用于探测和／或定位作用区域中的磁性材料的设备和方法技术

在磁性粒子成像（ＭＰＩ）中，重建需要所谓的系统函数的知识。此函数描述空间位置和频率响应之间的关系。为了获得合理的分辨率和视场，系统函数变得相当大，导致对系统函数的大的获取时间和重建期间高的内存需求。本发明专利技术提出了通过利用矩阵的结构性质来减小系统函数矩阵的大小。该性质例如是减小列的数量的空间对称性和减小行的数量的不同频率处的相同响应。在其它实施例中，能够使用合适的基函数将矩阵变换为稀疏描绘。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于探测和/或定位作用区域中的磁性材料的设备。本专利技术还涉及对应的方法和用于控制该设备的计算机程序。
技术介绍
从德国专利申请DE10151778A1已知此种设备。在该公开中描述的设备中，首先， 生成具有磁场强度的空间分布的磁场，使得具有相对低的磁场强度的第一子区和具有相对高的磁场强度的第二子区形成于检查区中。然后移动检查区域中的子区在空间中的位置， 使得局部改变检查区中的粒子的磁化(magnetization)。记录取决于检查区中的磁化的信号，该磁化已受到子区的空间中的位置移动的影响，并且从这些信号提取关于检查区中的磁性粒子的空间分布的信息，使得能够形成检查区的图像。该设备具有的优点是，其能够用于以非毁坏方式、且不引起任何损伤、并以高空间分辨率来检查任意检查对象，例如人体， 既可以靠近检查对象的表面进行检查，也可以远离检查对象的表面进行检查。从 Gleich, B.禾口 Weizenecker, J. (2005) , "Tomographic imaging using thenonlinear response of magnetic particles，，，nature, vol. 435, 2005 年 6 月 30 日， PP. 1214-1217已知类似的设备和方法。该公开中描述的用于磁性粒子成像(MPI)的设备和方法利用小磁性粒子的非线性磁化曲线。MPI是用于对磁性纳米粒子的分布进行成像的方法，其结合高灵敏度和快速动态成像的能力，使得其成为用于医学成像应用的有前景的候选者。MPI应用基于局域化的激发过程的动态移位的信号编码的新方法，并且容许快速的体成像。然而，与诸如MRI和CT 的已建立的成像形式相比，还没有发现简单的数学变换以根据获取的数据重建图像。因此， MPI图像重建需要描述系统对粒子的给定空间分布的响应，即将粒子位置绘制为频率响应， 的“系统函数”的知识。为了解决重建问题，需要对系统函数求逆(invert)，通常需要一些正则化方案(regularization scheme)。通过测量对应于图像像素或体素(voxel)的数量的大数量的空间位置处的点状样品的磁化响应，能够实验上确定系统函数。此校准程序需要非常长的获取时间并且还提供受噪声污染的系统函数。归因于系统函数矩阵的大的大小，解决求逆重建问题也是非常耗时的并且需要大量的计算机内存。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供， 通过该设备和方法，需要较少的用于获取系统函数的系统函数数据和/或用于图像重建的时间，和/或通过该设备和方法，需要较少的用于存储系统函数的系统函数数据的存储空间。在本专利技术的第一方面，描绘了一种如权利要求1中限定的设备，包括-选择装置，用于生成磁选择场，所述磁选择场具有其自己的磁场强度在空间中的5图案，使得具有低磁场强度的第一子区和具有较高磁场强度的第二子区形成于所述作用区域中，-驱动装置，用于借助于磁驱动场来改变所述作用区域中的所述两个子区在空间中的位置，使得所述磁性材料的磁化局部地改变，-接收装置，用于获取探测信号，所述探测信号依赖于所述作用区域中的磁化，所述磁化受到所述第一子区和所述第二子区在空间中的位置的改变的影响，-存储装置，用于存储所述设备的系统函数的系统函数数据的子集，所述系统函数包括系统函数数据集，所述系统函数数据集描述以下量之间的关系所述磁性材料的空间位置、所述设备的系统响应、以及所述第一子区为获取所述系统函数数据而移动的轨迹，以及-重建装置，用于使用关于所述系统函数的结构的附加知识，根据所述探测信号和所述系统函数数据的所存储的子集来重建所述作用区域中的所述磁性材料的空间分布。