確定磁性粒子空間分布的方法
2023-07-16 08:08:46
專利名稱：確定磁性粒子空間分布的方法
技術領域：
本發明涉及一種確定測試區域中磁性粒子的空間分布的方法。本發明還涉及適合用於該方法的磁性粒子的使用以及實施這種方法的裝置。
背景技術：
磁性物質能比較容易被檢測到，因此，它在體格檢查時特別有用。
例如，DE-PS19532676中公開了一種在腸胃系統中確定磁性標識位置的方法。依照這種方法，直徑約為8mm的一個磁性標識被引入腸胃系統。為了跟蹤該標識在腸胃系統中的進展，將它在給定的時間序列中暴露在具有交變極性的外部脈衝磁場中，因此，該標識在其行程中可以被重複磁化，而且它的磁力矩每次可按平行於外部磁場的方向被重新定向。
通過位於與產生外部磁場的線圈的軸平行和垂直的方向上的各向異性的磁場傳感器，可以單獨測量由標識引起的二次磁場，在這裡，直到磁場傳感器發出零信號，連接著磁場傳感器的線圈才被取代。於是可以獲得與腸胃系統中的標識位置相關的線圈位置，這樣，可以確定測量時瞬間的標識的運動。這種方法提供的空間和瞬時清晰度較低。
我們還知道一種MR(MR＝磁共振)方法，它將鐵磁體或者鐵磁粒子注入病人的血管，從而增強血管的對比。粒子很小(約5nm到10nm)，這樣就不會形成外斯(Wiess)區域。MR方法因實施該方法的MR設備造價高而具有缺陷。這樣的MR設備特別需要一個在整個MR測試期間能在測試區域中產生均衡、穩定的磁場的磁體。為了獲得合適的信噪比，磁場必須具有0.5泰斯拉(Tesla)或者更大的強度。這就需要使用超導磁體。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種確定測試區域中磁性粒子空間分布的方法，該方法提供了合適的時間和空間解析度，而且在實施該方法時，僅需要數量較少的硬體。
利用在測試區域中確定磁性粒子空間分布的方法可以達到本發明的目的，依照本發明的方法包括以下步驟a)以某一方式產生磁場強度隨空間而變化的磁場，即在測試區域中形成具有低磁場強度的第一子區域(301)和具有高磁場強度的第二子區域(302)；b)以某一方式改變測試區域中兩個子區域的空間位置，也就是局部改變粒子的磁化；c)採集測試區域中由磁化決定的信號，所述磁化受空間位置變化的影響；d)評價該信號從而推斷出測試區域中涉及磁性粒子的空間分布的信息。
依照本發明，在測試區域中產生空間不均勻的磁場區域。第一子區域中的磁場很微弱，以致於粒子的磁化會或多或少地偏離外部磁場，也就是說它是不飽和的。第一子區域最好是空間相關的區域，它可以是點區域，也可以是線或面。在第二子區域(也就是測試區域中第一子區域之外的部分)中，磁場很強，從而可以使粒子處於飽和的狀態。當幾乎所有粒子的磁化方向大約都朝向外部磁場時，磁化是飽和的，所以當磁場的強度被進一步加強時，這個子區域中對磁場的相應增加作出響應的磁化的增強將比第一子區域中的小。
當測試區域中的兩個子區域的位置發生變化時，測試區域中的磁化(所有的)也將發生變化。因此，當在測試區域中測量到磁化，或者因此測量到受影響的物理參數時，將獲得測試區域中涉及磁性粒子空間分布的信息。
實際上，粒子具有不同的磁性。例如，在給定的磁場強度下，一部分粒子可能處於飽和的狀態，而另外一部分還處於不飽和狀態。然而，這導致了(其他的)非線性磁化特性，當兩個子區域的位置發生變化時，會引起測試區域中的磁化的變化。
改變兩個子區域空間位置的一種可能可以是移動線圈系統和/或永久磁體系統(或者它的部分)，這樣就可以在一邊產生磁場，而要被測試物體在其相對的一邊。當必須通過非常強的梯度(顯微術)測試非常小的物體時，這種方法就是優選的。
