(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＯＶ内の磁性粒子を検出するための装置であって、
磁性粒子の磁化が飽和していない、低い磁場強度を有する第１の部分領域、及び、磁性粒子の磁化が飽和しており、高い磁場強度を有する第２の部分領域が前記ＦＯＶ内に形成されるような磁場強度の空間パターンを有する選択磁場を生成するための、選択磁場信号生成器ユニットと選択磁場要素とを含む選択手段と、
前記磁性材料の磁化がローカルに変化するよう、駆動磁場により前記ＦＯＶ内の前記第１及び第２の部分領域の空間位置を変化させるための、駆動磁場信号生成器ユニットと駆動磁場コイルとを含む駆動手段と、
前記第１及び第２の部分領域の空間位置の前記変化によって影響される、前記ＦＯＶ内の磁化に依存する検出信号を取得するための、少なくとも１つの信号受信ユニットと少なくとも１つの受信コイルとを含む受信手段と、
前記検出信号から前記ＦＯＶの画像を再構成するための再構成手段であって、
前記検出信号内の、前記ＦＯＶ内に磁性粒子が存在しなかった１つ以上のバックグラウンド期間を識別し、ここで、前記ＦＯＶ内に磁性粒子が存在した信号期間には、前記１つ以上のバックグラウンド期間のうちの少なくとも１つが挿入されており、
前記バックグラウンド期間において得られた前記検出信号を使用して、前記信号期間において得られた検出信号を補正し、
前記補正された前記信号期間において得られた検出信号から前記画像を再構成する、再構成手段と
を含む、装置。
【請求項２】
前記再構成手段は、１つ以上の周波数成分を経時的に分析することによって前記検出信号内の前記１つ以上のバックグラウンド期間を識別する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記再構成手段は、前記駆動磁場の駆動磁場周波数の高調波又は複数の高調波の混合周波数である１つ以上の周波数成分を分析する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記再構成手段は、前記１つ以上の周波数成分における変化及び／又は前記１つ以上の周波数成分から導出された１つ以上の導出関数における変化を識別する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記再構成手段は、前記１つ以上の周波数成分及び／又は前記１つ以上の周波数成分から導出された１つ以上の導出関数において、振幅の変化が存在するか否かを識別する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記再構成手段は、周波数成分ごとに、前記信号期間において得られた検出信号から前記バックグラウンド期間において得られた検出信号を除去する又は差し引く、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記再構成手段は、周波数成分ごとに、補間又は平均バックグラウンド信号を計算し、前記信号期間において得られた前記検出信号から前記補間又は平均バックグラウンド信号を差し引く、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記再構成手段は、周波数成分ごとに及びバックグラウンド期間ごとに、バックグラウンド信号又はその平均を計算し、隣接する信号期間において得られた前記検出信号から前記バックグラウンド信号又はその平均を差し引く、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記再構成手段は、前記信号期間において得られた検出信号から、前記バックグラウンド測定において急な不規則変化を示す周波数成分を抑制又は除去する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記再構成手段は、前記識別された変化を、磁性粒子が前記ＦＯＶ内に存在する時及び／又は場所を示す追加情報に関連付ける、請求項４に記載の装置。
【請求項１１】
前記追加情報は、磁性粒子が前記ＦＯＶ内に存在する対象に導入された時間、及び／又は、前記対象と前記ＦＯＶとの間の位置関係を示す、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の部分領域及び前記第２の部分領域が前記ＦＯＶ内に形成されるような磁場強度の空間パターンを有する選択及びフォーカス磁場を生成するための、及び、検査領域内の前記ＦＯＶの空間位置を変化させるための、前記選択手段を含む選択及びフォーカス手段であって、前記選択及びフォーカス手段は、選択及びフォーカス磁場コイルの少なくとも１つのセットと、前記選択及びフォーカス磁場の生成を制御するために前記選択及びフォーカス磁場コイルの少なくとも１つのセットに供給される選択及びフォーカス磁場電流を生成するための選択及びフォーカス磁場生成器ユニットとを含む、選択及びフォーカス手段を含み、
前記選択及びフォーカス磁場コイルの少なくとも１つのセットは、
内側コイル軸のまわりの閉じたループとして形成される少なくとも１つの内側選択及びフォーカス磁場コイルと、
互いに異なる角度位置に配置され且つ前記少なくとも１つの内側選択及びフォーカス磁場コイルよりも前記内側コイル軸から遠くに配置され、それぞれが関連する外側コイル軸のまわりの閉じたループとして形成される少なくとも２つの外側選択及びフォーカス磁場コイルのグループとを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
ＦＯＶ内の磁性粒子を検出するための方法であって、
磁性粒子の磁化が飽和していない、低い磁場強度を有する第１の部分領域、及び、磁性粒子の磁化が飽和している、高い磁場強度を有する第２の部分領域が前記ＦＯＶ内に形成されるような磁場強度の空間パターンを有する選択磁場を生成するステップと、
前記磁性材料の磁化がローカルに変化するよう、駆動磁場により前記ＦＯＶ内の前記第１及び第２の部分領域の空間位置を変化させるステップと、
前記第１及び第２の部分領域の空間位置の前記変化によって影響される、前記ＦＯＶ内の磁化に依存する検出信号を取得するステップと、
前記検出信号内の、前記ＦＯＶ内に磁性粒子が存在しなかった１つ以上のバックグラウンド期間を識別するステップであって、前記ＦＯＶ内に磁性粒子が存在した信号期間には、前記１つ以上のバックグラウンド期間のうちの少なくとも１つが挿入されている、ステップと、
前記バックグラウンド期間において得られた前記検出信号を使用して、前記信号期間において得られた検出信号を補正するステップと、
前記補正された前記信号期間において得られた検出信号から画像を再構成するステップと
を含む、方法。
【請求項１４】
コンピュータ上で実行されたとき、請求項１３に記載の方法のステップを実行するよう、前記コンピュータに請求項１に記載の装置を制御させるための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、バックグラウンド信号の除去を可能にする、ＦＯＶ（ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ）内の磁性粒子を検出するための装置及び方法に関する。本発明は、特にＭＰＩ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｉｍａｇｉｎｇ）の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＰＩは新しい医用画像診断法である。ＭＰＩの初期のバージョンは、二次元画像を生成するという点で二次元であった。より新しいバージョンは三次元（３Ｄ）である。単一の３Ｄ画像のデータ取得中に対象が大きく変化しないことを条件に、３Ｄ画像の時間シーケンスを組み合わせて動画にすることにより、非静的対象の四次元画像を作成することができる。
【０００３】
ＭＰＩは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）又は核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）と同様に再構成撮像法である。したがって、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スキャナを用いて実行される。ＭＰＩスキャナは、スキャナのアイソセンターに（単一の）フィールドフリー点（ＦＦＰ）又はフィールドフリー線（ＦＦＬ）を有する、「選択磁場」と呼ばれる静的な勾配磁場を生成する手段を備える。また、このＦＦＰ（又はＦＦＬ；以下、「ＦＦＰ」への言及は、通常はＦＦＰ又はＦＦＬを意味すると理解されたい）は低い磁場強度を有する第１の部分領域によって囲まれ、この部分領域は、より高い磁場強度を有する第２の部分領域によって囲まれる。さらに、スキャナは、時間依存性の空間的にほぼ均一な磁場を生成するための手段を備える。この場は実際には、「駆動磁場」と呼ばれる振幅が小さく速く変化する場と、「フォーカス磁場」と呼ばれる振幅が大きくゆっくりと変化する場とを重ねることによって得られる。時間依存性の駆動磁場及びフォーカス磁場を静選択磁場に加えることにより、アイソセンター周囲の「スキャンボリューム」にわたる所定のＦＦＰ軌道に沿ってＦＦＰを動かすことができる。スキャナはさらに１つ以上の、例えば３つの受信コイルの構成を備え、これらのコイル内に誘導された電圧を記録することができる。データ取得のために、対象の関心ボリュームが、スキャンボリュームのサブセットであるスキャナのＦＯＶ内に含まれるよう、撮像対象がスキャナ内に配置される。
【０００４】
対象は磁性ナノ粒子又は他の磁性非線形材料を含まなければならず、対象が動物又は患者である場合、スキャン前に動物又は患者にこのような粒子を含む造影剤が投与される。データ取得中、ＭＰＩスキャナはスキャンボリューム又は少なくともＦＯＶをトレースする／覆う慎重に選択された軌道に沿ってＦＦＰを動かす。対象内の磁性ナノ粒子は変化する磁場を体験し、各々の磁化を変化させることによって反応する。ナノ粒子の変化する磁化は、各受信コイル内に時間依存性の電圧を誘導する。この電圧は受信コイルに関連付けられた受信機に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、取得データを構成する。データ取得の詳細を制御するパラメータは「スキャンプロトコル」を構成する。