在本专利技术的第二方面，描绘了一种如权利要求12中限定的设备，包括-选择装置，用于生成磁选择场，所述磁选择场具有其自己的磁场强度在空间中的图案，使得具有低磁场强度的第一子区和具有较高磁场强度的第二子区形成于所述作用区域中，-驱动装置，用于借助于磁驱动场来改变所述作用区域中的所述两个子区在空间中的位置，使得所述磁性材料的磁化局部地改变，-接收装置，用于获取探测信号，所述探测信号依赖于所述作用区域中的磁化，所述磁化受到所述第一子区和所述第二子区在空间中的位置的改变的影响，其中，所述接收装置配置为通过在所述磁性材料的探针连续地放置在所述作用区域中的多个不同位置时对信号进行探测来仅获取所述设备的系统函数的所述系统函数数据的子集，所述系统函数包括系统函数数据集，所述系统函数数据集描述以下量之间的关系所述磁性材料的空间位置、所述设备的系统响应、以及所述第一子区为获取所述系统函数数据而移动的轨迹。在本专利技术的另一方面，描绘例如权利要求13和14所述的对应方法。在本专利技术的另一方面，提供了一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码装置，当在计算机上执行所述计算机程序时，所述程序代码装置使得所述计算机控制如权利要求1或12所述的设备来执行如权利要求13或14所述的方法的步骤。从属权利要求中限定了本专利技术的优选实施例。应当理解，所声称的方法具有与所述声称的设备的且与独立权利要求中所限定的类似和/或相同的优选实施例。本专利技术基于不必获得并存储完整的系统函数的想法。根据对信号编码处理的理论理解，获得了对系统函数的结构的了解，其用于加速系统函数获取和/或甚至模拟系统函数的部分或全部。关于矩阵结构的信息已经用于找出更紧凑的系统函数描绘，帮助减小内存需求并加速重建。最终，导致从数据至图像的数学变换的识别能够用于加速重建过程。根据本专利技术的第一方面，利用此通用想法来减小用于存储系统函数数据的存储空间。特别是，仅存储系统函数的子集，并且仅存储的系统函数数据的此子集用于作用区域中的磁性材料的空间分布的重建。例如，在根据接收装置获得的探测信号进行的图像的重建中。另外，关于系统函数的结构的知识用于重建中。如优选实施例中限定的，此知识能够包括，发生于系统函数的频率分量中的简单的空间对称性，通过解析函数对频率分量的空间依赖性的描绘，或关于空间分量的谱冗余的信息。能够从MPI编码方案的解析分析或编码处理的模拟推导此知识，MPI编码方案的解析分析或编码处理的模拟均针对设备、具有低磁场强度的第一子区(也称作“无场点”，FFP)的运动轨迹和磁性材料的组合，设备即扫描仪机构。使用关于系统函数的空间性质的知识容许仅获取空间上减小的系统函数，根据本专利技术的第二方面利用此知识。由此，也能够加速校准程序。通常，使用关于系统函数的谱性质的知识容许减小系统函数矩阵的大小，由此加速数据获取、处理和重建过程。根据优选实施例，接收装置配置为通过在所述磁性材料的探针连续地 (subsequently)放置在所述作用区域中的多个不同位置时对信号进行探测来仅获取所述设备的系统函数的所述系统函数数据的所述子集。除根据本专利技术，探针不移动至覆盖作用区域的网格的所有位置，而仅仅是其点的减小集的事实外，此类获取与来自(真实)检查对象例如患者的信号的获取没有多大不同，特别是对于通过作用区域的FFP的运动，即对于使用的轨迹。对于用以放置探针来获取信号以获取系统函数数据的所述子集的位置，存在许多不同选项。根据有利实施例，多个位置定位于所述作用区域的四分区或八分区中，或以交错 (interleaved)方式分布在作本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于探测和／或定位作用区域（３００）中的磁性材料（１００）的设备（１０），所述设备（１０）包括：－选择装置（２１０），用于生成具有其自己的磁场强度在空间中的图案的磁选择场（２１１），使得在所述作用区域（３００）中形成具有低磁场强度的第一子区（３０１）和具有较高磁场强度的第二子区（３０２），－驱动装置（２２０），用于借助于磁驱动场（２２１）来改变所述作用区域（３００）中的所述两个子区（３０１、３０２）在空间中的位置，使得所述磁性材料（１００）的磁化局部地改变，－接收装置（２３０），用于获取探测信号，所述探测信号依赖于所述作用区域（３００）中的磁化，所述磁化受到所述第一子区和所述第二子区（３０１、３０２）在空间中的位置的改变的影响，－存储装置（７５），用于存储所述设备的系统函数的系统函数数据的子集，所述系统函数包括系统函数数据集，所述系统函数数据集描述以下量之间的关系：所述磁性材料的空间位置、所述设备的系统响应、以及所述第一子区（３０１）为获取所述系统函数数据而移动的轨迹，以及－重建装置（７４），用于使用关于所述系统函数的结构的附加知识，根据所述探测信号和所述系统函数数据的所存储的子集来重建所述作用区域（３００）中的所述磁性材料（１００）的空间分布。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·E·拉米尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL