(57)【要約】  本発明は、作用領域(300)内で磁性粒子を検出し、及び/又は前記磁性粒子に影響を及ぼす装置に関する。当該装置(10)は、前記作用領域(300)内に強い磁場を有する第1副領域(301)及び弱い磁場を有する第2副領域(302)が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(211)を発生させる選択手段(210)、駆動磁場(211)によって前記作用領域(300)内の第1副領域(301)及び第2副領域(302)の空間位置を変化させることで、磁性材料の磁化を局所的に変化させる駆動手段(220)、並びに、検出信号を取得する受信手段(230)を有する。前記検出信号は前記作用領域(300)内での磁化に依存し、前記磁化は、前記第1副領域(301)及び第2副領域(302)の空間位置の変化による影響を受ける。前記選択手段(210)は、複数の磁性素子(214)を有する少なくとも1つの永久磁気ユニット(213)を有する永久磁気装置を有する。前記複数の磁性素子(214)は、各独立して一定の磁化配向を有し、かつ結合して一つとなることで、少なくとも1つの永久磁気ユニット(213)を形成する。
2012511989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用領域内で磁性粒子を検出し、及び/又は前記磁性粒子に影響を及ぼす装置であって、
当該装置は：
選択磁場を発生させる選択手段であって、前記選択磁場が該磁場強度の空間パターンを有することで、前記作用領域内には、低い磁場強度を有する第1副領域及び高い磁場強度を有する第2副領域が形成される、選択手段；
磁気駆動手段によって、前記作用領域内の前記第1副領域及び第2副領域の空間位置を変化させる駆動手段；並びに、
前記作用領域内の前記第1副領域及び第2副領域の空間位置の変化による影響を受ける前記作用領域内の磁化に依存する検出信号を取得する受信手段；
を有し、
前記選択手段は、複数の磁性素子を含む少なくとも1つの永久磁気ユニットを有する永久磁気集合体を有し、
前記磁性素子は各独立して一定の磁化配向を有し、かつ
前記磁性素子は、結合して一つになることで、前記1つの永久磁気ユニットを形成する、
ことを特徴とする、装置。
【請求項２】
隣接する前記磁性素子の磁化配向は、それぞれ異なり、かつ、前記磁場全体に対して最適に寄与する所望の磁束線に追随する、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記磁性素子の磁化配向は、以下のオイラー角、θ=φ=0、θ=π/4かつφ=0、及びθ=φ=π/4に限定されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記磁性素子は、形成されて、かつ一つとなるように結合することで、前記少なくとも1つの永久磁石を、輪、トーラス、又は円盤形状に形成することを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記磁性素子は正方形の形状であることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記磁性素子は、接着剤若しくはねじによって一つとなるように結合され、及び/又は成型されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記磁性素子は非伝導性層−特にエポキシ−でコーティングされることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
複数の磁性素子を含む少なくとも一つの永久磁気ユニットを有する、特に請求項1に記載の装置で用いられる永久磁気集合体であって、
前記磁性素子は各独立して一定の磁化配向を有し、かつ
前記磁性素子は、結合して一つになることで、前記一つの永久磁気ユニットを形成する、
永久磁気集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作用領域内で磁性粒子を検出し、及び/又は前記磁性粒子に影響を及ぼす装置に関する。本発明はさらに、作用領域内で磁性粒子を検出し、及び/又は前記磁性粒子に影響を及ぼす装置に用いられる永久磁気集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
この型の装置は特許文献1から既知である。特許文献1に記載された装置では、最初に、特定の磁場強度分布を有する選択磁場が磁気選択手段によって発生し、それにより、相対的に低い磁場強度を有する第1副領域−磁場の存在しない地点とも呼ばれる−及び相対的に高い磁場強度を有する第2副領域が、検査領域内に形成される。続いて前記検査領域内の副領域の空間的位置を移動させることで、前記検査領域内の粒子の磁化が局所的に変化する。前記検査領域内の磁化に依存する信号が記録される、前記磁化は前記副領域の空間位置の移動によって影響を受ける。前記検査領域内の磁性粒子の空間分布に関する情報が信号から取り出されることで、前記検査領域の像を生成することが可能となる。係る装置は、任意の検査対象−たとえば人体−を、前記検査対象の表面に近い場合でも離れている場合でも、非破壊的かつ損傷を及ぼすことなく高分解能で検査するのに用いることができるという利点を有する。
【０００３】
同様な装置及び方法は非特許文献1から既知である。非特許文献1に記載された磁性粒子イメージング(MPI)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。
【０００４】
この型の既知の装置は通常、磁気選択手段として永久磁石又はコイルを有する。永久磁石が用いられる場合、上述した2つの副領域を有する選択磁場が、同一軸に沿って位置合わせされた2つの永久磁石によって生成される。前記2つの永久磁石は、同一極を有した−つまりいずれもN極を有するか又はS極を有した−状態で互いに対向している。係る装置は、選択磁場の効率がかなり低いので、前記選択磁場の磁場勾配を所望の大きさにするためには、永久磁石を非常に大きくする必要があるという欠点を有する。可能な限り密なMPI装置の筐体を実現するために可能な限り小さくて効率的に部品を設計することが好ましいので、このことは特に不利となる。それでもなお既知の永久磁石−特に磁気選択手段用の−はこれまで、満足行く効率を示してこなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願10151778号明細書
【特許文献２】欧州特許第1304542号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】グレイヒワイゼンカー(Gleich,BとWeizencker)、Nature誌、第435巻、pp.1214-1217、2005年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明の目的は、最初に述べた型の装置及び特に当該装置で用いられる永久磁気集合体であって、前記磁気選択手段の効率−単位体積あたりの勾配磁場強度−が顕著に増大するもの、を供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、本発明による、作用領域内で磁性粒子を検出し、及び/又は前記磁性粒子に影響を及ぼす装置により実現される。当該装置は：