【０００５】
画像再構成と呼ばれる画像生成の第２のステップでは、第１のステップにおいて取得されたデータから画像が計算又は再構成される。画像は、ＦＯＶ内の磁性ナノ粒子の位置依存濃度のサンプリング近似を表す離散的なデータの３Ｄアレイである。通常、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実行される。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、データ取得の数理モデルに基づく。全ての再構成撮像法と同様に、このモデルは取得データに作用する積分作用素として公式化され、再構成アルゴリズムは、モデルのアクションを可能な限り元に戻そうとする。
【０００６】
このようなＭＰＩ装置及び方法は、例えば人体等の任意の検査対象を、非破壊的にかつ高い空間分解能で、検査対象の表面の近く及び表面から遠くの両方において検査するために使用可能であるという利点を有する。このような装置及び方法は広く知られており、DE 101 51 778 A1、及び、Gleich, B. and Weizenecker, J. (2005), “Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles” in Nature, vol. 435, pp. 1214-1217において初めて開示され、当該文献には再構成の原理も概略的に記載されている。当該文献に記載される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する。
【０００７】
ＭＰＩキャリブレーションスキャン及び対象スキャンのいずれでも生じるバックグラウンド信号変動及びスプリアス信号は、画質を著しく損なうおそれがある。異なるバックグラウンド信号のソースは異なるスペクトル挙動を示し、よって、バックグラウンド信号寄与は測定される帯域幅にわたって均一に広がらず、強度及び時間パターンが周波数成分ごとに異なる。
【０００８】
さらに、以上に説明されたＭＰＩ装置及び方法のデザインは人間にとって未だ最適ではない。
【０００９】
特に、バックグラウンド信号はスキャナ部品（すなわち、ＭＰＩ装置の部品）によって生成されるか、又は外部から遮蔽されたキャビン内に加わり、検出システムによって拾われる。良好な画質を達成するには、測定データから信号バックグラウンドを除去しなければならない。バックグラウンドの時間一定成分は、１つのバックグラウンド測定値を用いて容易に差し引かれ得る。しかし、対象又は患者のスキャン中に変化する時間変化バックグラウンド成分は、既存の戦略によっては除去が困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一課題は、大きな対象（人間、動物等）、特に成人の検査を可能にし、また、バックグラウンド信号の除去を可能にする、ＦＯＶ内の磁性粒子を検出するための装置及び方法を提供することである。
【００１１】
本発明の第１の側面では、ＦＯＶ内の磁性粒子に影響を及ぼすための及び／又はＦＯＶ内の磁性粒子を検出するための装置であって、
磁性粒子の磁化が飽和していない、低い磁場強度を有する第１の部分領域、及び、磁性粒子の磁化が飽和しており、より高い磁場強度を有する第２の部分領域がＦＯＶ内に形成されるような磁場強度の空間パターンを有する選択磁場を生成するための、選択磁場信号生成器ユニットと選択磁場要素とを含む選択手段と、
磁性材料の磁化がローカルに変化するよう、駆動磁場によりＦＯＶ内の第１及び第２の部分領域の空間位置を変化させるための、駆動磁場信号生成器ユニットと駆動磁場コイルとを含む駆動手段と、
第１及び第２の部分領域の空間位置の変化によって影響される、ＦＯＶ内の磁化に依存する検出信号を取得するための、少なくとも１つの信号受信ユニットと少なくとも１つの受信コイルとを含む受信手段と、
検出信号からＦＯＶの画像を再構成するための再構成手段であって、
検出信号内の、ＦＯＶ内に磁性粒子が存在しなかった１つ以上のバックグラウンド期間を識別し、ここで、ＦＯＶ内に磁性粒子が存在した信号期間には、１つ以上のバックグラウンド期間のうちの少なくとも１つが挿入されており、
バックグラウンド期間において得られた検出信号を使用して、信号期間において得られた検出信号を補正し、
補正された信号期間において得られた検出信号から画像を再構成する、再構成手段とを含む、装置が提供される。
【００１２】
本発明の他の側面では、ＦＯＶ内の磁性粒子に影響を及ぼすための及び／又はＦＯＶ内の磁性粒子を検出するための装置であって、
ｉ）第１の部分領域及び第２の部分領域がＦＯＶ内に形成されるような磁場強度の空間パターンを有する選択及びフォーカス磁場を生成するための、及び、検査領域内のＦＯＶの空間位置を変化させるための、選択手段を含む選択及びフォーカス手段であって、選択及びフォーカス手段は、選択及びフォーカス磁場コイルの少なくとも１つのセットと、選択及びフォーカス磁場の生成を制御するために選択及びフォーカス磁場コイルの少なくとも１つのセットに供給される選択及びフォーカス磁場電流を生成するための選択及びフォーカス磁場生成器ユニットとを含み、
選択及びフォーカス磁場コイルの少なくとも１つのセットは、
内側コイル軸のまわりの閉じたループとして形成される少なくとも１つの内側選択及びフォーカス磁場コイルと、
互いに異なる角度位置に配置され且つ少なくとも１つの内側選択及びフォーカス磁場コイルよりも内側コイル軸から遠くに配置され、それぞれが関連する外側コイル軸のまわりの閉じたループとして形成される少なくとも２つの外側選択及びフォーカス磁場コイルのグループとを含む、選択及びフォーカス手段と、
ｉｉ）磁性材料の磁化がローカルに変化するよう、駆動磁場によりＦＯＶ内の第１及び第２の部分領域の空間位置を変化させるための、駆動磁場信号生成器ユニットと駆動磁場コイルとを含む駆動手段と、
ｉｉｉ）第１及び第２の部分領域の空間位置の変化によって影響される、ＦＯＶ内の磁化に依存する検出信号を取得するための、少なくとも１つの信号受信ユニットと少なくとも１つの受信コイルとを含む受信手段と、
ｉｖ）検出信号からＦＯＶの画像を再構成するための再構成手段であって、
検出信号内の、ＦＯＶ内に磁性粒子が存在しなかった１つ以上のバックグラウンド期間を識別し、ここで、ＦＯＶ内に磁性粒子が存在した信号期間には、１つ以上のバックグラウンド期間のうちの少なくとも１つが挿入されており、
バックグラウンド期間において得られた検出信号を使用して、信号期間において得られた検出信号を補正し、
補正された信号期間において得られた検出信号から画像を再構成する、再構成手段と
を含む、装置が提供される。
【００１３】
一実施形態では、コンピュータ上で実行されたとき、本発明に係る方法のステップを実行するよう、コンピュータに本発明に係る装置を制御させるためのプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムが提供される。
【００１４】
本発明の好適な実施形態が従属請求項に記載される。請求項に記載の方法及びコンピュータプログラムは、請求項に記載のコイル構成及び従属請求項に記載された好適な実施形態と同様な及び／又は同一な実施形態を有することを理解されたい。
【００１５】
本発明は、対象又は患者のスキャン中、複数の時点において純粋なバックグラウンドスペクトルを得ることを狙いとする。この目的のために、ＦＯＶ（すなわち、検出信号が取得され、画像が再構成されるべき撮像ボリューム）内にトレーサー物質（すなわち、磁性粒子又は磁性粒子を含む材料）が存在せず、よって純粋なバックグラウンド信号を表す期間が識別される。フィールフリー点の軌道、すなわち、それに沿って第１の部分領域が動かされる軌道の１つの繰り返し中に取得される高調波のスペクトルは、信号バックグラウンドの変化に起因する信号変化と、トレーサー物質が撮像ボリュームに入ることに起因する変化とを区別する上で有益なツールである。
【００１６】
ゆっくりかつ比較的線形に変化する時間変化成分は、通常、２つのバックグラウンド測定、すなわち対象スキャンの前後の測定を使用することによって除去することができる。２つの測定間の線形補間を用いることで、バックグラウンド減算に適したデータが生成され得る。しかし、バックグラウンド信号がより複雑に変化する（例えば、ジャンプ、非単調変化等）場合、線形二点補間は機能しない。そこで、対象測定内に点在する複数のバックグラウンド測定を取得することが提案される。
【００１７】
したがって、本発明は、信号スペクトルの１つ以上の周波数成分の分析による、トレーサーが検出されない期間の識別を提案する。これらの期間は、対象又は患者がスキャナ内に存在するがトレーサー物質がまだ対象若しくは患者に注入されていない場合、又は対象若しくは撮像ボリュームが動かされ、アクティブな撮像ボリューム内にトレーサーが存在しない場合に生じる。これらの期間中、信号はバックグラウンド信号を直接表し、よってバックグラウンド除去のために使用され得る。
【００１８】
このアプローチは、通常、対象測定に時間的に非常に近い複数のバックグラウンド測定が利用可能であるという利点を有し、よって可能な限り最適なバックグラウンド補正を可能にする。バックグラウンドはスキャン中に急激に変化する場合があるので、対象スキャンの前後でのバックグラウンドスキャン間の線形補間を使用するアプローチはしばしば機能せず、一方、提案のアプローチは、はるかに正確な結果をもたらす。
【００１９】
好適な一実施形態では、所定の時間間隔の経過後、トレーサー物質が位置せず、バックグラウンド信号のみが検出される領域に撮像ボリュームを移動させるためにフォーカス磁場が使用される。
【００２０】
より柔軟な実施形態では、撮像ボリューム内にトレーサー物質が存在しない期間を識別するために、異なる高調波において信号がモニタリングされる。その後、これらの期間は追加のバックグラウンド測定結果として使用され、バックグラウンド補間のためのさらなる点をもたらす。副次的な効果として、この情報を使用して、撮像ボリューム内にトレーサーが存在しない長い期間を捨てることができ、よって保存スペース及び再構成時間を削減することができる。