然而，權利要求2公開了一個不需要機械移動的實施例。這樣兩個子區域的空間位置可以比較快地變化，同時可以提供獲得由測試區域中的磁化決定的信號這樣的附加好處。
在權利要求3公開的實施例中，獲得的信號與測試區域中磁化的時間變化成比例。為了確保這些信號儘可能大，重要的是測試區域中的兩個子區域的空間位置儘可能快地變化。通過線圈可以獲得這些信號，線圈在測試區域中產生磁場。但是最好使用一個單獨的線圈。
通過隨時間變化的磁場，可以引起子區域空間位置的變化。最後，線圈感應出同周期的信號。接收這個信號看起來是困難的，但是，因為在測試區域中產生的信號和隨時間變化的信號同時都是活躍的，因此，區別測試區域中由磁場引起的信號和由磁化強度變化而引起的信號可能就不簡單了。
權利要求4公開的實施例就避免了這個問題。這個實施例利用了這樣的事實，即第二頻帶中的頻率成分可以僅因測試區域中磁化強度變化而出現，這是歸因於磁化特性的非線性。當隨時間變化的磁場顯示出正弦周期變化時，第一頻帶僅僅包含了一個單獨的頻率成分，也就是正弦基波振蕩，然而，第二頻帶不但包括基波振蕩，而且還包括能考慮用於評估的比正弦基波振蕩高次的諧函數(所謂的諧波)。
適用於依照本發明的方法的磁化粒子比要依照本發明方法確定的磁化強度的體元要小。而且，粒子的磁化強度應響應磁場儘可能弱的磁場強度而達到飽和狀態。為此所需的磁場強度越低，空間解析度就越高或者要在測試區域中產生的磁場(外部的)就可以越弱。此外，為了確保磁化強度的變化產生儘可能強的輸出信號，磁性粒子應當具有儘可能大的偶極矩或高飽和感應。而且，當這種方法用在體格檢查中時，粒子無毒就是重要的。
權利要求5公開的實施例中的粒子很小，以致於僅能形成一個單獨的磁疇(單域)或者不能在那裡產生外斯(Weiss)區域。粒子的尺寸應該在毫微米的範圍內。在上述用在MR測試中的造影劑中，這些粒子的大小是5到10nm。然而這種粒子的大小對於本發明還不是最適宜的。當粒子的尺寸比較大時，較小的磁場強度足以確保粒子的磁化達到飽和。然而，這個尺寸不應該很大，使得在粒子中可以形成幾個磁疇或者外斯(Weiss)區域。因此，合適的粒子尺寸是處於20nm到約800nm的範圍內，該上限也要依原料而定。原料要適合單域粒子，例如磁鐵礦(Fe3O4)。這些粒子是能被吸入的，例如，在肺測試中。
然而，在權利要求6公開的實施例中，使用較大的粒子，其中可以形成大量的磁疇。考慮到空間解析度，這些粒子應該具有能在低磁場強度下達到飽和(意味著低飽和感應)的磁原料。這個條件不必在權利要求7進一步公開的實施例中滿足。因為在那裡這些粒子僅僅具有一薄層磁原料，即使該層不包括具有低飽和感應的原料，也確保低磁場強度下的磁飽和。
權利要求8公開的實施例使粒子在體格檢查中使用起來比較容易。當利用和權利要求5一致的單域粒子的消散作用時，這個消散可以被注入病人的血液，例如，為了顯示血管束或者心臟，實際應用時，用來示範的所述造影劑不能是有毒的。被診斷的病人口服後，權利要求6或7限定的粒子的消散就可以用於腸胃系統的檢查。
通常說來，粒子具有低效的各向異性是有利的(在上文和下文中術語「有效的各向異性(effective anisotrotropy)」可以理解成由形狀的各向異性和結晶的各向異性引起的磁性各向異性)，因為它的磁化方向的變化不需要這些粒子的旋轉。因此，也可以利用快速變化的磁場，這將導致較高的信號振幅和更有吸引力的信噪比。然而，權利要求9中公開的實施例利用了這樣的事實在具有足夠高的有效的各向異性的粒子(例如，拉長的粒子)情況下，磁化方向的變化需要粒子的機械旋轉。在液體介質中該方向變化的速度是所述介質的粘性的量度。
權利要求11公開了實施依照本發明方法的裝置。權利要求12公開的該裝置的優選實施例具有用來在測試區域產生磁場的梯度線圈系統。當梯度線圈系統包括例如布置在測試區域兩側但傳導反向直流電流的兩個相同繞組(Maxwell線圈)時，在繞組軸處的磁場是零，並且以與該點的兩端相反的極性基本線性增加。磁化僅在粒子處於磁場所述零點周圍的區域是不飽和的。當粒子處於這個區域之外，磁化就是飽和的。
在權利要求13公開的進一步實施例中，通過梯度線圈系統在磁場零點周圍產生的區域，即第一子區域，通過隨時間變化的磁場在測試區域內移動。在該磁場時間和方向變化適當的情況下，磁場的零點可以穿過整個測試區域。
依照權利要求14公開的進一步實施例，可以檢測到隨著磁場零點的移動而發生的磁化變化。使用線圈來接收由測試區域產生的信號，這個線圈可以是在測試區域中已經用來產生磁場的線圈。然而，使用一個單獨的線圈用來接收也是有利的，因為這個線圈可以從產生隨時間變化的磁場的線圈系統中去耦。而且，當使用一個線圈(但最好是多個的線圈)時，可以獲得改善的信噪比。
當測試區域中磁場零點變化越快時，線圈系統感應的信號振幅就越大，也就是說，疊加在磁梯度場的隨時間變化的磁場變化就越快。然而，從技術的觀點來看，產生以下這樣的隨時間變化的磁場是困難的該磁場的振幅要足以使零點移動到測試區域中的每個點，並且其變化的速度要足夠快，以產生具有適當振幅的信號。這個問題通過權利要求15公開的實施例得以減輕，在該實施例中，產生具有不同的變化速度和彼此不同幅值的兩個磁場，也就是最好通過兩個線圈系統。磁場的變化太快(例如，＞20kHz)以致於可以超出人們聽覺的極限，這將獲得更大的優勢。
權利要求16公開的進一步實施例能夠使場自由點可以在二維區域中移動。具有向兩個磁場垂直延伸的部分的第二磁場能夠延伸到三維區域。
權利要求17公開的實施例利用了這樣的事實在磁化從不飽和狀態變成飽和狀態的區域中，磁化特性不是線性的。這個非線性確保了例如隨時間以頻率f作正弦變化的磁場引起頻率f(基波)和頻率f(基波)的整數倍(諧波或高次諧波)在非線性區域的隨時間變化的感應。對諧波的評價將是有利的，即與場自由點同步活躍的磁場基波對評價不會起作用。
下面將參照附圖通過實例對本發明作詳細描述，在這裡圖1表示實施依照本發明的方法的裝置，圖2表示通過配備的線圈產生的磁力線圖形，圖3表示存在於測試區域中的磁性粒子，圖4表示該粒子的磁化特性，圖5表示圖1中的裝置的電路圖，圖6表示圖1和圖5所示的裝置中不同信號的變化，和圖7表示二維區域中場自由點的移動。
具體實施例方式
圖1顯示出了要被測試的對象1，在這種情況下是被安置在病床上的病人，病床頭2僅僅被部分地顯示出。在檢查前，例如在腸胃系統檢查前，具有磁性粒子的液體或者食物要給病人1服下。
這種粒子在圖3中被表示出。它包括球狀基底100，例如，覆蓋了軟化磁性層面101的玻璃的基底，軟化磁性層面101約5nm厚，它由如鐵鎳合金(例如坡莫合金)組成。這個層可以被例如覆蓋層102覆蓋，它用來保護粒子抗酸。磁場強度要求這樣的粒子的磁化飽和由它們的直徑而定。在直徑為10μm的情況下，需要的磁場強度為1mT，而在直徑為100μm的情況下，磁場強度為100μT就足夠了。當選擇具有較低磁化飽和的原料作覆蓋層時，我們可以得到更小的值。
圖4a和4b顯示出了磁化特性，也就是在該粒子的消散中，磁化強度M的變化為磁場強度H的函數。當磁場強度超過+Hc和小於-Hc時，顯示出的磁化強度M就不再發生改變，這意味著獲得了飽和的磁化強度。當介於數值+Hc和-Hc之間時，磁化就不是飽和的。
圖4a說明了如果磁場不再活躍時正弦磁場H(t)的效果。磁化以磁場H(t)的頻率節奏在不飽和值之間發生變化。磁化時的合成變化由圖4a中的標記M(t)表示。可以看出，磁化也呈周期性的變化，因此同周期的信號在線圈外部感應出。由於磁化特性的非線性，這個信號就不再完全是正弦形的，而是包含了諧波，也就是正弦基波的高次諧波。這樣的諧波是測量粒子濃度的量度，可以容易地從基波中分離出來。
圖4b表示了上面疊加了靜態磁場H1的正弦磁場H(t)的效用。因為磁化處於飽和狀態，所以實際上它不受正弦磁場H(t)的影響。於是磁化強度M(t)在時間上保持不變。因此，磁場H(t)不會改變磁化的狀態，並且不會引起能通過合適的線圈檢測出的信號。
為了提取被檢測對象1中的與磁性粒子的空間濃度相關的信息，多個成對的線圈被設置在病人1或病床頭的上方或下方，這些成對的線圈限定了一個測試區域(圖1)。第一個線圈對3包括在病人的上方和下方同軸設置的兩個結構相同的繞組3a和3b，它們感應大小相同，但是方向相反的電流。這樣產生的梯度磁場通過圖2中的磁力線300來描繪。在線圈對的軸的(垂直)方向上，存在基本恆定的梯度，並且在軸上的點達到零值。從場自由點開始，磁場強度在空間的全部三個方向上隨著距該點的距離變化而增加。在場自由點周圍的用虛線指示的區域301(第一子區域)中，磁場強度很小，以致於那裡的磁性粒子的磁化強度不飽和，而在區域301之外的地方磁化強度處於飽和狀態。在區域301之外的地方(第二子區域302)，粒子的磁化強度處於飽和狀態。
區域301的大小決定了裝置的空間解析度，它一方面取決於梯度磁場的梯度強度，另一方面取決於要求飽和的磁場強度。對於圖3中所示的直徑為10μm的球體，強度總計為1mT，而對於直徑為100μm的球體，強度總計為100μT。對於後者的值和梯度磁場的0.2T/m的梯度，區域301(在這裡，粒子的磁化是不飽和的)的尺寸是1mm。
當又一磁場疊加在測試區域中的梯度磁場上時，區域301將朝著該磁場的方向移動，該磁場的強度越大，移動的範圍就越大。當疊加的磁場隨時間變化時，區域301的位置會隨時間和空間而發生變化。
為了在空間的任意方向上產生這種隨時間變化的磁場，進一步提供了三個線圈對。具有繞組4a和4b的線圈對4產生在線圈對3a和3b的線圈軸的方向上延伸的磁場，就是垂直的。最後，向兩個繞組施加相等的並朝同一個方向流動的電流。通過這個線圈對可以達到的效果，原理上也可以通過將朝同一個方向流動的電流疊加到在線圈對3a和3b中的反向相等的直流電流上來達到，因此當一個線圈對的電流增加時，另一個線圈對的電流就會減小。然而，當隨時間不變的梯度磁場和隨時間變化的垂直磁場由不同的線圈對產生時，是有利的。
為了產生在病人的縱向在空間沿水平方向和垂直方向延伸的磁場，進一步提供了包括繞組5a、5b和6a、6b的線圈對。如果象線圈對3a、3b和4a、4b這樣的Helmholz類型的線圈對被用來起到這個作用，則這些線圈對就必須分別設置在測試區域的左邊和右邊以及測試區域的前邊和後邊。這樣就阻止了測試區域的可達性。
因此，線圈對的繞組5a、5b和6a、6b也將設置在測試區域的上方和下方，所以，它們必須有不同於線圈對4a和4b的繞組構造。然而這種線圈，在具有開放磁體(開放的MR)的磁共振裝置中是公知的，其中RF線圈對被設置在測試區域的上方和下方，用來產生水平的、隨時間變化的磁場。因此，這樣的線圈結構就不需要在這裡作詳細描述了。
最後，附圖1顯示了用來檢測測試區域中產生的信號的又一線圈7。原理上，任何產生磁場的線圈對3到6都可以起到這個作用。然而使用單獨的接收線圈更好。可以獲得更有吸引力的信噪比(特別是使用多個接收線圈時)，並且該線圈可以以從其它的線圈中去耦的方式設置和轉換。
圖5表示了在圖1中的裝置的電路圖。線圈對3用圖解法表示(為了簡化，省略了圖5中所有線圈對的標記a、b)，並且從可控電流源31接收直流電流，直流電流受控制裝置10的控制可以被接通和關閉。控制裝置10和工作站12合作，工作站包括用來顯示表示測試區域中的粒子分布圖像的監視器13。用戶可以通過鍵盤或其它輸入裝置14輸入。
線圈對4、5、6可以從電流放大器41、51和61接收電流。要被放大並產生所需磁場的電流Ix、Iy和Iz隨時間的變化由各自的波形發生器42、52和62提供。波形發生器42、52和62受控制裝置10的控制，控制裝置10用來計算有關的測試方法中所需要的電流隨時間的變化，並且將該變化載入波形發生器。在測試過程中，從波形發生器中讀出這些信號，並將它們施加於放大器41、51和61，用來在線圈對4、5和6產生其需要的電流。
一般而言，在區域301對梯度線圈系統3的中心位置的偏離與流過梯度線圈系統的電流之間存在非線性關係。而且，一般而言，當區域301要沿在中心以外延伸的線移動時，三個線圈都將產生磁場。當控制裝置利用電流隨時間的變化時，要考慮到這樣的事實，例如，利用合適的病床。因此，區域301可以沿著任意形成的通過測試區域的路徑移動。
通過線圈7接收到的信號通過合適的濾波器71被施加到放大器72。放大器72輸出的信號通過模數轉換器73被數位化，從而施加給圖像處理裝置74，圖像處理裝置74可以通過該信號來重構粒子的空間分布，以及在接收信號的過程中區域301每次佔用的位置。
下文將參照圖6詳細描述獲取對在z方向上延伸的一維對象中的粒子濃度進行重構所需的信號的可能。圖6a表示出了x方向上的粒子濃度P。為了簡化，假設三個相等寬度的區域具有相同的粒子濃度，這些區域被沒有粒子的區域彼此分開。還假設磁場在X方向上線性變化，如虛線所示，它的方向在x＝x0(因此，區域301的中心每次都處於該點)處發生翻轉。最後，假設該點在x方向上以恆定的速率移動。
圖6b表示了從上面的假設中得到的測試區域中全部的磁化強度Mu。所有的磁化強度服從下列關係Mu=C-+f(x-xo)P(x)dx---(1)]]>這裡，C是常數，P(x)是在x處的粒子濃度，f(x-x0)代表在x方向上對應於磁化特性(看圖4a和4b)的磁化強度的空間變化的函數。在這個理想情況下，即當使磁化強度飽和所需的磁場的強度趨於零時，當x＜x0時，f(x-x0)＝-1；而x＞x0時，f(x-x0)＝+1。
因此獲得圖6b所示的變化。粒子集中的區域之外的全部磁化強度Mu於是不變，並且在這些區域中，它依照對粒子濃度的積分而變化。因此，可以從全部磁化強度的空間變化中，確定粒子濃度(通過微分)。前述要求的條件是在適當數目的位置x0測量所有磁化強度，例如，通過SQUID。這種測試將是非常複雜的。
通過接收線圈7，時間導數d Mu/dt將比所有的磁化強度更容易確定。在理想的情況下，信號隨著位置x0或者(由於恆定的移動速率)時間函數發生變化，即，如圖6c中的實線所示。然而因為不理想的磁化特性(因為在粒子變飽和前，磁場必須首先具有給定的強度)，可以獲得如虛線所示的變化。濃度輪廓的銳邊就不再由接收到的信號正確表示了。
這一不期望有的變化是磁化強度M(x)與方程式中函數f(x-x0)的卷積的結果。因為函數f(x-x0)是由粒子的磁特性確定的，因此在圖像處理裝置74(圖5)中的卷積計算可以由這個函數的逆卷積補償。即使在不理想的磁化特性下，也將獲得在圖6c中用實線表示的變化。