−  選択磁場を発生させる選択手段であって、前記選択磁場が該磁場強度の空間パターンを有することで、前記作用領域内には、低い磁場強度を有する第1副領域及び高い磁場強度を有する第2副領域が形成される、選択手段；
−  磁気駆動手段によって、前記作用領域内の前記第1副領域及び第2副領域の空間位置を変化させる駆動手段；並びに、
−  前記作用領域内の前記第1副領域及び第2副領域の空間位置の変化による影響を受ける前記作用領域内の磁化に依存する検出信号を取得する受信手段；
を有する。また、
−  前記選択手段は、複数の磁性素子を含む少なくとも1つの永久磁気ユニットを有する永久磁気集合体を有し、
−  前記磁性素子は各独立して一定の磁化配向を有し、かつ
−  前記磁性素子は、結合して一つになることで、前記1つの永久磁気ユニットを形成する。
【０００９】
上記目的はさらに、特に請求項1に記載の装置で用いられる永久磁気集合体によって実現される。また、
−  当該永久磁気集合体は、複数の磁性素子を含む少なくとも1つの永久磁気ユニットを有し、
−  前記磁性素子は各独立して一定の磁化配向を有し、かつ
−  前記磁性素子は、結合して一つになることで、前記1つの永久磁気ユニットを形成する。
【００１０】
本発明によると、前記駆動手段及び/又は前記受信手段の少なくとも一部は、一のシングルコイル又はソレノイドとして供されて良い。しかし本発明によると、前記駆動手段及び前記受信手段を形成するには分離したコイルが供されることが好ましい。さらに本発明によると、前記駆動手段及び/又は前記受信手段はそれぞれ、分離して独立する部品−具体的には分離して独立するコイル又はソレノイド−で構成されて良い。前記分離して独立する部品は、一つとなって前記駆動手段及び/若しくは前記受信手段を形成するように提供並びに/又は配置されて良い。特に前記駆動手段については、様々な空間方向を向く磁場成分を生成及び/又は検出する可能性を供するため、複数の部品−特に（たとえばヘルムホルツ配置又は反ヘルムホルツ配置をとる）コイル用部品−が好ましい。
【００１１】
前記選択手段のうちの少なくとも1つの永久磁気ユニットを、複数の小さな磁性素子へ分割することによって、非常に強い勾配磁場を生成することが可能である。各素子の磁化配向が各独立して影響を受けることができるので、単位体積あたりの勾配磁場強度を顕著に増大させることが可能となる。そのため様々な素子は、各素子によって生成される勾配磁場が全勾配磁場に寄与するように配置される。従って様々な取り得る配置における全勾配磁場への各素子の寄与を計算するため、各素子の磁化配向は離散化されて良い。所望の用途の要件に依存して、特定の配置は任意に変化して良い。全体的には、このことは、均一に磁化した永久磁石とは対照的に、強く、良好に制御可能で、かつ各独立して調節可能な設計を可能にする。それに加えて前記選択手段の全体積もまた顕著に減少させることができる。
【００１２】
本発明の実施例によると、隣接する磁性素子の磁化配向は、それぞれ異なり、かつ、全磁場に対して最適に寄与する所望の磁束線に追随する。均一に磁化した永久磁石を有する代わりに、本発明による前記選択手段のうちの少なくとも1つの永久磁気ユニットは、複数の磁性素子を有する。各空間位置について最適な磁化配向が計算される。前記所望の磁束線に追随することによって、各素子の磁化配向は、前記磁場に対して最適に寄与する。これは、各素子についての全選択磁場への寄与の割合を計算することによって容易に定めることができる。この計算は、前記磁束線の所望の形状が前記素子の磁化配向によって追随される場合には、前記永久磁気ユニットの形状とは独立に、最高の勾配が実現可能であることを示している。このことは、均一に磁化した永久磁石と比較して、約20〜30%磁場の勾配を増大させる。つまり約20〜30%小さな体積によって同一の勾配磁場を生成することが可能である。
【００１３】
本発明の実施例によると、前記磁性素子の磁化配向は、以下のオイラー角、θ=φ=0、θ=π/4かつφ=0、及びθ=φ=π/4に限定されることがさらに好ましい。前記磁化配向を上述のオイラー角に限定することは、製造物の変動が、特定の数の異なる素子−つまり各素子に対応する磁化配向−に限定されるという利点を有する。つまり製造物の複雑性が緩和され、かつ製造コストを節約することができる。たとえこの実施例において製造物が3種類の異なる磁性素子に限定されるとしても、前記磁気集合体内での前記磁性素子の配置に依存して、26の異なる磁気配置を実現することができる。磁化配向がθ=φ=0の磁性素子は全3つの空間方向及び各空間方向とは反対の方向に配置されて良い。つまり6つの磁化配向を実現することが可能である。同様に、磁化配向がθ=π/4かつφ=0の磁性素子は12の異なる配置を取り得る。つまり磁化配向は正方形の全辺を向いて良い。さらに磁化配向がθ=φ=π/4の磁性素子は8の異なる配置を取り得る。つまり磁化配向は正方形の全頂点を向いて良い。この結果、わずか3種類の磁性素子によって上述の26の異なる配向が実現される。従って配向数は依然として、上述した均一に磁化した永久磁石と比較して約20〜30%の磁場勾配の増大を維持する上で十分である。
【００１４】
本発明によると、磁性素子は、形成されて、かつ一つとなるように結合することで、前記少なくとも1つの永久磁石を、輪、トーラス、又は円盤形状に形成することがさらに好ましい。前記永久磁石を輪又はトーラスとして形成することの利点は、そのような「ドーナツ」状の形状が、輪又はトーラスの各対応する穴の内部に主として線形の磁場勾配を生成することを可能にすることである。同時に前記輪又はトーラスの穴は、特に患者又は病気の動物の場合に最適である。さらにそのような形状は、省空間であるので、強い勾配磁場を維持することによって磁性材料を節約することを可能にする。本発明の用途では、トーラス形状をとる2つの永久磁石を導入することがときとして有用である。他方磁気選択手段として1つの永久磁石しか用いられない場合には、永久磁気集合体の形状は、所望の選択磁場を実現するため、かなり複雑になる恐れがある。さらに前記少なくとも1つの永久磁気ユニットを円盤として形成することは可能である。これははるかに省空間の形状である。他方係る実施例での勾配ははるかに曲がったものとなる。
【００１５】
本発明のさらなる実施例によると、前記磁性素子は正方形の形状であることが好ましい。磁化した正方形の製造は容易である。前記正方形形状の利点は、前記永久磁気ユニットの任意の形状を形成するように前記素子を一つにまとめることが容易に可能なことである。さらに正方形は相対的に大きくて表面が平坦であるため、磁性素子同士の固定の助けとなる。
【００１６】
本発明のさらなる好適実施例では、前記磁性素子は、接着剤若しくはねじによって一つとなるように結合され、及び/又は成型される。各異なる素子間での非常に強い磁力に勝るため、特に接着剤若しくはねじによる信頼性を有する固定が必要である。前記素子の正方形の形状と併せて、各素子は、前記正方形の各面にて、6つの隣接する他の素子の各々と一つになるように、接着、ねじ止め、又は成型されて良い。前記磁性素子を接着又はねじ止めによって一つにすることは特に有利である。その理由は、ねじ止めとは対照的に、前記磁性素子に穴もねじ山も供する必要がないからである。前記集合体内での磁力に耐えうる他の適切な方法も考えられ得ることに留意して欲しい。
【００１７】
本発明の実施例によると、前記磁性素子は非伝導性層−特にエポキシ−でコーティングされることがさらに好ましい。そのように前記磁性素子を非伝導性層のエポキシでコーティングすることによって、MPIスキャナの駆動磁場によって誘起される恐れのある渦電流を顕著に減少させることができる。これは重要な効果である。なぜなら渦電流の発生に起因する摂動が少なくとも部分的に抑制されるからである。特に温度が前記磁性材料の臨界温度を超えて増大する場合には、前記渦電流によって引き起こされた結果生じる損失が前記磁化を破壊してしまう恐れがある。従ってコーティングされた体積は、より安定で制御可能な選択磁場の発生を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】磁性粒子イメージング(MPI)装置の原理を示す概略図である。
【図２】従来技術に係る選択手段の物理的な原理を示す概略を表している。
【図３】作用領域内での磁性粒子イメージングの拡大図を表している。
【図４】aとbは、磁性粒子の磁化特性を表している。
【図５】本発明の実施例による選択手段の斜視図を表している。
【図６】本発明の実施例による選択手段の磁性素子の磁化配向を示す断面を表している。
【図７】選択磁場の磁束線を含む、本発明の実施例による選択手段の概略図を表している。
【図８】従来技術に係る均一に磁化した永久磁石を有する選択手段の概略図を表している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の上記及び他の態様は、後述する（複数の）実施例を参照することで明らかとなる。
【００２０】
図1は、MPI装置10によって検査される任意の対象物を表している。図1の参照番号350は、患者台351上に備えられた対象物-この場合であれば患者又は病気の動物-を表している。図1では、対象物350の上部のみが図示されている。本発明に係る方法を適用する前に、磁性粒子100（図1には図示されていない）が、本発明の装置10の作用領域300内に備えられる。具体的にはたとえば腫瘍の医療上及び/又は診療上の処置を行う前に患者350の体に注入される磁性粒子100を有する液体（図示されていない）によって、磁性粒子100が、作用領域300に設けられる。
【００２１】
図2は、従来技術に係る2つの永久磁石による選択磁場211の発生の物理的原理を表している。2つの永久磁石212は、一つとなって選択手段210を構成する。選択手段210の範囲は、処置領域300とも呼ばれる作用領域300を画定する。この実施例においては2つの永久磁石212は、患者350の前後又は上下に備えられることで、一の軸に沿って延在する。このとき2つの永久磁石350はいずれもS極で対向している。当然のこととして2、つの永久磁石は、先と同様にいずれもN極で対向しているように配置されても良いことに留意して欲しい。つまり対向する極が同一の極性を有している限り、どの極が対向しているのかというのは問題ではない。
【００２２】
2つの永久磁石212の6つの極の各2極間の空間では磁場211が生成される。選択手段210によって生成される磁場211は、図2の磁場線によって表される静磁場である。選択磁場211は、選択手段210の軸（たとえば垂直軸）方向に実質的に一定の勾配を有し、かつ磁場211の中点においてゼロの値に到達する。この磁場の存在しない地点（図2では古個別的に図示されていない）から開始して、選択磁場211の磁場強度は、前記磁場の存在しない地点からの距離の増大に伴って増大する。前記磁場の存在しない地点周辺の破線によって表される第1副領域301では、磁場強度はあまりに小さいので、第1副領域301内に存在する粒子100の磁化は飽和しない。他方第2副領域302（領域301の外部）内に存在する粒子100の磁化は飽和状態である。前記磁場の存在しない地点すなわち作用領域300の第1副領域301は、斑状領域又は線領域若しくは平坦領域であっても良い。第2副領域302（つまり第1副領域301の外側である作用領域300の残りの部分）では、磁場強度は、粒子100を飽和状態に保持するのに十分な強さである。作用領域300内部での2つの副領域301と302の位置を変化させることによって、作用領域300内での（全体）磁化が変化する。作用領域300内の磁化又は磁化による影響を受ける物理パラメータを測定することによって、作用領域300内での磁性粒子100の空間分布に関する情報を得ることができる。作用領域300内での2つの副領域301と302の相対的な空間位置を変化させるため、さらなる磁場−所謂駆動磁場221−が、作用領域300（の少なくとも一部）内で選択磁場211に重ね合わせられる。
【００２３】
図3は、本発明の装置10と共に用いられる種類の磁性粒子100の一例を示している。磁性粒子100はたとえば、軟磁性層102が供されたガラス製の球面基板を有する。軟磁性層102はたとえば、5nmの厚さを有し、かつ鉄−ニッケル合金（たとえばパーマロイ）で構成される。この層はたとえば、物理的及び/又は化学的に侵襲性の環境−たとえば酸−から粒子100を保護するコーティング層103によって覆われて良い。磁性粒子100の磁化の飽和に必要な選択磁場211の磁場強度は、粒子100の粒径、磁性層102に用いられる磁性材料、及び他のパラメータといった様々なパラメータに依存する。
【００２４】
たとえば粒径が10μmの場合では、約800A/mの磁場（ほぼ1mTの磁束密度に相当する）が必要となる。他方粒径が100μmの場合では、約80A/mの磁場で足りる。低い飽和磁化を有する材料のコーティング102が選ばれるとき、又は層102の厚さが減少するとき、さらに小さい値が得られる。
【００２５】
好適磁性粒子100のさらなる詳細については、特許文献1及び特許文献2に記載されている。
【００２６】
第1副領域301の大きさは、選択磁場211の勾配強度に依存する一方で、飽和に必要な磁場強度にも依存する。磁場強度が80A/mで、かつ（所与の空間方向における）選択磁場211の磁場強度の勾配が160×103A/m2で磁性粒子を十分に飽和させるためには、粒子100の磁化が飽和しない第1副領域301は（所与の空間方向において）約1mmの寸法を有する。
【００２７】
さらなる磁場−以降駆動磁場と呼ぶ−が、作用領域300内で選択磁場211（又は勾配磁場211）に重ね合わせられるとき、第1副領域301は、第2副領域302に対して駆動磁場221の方向に移動し、かつ、この移動量は駆動磁場221の強度の増大に伴って増大する。重ね合わせられた駆動磁場221が時間変化するとき、第1副領域301の位置もそれに従って時空間的に変化する。駆動磁場221の変化の周波数帯域とは別の（より高い周波数にシフトした）周波数帯域において、第1副領域301に存在する磁性粒子100からの信号を受信又は検出することは有利である。このようにすることは可能である。なぜなら磁化特性が非線形である結果として、作用領域300内で磁性粒子100の磁化が変化することで、駆動磁場221の周波数の高調波の周波数成分が生じるからである。
【００２８】
空間内の所与の方向についてこれらの駆動磁場221を生成するため、さらに3つのコイル対が供される。さらに3つのコイル対とは具体的には、第2コイル対220’、第3コイル対220’’、及び第4コイル対220’’’である。以降これらはまとめて駆動手段220と呼ばれる。たとえば第2コイル対220’は、第1コイル対210’,210’’すなわち選択手段210のコイル軸方向−つまり垂直方向−に延在する駆動磁場221の成分を生成する。このため、第2コイル対220’の巻は、同一方向において等しい電流によって横切られる。第2コイル対220’によって実現可能な効果は原理的には、第1コイル対210’,210’’において各反対方向に流れる等しい電流に、同一方向を流れる電流を重ね合わせることによって実現されて良い。それにより電流は一のコイルにおいて減少して、他のコイルにおいて増大する。しかし特に信号対雑音比の高い信号を解釈するのは、時間的に（ほぼ）一定の選択磁場211（勾配磁場とも呼ばれる）及び時間変化する垂直駆動磁場が、選択手段210及び駆動手段220の各独立するコイル対によって生成されるときに有利になると考えられる。
【００２９】
空間内の異なる方向−たとえば作用領域300（又は患者350）の長手方向に水平な方向及び該方向に垂直な方向−に延在する駆動磁場221の成分を生成するため、2つのさらなるコイル対220’’,220’’’が供される。この目的のためにヘルムホルツ型の第3コイル対220’’及び第4コイル対220’’’が用いられた場合、これらのコイル対はそれぞれ、処置領域の左右又は処置領域の前後に備えられなければならない。これは、作用領域300又は処置領域300の利便性に影響を及ぼす。従って第3コイル対220’’及び/又は第4コイル対220’’’は作用領域300の上下にも備えられる。よってそれらの巻の配置は第2コイル対220’の巻の配置とは異ならなければならない。しかしこの種類のコイルは、オープンマグネットを備える磁気共鳴装置（オープンMRI）の分野から既知である。オープンMRIでは、高周波(RF)コイル対が処置領域の上下に設けられ、かつ前記RFコイル対は時間変化する水平磁場を生成することが可能である。従ってそのようなコイルの構成については本明細書ではこれ以上詳述する必要はない。
【００３０】
本発明による装置10は、図1において概略的にしか図示されていない受信手段230をさらに有する。受信手段230は通常、作用領域300内における磁性粒子100の磁化パターンによって誘起される信号を検出することが可能なコイルを有する。しかしこの種類のコイルは、可能な限り高い信号対雑音比を有するために高周波(RF)コイル対が作用領域300の周囲に設けられる磁気共鳴装置の分野から既知である。従ってそのようなコイルの構成については本明細書ではこれ以上詳述する必要はない。
【００３１】
選択手段210、駆動手段220、及び受信手段230の各異なる構成部品に通常用いられる周波数範囲は大雑把には以下の通りである。選択手段210によって生成される磁場は、全く時間変化しない。あるいは磁場の時間変化は比較的遅い−好適には約1Hz〜約100Hz−。駆動手段220によって生成される磁場は、好適には約25kHz〜約100kHzまで変化する。受信手段230が敏感であると考えられる磁場の変化は好適には、約25kHz〜約10MHzの周波数範囲である。
【００３２】
図4a及び図4bは、分散した状態の粒子100（図4a及び図4bには図示されていない）の磁化特性、つまり粒子100の位置での磁場強度Hの関数としての磁化Mの変化を図示している。磁化Mはもはや、+Hcより大きな磁場強度及び-Hc未満の磁場強度では変化しないことが明らかになった。このことは、飽和状態に到達したことを意味する。磁化Mは-Hc〜+Hcの間では飽和していない。
【００３３】
図4aは、粒子100の位置での正弦波の磁場H(t)の効果を図示している。ここで、結果として生成される（粒子100から見た）正弦波の磁場H(t)の絶対値は、粒子100を磁気的に飽和させる−つまりさらなる磁場が生じない−のに必要な磁場強度よりも小さい。この条件での（複数の）粒子100の磁化は、磁場H(t)の周波数の周期での飽和値間で反転する。結果として生じる磁化の時間変化は、図4aの右側の参照符号M(t)で表されている。磁化はまた周期的にも変化し、かつ粒子100の磁化は集的に反転することも明らかになった。
【００３４】
曲線の中心での破線部分は、正弦波の磁場H(t)の磁場強度の関数としての磁化M(t)の略平均変化を表している。この中心線からのずれとして、磁化は、磁場Hが-Hcから+Hcまで増大するときにはわずかに右に広がり、かつ磁場Hが+Hcから-Hcまで減少するときにはわずかに左に広がる。この知られた効果は、熱の発生機構を基礎とするヒステリシス効果と呼ばれる。曲線の経路間に生成され、かつ形状と大きさが材料に依存するヒステリシス表面領域は、磁化が変化する際の熱の発生の指標である。
【００３５】
図4bは、静磁場H1が重ね合わせられた正弦波磁場H(t)の効果を示している。磁化は飽和状態であるので、磁化は正弦波磁場H(t)による影響を実質的には受けない。磁化M(t)はこの領域では時間的に一定である。従って磁場H(t)は磁化の状態変化を引き起こさない。
【００３６】
図5は、2つの磁気ユニット213を有する永久磁気集合体によって実現される、本発明の実施例による選択手段210を図示している。これらの永久磁気ユニット213は、複数の正方形の磁性素子214が一つに集まることで、本実施例においては、中心穴215を有するトーラス形状−「ドーナツ」形状−を形成する。磁性素子214はまた、任意の形状−たとえば円盤又はリング形状−をとるように集められても良い。トーラスの場合では、選択磁場211の磁場勾配は、永久磁気ユニット（トーラス）213の内部穴215の範囲内において主として線形であり、かつ図2に図示された装置と同様に、永久磁気ユニット213の軸方向において実質的に一定の勾配を有する。その勾配は、2つの永久磁気ユニット213の間の中点においてゼロの値に到達する。この磁場の存在しない点から開始して、前記磁場の存在しない点からの距離が増大することで、選択磁場211の磁場強度は3つの全空間方向において増大する。
【００３７】
本発明の応用では、2つの永久磁気ユニット213は、患者の上下に配置されても良いし、又は、穴215が患者用の孔として機能しても良い。
【００３８】
磁性素子214の間には磁力が働くので、当該集合体に信頼性のある固定を行う必要がある。これは、特別な接着法、ねじ止め、又は成型によって素子を一つにすることによって実現されることが好ましい。各磁性素子214は、各素子214の磁場が、選択磁場211全体に寄与するように配置される。それにより素子214の磁化配向は各独立して固定される。それにより、図6から分かるように、隣接する素子214の磁化配向は異なることが可能である。これにより、図2に図示された2つの均一に磁化した永久磁石による磁場の生成と比較して、非常に強い磁場を生成することが可能となる。しかし隣接する素子214の磁化配向の差異は大きすぎてはならない。なぜならそのように差異が大きすぎると、磁力を増大させるので、技術的な実現可能性を複雑にしてしまうからである。とはいえ、磁性素子の磁化配向が所望の磁束線となる場合には、各磁性素子の最適な寄与が実現される。これにより、均一に磁化した永久磁石と比較して、磁場勾配が約20〜30%増大する。つまり、20〜30%小さな体積によって同一の磁場勾配を生成することが可能となる。
【００３９】
上述の永久磁石の各独立した磁化の効果は、均一に磁化した永久磁石とは対照的に、図7と図8とを比較することによってさらに理解できる。図から明らかなように、永久磁気集合体が各独立して磁化配向する素子を有する図7の選択磁場211の磁束線は、当該集合体の内側部分、つまり磁場の存在しない地点へ向かうように圧縮される。従って図8の場合とは対照的に選択磁場は非対称である。従って上で既に説明したように、係る磁場の勾配及び磁場強度は顕著に増大する。従って図7の磁束線は、非常に良好に所望の選択磁場211に追随する。他方図8の均一に磁化した永久磁石によって生成される磁場は、十分な強さもなければ、所望の形状でもない。