【００２１】
上述したように、一実施形態では、上記再構成手段は、１つ以上の周波数成分を経時的に分析することによって検出信号内の１つ以上のバックグラウンド期間を識別する。好ましくは、このために、駆動磁場の駆動磁場周波数の高調波又は高調波の混合周波数である１つ以上の周波数成分が分析される。磁性粒子がＦＯＶに入る場合、これらの高調波が最も変化を示す傾向があるからである。
【００２２】
他の実施形態では、上記１つ以上の周波数成分及び／又は上記１つ以上の周波数成分から導出された１つ以上の導出関数の変化が識別され、これらの変化は、その時点から磁性粒子がＦＯＶ内に存在する又はＦＯＶ内に存在しないことの指標として使用される。好ましくは、１つ以上の周波数成分及び／又は１つ以上の周波数成分から導出された１つ以上の導出関数において、振幅の変化が存在するか否かが識別される。
【００２３】
他の実施形態では、周波数成分ごとに、信号期間において得られた検出信号からバックグラウンド期間において得られた検出信号が除去され又は差し引かれる。このようにすることで、検出信号の良好な補正が達成される。
【００２４】
一実施形態では、周波数成分ごとに、補間又は平均バックグラウンド信号を計算し、信号期間において得られた検出信号から補間又は平均バックグラウンド信号を差し引くことが好ましい。リアルタイム信号補正のために使用され得る、バックグラウンド信号補正のさらなる改良は、周波数成分ごとに及びバックグラウンド期間ごとに、バックグラウンド信号又はその平均を計算し、隣接する信号期間において得られた検出信号からバックグラウンド信号又はその平均を差し引く実施形態によって達成され得る。リアルタイムシナリオにおいては、対象信号ウィンドウ後のバックグラウンド測定結果はまだ利用できないので、以前の（場合によっては平均化された）バックグラウンド値が使用される。
【００２５】
好ましくは、再構成手段は、識別された変化を、磁性粒子がＦＯＶ内に存在する時及び／又は場所を示す追加情報に関連付ける。これは、バックグラウンド信号検出のさらなる改良を提供する。上記追加情報は、例えば、磁性粒子がＦＯＶ内に存在する対象に導入された時間、及び／又は、対象とＦＯＶとの間の位置関係を示す。
【００２６】
結合された選択及びフォーカス磁場コイルを使用する好適に提案されるＭＰＩ装置は、既知のＭＰＩ装置においては別々のコイルとして通常提供されるフォーカス磁場コイル及び選択磁場コイルを、結合された選択及びフォーカス磁場コイルのセットに結合するという概念に基づく。したがって、従来のように各フォーカス磁場コイル及び各選択磁場コイルに別々の電流を供給する代わりに、単一の電流が各コイルに供給される。したがって、この単一の電流は、フォーカス磁場生成及び選択磁場生成のための２つの重畳された電流として考えることができる。検査領域内のＦＯＶの所望の位置及び移動は、様々なコイルへの電流を制御することによって容易に変更され得る。しかし、全ての選択及びフォーカス磁場コイルに制御電流が供給される必要はなく、一部のコイルはＦＯＶの特定の動きのためにのみ必要である。
【００２７】
提案の装置は、被検者が配置される検査領域に対して、コイルが配置される態様及び場所に関するさらなる自由をさらに提供する。特に、この構成の場合、患者及び医師又は医療従事者、例えば介入中の外科医の両方によってアクセスしやすいオープンスキャナを構築することができる。
【００２８】
このような装置の場合、第１の部分領域内に位置する磁性粒子の磁化が飽和しないように適合されたより低い磁場強度を有する第１の部分領域（例えば、ＦＦＰ）と、第２の部分領域内に位置する磁性粒子の磁化が飽和するよう適合されたより高い磁場強度を有する第２の部分領域とをＦＯＶが含むような磁場強度の空間分布を有する勾配磁場（すなわち、選択磁場）が生成される。磁性粒子の磁化特性曲線の非線形性のため、磁化、及びよって磁性粒子によって生成される磁場はより高い高調波を示し、これは、例えば検出コイルによって検出され得る。評価される信号（信号の高い高調波）は磁性粒子の空間分布に関する情報を含み、これは同様に、例えば医用イメージング、磁性粒子の空間分布の視覚化、及び／又は他のアプリケーションのために使用され得る。
【００２９】
本発明に係るＭＰＩ装置は、例えば核磁気共鳴（ＮＭＲ）のような他の良く知られた従来の医用イメージング技術とは異なる新しい物理的原理（すなわち、ＭＰＩと呼ばれる原理）に基づく。特に、ＮＭＲとは対照的に、この新しいＭＰＩ原理は、陽子の磁気共鳴特性に対する材料の影響を利用せず、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の磁化を直接検出する。特に、ＭＰＩ技術は、磁化が不飽和状態から飽和状態に変化する領域における磁化特性曲線の非線形性からもたらされる、生成された磁気信号の高い高調波を使用する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明の上記及び他の側面は、後述される実施形態を参照して説明され、明らかになるであろう。
【００３１】
【図１】図１は、ＭＰＩ装置の第１の実施形態を示す。
【図２】図２は、図１に示される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３】図３は、ＭＰＩ装置の第２の実施形態を示す。
【図４】図４は、ＭＰＩ装置の第３及び第４の実施形態を示す。
【図５】図５は、本発明に係るＭＰＩ装置のブロック図を示す。
【図６】図６は、ＭＰＩ装置の第３及び第４の実施形態のための選択及びフォーカス磁場コイル構成の一実施形態の２つの直交する断面図を示す。
【図７】図７は、ＭＰＩ装置の第３及び第４の実施形態のためのポールシュー構成の一実施形態の２つの直交する断面図を示す。
【図８】図８は、図７に示されるポールシュー構成の実施形態の斜視図を示す。
【図９】図９は、ＭＰＩ装置の第３及び第４の実施形態のための選択及びフォーカス磁場コイル構成の一実施形態の２つの直交する断面図を示す。
【図１０】図１０は、図９に示される選択及びフォーカス磁場コイル構成の選択及びフォーカス磁場コイルの１つのセットの実施形態の１つの断面図の拡大図を示す。
【図１１】図１１は、好適な実施形態に係るバックグラウンド信号測定結果を示す。
【図１２】図１２は、バックグラウンド補間、平滑化、及び補正を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の詳細を説明する前に、図１〜図４を参照しながらＭＰＩの基礎を詳細に説明する。特に、医療診断用のＭＰＩスキャナの４つの実施形態について述べる。また、データ取得の簡単な説明を行う。各実施形態の類似点及び相違点が指摘される。通常、本発明はこれらのＭＰＩの実施形態の全てで使用され得る。
【００３３】
図１に示されるＭＰＩスキャナの第１の実施形態１０は、同軸平行円形コイルの３つのペア１２、１４、１６を有し、これらのコイルペアは図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、選択磁場並びに駆動磁場及びフォーカス磁場を生成する役割を果たす。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のアイソセンター２４に指定される単一の点で交わる。また、これらの軸１８、２０、２２は、アイソセンター２４に取り付けられる３Ｄデカルトｘｙｚ座標系の軸となる。垂直軸２０がｙ軸に指定され、よってｘ軸及びｚ軸は水平である。コイルペア１２、１４、１６はそれらの軸に従って名付けられる。例えば、スキャナの上下のコイルによってｙコイルペア１４が形成される。さらに、正の（負の）ｙ座標を有するコイルはｙ＋コイル（ｙ−コイル）と称され、残りのコイルについても同様である。より都合が良い場合、座標軸及びコイルはｘ、ｙ、ｚの代わりにｘ１、ｘ２、ｘ３と名付けられよう。
【００３４】
スキャナ１０は、これらのコイル１２、１４、１６の各々に所定の時間依存電流をいずれの方向にも流すよう設定され得る。コイルの軸沿いに見て電流がコイル内を時計回りに流れる場合、正とされ、そうでなければ負とされる。静選択磁場を生成するために、一定の正電流ＩＳがｚ＋コイル内に流され、電流−ＩＳがｚ−コイル内に流される。この場合、ｚコイルペア１６は逆平行円形コイルペアとしてふるまう。
【００３５】
この実施形態の軸の構成及び軸に与えられる名称は単なる例であり、他の実施形態では異なり得ることに留意されたい。例えば、実践的な実施形態では、垂直軸は本実施形態でのようにｙ軸ではなく、しばしばｚ軸として考えられる。しかし、通常、これはデバイスの機能及び動作並びに本発明の効果を変えることはない。
【００３６】
通常は勾配磁場である選択磁場が、図２において力線５０によって表されている。選択磁場は、選択磁場を生成するｚコイルペア１６の（例えば水平な）ｚ軸２２の方向にほぼ一定の勾配を有し、軸２２上のアイソセンター２４において値ゼロに達する。このフィールドフリー点（図２に個別に示されていない）から開始して、フィールドフリー点からの距離が増加するにつれ、３つの空間方向の全てにおいて選択磁場５０の磁場強度が増加する。アイソセンター２４を囲う破線によって示される第１の部分領域５２では、第１の部分領域５２内に存在する粒子の磁化が飽和しない程度に磁場強度が小さく、一方、第２の部分領域５４（領域５２の外側）内に存在する粒子の磁化は飽和状態にある。第２の部分領域５４（すなわち、第１の部分領域５２の外側のスキャナのＦＯＶ２８の残りの部分）では、選択磁場の磁場強度は磁性粒子を飽和状態に保つのに十分強い。
【００３７】
ＦＯＶ２８内の２つの部分領域５２、５４（フィールドフリー点を含む）の位置を変えることにより、ＦＯＶ２８内の（全体的）磁化が変化する。ＦＯＶ２８内の磁化又は磁化によって影響される物理的パラメータを求めることにより、ＦＯＶ２８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。ＦＯＶ２８内の２つの部分領域５２、５４（フィールドフリー点を含む）の相対的空間位置を変化させるために、さらなる磁場、すなわち駆動磁場、及び該当する場合はフォーカス磁場が選択磁場５０に重ねられる。
