(57)【要約】  磁性粒子画像化をする構成、並びに動作領域内の磁性粒子に影響を与える方法、及び／又は該磁性粒子を検出する方法が開示され、この構成は、影響可能及び／又は検出可能である、動作領域内の磁性粒子と、低い磁場強度を有する第１サブゾーン、及び高い磁場強度を有する第２サブゾーンが、動作領域内に形成されるように、磁場強度の空間パターンを有する選別磁場を生成する選別手段と、磁性粒子の磁化が局所的に変化するように、駆動磁場によって、動作領域内の２つのサブゾーンの空間的位置を変化させる駆動手段とを有し、各磁性粒子は、ステンレス鋼の層を有する非磁性基板を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性粒子画像化をする構成であって、
影響可能及び／又は検出可能である、動作領域内の磁性粒子と、
低い磁場強度を有する第１サブゾーン及び高い磁場強度を有する第２サブゾーンが前記動作領域に形成されるように、磁場強度の空間のパターンを有する選別磁場を生成する選別手段と、
前記磁性粒子の前記磁化が局所的に変化するように、駆動磁場によって前記動作領域における２つのサブゾーン位置の空間的位置を変える駆動手段と
を有し、各磁性粒子が、ステンレス鋼の層を含む非磁性基板を備える構成。
【請求項２】
動作領域内の磁性粒子に影響及び／検出する方法であって、
各々がステンレス鋼の層を有する非磁性基板を含む磁性粒子を動作領域に導入するステップと、
低い磁場強度を有する第１サブゾーン及び高い磁場強度を有する第２サブゾーンが前記動作領域内に形成されるように、磁場強度の空間のパターンを有する選別磁場を生成するステップと、
前記磁性粒子の前記磁化が局所的に変化するように、駆動磁場によって前記動作領域における前記２つのサブゾーンの空間的位置を変えるステップと
を有する方法。
【請求項３】
ステンレス鋼の層を有する非磁性基板を含む、請求項１に記載の構成及び／又は請求項２に記載の方法に使用する、磁性粒子。
【請求項４】
前記ステンレス鋼の層が、弱磁性である、請求項３に記載の磁性粒子。
【請求項５】
前記基板が球形である、請求項３に記載の磁性粒子。
【請求項６】
前記基板の直径は、前記層の厚さよりも少なくとも１０００倍大きく、好ましくは前記基板の直径は、前記層の厚さよりも少なくとも１００００倍大きい、請求項３に記載の磁性粒子。
【請求項７】
前記層が、ニッケル、マンガン、モリブデン、銅及びニオブのうちの少なくとも１つの元素を有するステンレス鋼合金からなる、請求項３に記載の磁性粒子。
【請求項８】
前記ステンレス鋼合金が、好ましくは１０．５乃至２０重量％のクロムを有する、請求項７に記載の磁性粒子。
【請求項９】
前記ステンレス鋼合金が、好ましくは５乃至１５重量％のニッケルを有する、請求項７に記載の磁性粒子。
【請求項１０】
前記ステンレス鋼合金が、好ましくは０．５％乃至４重量％のマンガンを有する、請求項７に記載の磁性粒子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性粒子画像化をする構成に関する。更に、本発明は、動作領域内の磁性粒子に影響を与える方法、及び／又は動作領域内の磁性粒子を検出する方法、並びにこのような構成及び／又はこのような方法に使用する磁性粒子に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の構成及び方法は、ドイツ国特許出願公開公報ＤＥ１０１５１７７８Ａ１から知られる。この刊行物に記載される方法の場合、まず比較的低い磁場強度を有する第１サブゾーン及び比較的高い磁場強度を有する第２サブゾーンが検査領域において形成されるように、磁場強度の空間分布を有する磁場が生成される。それから検査領域のサブゾーンの空間的位置が移動され、その結果、検査領域の粒子の磁化は局所的に変化する。検査領域の磁化に依存する信号が記録され、この磁化は、サブゾーンの空間的位置の変化によって影響され、検査領域の磁性粒子の空間分布に関する情報は、これらの信号から得られ、その結果、検査領域の画像が形成され得る。このような構成及びこのような方法は、非破壊の態様で、いかなる損傷も引き起こすことのなく、検査物体の表面付近及び検査物体の表面から遠い部分の両方において高い特別な解像度で任意の検査物体、例えば人体を検査するために使用され得るという利点を有する。
