[發(fā)明專利]具有快速視場運動的MPI裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380079521.4
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN105530861A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發(fā)明（設計）人: J·E·拉米爾;B·格萊希
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: A61B5/05
• 分類號: A61B5/05
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 李光穎;王英

技術領域

本發(fā)明涉及用于影響和/或檢測視場中的磁性顆粒的裝置和方法，具體涉及允許 快速視場運動的磁性顆粒成像裝置。

背景技術

磁性顆粒成像(MPI)是一種新興的醫(yī)學成像模態(tài)。MPI的第一版本是二維的，這是 因為其產生二維圖像。較新的版本是三維(3D)的。能夠通過將3D圖像的時間序列組合成影 片來創(chuàng)建非靜態(tài)目標的四維圖像，前提是所述目標在針對單幅3D圖像的數(shù)據(jù)采集期間不顯 著改變。

MPI是如計算機斷層攝影(CT)或磁共振成像(MRI)的重建成像方法。因此，以兩個 步驟來生成目標的感興趣體積的MP圖像。使用MPI掃描器來執(zhí)行被稱為數(shù)據(jù)采集的第一步 驟。MPI掃描器被布置為生成被稱為“選擇場”的靜態(tài)磁梯度場，所述靜態(tài)磁梯度場具有在掃 描器的等中心處的(單個或多個)無場點(FFP)或無場線(FFL)。此外，該FFP(或FFL；下文中 提到“FFP”一般應被理解為意指FFP或FFL)由具有低磁場強度的第一子區(qū)帶圍繞，所述第一 子區(qū)帶繼而由具有較高磁場強度的第二子區(qū)帶圍繞。另外，掃描器具有用于生成時間相關 的、在空間上幾乎均質的磁場的單元。實際上，該場是通過將具有小幅度的快速變化的場 (被稱為“驅動場”)與具有大幅度的緩慢變化的場(被稱為“聚焦場”)相疊加而得到的。通過 將時間相關的驅動場和聚焦場添加到靜態(tài)選擇場，可以使FFP沿著貫穿圍繞等中心的“掃描 體積”的預定FFP跡線移動。掃描器還具有對一個或多個(例如，三個)接收線圈的布置，并且 能夠記錄在這些線圈中感應出的任何電壓。為了數(shù)據(jù)采集，要被成像的目標被放置在掃描 器中，使得目標的感興趣體積被掃描器的視場包圍，所述視場是掃描體積的子集。

目標必須含有磁性納米顆粒或其他磁性非線性材料；如果目標是動物或患者，則 在掃描之前對動物或患者施予含有這樣的顆粒的示蹤劑。在數(shù)據(jù)采集期間，MPI掃描器使 FFP沿著有意選取的跡線移動，所述跡線描出/覆蓋掃描體積或至少描出/覆蓋視場。目標內 的磁性納米顆粒經受變化的磁場，并且通過改變其磁化而做出響應。納米顆粒的變化的磁 化在接收線圈中的每個中感應出時間相關的電壓。在與接收線圈相關聯(lián)的接收器中對該電 壓進行采樣。由接收器輸出的樣本被記錄并構成采集到的數(shù)據(jù)。控制數(shù)據(jù)采集的細節(jié)的參 數(shù)構成“掃描協(xié)議”。

在圖像生成的被稱為圖像重建的第二步驟中，根據(jù)在第一步驟中采集到的數(shù)據(jù)來 計算或重建圖像。圖像是表示對視場中的磁性納米顆粒的位置相關的濃度的采樣的近似結 果的數(shù)據(jù)的離散3D陣列。一般由運行適合的計算機程序的計算機來執(zhí)行重建。計算機和計 算機程序實現(xiàn)重建算法。重建算法基于數(shù)據(jù)采集的數(shù)學模型。正如所有重建性成像方法一 樣，該模型能夠被用公式表達為作用于采集到的數(shù)據(jù)的積分算子；重建算法嘗試盡可能地 復原模型的動作。

這樣的MPI裝置和方法的優(yōu)點在于，其能夠用于以非破壞性的方式并以高空間分 辨率來檢查諸如人體的任意檢查目標，所述檢查既可以接近檢查目標的表面也可以遠離其 表面。這樣的裝置和方法一般是已知的，并且在DE10151778A1中以及Gleich,B.和 Weizenecker,J.的“Tomographicimagingusingthenonlinearresponseofmagnetic particles”(Nature，第435卷，第1214-1217頁，2005年)中首次對其進行了描述，在其中還 大體描述了重建原理。在該出版物中描述的用于磁性顆粒成像(MPI)的裝置和方法利用了 小磁性顆粒的非線性磁化曲線的優(yōu)點。

與如MRI和CT的所建立的成像模態(tài)相對比，尚未識別出針對MPI的用于根據(jù)采集到 的數(shù)據(jù)來重建圖像的簡單數(shù)學變換。因此，MPI圖像重建要求關于描述對顆粒的給定空間分 布的系統(tǒng)響應(即，將顆粒位置映射到頻率響應)的“系統(tǒng)函數(shù)”的知識。為了解決重建問題， 系統(tǒng)函數(shù)必須被反轉，通常要求某種正則化方案。

能夠通過以實驗方式在與圖像像素或體素的數(shù)量相對應的大量空間位置處測量 點狀樣本的磁化響應來確定所述系統(tǒng)函數(shù)。該校準流程要求非常長的采集時間，尤其是為 了獲得合理的信噪比(SNR)。能夠在WO2010/067248A1和WO2010/067264A1中找到關于 對系統(tǒng)函數(shù)的采集、特征和使用以及用于更快采集并用于減小用于存儲系統(tǒng)函數(shù)的存儲空 間的優(yōu)選實施例的更多細節(jié)，這里通過引用將所述細節(jié)并入本文。