【００３８】
駆動磁場を生成するために、時間依存電流ＩＤ１が両方のｘコイル１２内に流され、時間依存電流ＩＤ２が両方のｙコイル１４内に流され、時間依存電流ＩＤ３が両方のｚコイル１６内に流される。したがって、３つのコイルペアの各々が平行円形コイルペアとしてふるまう。同様に、フォーカス磁場を生成するために、時間依存電流ＩＦ１が両方のｘコイル１２内に流され、電流ＩＦ２が両方のｙコイル１４内に流され、電流ＩＦ３が両方のｘコイル１６内に流される。
【００３９】
ｚコイルペア１６は特別であることに留意されたい。ｚコイルペア１６は駆動磁場及びフォーカス磁場の持分を生成するだけでなく、選択磁場も生成する（当然ながら、他の実施形態では別個のコイルが提供され得る）。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。それらの幾何学及び対称性のため、３つのコイルペア１２、１４、１６は良好に分離され、これは望ましい。
【００４０】
逆平行円形コイルペアによって生成されることにより、選択磁場はｚ軸に関して回転対称であり、アイソセンター２４の周囲の相当なボリュームにおいてそのｚ成分はｚに関してほぼ線形であり、ｘ及びｙに関して独立である。特に、選択磁場はアイソセンターに単一のフィールドフリー点（ＦＦＰ）を有する。これに対して、平行円形コイルペアによって生成される駆動磁場及びフォーカス磁場への寄与は、アイソセンター２４の周囲の相当なボリュームにおいて空間的にほぼ均一であり、対応するコイルペアの軸に平行である。３つの平行円形コイルペアの全てが共に生成する駆動磁場及びフォーカス磁場は空間的にほぼ均一であり、任意の方向及び何らかの最大強度以下の任意の強度が与えられ得る。また、駆動磁場及びフォーカス磁場は時間依存性である。フォーカス磁場と駆動磁場との間の違いは、フォーカス磁場がゆっくりと時間変化し、大きな振幅を有し得るのに対し、駆動磁場は速く変化し、小さい振幅を有することである。これらの場を異なるように取り扱うことには物理的及び生物医学的理由が存在する。振幅が大きい速く変化する場は生成するのが難しく、潜在的に患者にとって有害である。
【００４１】
実践的な実施形態では、ＦＦＰは、磁場がゼロであると見な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からの距離の増加と共に増加し、増加率は方向によって異なり得る（例えば、デバイスの特定のレイアウトに依存して）。磁場強度が磁性粒子を飽和状態にするのに要求される磁場強度未満である限り、粒子はデバイスによって測定される信号の信号生成に有効に寄与し、そうでなければ、粒子は飽和して信号を一切生成しない。
【００４２】
ＭＰＩスキャナの実施形態１０は、少なくとも１つのさらなるペア、好ましくは、やはりｘ、ｙ、ｚ軸沿いに方向づけられる平行円形コイルの３つのさらなるペアを備える。図１には図示されていないこれらのコイルペアは受信コイルとして機能する。駆動磁場及びフォーカス磁場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うちの１つを流れる定電流によって生成される磁場も、ＦＯＶ内で空間的にほぼ均一であり、対応するコイルペアの軸に平行である。受信コイルは良好に分離されると想定される。受信コイル内に誘導される時間依存電圧は、コイルに付属する受信機によって増幅及びサンプリングされる。より正確には、この信号の広大なダイナミックレンジに対応するために、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。受信機の変換関数は、ゼロＨｚ（「ＤＣ」）から予期される信号のレベルがノイズレベル未満に落ちる周波数まで非ゼロである。あるいは、ＭＰＩスキャナは専用受信コイルを有さない。代わりに、駆動磁場送信コイルが受信コイルとして使用される。
【００４３】
図１に示されるＭＰＩスキャナの実施形態１０は、ｚ軸２２に沿う、すなわち選択磁場の軸に沿う円柱状のボア２６を有する。コイルは全てこのボア２６の外側に配置される。データ取得のために、患者の関心ボリューム、すなわち撮像されるべき患者（又は対象）のボリュームがスキャナのＦＯＶ２８、すなわちスキャナが内容物を撮像できるスキャナのボリュームに含まれるよう、撮像される患者（又は対象）がボア２６内に配置される。患者（又は対象）は、例えば患者台の上に配置される。ＦＯＶ２８は、ボア２６内の、例えば立方体、球、円柱、又は任意の形状の幾何学的に単純なアイソセントリックなボリュームである。図１には立方体状のＦＯＶ２８が示されている。
【００４４】
第１の部分領域５２の大きさは、選択磁場の勾配の強度、及び飽和のために要求される磁場の強度に依存し、後者は磁性粒子に依存する。磁場強度が８０Ａ／ｍで、選択磁場の（所与の方向における）磁場強度の勾配が５０ｘ１０３Ａ／ｍ２になる場合、典型的な磁性粒子の十分な飽和のためには、粒子の磁化が飽和していない第１の部分領域５２は（所与の空間方向において）約１ｍｍの寸法を有する。
【００４５】
患者の関心ボリュームは磁性ナノ粒子を含むものと想定される。例えば腫瘍の画像診断の前に、患者（対象）の体内に注入若しくは注射され、又は他の方法、例えば患者に経口投与される磁性粒子を含む液体によって磁性粒子が関心ボリュームに運ばれる。
【００４６】
通常、ＦＯＶ内に磁性粒子を運ぶ様々な方法が存在する。特に、患者の体内に磁性粒子が導入される場合、磁性粒子は外科的及び非外的方法を用いて投与され、専門家（医師等）を要する方法及び例えば素人、通常の技能を有する者、又は患者自身によって実行され得る、専門家を要しない方法の両方が存在する。外科的方法の中には、例えば血管への造影剤の注射等の侵襲的ステップ（そのような注入がそもそも外科的方法と考えられる場合）を含む、潜在的にリスキーではなくかつ／又は安全なルーチン介入、すなわち、相当に専門的な医療技術の実行を要さず、深刻な健康リスクを伴わない介入が存在する。さらに、飲み込み又は吸入等の非外科的方法も適用され得る。
【００４７】
通常、磁性粒子はデータ取得の実際のステップが実行される前に事前に供給又は投与される。しかし、一部の実施形態では、ＦＯＶ内にさらなる磁性粒子が供給／投与され得る。
【００４８】
磁性粒子の実施形態の一例は、例えば５ｎｍの厚さを有し、例えば鉄ニッケル合金（例えばパーマロイ）からなる軟質磁性層を備える例えばガラスの球状基材を含む。この層は、例えば化学的に及び／又は物理的に浸食性の環境、例えば酸から粒子を保護するコーティング層によって覆われ得る。このような粒子の磁化の飽和に要求される選択磁場５０の磁場強度は、例えば粒径、磁性層に用いられる磁性材料、及び他のパラメータ等、様々なパラメータに依存する。
【００４９】
このような磁性粒子の粒径が例えば１０μｍの場合、約８００Ａ／ｍの磁場（約１ｍＴの磁束密度に相当）が求められ、一方、粒径が１００μｍの場合、８０Ａ／ｍの磁場で満たされる。飽和磁化がより低い材料のコーティングが選択される場合又は層厚が減少される場合、さらに小さい値が得られる。
【００５０】
実践では、磁性材料のコアを有し又は大きな球として形成され、ナノメーターレンジ、例えば４０又は６０ｎｍの直径を有する、Ｒｅｓｏｖｉｓｔの商品名で市場で販売されている磁性粒子（又は同様な磁性粒子）がしばしば使用される。
【００５１】
一般的に使用可能な磁性粒子及び粒子組成のさらなる詳細については、ＥＰ１３０４５４２、ＷＯ２００４／０９１３８６、ＷＯ２００４／０９１３９０、ＷＯ２００４／０９１３９４、ＷＯ２００４／０９１３９５、ＷＯ２００４／０９１３９６、ＷＯ２００４／０９１３９７、ＷＯ２００４／０９１３９８、ＷＯ２００４／０９１４０８の対応する部分がこれにより参照され、これらの文献は参照により本明細書に組み込まれる。これらの文献には、ＭＰＩ方法全般に関するさらなる詳細も見つけることができる。
【００５２】
データ取得中、ｘ、ｙ、ｚコイルペア１２、１４、１６は印加される場、すなわち位置及び時間依存磁場を生成する。これは場を生成するコイルに適切な電流を流すことによって達成される。実質的には、スキャンボリューム、すなわちＦＯＶのスーパーセットをトレースする事前に選択されたＦＦＰ軌道沿いにＦＦＰが動くよう、駆動磁場及びフォーカス磁場が選択磁場を押し動かす。印加される場は、患者内の磁性ナノ粒子を配向させる。印加される場が変化するにつれ、結果的な磁化も変化するが、印加される場に対して非線形に応答する。変化する印加場と変化する磁化との和は、ｘｋ軸沿いの受信コイルペアの端子間の時間依存電圧Ｖｋを誘導する。関連する受信機はこの電圧を信号Ｓｋに変換し、さらに処理を行う。
【００５３】
図１に示される第１の実施形態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３つの円形で互い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は選択磁場及びフォーカス磁場のみを生成する。やはり選択磁場を生成するｚコイル３６は、強磁性材料３７によって充填されている。この実施形態３０のｚ軸４２は垂直方向に方向づけられ、一方、ｘ及びｙ軸３８、４０は水平方向に方向づけられる。スキャナのボア４６はｘ軸３８に平行であり、よって、選択磁場の軸４２に対して垂直である。駆動磁場は、ｘ軸３８沿いのソレノイド（図示なし）及び残りの２つの軸４０、４２沿いのサドルコイルのペア（図示なし）によって生成される。これらのコイルはボアを形成する管のまわりに巻き付けられる。駆動磁場コイルは受信コイルとしても機能する。
【００５４】
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与えると、選択磁場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。駆動磁場の時間周波数スペクトルは、２５ｋＨｚ付近の狭い帯域（最大約１５０ｋＨｚ）内に集中する。受信信号の有用な周波数スペクトルは、５０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ（最終的には最大約１５ＭＨｚ）に広がる。ボアの直径は約１２０ｍｍである。ボア４６に収まる最大の立方体２８の辺長は
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である。
【００５５】
当該技術分野において、場生成コイルの構成は例えばＭＲＩの分野から一般的に知られているので、この題目については本明細書で詳細に説明する必要はない。
【００５６】
選択磁場の生成の他の実施形態では、永久磁石（図示なし）が使用され得る。このような（対向する）永久磁石（図示なし）の二極間の空間には、対向する極が同じ極性を有する場合、図２に示されるものと同様な磁場が形成される。他の実施形態では、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選択磁場が生成され得る。
【００５７】
図４は、ＭＰＩ装置２００、３００の全体的な外部レイアウトの２つの実施形態を示す。図４Ａは、基本的には同一であり、間に形成される検査領域２３０の両側に配置される２つの選択及びフォーカス磁場コイルユニット２１０、２２０を含む、提案のＭＰＩ装置２００の一実施形態を示す。さらに、患者（図示なし）の関心領域の周囲に配置される選択及びフォーカス磁場コイルユニット２１０、２２０間に、駆動磁場コイルユニット２４０が配置される。選択及びフォーカス磁場コイルユニット２１０、２２０は、上記選択磁場及びフォーカス磁場を成す結合磁場を生成するための複数の選択及びフォーカス磁場コイルを含む。特に、選択及びフォーカス磁場コイルユニット２１０、２２０は、それぞれ、好ましくは同一の選択及びフォーカス磁場コイルのセットを含む。選択及びフォーカス磁場コイルの詳細については後述する。
【００５８】
駆動磁場コイルユニット２４０は、駆動磁場を生成するための複数の駆動磁場コイルを含む。これらの駆動磁場コイルは複数の駆動磁場コイルペア、特に、空間内の三方向のそれぞれに磁場を生成するための駆動磁場コイルペアを１つずつ有し得る。一実施形態では、駆動磁場コイルユニット２４０は、２つの異なる空間方向のために２つのサドルコイルのペアを含み、患者の長手軸の磁場を生成するために１つのソレノイドコイルを含む。
【００５９】
選択及びフォーカス磁場コイルユニット２１０、２２０は、通常、保持ユニット（図示なし）又は室の壁に取り付けられる。好ましくは、選択及びフォーカス磁場コイルユニット２１０、２２０が対応するコイルを保持するためのポールシューを有する場合、保持ユニットは選択及びフォーカス磁場コイルユニット２１０、２２０を機械的に保持するだけでなく、２つの選択及びフォーカス磁場コイルユニット２１０、２２０のポールシューを結ぶ磁束のための経路も提供する。
【００６０】
図４Ａに示されるように、２つの選択及びフォーカス磁場コイルユニット２１０、２２０は、それぞれ、駆動磁場コイルユニット２４０の駆動磁場コイルによって生成された磁場から選択及びフォーカス磁場コイルユニットを保護するためのシールド層２１１、２２１を含む。
【００６１】
図４Ｂに示されるＭＰＩ装置２０１の実施形態では、単一の選択及びフォーカス磁場コイルユニット２２０及び駆動磁場コイルユニット２４０のみが設けられる。通常、単一の選択及びフォーカス磁場コイルユニットは、要求される結合選択及びフォーカス磁場を生成するには不十分である。したがって、当該単一の選択及びフォーカス磁場コイルユニット２２０は、患者が検査のために配置される患者台（図示なし）に組み込まれ得る。好ましくは、駆動磁場コイルユニット２４０の駆動磁場コイルは、例えばフレキシブルコイル要素として、予め患者の体のまわりに配置され得る。他の実装形態では、駆動磁場コイルユニット２４０は開かれ、例えば図４ｂに示される軸方向の分離線２４３、２４４によって示される２つのサブユニット２４１、２４２に分離可能であり、患者が間に配置された後に駆動磁場コイルサブユニット２４１、２４２が結合され得る。
【００６２】
ＭＰＩ装置の他の実施形態では、好ましくは検査領域２３０周囲の均等分布に従って配置される、さらなる選択及びフォーカス磁場コイルユニットが設けられてもよい。しかし、より多くの選択及びフォーカス磁場コイルユニットが使用される程、患者が配置される検査領域及び患者自体への検査中のメディカルアシスタント又は医師のアクセシビリティは限定される。
【００６３】
図５は、本発明に係るＭＰＩ装置１００の概略的なブロック図を示す。上述のＭＰＩの一般的原理は、特に反して明記されない限り、この実施形態にも有効及び適用可能である。
【００６４】
図５に示される装置１００の実施形態は、所望の磁場を生成するための様々なコイルを含む。まず、コイル及びＭＰＩにおけるそれらの機能について説明する。
【００６５】
結合選択及びフォーカス磁場を生成するために、選択及びフォーカス手段１１０が提供される。選択及びフォーカス磁場は、磁性粒子の磁化が飽和していない低い磁場強度を有する第１の部分領域（図２の５２）と、磁性粒子の磁化が飽和している高い磁場強度を有する第２の部分領域（図２の５４）とが、検査領域２３０の小部分であるＦＯＶ２８内に形成されるような磁場強度の空間パターンを有する。これは、従来、選択磁場を使用することにより達成される。さらに、選択及びフォーカス磁場の使用により、従来はフォーカス磁場の使用により行われるように、検査領域２３０内のＦＯＶ２８の空間位置を変化させることができる。
【００６６】
選択及びフォーカス手段１１０は、選択及びフォーカス磁場コイルの少なくとも１つのセット１１４と、上記選択及びフォーカス磁場の生成を制御するために上記選択及びフォーカス磁場コイルの少なくとも１つのセット１１４（図４Ａ、図４Ｂ内に示される選択及びフォーカス磁場コイルユニット２１０、２２０の１つを表す）に供給される選択及びフォーカス磁場電流を生成するための選択及びフォーカス磁場生成器ユニット１１２とを含む。好ましくは、選択及びフォーカス磁場コイル１１４の少なくとも１つのセットのコイル要素ごとに（又はコイル要素のペアごとに）別々の生成器サブユニットが提供される。上記選択及びフォーカス磁場生成器ユニット１１２は、各コイルの選択及びフォーカス磁場への寄与の勾配強度及び場強度を個別に設定するために各コイル要素に場電流を供給する制御可能な電流源（通常は増幅器を含む）とフィルタユニットとを含む。フィルタユニットは省かれてもよいことに留意されたい。
【００６７】
駆動磁場を生成するために、装置１００はさらに、磁性材料の磁化がローカルに変化するよう駆動磁場によりＦＯＶ内の２つの部分領域の空間位置及び大きさを変更するために、駆動磁場信号生成器ユニット１２２と駆動磁場コイルのセット１２４（図４Ａ、図４Ｂに示される駆動コイルユニット２４０を表す）とを含む駆動手段１２０を含む。上述したように、上記駆動磁場コイル１２４は、好ましくは、反対側に配置されたサドルコイルの２つのペア１２５、１２６と、１つのソレノイドコイル１２７とを含む。他の実装形態、例えばコイル要素の３つのペアも可能である。
【００６８】
駆動磁場信号生成器ユニット１２２は、好ましくは、上記駆動磁場コイルのセット１２４のコイル要素ごとに（又は少なくともコイル要素のペアごとに）別々の駆動磁場信号生成サブユニットを含む。上記駆動磁場信号生成器ユニット１２２は、好ましくは、各駆動磁場コイルに時間依存性の駆動磁場電流を供給するために、駆動磁場電流源（好ましくは電流増幅器を含む）とフィルタユニット（本実施形態においても省かれ得る）とを含む。
【００６９】
好ましくは、選択及びフォーカス磁場信号生成器ユニット１１２、及び駆動磁場信号生成器ユニット１２２は、好ましくは選択磁場の全空間点の場強度の和及び勾配強度の和が所定のレベルに設定されるよう選択及びフォーカス磁場信号生成器ユニット１１２を制御する制御ユニット１５０によって制御される。このために、制御ユニット１５０はさらに、ＭＰＩ装置の所望のアプリケーションに従い、ユーザーによる制御命令を受信してもよいが、本発明によれば、これは好ましくは省かれる。
【００７０】
検査領域（又は検査領域内の関心領域）内の磁性粒子の空間分布を求めるために、特に上記関心領域の画像を取得するためにＭＰＩ装置１００を使用するために、信号検出受信手段１４８、特に受信コイルと、上記受信手段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。好ましくは、実践では３つの受信コイル１４８と３つの受信ユニット１４０（受信コイルごとに１つずつ）とが提供されるが、４つ以上の受信コイル及び受信ユニットが使用されてもよく、その場合、取得される検出信号は三次元ではなくＫ次元であり、ここで、Ｋは受信コイルの数である。
【００７１】
上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ためのフィルタユニット１４２を含む。このフィルタリングの目的は、２つの部分領域（５２、５４）の位置変化の影響を受ける検査領域内の磁化に起因する測定値を、他の干渉信号から分離することである。このために、フィルタユニット１４２は、例えば、受信コイル１４８の動作時間周波数より小さい、又はかかる時間周波数の２倍より小さい時間周波数を有する信号がフィルタユニット１４２を通過しないようデザインされ得る。信号はその後、増幅器ユニット１４４を介して、Ａ／Ｄコンバータ１４６（ＡＤＣ）に送信される。
【００７２】
Ａ／Ｄコンバータ１４６によって生成されるデジタル化信号は画像処理ユニット（再構成手段とも呼ばれる）１５２に供給される。画像処理ユニット１５２は、これらの信号、及び、制御ユニット１５０から取得される、各信号の受信中に検査領域内の第１の磁場の第１の部分領域５２が取った位置に基づき、磁性粒子の空間分布を再構成する。再構成された磁性粒子の空間分布は最終的に制御手段１５０を介してコンピュータ１５４に送信され、モニター１５６上に表示される。したがって、検査領域のＦＯＶ内の磁性粒子の分布を示す画像が表示され得る。
【００７３】
ＭＰＩ装置１００の他のアプリケーションでは、例えば、磁性粒子に影響を及ぼすために（例えば、ハイパーサーミア治療のために）、又は（例えば、カテーテルを動かすためにカテーテルに付加された、又は薬剤を特定の位置に移動させるために薬剤に付加された）磁性粒子を動かすためには、受信手段は省かれてもよく、又は単純に使用されなくてもよい。
【００７４】
さらに、例えばキーボード等の入力ユニット１５８がオプションで提供され得る。したがって、ユーザーは、最も高い分解能が望まれる方向を設定することができ、モニター１５６上に対応する作用領域の画像が受信される。最高分解能が求められる重要な方向が、ユーザーによって最初に設定された方向からずれる場合、向上した撮像分解能を有するさらなる画像を生成するために、ユーザーはさらに手動で方向を変更し得る。この分解能向上プロセスは、制御ユニット１５０及びコンピュータ１５４によって自動的に実行されてもよい。この実施形態において、制御ユニット１５０は、自動的に推定され又はユーザーによって初期値として設定される第１の方向に勾配磁場を設定する。その後、勾配磁場の方向は段階的に変更され、受信画像の分解能がコンピュータ１５４によって比較され、分解能が最大になる、すなわちそれ以上改良されなくなるまでこれが続けられる。したがって、可能な限り最高の分解能を得るために、最も重要な方向が見つけられ、すなわち、自動適合され得る。
【００７５】
本発明によれば、通常、選択磁場コイル及びフォーカス磁場コイルは別個の要素として実装されるが、本発明の好適な一実施形態によれば、図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、上記選択及びフォーカス磁場コイル１１４は、内側コイル軸１１５ａのまわりの閉じたループとして形成される少なくとも１つの選択及びフォーカス磁場コイル１１５と、上記少なくとも１つの内側選択及びフォーカス磁場コイル１１５よりも上記内側コイル軸１１５ａから遠くに及び異なる角度位置に配置され、それぞれが関連する外側コイル軸１１６ａ、１１７ａのまわりの閉じたループとして形成される少なくとも２つの外側選択及びフォーカス磁場コイル１１６、１１７のグループとを含む。好ましくは、それぞれが関連する外側コイル軸１１８ａ、１１９ａのまわりの閉じたループとして形成される２つの追加の外側選択及びフォーカス磁場コイル１１８、１１９が、図６Ｂにおいて破線で示されるように提供される。
【００７６】
本発明によれば、通常、図６に示されるように選択及びフォーカス磁場手段は各種のコイルのみを有し得る。しかし、本発明によれば、選択及びフォーカス磁場手段が、ポールシューの形態を取る１つ以上の磁性材料、特に軟質磁性材料と電磁コイルとの組み合わせであることが好ましい。少なくとも１つのポールシューは磁束を伝導し、よって要求される磁場の生成を増加させる役割を果たす。
【００７７】
ポールシュー構成の一実施形態を図７及び図８に示す。図７Ａ及び図７Ｂは、ポールシュー構成３００の２つの直交する断面図を示し、図８は、ポールシュー構成３００の斜視図を示す。ポールシュー構成３００の当該実施形態では、２つのポールシュー３１０、３２０を機械的に保持しかつ磁性的に結合するポールシューベアリング３３０を介して接続される２つのポールシュー３１０、３２０が提供される。これらの図中に示されるポールシュー３１０、３２０は、この実施形態では、ここで示される幾何学的特性を有するが、ポールシューベアリング３３０の具体的な形状は単なる例として示されているに過ぎず、実際のアプリケーションのための具体的な形状は、要求される安定性等、構造パラメータによって決定される。
【００７８】
図７及び図８に示されるように、各ポールシュー３１０、３２０は少なくとも１つの、この実施形態では２つの内側ポールシューセグメント３１１、３１２及び３２１、３２２をそれぞれ含み、また、少なくとも２つの、この実施形態では４つの外側ポールシューセグメント３１３〜３１６及び３２３〜３２６をそれぞれ含む。さらに、各ポールシュー３１０、３２０は、同じポールシューの各ポールシューセグメントを結ぶポールシューヨーク３１７及び３２７をそれぞれ含む。
【００７９】
共通のポールシューの全てのポールシューセグメントが、共通の内側コイル軸１１５ａを中心として同軸配置され、第２の内側ポールシューセグメント３１２、３２２は、各内側ポールシューセグメント３１１、３２１の周囲のリングとして配置される。外側ポールシューセグメント３１３〜３１６及び３２３〜３２６は、それぞれ、図７Ｂに示されるように、内側コイル軸１１５ａから等距離に配置され、異なる角度位置を有するリングセグメントの形態でデザインされる。
【００８０】
以下で示され及び説明されるように選択及びフォーカス磁場コイルの様々なコイルがその上に配置される、このようなポールシューの構成は、選択及びフォーカス磁場コイル（第１の部分領域５２）の所望の動きを達成するために好適である。ここでは２〜４つのセグメントである（通常は少なくとも２つのセグメントであるが、より多くのセグメントも可能である）外側ポールシューセグメントの分割は、ｘ又はｙ方向沿いのＦＦＰの動きのために特に好適である。
【００８１】
実践的な一実装形態では、内側ポールシューセグメント３１１、３２１間の（ｚ方向の）距離ｄｉは、少なくとも、患者及び駆動磁場コイルがその間に配置され得る程度に大きい。これは、距離ｄｉが少なくとも４０ｃｍ、好ましくは少なくとも４５ｃｍであるべきことを意味する。外側ポールシューセグメント間の距離ｄｏは、通常、その間には駆動磁場コイルが配置されないので、わずかに小さくてもよい。したがって、距離ｄｏは少なくとも２５ｃｍ、好ましくは少なくとも４０ｃｍであるべきである。
【００８２】
通常、ポールシューは軟質磁性材料から構成される。好ましくは、２つの内側ポールシューセグメント３１１、３１２及び３２１、３２２、並びにヘッド部３１３ｈ〜３１４ｈ及び３２３ｈ〜３２４ｈ（図４参照；他の外側ポールシューセグメントのヘッド部はこの図中には明示されていない）は、軟質磁性材料から構成され、高い飽和誘導を有し、特にＦｅＣｏ、Ｆｅ、Ｄｙ、Ｇｄ、又はＦｅ４９Ｖ１．９Ｃｏ４９等のこれらの合金である（例えば、Ｖａｃｏｆｌｕｘ４８の商品名で知られる材料等）。あるいは、ＦｅＮｉを使用してもよいが、この材料はより低い飽和誘導を有する。好ましくは、検査領域の反対側に面する外側ポールシューセグメントのテール部３１３ｔ、３１４ｔ及び３２３ｔ、３２４ｔ（外側ポールセグメント３１５、３１６又は３２５、３２６のテール部は明示されていない）、並びにポールシューヨークは同じ材料から構成される。しかし、コスト面の理由から、これらは内側ヘッドポールシューセグメントの材料よりも低い飽和誘導を有する軟質磁性材料から構成されてもよく、特にＦｅＳｉ、ＦｅＮｉ、パーマロイ、又は（一般にナノパームとして知られる）Ｆｅ７３．５Ｃｕ１Ｎｂ３Ｓｉ１５．５Ｂ７等のこれらの合金から構成されてもよい。
【００８３】
図９は、様々な選択及びフォーカス磁場コイルが図７及び図８に示されるようなポールシュー構成に取り付けられている選択及びフォーカス磁場コイル構成４００の一実施形態の２つの直交する断面図を示す。
【００８４】
図１０は、そのさらなる詳細を説明するために用いられる単一の選択及びフォーカス磁場コイルサブユニット４１０の拡大図を示す。第１の内側ポールシューセグメント３１１は、第１の内側ポールシューセグメント３１１のまわりのリングとして形成される第１の内側選択及びフォーカス磁場コイル１１５を保持する。第２の内側選択及びフォーカス磁場コイル１１３は、上記内側選択及びフォーカス磁場コイル１１５のまわりのリングとして形成される第２の内側ポールシューセグメント３１２によって保持される別のリングコイルとして形成される。４つの外側選択及びフォーカス磁場コイル１１６、１１７（図９及び図１０では２つの外側選択及びフォーカス磁場コイルしか示されておらず、他の２つの外側選択及びフォーカス磁場コイルは図９及び図１０には示されていない）は、対応する外側ポールシューセグメント３１３、３１４、３１５、３１６によって保持される。上記外側選択及びフォーカス磁場コイル１１６、１１７は、それぞれ、各外側ポールシューセグメントのまわりに電流が流れるよう、関連する外側ポールシューセグメント３１３、３１４、３１５、３１６のまわりに巻き付けられる。各外側ポールシューセグメント３１３、３１４、３１５、３１６は、内側コイル軸１１５ａのまわりの異なる角度位置に配置されたリングセグメントの形態を取る。
【００８５】
したがって、図９Ａに示される選択及びフォーカス磁場コイル構成４００は、合計で１２個の選択及びフォーカス磁場コイルを含み、上部選択及びフォーカス磁場コイルサブユニット４１０内に６つのコイル（コイル１１３、１１５〜１１９）、下部選択及びフォーカス磁場コイルサブユニット４２０内に６つのコイル（コイル１３３、１３５、１３６；残りの２つのコイルは図９Ａでは見えない）が含まれる。しかし、この数は例示的な数に過ぎないと理解されたい。他の数も可能である。通常、少なくとも６つの、好ましくは少なくとも８つの選択及びフォーカス磁場コイルが望ましい。
【００８６】
好ましくは、選択及びフォーカス磁場コイルに個別の電流を供給することによって各選択及びフォーカス磁場コイルを個別に制御できるよう、選択及びフォーカス磁場コイルごとに単一の選択及びフォーカス磁場生成器サブユニットが提供される。しかし、選択及びフォーカス磁場生成器サブユニットの数を減らすことができるよう、選択及びフォーカス磁場コイルを結合し、共通の電流を供給してもよい。例えば、一実施形態では、２つの外側選択及びフォーカス磁場コイル１１６及び１１７に共通の電流が供給される。同様に、他の２つの外側選択及びフォーカス磁場コイルも結合される。これは、このような選択及びフォーカス磁場コイル構成の場合、合計で８個の選択及びフォーカス磁場コイル生成器サブユニットが要求されることを意味する。
【００８７】
他の実施形態では、２つの異なる選択及びフォーカス磁場コイルサブユニット４１０、４２０の２つの対向する選択及びフォーカス磁場コイルが結合され、共通の電流が供給される。例えば、（図９の）右側の２つの外側選択及びフォーカス磁場コイルが結合され、同一の電流が供給され得る。他の外側選択及びフォーカス磁場コイルについても同様である。
【００８８】
好ましくは、一実施形態によれば、選択及びフォーカス磁場コイルうちの１つ以上が、少なくとも２つ、特に少なくとも４つのコイルセグメントに分割され、ここで、１つのコイルのコイルセグメントは関連するコイル軸の方向（つまり、図示の実施形態のように全てのコイル軸が平行な場合、内側コイル軸１１５ａの方向）に互いに隣接して配置され、隣接するコイルセグメントは電気接続される。好ましくは、図９及び図１０に示されるように、全ての選択及びフォーカス磁場コイルが、図９Ａ及び図１０において複数のコイルサンプル分割線によって示されるように、複数のコイルセグメントに分割される。
【００８９】
例えば、第１の内側選択及びフォーカス磁場コイル１１５は、図１０において文字Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによって示される４つのコイルセグメントに分割される。同様に、第２の内側選択及びフォーカス磁場コイル１１３及び各外側選択及びフォーカス磁場コイル１１６、１１７が、文字Ａ、Ｂ、Ｃ等によって示される複数のコイルセグメントに分割される。
【００９０】
この選択及びフォーカス磁場コイルの複数のセグメントへの分割は、各選択及びフォーカス磁場コイル沿いの異なる電流密度の実現を可能にする。下の表は、例示的な実施形態として、コイルセグメントごとの最大電流密度をまとめる。これらの例示的な電流密度の値は、選択及びフォーカス磁場コイルごとに、コイルの異なる場所が大きな電流を要することを考慮して、シミュレーションランから取得された。全体として、合計電力は−１００ｋＷであった。第１の内側選択及びフォーカス磁場コイル内の最大電力は４９ｋＷだった一方、第２の内側選択及びフォーカス磁場コイル内の電流には３８ｋＷ以下が使用された。各外側選択及びフォーカス磁場コイルでは、２０ｋＷ以下消費された。
0005837268.tif 000003
【００９１】
好ましくは、コイルセグメントは、関連するコイル軸の方向において、検査領域からの距離が小さくなるほど得られる電流密度が増加するよう構成される。アプローチされる様々な実施形態は、これを得るものである。好適な実施形態は、検査領域のより近くに配置されるコイルの１つ以上のコイルセグメントが、検査領域からより遠くに配置される同じコイルの１つ以上のセグメントと比較して、異なる材料で形成され、より太い巻線を有し、より密であり、かつ／又は関連するコイル軸の方向においてより大きな厚さを有することを含む。例えば、各コイルセグメントの電流密度の比を用いて、各コイル内で導線の断面がどのように変化すべきかが決定される。しかし、実践では、導線のメーカーは通常限られた数の断面値しか提供しないので、理論値からのずれは確実に要求される。
【００９２】
また、図９及び図１０より、この好適な実施形態において、検査領域に面する第２の内側ポールシューセグメント３１２のヘッド部３１２ｈを通る内側コイル軸１１５ａに垂直な断面、すなわち図１０に示される線Ｘ沿いの断面は、上記検査領域の反対側に面する上記第２の内側ポールシューセグメント３１２のテール部３１２ｔを通る平行な断面、すなわち図１０に示される線Ｙ沿いの断面よりも小さな面積をカバーすることが分かる。
【００９３】
好ましくは、第２の内側ポールシューセグメント３１２の上記ヘッド部３１２ｈの外径は、検査領域２３０からの距離が小さくなるにつれ、内側コイル軸３１５ａの方向において減少する。言い換えれば、ヘッド部３１２ｈの外縁は、内側コイル軸３１５ａの方向に傾いている。
【００９４】
さらに、上記検査領域に面する外側ポールシューセグメント３１３、３１４（図１０において明示されていない他の外側ポールシューセグメントについても同じ）のヘッド部３１３ｈ、３１４ｈを通る内側コイル軸３１５ａに垂直な断面、すなわちＸ線沿いの断面は、検査領域の反対側に面する上記外側ポールシューセグメント３１３、３１４のテール部３１３ｔ、３１４ｔを通る平行な断面、すなわち線Ｙ沿いの断面よりも大きな面積をカバーする。
【００９５】
さらに、外側ポールシューセグメント３１３、３１４（図示されていない他の外側ポールシューセグメントについても同じ）の上記ヘッド部３１３ｈ、３１４ｈの内側コイル軸３１５ａからの内径の距離は、検査領域３３０からの距離が小さくなるにつれ、内側コイル軸１１５ａの方向において減少する。言い換えれば、ヘッド部３１３ｈ、３１４ｈの内縁は、内側コイル軸１１５ａの方向に傾いている。
【００９６】
図示されるように、第２の内側選択及びフォーカス磁場コイル１１３及び外側選択及びフォーカス磁場コイル１１６、１１７（図示されていない他の外側選択及びフォーカス磁場コイルについても同じ）は、対応するポールシューセグメントと同じ外形を構成するよう各ポールシューセグメントの周囲を動かされているが、これは必ずしも必要ではない。
【００９７】
これらの手段は、検査領域に面する、内側ポールシューセグメント３１１、３１２及び内側選択及びフォーカス磁場コイル１１３、１１５の表面上に最も高い磁束密度を提供し、特に、高い磁場勾配が得られる。この効果をさらに高めるために、外側ポールシューセグメントの外縁も内側コイル軸１１５ａの方向に傾けられ得ることに留意されたい。
【００９８】
従来はフォーカス磁場の使用により達成される、検査領域中のＦＯＶ２８の移動のために、通常、全ての選択及びフォーカス磁場コイルに電流を供給することは要求されない。特に、ＦＯＶ２８を上下方向、すなわち、内側コイル軸１１５ａの内側方向沿いに動かすためには、主に２つの内側選択及びフォーカス磁場コイル１１５、１１３が使用される。例えば、上部選択及びフォーカス磁場コイルサブユニット４１０から下部選択及びフォーカス磁場コイルサブユニット４２０に向かうＦＯＶ２８の移動が望まれる場合、下部選択及びフォーカス磁場コイルサブユニット４２０の第１の内側選択及びフォーカス磁場コイルに供給される電流、及び、上部選択及びフォーカス磁場コイルサブユニット４１０の第２の内側選択及びフォーカス磁場コイルに供給される電流が増やされる。あるいは又は加えて、上部選択及びフォーカス磁場コイルサブユニット４１０の第１の内側選択及びフォーカス磁場コイルに供給される電流、及び、下部選択及びフォーカス磁場コイルサブユニット４２０の第２の内側選択及びフォーカス磁場コイルに供給される電流が減らされる。外側選択及びフォーカス磁場コイルは、このような動きのために必ずしも使用されなくてもよい。
【００９９】
内側コイル軸１１５ａに垂直な方向のＦＯＶ２８の動きが望まれる場合、外側選択及びフォーカス磁場コイルに追加で電流が供給される。特に、上記外側選択及びフォーカス磁場コイルにより、所望の動きの方向に沿う内側コイル軸１１５ａに垂直な方向に追加の磁場が生成される。例えば、図９Ａにおいて左から右への移動が望まれる場合、左側にＮ極、右側にＳ極（又はこの逆）を有する磁場がさらに生成される。外側選択及びフォーカス磁場コイルに供給される電流の振幅により、ＦＯＶ２８がこの方向に動かされる距離を制御することができる。
【０１００】
上記説明は、ＦＯＶの移動が概してどのようにして達成され得るかの簡略な概念を提供するに過ぎない。実際では、当然ながら、電流は正確に制御されなければならないが、これは全体的構成の厳密なレイアウトに強く依存する実装の問題に過ぎない。
【０１０１】
ポールシューに関して、ポールシューは好ましくは導磁性のシートから形成され、ポールシュー３１０の内側ポールシューセグメント３１１、３１２及びポールシューヨーク３１７の隣接するヘッド部３１７ｈ（他のポールシュー３２０の内側ポールシューセグメント及びポールシューヨークについても同じ）を形成するシートは、内側コイル軸３１５ａと平行な方向に沿って配置されることに留意されたい。ポールシューヨーク３１７（他のポールシューヨーク３２７についても同じ）のテール部３１７ｔを形成するシートは、好ましくは、内側コイル軸３１５ａに対して実質的に垂直な方向に配置される。これは、磁束の最適な接続を提供する。
【０１０２】
図８に示されるように、ポールシューベアリング３３０によって接続される２つ以上のポールシューを使用する場合、ポールシューベアリング３３０も、ポールシューベアリングが接続されるポールシューの部分を形成するシートと同じ方向に互いに隣接して配置される導磁性のシートから構成されることが好ましい。例えば、ポールシューベアリングがポールシューヨークのヘッド部に接続する場合、ポールシューベアリングのシートは、好ましくは、内側コイル軸に対して垂直な方向に配置される。また、ポールシューベアリングを形成するシートは、少なくともポールシューヨークとの接続部において、内側コイル軸３１５ａに対して垂直な方向に配置される。通常、シートは最適な磁束結合が達成されるよう配置されるべきである。
【０１０３】
選択及びフォーカス磁場コイルの生成に関して、様々な選択及びフォーカス磁場コイルに加えて、選択磁場の生成をさらに強めるために、各選択及びフォーカス磁場コイルサブユニット内に永久材料が設けられ得ることに留意されたい。この永久磁石は、好ましくは、軟質磁性材料の一部を置換して検査領域の近くに配置され得る。
【０１０４】
さらに、コイルの一部又は全てを冷却するために、好ましくは冷却手段が提供されることに留意されたい。冷却手段は、水又は油等の冷却液を使用し得る。コイルは銅又はアルミ製であってもよいが、超伝導材から形成されてもよく、その場合、ヘリウム等の適切な冷却材を用いて冷却がされ得る。高温超伝導材の場合、冷却はヘリウムガスの使用により達成され得る。低温超伝導材の場合、冷却は液体ヘリウムの使用により達成され得る。
【０１０５】
特定のアプリケーション（ＭＲ）のためには、ＦＦＰを有さない均一な磁場を生成することが望ましい。よって、１つの内側ポールシューにおける電流方向が逆転されたシミュレーションが行われた。全てのコイル及び利用可能電力（１００ｋＷ）の異なる分配を使用した結果、原点（ｏｒｉｇｉｎ）における最大観測場強度は０．４５Ｔであった。場強度はｚ軸に沿って増加し、ｘ／ｙ軸に沿って減少する。
【０１０６】
磁場内に蓄えられるエネルギーを計算するために、ボリュームＶにわたって次の積分が評価される。
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我々のシミュレーションにおいて、磁場内に蓄えられた最大観測エネルギーは４０ｋＪ未満であった。最大値は、均一（ＭＲ）場を得ようとするシミュレーションにおいて観測された。