【０００３】
この種の既知の構成において、トレーサ材料の性能は、全体の方法の実行に必須である。粒子（又は領域）から『見られる』磁場が、消磁場によって支配されるので、これらの性能が充分でないということは、非単一領域粒子の欠点である。結果として、これは、低い印加磁場において、磁化が外部の磁場によって線形にのみ変化することを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、低下した消磁係数を有する非単一領域の磁性粒子が使用される、最初に言及された種類の配置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的は、磁性粒子画像化をする構成によって達成され、この構成は、
影響可能及び／又は検出可能である、動作領域内の磁性粒子と、
低い磁場強度を有する第１サブゾーン及び高い磁場強度を有する第２サブゾーンが動作領域内に形成されるように、磁場強度の空間的パターンを有する選別磁場を生成する選別手段と、
磁気粒子の磁化が局所的に変化するように、駆動磁場によって動作領域内の２つのサブゾーンの空間的位置を変化させる駆動手段と
を有し、各磁性粒子は、ステンレス鋼の層を有する非磁性基板を含む。
【０００６】
上記の目的は、動作領域の磁性粒子に影響する方法、及び／又は該粒子を検出する方法によって達成され、方法は、
各磁性粒子がステンレス鋼の層を有する非磁性基板を持つ、磁性粒子を動作領域に導入するステップと、
低い磁場強度を有する第１サブゾーン及びより高い磁場強度を有する第２サブゾーンが動作領域内に形成されるように、この磁場強度の空間のパターンを有する選別磁場を生成するステップと、
駆動磁場によって、磁性粒子の磁化が局所的に変化するように、動作領域における２つのサブゾーンの空間的位置を変化させるステップと
を含む。
【０００７】
本発明による独創的な構成及び方法は、磁性粒子が非常に高い信号強度を提供するという利点を有する。ステンレス鋼コーティングされた非磁性基板の消磁係数は、有利なことに、同じ寸法の大きな磁性基板の消磁係数よりも低い。
【０００８】
本発明によると、選別手段及び／又は駆動手段及び／又は受信手段が、１つの単一コイル又はソレノイドの形態で少なくとも部分的に提供され得ることは、理解されるべきである。しかしながら、本発明によると、選別手段、駆動手段及び受信手段を形成するために、別個のコイルが提供されることが好ましい。更に、選別手段は、駆動手段よりも動作領域から遠く離れて位置される１又はそれより多くの永久磁石を含み得る。更に本発明によると、選別手段及び／又は駆動手段及び／又は受信手段は、各々が別個の個々の部分からなり、特に別々の個々のコイル又はソレノイドから成り得、別個の部分が、選別手段及び／又は駆動手段及び／又は受信手段を一緒に形成するように提供及び／又は構成される。異なる空間的方向に方向付けられる磁場の成分を生成及び／又は検出する可能性を提供するため、特に駆動手段及び／又は選別手段に対して、複数の部分、特に（例えばヘルムホルツ又はアンチヘルムホルツ構成の）コイルの対が好まれる。
【０００９】
本発明の他の目的は、本発明による構成に使用する、及び／又は本発明による方法に使用する磁性粒子であり、該磁性粒子は、ステンレス鋼の層を有する非磁性基板を含む。
【００１０】
磁性粒子は、材料コスト及び／又は製造工程という点で製造において有利である。本発明の意味でのステンレス鋼は、多くの自然環境及び人工的な環境において、他の鉄鋼よりも酸化及び腐食に対して高い抵抗力を有する。特に本発明によると、ステンレス鋼は、最低１０．５％のクロムを有する鉄の合金である。ステンレス鋼層が単独で有利に抵抗力を有するので、好ましくは、磁性粒子は、いかなる保護コーティングも含まない。
【００１１】
本発明によると、ステンレス鋼の層が弱磁性であることが好ましい。有利には、粒子の凝集は、弱磁性ステンレス鋼を使用することによって回避される。弱磁性とは、本発明の意味において、飽和磁化の値が０．８テスラより低いことを意味する。好ましくは、飽和磁化の値は、０．１テスラと０．６テスラとの間にある。飽和磁化は、国際単位系（ＳＩ）の意味では、完全に適切ではないテスラで指定される。テスラが磁束密度の単位であるので、正確な値を得るため、磁場定数μ０によって割られなければならない。
【００１２】
本発明によると、基板が球形であることが更に好ましい。より好ましくは、基板は、ガラス基板である。
【００１３】
本発明によると、基板の直径が層の厚さより少なくとも１０００倍大きいことが好ましく、更に好ましくは、基板の直径は、層の厚さより少なくとも１００００倍大きい。有利には、磁性粒子の消磁係数は、基板の直径と層の厚さとの間の比率を増加させることによって低減され得る。
【００１４】
層を形成するステンレス鋼合金の好ましい例は、ニッケル、マンガン、モリブデン、銅及びニオブのうちの少なくとも１つの元素を含む。
【００１５】
本発明によると、ステンレス鋼合金が、好ましくはクロムを含み、特に１０．５乃至２０重量％、より好ましくは、１４乃至１６重量％のクロムを含むことが好ましい。
【００１６】
更に、ステンレス鋼合金が、特に好ましくは、５乃至１５重量％、より好ましくは８乃至１２重量％のニッケルを含む。
【００１７】
更に、ステンレス鋼合金が、好ましくは０．５乃至４重量％、より好ましくは１．５乃至２．５重量％のマンガンを含む。
【００１８】
本発明のこれらの及び他の特徴、機能及び利点は、例として本発明の原理を説明する添付の図面に関連して、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。本記載は、本発明の範囲を制限することなく、実施例のみを目的として与えられる。以下で引用される参照符号は、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明による方法を実行する本発明による構成を図示する。
【図２】図２は、本発明による構成によって生成される磁力線のパターンの一例を図示する。
【図３】図３は、動作領域内に存在する磁性粒子の拡大図を図示する。
【図４ａ】図４ａは、このような粒子の磁化特性を図示する。
【図４ｂ】図４ｂは、このような粒子の磁化特性を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、特定の実施例に関して、ある図面に関連して記載されるが、本発明は、これらに制限されず、請求項のみによって制限されるであろう。記載される図面は、概略的なものに過ぎず、非限定的である。図において、要素のいくつかのサイズは、説明の便宜上、誇張され得、スケール通りに描かれないことがあり得る。
【００２１】
単数名詞を参照して、不定冠詞又は定冠詞が使用される場合、これは、特に述べられていない限り名詞の複数形を含む。
【００２２】
更に、明細書及び請求項における第１、第２、第３等の表記は、類似の要素との間で区別するために使用され、必ずしも、経時的又は時系列の順序を記載するために使用されるわけではない。このように使用される用語が、適当な状況下において交換可能であること、及びここに記載される本発明の実施例が、ここで説明及び図示される以外のシーケンスで動作可能であることは、理解されるべきである。
【００２３】
更に、明細書及び請求項における上、下等の用語は、説明目的で使用され、必ずしも相対的な位置を記載するために使用されるわけではない。このように使用される用語が、適当な状況下において交換可能であること、及びここで記載される本発明の実施例が、ここで記載又は図示される以外の方向に動作可能であることは、理解されるべきである。
