は、検査エリアの磁化によってもたらされる測定値を、他の干渉信号から分離することである。磁化は、２つの部分領域（５２、５４；６２、６４）の位置の変化によって影響を及ぼされる。このために、フィルタユニット１４２は、例えば、受信コイル１４８が作動される時間周波数より小さい時間周波数をもつ又はこれらの時間周波数の２倍小さい周波数をもつ信号が、フィルタユニット１４２を通過しないように、設計されることができる。信号は、増幅器ユニット１４４を通じてアナログ／デジタル変換器１４６（ＡＤＣ）に送信される。アナログ／デジタル変換器１４６によって生成されるデジタル化された信号は、画像処理ユニット（再構成手段とも呼ばれる）１５２に供給され、画像処理ユニット１５２が、これらの信号と、個々の信号の受信中に検査エリアの第１の磁界の第１の部分領域５２が呈した個々の位置とから、磁性粒子の空間分布を再構成する。画像処理ユニット１５２は、上述の第１の部分領域５２の位置を制御ユニット１５０から得る。磁性粒子の再構成された空間分布は、制御手段１５０を介してコンピュータ１５４に最終的に送信され、コンピュータ１５４は、モニタ１５６上にその空間分布を表示する。こうして、検査エリアの視野内の磁性粒子の分布を示す画像が表示されることができる。
【００７８】
更に、例えばキーボードのような入力ユニット１５８が提供される。従って、ユーザは、最も高い解像度の所望の方向を設定することができ、次いで、モニタ１５６上にアクション領域の個々の画像を受信する。最も高い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する場合、ユーザは、改善されたイメージング解像度を有する他の画像を生成するために、手動で方向をなお変えることができる。この解像度改善プロセスは、制御ユニット１５０及びコンピュータ１５４によって自動的に処理されることもできる。本実施形態における制御ユニット１５０は、ユーザによるスタート値として自動的に評価される又は設定される第１の方向に勾配磁界を設定する。受信画像の解像度がコンピュータ１５４によって比較され最大になり、もはやそれぞれ改善されなくなるまで、勾配磁界の方向が、徐々に変えられる。従って、最も重要な方向は、可能性として最も高い解像度を受信するように自動的に適応され、見つけられることができる。
【００７９】
こうして、上述したように、点状又はライン状の低い（又はゼロの）磁界強度をもつ第１のサブゾーン及びより高い磁界強度をもつ第２のサブゾーンを有する磁界を生成し変化させる装置が、本発明によって提供される。このような装置は、好適には、ＭＰＩ装置に適用されることができる。磁界フリーのラインは、たった３つの回転される勾配磁界の重ね合わせによって、２Ｄ平面の任意の方向に確立されることができる。視野の周囲のリングに配置されるべき最適なコイルペアの数は、それがパワー損失であるか又は最適化されるべきである生成される磁界の品質であるかに依存して、３つ又は４つであることが分かった。Weizenecker他によって提案されるコイルアセンブリと比較して大幅に低減されたパワー消費は、この構成の実現可能性のために、及び改善される感度により一般のＭＰＩのために、大きなステップを示す。しかしながら、磁界中に磁界フリーのラインを使用する概念は、ＭＰＩに拘束されず、その適用を他の分野にも同様に見出す。
【００８０】
本発明は、図面及び上述の説明に詳しく図示され記述されているが、このような図示及び説明は、制限的なものではなく、説明的又は例示的なものであると考えられることである；本発明は、開示された実施形態に制限されない。開示された実施形態に対する他の変更例は、図面、開示及び添付の請求項の検討から、請求項に記載の本発明を実施する際に当業者によって理解され、達成されることができる。
【００８１】
請求項において、「含む、有する」という語は、他の構成要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は複数性を除外しない。単一の構成要素又は他のユニットは、請求項に列挙されるいくつかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
【００８２】
請求項における如何なる参照符号も、本発明の範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。
【図１】
2013502262.tif 000003
【図２】
2013502262.tif 000004
【図３】
2013502262.tif 000005
【図４】
2013502262.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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