【０１０７】
以下、本発明に従って提案され、再構成ユニット１５２によって実行される再構成プロセスをより詳細に説明する。上述したように、対象スキャン中に生じるバックグラウンド信号変化及びスプリアス信号は、画質を著しく損ない得る。バックグラウンド信号の異なるソースは異なるスペクトル挙動を示し、よって、バックグラウンド信号寄与は測定帯域幅にわたって均一に広がらず、強度及び時間パターンが周波数成分ごとに異なる。良好な画質を得るためには、信号バックグラウンドは測定データから除去されるべきである。本発明によれば、これは、再構成手段１５２の適切なデザインによってなされる。提案されるソリューションを、図１１及び図１２を用いて説明する。
【０１０８】
図１１は、スキャン中のスペクトル信号の変遷又は展開のグラフを示す。横軸は、フィールドフリー点シーケンスの１つの繰り返し（すなわち、軌道に沿う１つのラン）中にチャネル（例えば、ｘチャネル）上で測定されたスペクトルの周波数成分を表す。縦軸は、一連のＦＦＰシーケンス中のスペクトルの変遷に関連する。各シーケンスが全ボリュームをエンコードする。図１２は、ｘチャネル信号の選択された高調波の時間信号変化を示す。
【０１０９】
再構成手段１５２は、検出信号において、ＦＯＶ内に磁性粒子が存在しなかった１つ以上のバックグラウンド期間ｔｂ１、ｔｂ２、ｔｂ３、ｔｂ４を識別するよう構成され、ここで、ＦＯＶ内に磁性粒子が存在した信号期間ｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓ１には、上記１つ以上のバックグラウンド期間ｔｂ１、ｔｂ２、ｔｂ３、ｔｂ４のうちの少なくとも１つのｔｂ２、ｔｂ３が挿入される。上記バックグラウンド期間ｔｂ１、ｔｂ２、ｔｂ３、ｔｂ４において得られた検出信号は、その後、上記信号期間ｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓ１において得られた検出信号を補正するために使用される。最終的に、上記信号期間ｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓ１において得られた上記補正後の検出信号から、所望の画像が再構成される。
【０１１０】
したがって、信号期間ｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓ１中は、トレーサーが注入された対象（又はその一部）は撮像ボリューム内におり、多くの周波数成分において信号を立ち上げる。バックグラウンド期間ｔｂ１、ｔｂ２、ｔｂ３、ｔｂ４中は、撮像ボリューム内に対象が存在せず、よって観測信号は信号バックグラウンドを表す。変化するスプリアス信号又は熱効果のため、信号バックグランドは、滑らかにだけでなく、矢印によって示されるように急激にも時間変化する可能性がある。良好なバックグラウンド補正のためには、これらの効果は、対象測定に時間的に非常に近いバックグラウンド信号の使用の必要性を高める。最適タイムウィンドウは、図１１に示されるようなグラフを用いて、又は、図１２に示されるような信号を含む高調波のセレクションを用いて決定され得る。
【０１１１】
図１２に示されるグラフを使用することで、トレーサー物質が撮像ボリューム内に存在しないバックグラウンド期間を識別することができ、よって、バックグラウンド補正のために適した信号を高精度で選択することができる。図１１及び図１２に示されるように、初期バックグラウンド期間ｔｂ１（例えば、トレーサー物質のボーラスが対象に導入される前、又はボーラスが撮像ボリュームに到達する前）及び最終バックグラウンド期間ｔｂ４（例えば、ボーラスが撮像ボリュームから出た後）が使用されるだけでなく、信号期間の間で少なくとも１つのバックグラウンド期間（ここでは２つのバックグラウンド期間ｔｂ２、ｔｂ３）が検出される。対象の検出信号の厳密な振幅は、通常、対象の形状に依存する。表示されている（例示的な）高調波は、ｘ励起周波数の倍数（ｎ＊５２８、ここで、ｎ＝２、３、４）であるように選択されている。通常、これらが最も信号を含むからである。
【０１１２】
どのデータがバックグラウンドデータとして使用され得るかの判断は、励起周波数の選択された高調波及び混合周波数、又はこれらの周波数成分の組み合わせ若しくは重み付け関数の時間信号変遷の目視検査に基づき得る。信号変遷又は導出関数は、例えば図１２に示されるように、経時的に視覚化され得る。既知の時点で撮像ボリューム内にトレーサーが存在しないと仮定すると、ユーザーはトレーサーが撮像ボリュームに入るときの高調波信号変化を観測することができる。この視覚化を用いることで、例えばコンピュータのマウス又は他の入力デバイスを使用して時間軸上でかかる領域を定めることにより、バックグラウンド減算に適した期間を割り当てることはユーザーにとって比較的容易である。
【０１１３】
一実施形態では、１つ以上の予め選択されていてもよい周波数成分又はその関数（例えば、平均、ノルム、選択された周波数成分の変化、又は選択された周波数成分の時間微分）が自動的に評価される。例えば、トレーサーが存在しない撮像ボリュームから開始し、１つの又は好ましくは複数の周波数成分又はその関数における任意の実質的な変化（好ましくは所定の閾値より大きく、例えば典型的なノイズ変化より大きい）は、トレーサー物質が撮像ボリューム内に入り、現在取得された検出信号はバックグラウンド補正のために使用することができないことを示す。
【０１１４】
信号変化が本当にトレーサー物質に起因するか否かが疑わしい場合、又はバックグラウンド期間の検出をさらに改良するために、さらに、信号変化を追加情報、例えばトレーサー物質のボーラスが注入された時間及び／又は対象若しくは患者に対する撮像ボリュームの位置等に関連付けることが提案される。
【０１１５】
スキャンのその後において、スペクトル成分又は関数値が典型的なバックグラウンドパターンに戻ると、トレーサーが撮像ボリューム内に存在する次の期間を見つけるためのモニタリングが行われる。スキャナのバックグラウンドスペクトルに見られる典型的な変動に応じて、この信号変遷のモニタリング及び評価は、バックグラウンド信号のいくらかの時間変化を許容しなければならない。しかし、図１２に見られるように、トレーサー物質が撮像ボリューム内にある領域は、通常、明確に示される。この文脈において、典型的な変動は磁性粒子が存在しない状態で生じる、例えば熱又はスプリアス信号に起因する信号変動である。これらは特定のパターンを示し、例えば、低い高調波でのみ生じ、又は全周波数成分のバックグラウンドレベルに同時に影響を及ぼす。
【０１１６】
他の実施形態では、周波数成分がタイムウィンドウｔｂ中に急な変動を示すため、ウィンドウｔｓをまたぐ補間が実行できない。これは、再構成プロセスにおいてこれらの周波数成分を捨てる又は抑制する（例えば、低い重みを与える）ことによって達成される。
【０１１７】
ＭＰＩスキャンは非常に多くのデータを発生するため、提案のソリューションは、好適には、トレーサー物質に関連し得るデータのみを保存し、空の撮像ボリュームに対応する長時間のデータを保存しないよう使用され得る。さらに、空の画像の再構成に計算能力を費やすことを避けるために、画像再構成の開始は、１つ以上の周波数成分において観測される変化、例えば、駆動磁場の駆動周波数の高調波の振幅によってトリガーされ得る。
【０１１８】
要約すると、あらゆる実際のＭＰＩスキャナは、時間と共に非線形に変化し得るバックグラウンド信号を生じる。提案のアプローチは、対象又は患者スキャン中の動的なバックグラウンド補正のために追加データを利用可能にすることにより、一定かつ再現可能な画質を保証する。
【０１１９】
スキャナの不完全性及び受信システムが拾うスプリアス信号を考慮すると、バックグラウンド減算は、適正な画質を保証するために、ＭＰＩにおいて非常に重要な特徴である。本発明は、効率的なバックグラウンド測定及び減算のためのソリューションを提供する。
【０１２０】
図面及び上記において本発明を詳細に図示及び記述してきたが、このような図示及び記述は制限的ではなく説明的又は例示的であると考えられるべきであり、本発明は開示の実施形態に限定されない。当業者は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲を分析することにより、開示の実施形態の他の変形例を理解及び実施できる。
【０１２１】
特許請求の範囲において、「含む（又は備える若しくは有する等）」との用語は他の要素又はステップを除外せず、要素は複数を除外しない。単一の要素又は他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を果たし得る。単にいくつかの手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせを好適に使用することができないとは限らない。
【０１２２】
請求項内の如何なる参照符号も特許請求の範囲を限定するものとして解されるべきではない。
【図１】
0005837268.tif 000005
【図２】
0005837268.tif 000006
【図３】
0005837268.tif 000007
【図４Ａ】
0005837268.tif 000008
【図４Ｂ】
0005837268.tif 000009
【図５】
0005837268.tif 000010
【図６Ａ】
0005837268.tif 000011
【図６Ｂ】
0005837268.tif 000012
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
0005837268.tif 000014
【図８】
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【図９Ａ】
0005837268.tif 000016
【図９Ｂ】
0005837268.tif 000017
【図１０】
0005837268.tif 000018
【図１１】
0005837268.tif 000019
【図１２】
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