【００２４】
本記載及び請求項において使用される「含む」という用語は、以下に列挙される手段に制限されと解釈されるべきではなく、他の要素又はステップを除外しないことは、留意されるべきである。したがって、「手段Ａ及びＢを含む装置」という表現の範囲は、構成要素Ａ及びＢのみから成る装置に限定されるべきではない。これは、本発明に関して、装置の唯一の関連した構成要素がＡ及びＢであることを意味する。
【００２５】
図１において、本発明による構成１０によって検査される任意の物体が示される。図１の参照符号３５０は、物体、この場合では人間又は動物の患者を示し、この患者は、患者台上に配置され、この上部の一部のみが示される。本発明による方法の適用の前に、磁性粒子１００（図１に示されない）は、本発明の構成１０の動作領域３００内に配置される。特に、例えば腫瘍の治療及び／又は診断処置の前に、磁性粒子１００は、例えば患者３５０の体に注入される磁性粒子１００を含む流体（図示略）によって、動作領域３００内に配置される。
【００２６】
本発明の一実施例の一例として、選別手段２１０を形成する複数のコイルを有する構成１０が、図２に示され、上記選別手段の範囲が、処置領域３００とも呼ばれる動作領域３００を規定する。例えば選別手段２１０は、患者３５０の上下、又は台の天板の上下に配置される。例えば選別手段２１０は、第１コイル対２１０'、２１０''を有し、これらの各々は、患者３５０の上下に同軸方向に配置され、特に等しい大きさの反対方向の電流によって横切られる２つの同一構成の巻線２１０'及び２１０''を含む。以下では、第１コイル対２１０'、２１０''は、合わせて選別手段２１０と呼ばれる。好ましくは、この場合、直流電流が使用される。
【００２７】
選別手段２１０は、通常、磁力線によって図２に図式的に示される勾配磁場である選別磁場２１１を生成する。これは、選別手段２１０のコイル対の（例えば垂直な）軸の方向において、実質的に一定の勾配を有し、この軸上のある点において０の値に達する。（図２において個々には示されない）この磁場のない点から開始して、選別磁場２１１の磁場強度は、磁場のない点からの距離が増加するにつれて、３つの空間方向全てにおいて増加する。磁場のない点付近の点線によって示される第１サブゾーン３０１又は領域３０１において、磁場強度は、第１サブゾーン３０１に存在する粒子１００の磁化が飽和しないように非常に小さく、一方で（領域３０１の外側の）第２サブゾーン３０２に存在する粒子１００の磁化は、飽和状態にある。動作領域３００の磁場のない点又は第１サブゾーン３０１は、好ましくは、空間的にコヒーレントな領域であり、これは、点状領域、又は他の線状若しくは平面の領域でもあり得る。第２サブゾーン３０２（すなわち第１サブゾーン３０１外側の動作領域３００の残りの部分）において、磁場強度は、粒子１００を飽和状態にしておくのに十分強い。動作領域３００内の２つのサブゾーン３０１、３０２の位置を変えることによって、動作領域３００内の（全体の）磁化が変化する。動作領域３００における磁化、又は磁化によって影響される物理パラメータを測定することによって、動作領域内の磁性粒子の空間分布に関する情報が得られ得る。動作領域３００内の２つのサブゾーン３０１、３０２の相対的な空間位置を変えるため、更なる磁場、いわゆる駆動磁場２２１は、動作領域３００内の選別磁場２１１、又は動作領域３００の少なくとも一部に重畳される。
【００２８】
図３は、本発明の構成１０と共に使用される本発明による磁性粒子１００の例を示す。これは、例えば球形である非磁性基板１０１を備える。非磁性基板１０１は、例えばガラスでできている。非磁性基板１０１は、例えば５ｎｍの厚さを有するステンレス鋼の層１０２を備える。層１０２自体が、化学的及び／又は物理的に厳しい環境（例えば酸）に対して有利な抵抗力を有するので、ステンレス鋼のこの層１０２は、いかなるコーティングによってもカバーされない。このような粒子１００の磁化の飽和に必要とされる選別磁場２１１の磁場強度は、様々なパラメータ、特に粒子１００の直径、ステンレス鋼層１０２の厚さ、及びこれらの比率に依存する。当業者は、図示された粒子１００が、層１０２の厚さと基板１０１の直径との実際の比率を表さないことを認識するであろう。実際に、基板１０１の直径は、磁性粒子１００の直径とほぼ同じである。
【００２９】
例えば基板１０１（又は磁性粒子１００）の直径が１０μｍの場合、（１ｍＴの磁束密度にほぼ対応する）約８００Ａ／ｍの磁場が必要とされ、直径が１００μｍの場合、８０Ａ／ｍの磁場が十分である。ステンレス鋼層１０２の厚さが低下される場合、より小さい値が得られ得る。
【００３０】
第１サブゾーン３０１のサイズは、一方では、選別磁場２１１の強度勾配、他方では、飽和に必要とされる磁場強度に依存する。８０Ａ／ｍの磁場強度における磁性粒子１００の十分な飽和、及び１６０・１０３Ａ／ｍ２に達する選別磁場２１１の磁界強度の（所与の空間的方向における）勾配に対して、粒子１００の磁化が飽和されていない第１サブゾーン３０１は、（所与の空間的方向で）約１ｍｍの大きさを有する。磁場強度及び特に選別磁場２１１の勾配磁場強度を増加させることによって、本発明による構成１０の空間分解能を向上させることが可能である。
【００３１】
以下で駆動磁場２２１と呼ぶ更なる磁場が、動作領域３００内の選別磁場２１０（又は勾配磁場２１０）に重畳され、第１サブゾーン３０１は、この駆動磁場２２１の方向に、第２サブゾーン３０２と関連して移動され、この移動の範囲は、駆動磁場２２１の強度の増加にともなって広がる。重畳された駆動磁場２２１が時間とともに変化する場合、第１サブゾーン３０１の位置は、したがって時間及び空間とともに変化する。（駆動磁場２２１の周波数帯域より高い周波数にシフトされる）他の周波数帯域において、第１サブゾーン３０１に位置される磁性粒子１００から信号を受信又は検出することは、有利である。磁化特性の非線形性の結果として、駆動磁場２２１の周波数の高調波周波数成分が、動作領域３００の磁性粒子１００の磁化の変化によって発生するので、これは起こり得る。
【００３２】
空間のいかなる所与の方向に対しても、これらの駆動磁場２２１を生成するため、３つの更なるコイル対、すなわち第２コイル対２２０'、第３コイル対２２０''、及び第４コイル対２２０'''が設けられ、以下において、これらを一緒に駆動手段２２０と称す。例えば第２コイル対２２０'は、駆動磁場２１１の第１コイル対２１０'、２１０''又は選別手段２１０のコイル軸の方向に延在する、すなわち例えば垂直な成分を生成する。このため、第２コイル対２２０'の巻線は、同じ方向の等しい大きさの電流によって横断される。第２コイル対２２０'によって達成され得る効果は、第１コイル対２１０'、２１０''の等しい大きさの電流に対して、同一方向の逆向きの電流の重ね合わせによっても、原理的に達成され得、その結果、電流は、一方のコイルにおいて減少し、他方のコイルにおいて増加する。しかしながら、特に、より高い信号雑音比での信号解釈の目的で、時間的に一定（又は準一定）の選別磁場２１１（勾配磁場とも呼ばれる）、及び時間的に変化する垂直駆動磁場が、選別手段２１０及び駆動手段２２０の別々のコイル対によって生成されるとき、これは有利であり得る。
【００３３】
２つの更なるコイル対２２０''，２２０'''は、空間における異なる方向、例えば動作領域３００（又は患者３５０）の長手方向に水平に、及びこれに垂直な方向に延在する駆動磁場２２１の成分を生成するため設けられる。（選別手段２１０及び駆動手段２２０に対するコイル対のような）ヘルムホルツタイプの第３及び第４コイル対２２０''、２２０'''が、この目的のために使用される場合、これらのコイル対は、それぞれ処置領域の左右又は前後に配置されなければならない。これは、動作領域３００又は処置領域３００のアクセスしやすさに影響を及ぼすであろう。従って、第３及び／若しくは第４磁気コイル対、又はコイル２２０''、２２０'''は、動作領域３００の上下にも配置され、従って、これらの巻線構成は、第２コイル対２２０'のものとは異ならなければならない。しかしながら、この種類のコイルは、無線周波数（ＲＦ）コイル対が処置領域の上下に位置されるオープン磁石（オープンＭＲＩ）を有する磁気共鳴装置の分野で知られ、前記ＲＦコイル対は、水平な、時間的に変化する磁場を生成することができる。従って、このようなコイルの構成は、ここで更に詳しく述べることを必要としない。
【００３４】
本発明による構成１０は、図１に図式的にのみ示される選別手段２３０を更に有する。選別手段２３０は、通常、動作領域３００の磁性粒子１００の磁化パターンによって導出される信号を検出することが可能であるコイルを含む。しかしながら、この種のコイルは、可能な限り高い信号雑音比を有するため、例えば無線周波数（ＲＦ）コイル対が、動作領域３００周辺に位置される磁気共鳴装置の分野から知られる。従って、このようなコイルの構成は、ここで更に詳しく述べる必要はない。
【００３５】
通常、選別手段２１０、駆動手段２２０及び受信手段２３０の異なる部品に使用される周波数範囲は、以下の通りである。選別手段２１０によって生成される磁場は、時間とともに全く変化しないか、又は変化が比較的ゆっくりで、好ましくは約１Ｈｚと約１００Ｈｚとの間である。駆動手段２２０によって生成される磁場は、好ましくは約２５ｋＨｚ及び約１００ｋＨｚの間で変化する。受信手段が高感度であると思われる磁場のバリエーションでは、好ましくは約５０ｋＨｚ及び約１０ＭＨｚの周波数範囲内にある。
【００３６】
図４ａ及び４ｂは、（図４ａ及び４ｂに示されない）粒子１００の分散における磁化特性、すなわち、粒子１００の位置における磁場の強さＨの関数として、粒子１００の磁化Ｍの変化を示す。磁化Ｍが、飽和磁化に関連することを意味する磁場強度＋Ｈｃより強くならず、磁場強度−Ｈｃより弱くならないことがわかる。磁化Ｍは、値＋Ｈｃと−Ｈｃとの間に飽和しない。
【００３７】
図４ａは、結果として生じる（すなわち「粒子１００によって見られる」）正弦波磁場Ｈ（ｔ）の絶対値が、粒子１００を磁気的に飽和させるのに必要とされる磁場強度よりも低い、すなわち更なる磁場が活性でない場合における、粒子１００の位置の正弦波磁場Ｈ（ｔ）の効果を図示する。この状態の粒子１００の磁化は、磁場Ｈ（ｔ）の周波数のリズムで、この飽和値の間で往復運動する。磁化の時間にともなう結果的な変化は、図４ａの右側の参照符号Ｍ（ｔ）によって示される。磁化が周期的に変化すること、及びこのような粒子の磁化が周期的に反転することがわかる。
【００３８】
曲線の中心の線の破線の部分は、正弦波磁場Ｈ（ｔ）の磁場強度の関数として、磁化Ｍ（ｔ）のほぼ平均的な変化を示す。この中心線からの偏差として、磁化は、磁場Ｈが−Ｈｃから＋Ｈｃに増加するとき、わずかに右に拡張し、磁場Ｈが＋Ｈｃから−Ｈｃに減少するとき、わずかに左に拡張する。この既知の効果は、熱の発生の機構に基づくヒステリシス効果と呼ばれる。曲線の経路の間に形成され、この形状及びサイズが材料に依存するヒステリシス表面領域は、磁化の変化に応じて発生する熱の大きさである。
【００３９】
図４ｂは、静磁場Ｈ１が重畳される正弦波磁場Ｈ（ｔ）の効果を示す。磁化が飽和した状態にあるので、これは、実際には、正弦波磁場Ｈ（ｔ）によって影響されない。磁化Ｍ（ｔ）は、この領域において、時間に対して一定のままである。従って、磁場Ｈ（ｔ）は、磁化の状態の変化を引き起こさない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【国際調査報告】
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2010518915.tif 000009
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