【図１】
2012511989.tif 000003
【図２】
2012511989.tif 000004
【図３】
2012511989.tif 000005
【図４ａ】
2012511989.tif 000006
【図４ｂ】
2012511989.tif 000007
【図５】
2012511989.tif 000008
【図６】
2012511989.tif 000009
【図７】
2012511989.tif 000010
【図８】
2012511989.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月20日(2011.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用領域内で磁性粒子を検出し、及び/又は前記磁性粒子に影響を及ぼす装置であって、
当該装置は：
選択磁場を発生させる選択手段であって、前記選択磁場が該磁場強度の空間パターンを有することで、前記作用領域内には、低い磁場強度を有する第1副領域及び高い磁場強度を有する第2副領域が形成される、選択手段；
磁気駆動手段によって、前記作用領域内の前記第1副領域及び第2副領域の空間位置を変化させる駆動手段；並びに、
前記作用領域内の前記第1副領域及び第2副領域の空間位置の変化による影響を受ける前記作用領域内の磁化に依存する検出信号を取得する受信手段；
を有し、
前記選択手段は、複数の磁性素子を含む少なくとも1つの永久磁気ユニットを有する永久磁気集合体を有し、
前記磁性素子は各独立して一定の磁化配向を有し、
前記磁性素子は、結合して一つになることで、前記1つの永久磁気ユニットを形成し、かつ
隣接する前記磁性素子の磁化配向は、それぞれ異なり、かつ、前記磁場全体に対して最適に寄与する所望の磁束線に追随する、
ことを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記磁性素子の磁化配向は、以下のオイラー角、θ=φ=0、θ=π/4かつφ=0、及びθ=φ=π/4に限定されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記磁性素子は、形成されて、かつ一つとなるように結合することで、前記少なくとも1つの永久磁石を、輪、トーラス、又は円盤形状に形成することを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記磁性素子は正方形の形状であることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記磁性素子は、接着剤若しくはねじによって一つとなるように結合され、及び/又は成型されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記磁性素子は非伝導性層−特にエポキシ−でコーティングされることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
複数の磁性素子を含む少なくとも一つの永久磁気ユニットを有する、特に請求項1に記載の装置で用いられる永久磁気集合体であって、
前記磁性素子は各独立して一定の磁化配向を有し、
前記磁性素子は、結合して一つになることで、前記一つの永久磁気ユニットを形成し、かつ
隣接する前記磁性素子の磁化配向は、それぞれ異なり、かつ、前記磁場全体に対して最適に寄与する所望の磁束線に追随する、
永久磁気集合体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作用領域内で磁性粒子を検出し、及び/又は前記磁性粒子に影響を及ぼす装置に関する。本発明はさらに、作用領域内で磁性粒子を検出し、及び/又は前記磁性粒子に影響を及ぼす装置に用いられる永久磁気集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
この型の装置は特許文献1から既知である。特許文献1に記載された装置では、最初に、特定の磁場強度分布を有する選択磁場が磁気選択手段によって発生し、それにより、相対的に低い磁場強度を有する第1副領域−磁場の存在しない地点とも呼ばれる−及び相対的に高い磁場強度を有する第2副領域が、検査領域内に形成される。続いて前記検査領域内の副領域の空間的位置を移動させることで、前記検査領域内の粒子の磁化が局所的に変化する。前記検査領域内の磁化に依存する信号が記録される、前記磁化は前記副領域の空間位置の移動によって影響を受ける。前記検査領域内の磁性粒子の空間分布に関する情報が信号から取り出されることで、前記検査領域の像を生成することが可能となる。係る装置は、任意の検査対象−たとえば人体−を、前記検査対象の表面に近い場合でも離れている場合でも、非破壊的かつ損傷を及ぼすことなく高分解能で検査するのに用いることができるという利点を有する。
【０００３】
同様な装置及び方法は非特許文献1から既知である。非特許文献1に記載された磁性粒子イメージング(MPI)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。
【０００４】
この型の既知の装置は通常、磁気選択手段として永久磁石又はコイルを有する。永久磁石が用いられる場合、上述した2つの副領域を有する選択磁場が、同一軸に沿って位置合わせされた2つの永久磁石によって生成される。前記2つの永久磁石は、同一極を有した−つまりいずれもN極を有するか又はS極を有した−状態で互いに対向している。係る装置は、選択磁場の効率がかなり低いので、前記選択磁場の磁場勾配を所望の大きさにするためには、永久磁石を非常に大きくする必要があるという欠点を有する。可能な限り密なMPI装置の筐体を実現するために可能な限り小さくて効率的に部品を設計することが好ましいので、このことは特に不利となる。それでもなお既知の永久磁石−特に磁気選択手段用の−はこれまで、満足行く効率を示してこなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願10151778号明細書
【特許文献２】欧州特許第1304542号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
従って本発明の目的は、最初に述べた型の装置及び特に当該装置で用いられる永久磁気集合体であって、前記磁気選択手段の効率−単位体積あたりの勾配磁場強度−が顕著に増大するもの、を供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、本発明による、作用領域内で磁性粒子を検出し、及び/又は前記磁性粒子に影響を及ぼす装置により実現される。当該装置は：
−  選択磁場を発生させる選択手段であって、前記選択磁場が該磁場強度の空間パターンを有することで、前記作用領域内には、低い磁場強度を有する第1副領域及び高い磁場強度を有する第2副領域が形成される、選択手段；
−  磁気駆動手段によって、前記作用領域内の前記第1副領域及び第2副領域の空間位置を変化させる駆動手段；並びに、
−  前記作用領域内の前記第1副領域及び第2副領域の空間位置の変化による影響を受ける前記作用領域内の磁化に依存する検出信号を取得する受信手段；
を有する。また、
−  前記選択手段は、複数の磁性素子を含む少なくとも1つの永久磁気ユニットを有する永久磁気集合体を有し、
−  前記磁性素子は各独立して一定の磁化配向を有し、
−  前記磁性素子は、結合して一つになることで、前記1つの永久磁気ユニットを形成し、かつ
−  隣接する前記磁性素子の磁化配向は、それぞれ異なり、かつ、前記磁場全体に対して最適に寄与する所望の磁束線に追随する。
【０００９】
上記目的はさらに、特に請求項1に記載の装置で用いられる永久磁気集合体によって実現される。また、
−  当該永久磁気集合体は、複数の磁性素子を含む少なくとも1つの永久磁気ユニットを有し、
−  前記磁性素子は各独立して一定の磁化配向を有し、
−  前記磁性素子は、結合して一つになることで、前記1つの永久磁気ユニットを形成し、かつ
−  隣接する前記磁性素子の磁化配向は、それぞれ異なり、かつ、前記磁場全体に対して最適に寄与する所望の磁束線に追随する。
【００１０】
本発明によると、前記駆動手段及び/又は前記受信手段の少なくとも一部は、一のシングルコイル又はソレノイドとして供されて良い。しかし本発明によると、前記駆動手段及び前記受信手段を形成するには分離したコイルが供されることが好ましい。さらに本発明によると、前記駆動手段及び/又は前記受信手段はそれぞれ、分離して独立する部品−具体的には分離して独立するコイル又はソレノイド−で構成されて良い。前記分離して独立する部品は、一つとなって前記駆動手段及び/若しくは前記受信手段を形成するように提供並びに/又は配置されて良い。特に前記駆動手段については、様々な空間方向を向く磁場成分を生成及び/又は検出する可能性を供するため、複数の部品−特に（たとえばヘルムホルツ配置又は反ヘルムホルツ配置をとる）コイル用部品−が好ましい。
【００１１】
前記選択手段のうちの少なくとも1つの永久磁気ユニットを、複数の小さな磁性素子へ分割することによって、非常に強い勾配磁場を生成することが可能である。各素子の磁化配向が各独立して影響を受けることができるので、単位体積あたりの勾配磁場強度を顕著に増大させることが可能となる。そのため様々な素子は、各素子によって生成される勾配磁場が全勾配磁場に寄与するように配置される。従って様々な取り得る配置における全勾配磁場への各素子の寄与を計算するため、各素子の磁化配向は離散化されて良い。所望の用途の要件に依存して、特定の配置は任意に変化して良い。全体的には、このことは、均一に磁化した永久磁石とは対照的に、強く、良好に制御可能で、かつ各独立して調節可能な設計を可能にする。それに加えて前記選択手段の全体積もまた顕著に減少させることができる。
【００１２】
本発明の実施例によると、隣接する磁性素子の磁化配向は、それぞれ異なり、かつ、全磁場に対して最適に寄与する所望の磁束線に追随する。均一に磁化した永久磁石を有する代わりに、本発明による前記選択手段のうちの少なくとも1つの永久磁気ユニットは、複数の磁性素子を有する。各空間位置について最適な磁化配向が計算される。前記所望の磁束線に追随することによって、各素子の磁化配向は、前記磁場に対して最適に寄与する。これは、各素子についての全選択磁場への寄与の割合を計算することによって容易に定めることができる。この計算は、前記磁束線の所望の形状が前記素子の磁化配向によって追随される場合には、前記永久磁気ユニットの形状とは独立に、最高の勾配が実現可能であることを示している。このことは、均一に磁化した永久磁石と比較して、約20〜30%磁場の勾配を増大させる。つまり約20〜30%小さな体積によって同一の勾配磁場を生成することが可能である。
【００１３】
本発明の実施例によると、前記磁性素子の磁化配向は、以下のオイラー角、θ=φ=0、θ=π/4かつφ=0、及びθ=φ=π/4に限定されることがさらに好ましい。前記磁化配向を上述のオイラー角に限定することは、製造物の変動が、特定の数の異なる素子−つまり各素子に対応する磁化配向−に限定されるという利点を有する。つまり製造物の複雑性が緩和され、かつ製造コストを節約することができる。たとえこの実施例において製造物が3種類の異なる磁性素子に限定されるとしても、前記磁気集合体内での前記磁性素子の配置に依存して、26の異なる磁気配置を実現することができる。磁化配向がθ=φ=0の磁性素子は全3つの空間方向及び各空間方向とは反対の方向に配置されて良い。つまり6つの磁化配向を実現することが可能である。同様に、磁化配向がθ=π/4かつφ=0の磁性素子は12の異なる配置を取り得る。つまり磁化配向は正方形の全辺を向いて良い。さらに磁化配向がθ=φ=π/4の磁性素子は8の異なる配置を取り得る。つまり磁化配向は正方形の全頂点を向いて良い。この結果、わずか3種類の磁性素子によって上述の26の異なる配向が実現される。従って配向数は依然として、上述した均一に磁化した永久磁石と比較して約20〜30%の磁場勾配の増大を維持する上で十分である。
【００１４】
本発明によると、磁性素子は、形成されて、かつ一つとなるように結合することで、前記少なくとも1つの永久磁石を、輪、トーラス、又は円盤形状に形成することがさらに好ましい。前記永久磁石を輪又はトーラスとして形成することの利点は、そのような「ドーナツ」状の形状が、輪又はトーラスの各対応する穴の内部に主として線形の磁場勾配を生成することを可能にすることである。同時に前記輪又はトーラスの穴は、特に患者又は病気の動物の場合に最適である。さらにそのような形状は、省空間であるので、強い勾配磁場を維持することによって磁性材料を節約することを可能にする。本発明の用途では、トーラス形状をとる2つの永久磁石を導入することがときとして有用である。他方磁気選択手段として1つの永久磁石しか用いられない場合には、永久磁気集合体の形状は、所望の選択磁場を実現するため、かなり複雑になる恐れがある。さらに前記少なくとも1つの永久磁気ユニットを円盤として形成することは可能である。これははるかに省空間の形状である。他方係る実施例での勾配ははるかに曲がったものとなる。
【００１５】
本発明のさらなる実施例によると、前記磁性素子は正方形の形状であることが好ましい。磁化した正方形の製造は容易である。前記正方形形状の利点は、前記永久磁気ユニットの任意の形状を形成するように前記素子を一つにまとめることが容易に可能なことである。さらに正方形は相対的に大きくて表面が平坦であるため、磁性素子同士の固定の助けとなる。
【００１６】
本発明のさらなる好適実施例では、前記磁性素子は、接着剤若しくはねじによって一つとなるように結合され、及び/又は成型される。各異なる素子間での非常に強い磁力に勝るため、特に接着剤若しくはねじによる信頼性を有する固定が必要である。前記素子の正方形の形状と併せて、各素子は、前記正方形の各面にて、6つの隣接する他の素子の各々と一つになるように、接着、ねじ止め、又は成型されて良い。前記磁性素子を接着又はねじ止めによって一つにすることは特に有利である。その理由は、ねじ止めとは対照的に、前記磁性素子に穴もねじ山も供する必要がないからである。前記集合体内での磁力に耐えうる他の適切な方法も考えられ得ることに留意して欲しい。
【００１７】
本発明の実施例によると、前記磁性素子は非伝導性層−特にエポキシ−でコーティングされることがさらに好ましい。そのように前記磁性素子を非伝導性層のエポキシでコーティングすることによって、MPIスキャナの駆動磁場によって誘起される恐れのある渦電流を顕著に減少させることができる。これは重要な効果である。なぜなら渦電流の発生に起因する摂動が少なくとも部分的に抑制されるからである。特に温度が前記磁性材料の臨界温度を超えて増大する場合には、前記渦電流によって引き起こされた結果生じる損失が前記磁化を破壊してしまう恐れがある。従ってコーティングされた体積は、より安定で制御可能な選択磁場の発生を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】磁性粒子イメージング(MPI)装置の原理を示す概略図である。
【図２】従来技術に係る選択手段の物理的な原理を示す概略を表している。
【図３】作用領域内での磁性粒子イメージングの拡大図を表している。
【図４】aとbは、磁性粒子の磁化特性を表している。
【図５】本発明の実施例による選択手段の斜視図を表している。
【図６】本発明の実施例による選択手段の磁性素子の磁化配向を示す断面を表している。
【図７】選択磁場の磁束線を含む、本発明の実施例による選択手段の概略図を表している。
【図８】従来技術に係る均一に磁化した永久磁石を有する選択手段の概略図を表している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の上記及び他の態様は、後述する（複数の）実施例を参照することで明らかとなる。
【００２０】
図1は、MPI装置10によって検査される任意の対象物を表している。図1の参照番号350は、患者台351上に備えられた対象物-この場合であれば患者又は病気の動物-を表している。図1では、対象物350の上部のみが図示されている。本発明に係る方法を適用する前に、磁性粒子100（図1には図示されていない）が、本発明の装置10の作用領域300内に備えられる。具体的にはたとえば腫瘍の医療上及び/又は診療上の処置を行う前に患者350の体に注入される磁性粒子100を有する液体（図示されていない）によって、磁性粒子100が、作用領域300に設けられる。
【００２１】
図2は、従来技術に係る2つの永久磁石による選択磁場211の発生の物理的原理を表している。2つの永久磁石212は、一つとなって選択手段210を構成する。選択手段210の範囲は、処置領域300とも呼ばれる作用領域300を画定する。この実施例においては2つの永久磁石212は、患者350の前後又は上下に備えられることで、一の軸に沿って延在する。このとき2つの永久磁石350はいずれもS極で対向している。当然のこととして2、つの永久磁石は、先と同様にいずれもN極で対向しているように配置されても良いことに留意して欲しい。つまり対向する極が同一の極性を有している限り、どの極が対向しているのかというのは問題ではない。
【００２２】
2つの永久磁石212の6つの極の各2極間の空間では磁場211が生成される。選択手段210によって生成される磁場211は、図2の磁場線によって表される静磁場である。選択磁場211は、選択手段210の軸（たとえば垂直軸）方向に実質的に一定の勾配を有し、かつ磁場211の中点においてゼロの値に到達する。この磁場の存在しない地点（図2では古個別的に図示されていない）から開始して、選択磁場211の磁場強度は、前記磁場の存在しない地点からの距離の増大に伴って増大する。前記磁場の存在しない地点周辺の破線によって表される第1副領域301では、磁場強度はあまりに小さいので、第1副領域301内に存在する粒子100の磁化は飽和しない。他方第2副領域302（領域301の外部）内に存在する粒子100の磁化は飽和状態である。前記磁場の存在しない地点すなわち作用領域300の第1副領域301は、斑状領域又は線領域若しくは平坦領域であっても良い。第2副領域302（つまり第1副領域301の外側である作用領域300の残りの部分）では、磁場強度は、粒子100を飽和状態に保持するのに十分な強さである。作用領域300内部での2つの副領域301と302の位置を変化させることによって、作用領域300内での（全体）磁化が変化する。作用領域300内の磁化又は磁化による影響を受ける物理パラメータを測定することによって、作用領域300内での磁性粒子100の空間分布に関する情報を得ることができる。作用領域300内での2つの副領域301と302の相対的な空間位置を変化させるため、さらなる磁場−所謂駆動磁場221−が、作用領域300（の少なくとも一部）内で選択磁場211に重ね合わせられる。
【００２３】
図3は、本発明の装置10と共に用いられる種類の磁性粒子100の一例を示している。磁性粒子100はたとえば、軟磁性層102が供されたガラス製の球面基板を有する。軟磁性層102はたとえば、5nmの厚さを有し、かつ鉄−ニッケル合金（たとえばパーマロイ）で構成される。この層はたとえば、物理的及び/又は化学的に侵襲性の環境−たとえば酸−から粒子100を保護するコーティング層103によって覆われて良い。磁性粒子100の磁化の飽和に必要な選択磁場211の磁場強度は、粒子100の粒径、磁性層102に用いられる磁性材料、及び他のパラメータといった様々なパラメータに依存する。
【００２４】
たとえば粒径が10μmの場合では、約800A/mの磁場（ほぼ1mTの磁束密度に相当する）が必要となる。他方粒径が100μmの場合では、約80A/mの磁場で足りる。低い飽和磁化を有する材料のコーティング102が選ばれるとき、又は層102の厚さが減少するとき、さらに小さい値が得られる。
【００２５】
好適磁性粒子100のさらなる詳細については、特許文献1及び特許文献2に記載されている。
【００２６】
第1副領域301の大きさは、選択磁場211の勾配強度に依存する一方で、飽和に必要な磁場強度にも依存する。磁場強度が80A/mで、かつ（所与の空間方向における）選択磁場211の磁場強度の勾配が160×103A/m2で磁性粒子を十分に飽和させるためには、粒子100の磁化が飽和しない第1副領域301は（所与の空間方向において）約1mmの寸法を有する。
【００２７】
さらなる磁場−以降駆動磁場と呼ぶ−が、作用領域300内で選択磁場211（又は勾配磁場211）に重ね合わせられるとき、第1副領域301は、第2副領域302に対して駆動磁場221の方向に移動し、かつ、この移動量は駆動磁場221の強度の増大に伴って増大する。重ね合わせられた駆動磁場221が時間変化するとき、第1副領域301の位置もそれに従って時空間的に変化する。駆動磁場221の変化の周波数帯域とは別の（より高い周波数にシフトした）周波数帯域において、第1副領域301に存在する磁性粒子100からの信号を受信又は検出することは有利である。このようにすることは可能である。なぜなら磁化特性が非線形である結果として、作用領域300内で磁性粒子100の磁化が変化することで、駆動磁場221の周波数の高調波の周波数成分が生じるからである。
【００２８】
空間内の所与の方向についてこれらの駆動磁場221を生成するため、さらに3つのコイル対が供される。さらに3つのコイル対とは具体的には、第2コイル対220’、第3コイル対220’’、及び第4コイル対220’’’である。以降これらはまとめて駆動手段220と呼ばれる。たとえば第2コイル対220’は、第1コイル対210’,210’’すなわち選択手段210のコイル軸方向−つまり垂直方向−に延在する駆動磁場221の成分を生成する。このため、第2コイル対220’の巻は、同一方向において等しい電流によって横切られる。第2コイル対220’によって実現可能な効果は原理的には、第1コイル対210’,210’’において各反対方向に流れる等しい電流に、同一方向を流れる電流を重ね合わせることによって実現されて良い。それにより電流は一のコイルにおいて減少して、他のコイルにおいて増大する。しかし特に信号対雑音比の高い信号を解釈するのは、時間的に（ほぼ）一定の選択磁場211（勾配磁場とも呼ばれる）及び時間変化する垂直駆動磁場が、選択手段210及び駆動手段220の各独立するコイル対によって生成されるときに有利になると考えられる。
【００２９】
空間内の異なる方向−たとえば作用領域300（又は患者350）の長手方向に水平な方向及び該方向に垂直な方向−に延在する駆動磁場221の成分を生成するため、2つのさらなるコイル対220’’,220’’’が供される。この目的のためにヘルムホルツ型の第3コイル対220’’及び第4コイル対220’’’が用いられた場合、これらのコイル対はそれぞれ、処置領域の左右又は処置領域の前後に備えられなければならない。これは、作用領域300又は処置領域300の利便性に影響を及ぼす。従って第3コイル対220’’及び/又は第4コイル対220’’’は作用領域300の上下にも備えられる。よってそれらの巻の配置は第2コイル対220’の巻の配置とは異ならなければならない。しかしこの種類のコイルは、オープンマグネットを備える磁気共鳴装置（オープンMRI）の分野から既知である。オープンMRIでは、高周波(RF)コイル対が処置領域の上下に設けられ、かつ前記RFコイル対は時間変化する水平磁場を生成することが可能である。従ってそのようなコイルの構成については本明細書ではこれ以上詳述する必要はない。
【００３０】
本発明による装置10は、図1において概略的にしか図示されていない受信手段230をさらに有する。受信手段230は通常、作用領域300内における磁性粒子100の磁化パターンによって誘起される信号を検出することが可能なコイルを有する。しかしこの種類のコイルは、可能な限り高い信号対雑音比を有するために高周波(RF)コイル対が作用領域300の周囲に設けられる磁気共鳴装置の分野から既知である。従ってそのようなコイルの構成については本明細書ではこれ以上詳述する必要はない。
【００３１】
選択手段210、駆動手段220、及び受信手段230の各異なる構成部品に通常用いられる周波数範囲は大雑把には以下の通りである。選択手段210によって生成される磁場は、全く時間変化しない。あるいは磁場の時間変化は比較的遅い−好適には約1Hz〜約100Hz−。駆動手段220によって生成される磁場は、好適には約25kHz〜約100kHzまで変化する。受信手段230が敏感であると考えられる磁場の変化は好適には、約25kHz〜約10MHzの周波数範囲である。
【００３２】
図4a及び図4bは、分散した状態の粒子100（図4a及び図4bには図示されていない）の磁化特性、つまり粒子100の位置での磁場強度Hの関数としての磁化Mの変化を図示している。磁化Mはもはや、+Hcより大きな磁場強度及び-Hc未満の磁場強度では変化しないことが明らかになった。このことは、飽和状態に到達したことを意味する。磁化Mは-Hc〜+Hcの間では飽和していない。
【００３３】
図4aは、粒子100の位置での正弦波の磁場H(t)の効果を図示している。ここで、結果として生成される（粒子100から見た）正弦波の磁場H(t)の絶対値は、粒子100を磁気的に飽和させる−つまりさらなる磁場が生じない−のに必要な磁場強度よりも小さい。この条件での（複数の）粒子100の磁化は、磁場H(t)の周波数の周期での飽和値間で反転する。結果として生じる磁化の時間変化は、図4aの右側の参照符号M(t)で表されている。磁化はまた周期的にも変化し、かつ粒子100の磁化は集的に反転することも明らかになった。
【００３４】
曲線の中心での破線部分は、正弦波の磁場H(t)の磁場強度の関数としての磁化M(t)の略平均変化を表している。この中心線からのずれとして、磁化は、磁場Hが-Hcから+Hcまで増大するときにはわずかに右に広がり、かつ磁場Hが+Hcから-Hcまで減少するときにはわずかに左に広がる。この知られた効果は、熱の発生機構を基礎とするヒステリシス効果と呼ばれる。曲線の経路間に生成され、かつ形状と大きさが材料に依存するヒステリシス表面領域は、磁化が変化する際の熱の発生の指標である。
【００３５】
図4bは、静磁場H1が重ね合わせられた正弦波磁場H(t)の効果を示している。磁化は飽和状態であるので、磁化は正弦波磁場H(t)による影響を実質的には受けない。磁化M(t)はこの領域では時間的に一定である。従って磁場H(t)は磁化の状態変化を引き起こさない。
【００３６】
図5は、2つの磁気ユニット213を有する永久磁気集合体によって実現される、本発明の実施例による選択手段210を図示している。これらの永久磁気ユニット213は、複数の正方形の磁性素子214が一つに集まることで、本実施例においては、中心穴215を有するトーラス形状−「ドーナツ」形状−を形成する。磁性素子214はまた、任意の形状−たとえば円盤又はリング形状−をとるように集められても良い。トーラスの場合では、選択磁場211の磁場勾配は、永久磁気ユニット（トーラス）213の内部穴215の範囲内において主として線形であり、かつ図2に図示された装置と同様に、永久磁気ユニット213の軸方向において実質的に一定の勾配を有する。その勾配は、2つの永久磁気ユニット213の間の中点においてゼロの値に到達する。この磁場の存在しない点から開始して、前記磁場の存在しない点からの距離が増大することで、選択磁場211の磁場強度は3つの全空間方向において増大する。
【００３７】
本発明の応用では、2つの永久磁気ユニット213は、患者の上下に配置されても良いし、又は、穴215が患者用の孔として機能しても良い。
【００３８】
磁性素子214の間には磁力が働くので、当該集合体に信頼性のある固定を行う必要がある。これは、特別な接着法、ねじ止め、又は成型によって素子を一つにすることによって実現されることが好ましい。各磁性素子214は、各素子214の磁場が、選択磁場211全体に寄与するように配置される。それにより素子214の磁化配向は各独立して固定される。それにより、図6から分かるように、隣接する素子214の磁化配向は異なることが可能である。これにより、図2に図示された2つの均一に磁化した永久磁石による磁場の生成と比較して、非常に強い磁場を生成することが可能となる。しかし隣接する素子214の磁化配向の差異は大きすぎてはならない。なぜならそのように差異が大きすぎると、磁力を増大させるので、技術的な実現可能性を複雑にしてしまうからである。とはいえ、磁性素子の磁化配向が所望の磁束線となる場合には、各磁性素子の最適な寄与が実現される。これにより、均一に磁化した永久磁石と比較して、磁場勾配が約20〜30%増大する。つまり、20〜30%小さな体積によって同一の磁場勾配を生成することが可能となる。
【００３９】
上述の永久磁石の各独立した磁化の効果は、均一に磁化した永久磁石とは対照的に、図7と図8とを比較することによってさらに理解できる。図から明らかなように、永久磁気集合体が各独立して磁化配向する素子を有する図7の選択磁場211の磁束線は、当該集合体の内側部分、つまり磁場の存在しない地点へ向かうように圧縮される。従って図8の場合とは対照的に選択磁場は非対称である。従って上で既に説明したように、係る磁場の勾配及び磁場強度は顕著に増大する。従って図7の磁束線は、非常に良好に所望の選択磁場211に追随する。他方図8の均一に磁化した永久磁石によって生成される磁場は、十分な強さもなければ、所望の形状でもない。
【国際調査報告】
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