測試區域中磁化變化越快，線圈7感應的信號就越強。然而，區域301在整個測試區域中很難快速移動。然而，可以在隨空間線性(並且緩慢)變化並且其零點x0在x方向上移動的磁場上疊加在隨時間快速變化的、最好是正弦變化的磁場(例如，頻率是200kHz)。該區域中的磁化因此隨被疊加的磁場而變化，這將參照圖4a和4b被詳細描述。
圖6d表示出了線圈7感應的信號振幅隨位置(或時間)而發生的變化。僅當區域301處於濃度輪廓的邊緣附近時，才會出現有意義的信號幅值。這個幅值對應於粒子濃度的空間導數。因此，在這種情況下，對幅值的積分仍然要在圖像處理裝置74中執行。
引起區域301中磁化變化的正弦磁場和磁化的所述變化同時活躍，也就是在整個測試區域中。如果不能確保由此產生正弦磁場的線圈以及接收線圈7彼此完全感應地去耦，則隨時間變化的正弦磁場就總會在接受線圈7中引起(不理想的)正弦成分，該成分疊加在由區域301中磁化變化而得到的信號上。因為磁化特性不理想並且顯示出不同於飽和範圍的零點的傾斜度，就出現了由區域302中得到的信號也在線圈7中感應出的進一步問題。從接收線圈7中感應的信號減去給定值的事實要被考慮到。
然而，通過考慮為了評價而代替具有線圈感應的正弦信號頻率的基波的諧波(基波的高次諧波)，可以避免這個問題。這是因為，由於粒子的非線性特性，這樣的高次諧波可以僅僅在區域301出現。因此，濾波器71(圖5)是高通濾波器或者是僅僅能傳輸基波振蕩的高次諧波的帶通濾波器。
區域301在x方向上的移動僅僅能夠確定z方向上粒子的空間分布。然而實際上，在二維或者三維的區域中，也可以確定這個分布。最後，在x方向上改變區域301位置比較慢的磁場上，疊加在y方向上周期地(例如正弦方式，也就是比在x方向明顯要快但振幅要小地)改變該位置的磁場。當在X方向到達給定的位置時，在x方向上的移動發生翻轉(因此，區域301移回去)，並且同時通過恆定值改變正弦場，因此，得到通過測試區域中的區域3的二維移動，如圖7所示。如果在z方向上移動磁場的又一部分，在二維區域的每次掃描後被疊加在這個場上，就可以確定三維區域中粒子的空間分布。
在對測試區域或者三維對象進行三維掃描的情況下，方程式(1)就變成Mu=vf(r-r0)P(r)dV---(2)]]>重列印(heavy print)下列印的量是一些向量Mu向量代表所有磁化強度的向量，V向量代表測試區域，r和r0向量表示測試區域中任意點或場自由點的位置向量，f(r-r0)是表示對應於磁化特性的磁化強度的空間變化的(向量)函數，它們受下列關係制約f(r-r0)＝f(|H(r)|)·E(H(r))(3)在這裡，H(r)表示磁場強度，E(H(r))代表在磁場強度方向上的單位向量。在位置r處的粒子濃度P(r)可以通過方程式(2)由圖像處理裝置74(圖5)中的卷積計算來確定。
如果僅僅取代磁化向量Mu的一部分，為了改善重構，可以確定在所有三個空間方向上的一個部分，每個方向上需要(至少)一個能接收相應部分的接收線圈。
依照本發明的方法比磁共振方法的優越在於，它不需要用於產生強的、空間均衡的磁場的磁體。相比於磁共振方法，必須施加的磁場的隨時間穩定性和線性可以不那麼嚴格，所以，這種裝置的結構要比MR裝置的結構簡單得多。對必須施加的磁場的空間變化的要求也不很嚴格，因此，還可以使用帶有「鐵芯」(軟磁性鐵芯，例如鐵)的線圈，因而，它們就會更有效、更小。
取代如圖3所示的具有軟磁性塗層的磁性粒子，可以使用鐵磁體或者鐵磁體材料的所謂單域粒子。這些粒子的大小在毫微米的尺寸範圍，它很小，以致於不能形成磁疇或者外斯(Weiss)區域。這些粒子可以以合適的膠體分散系注入病人血液中。在MR領域中，這種分散系已經作為造影劑被注入。在那裡使用的磁性粒子的大小為5到10nm。這個值在本發明的範圍中還不是最理想的。這是因為磁場強度為了達到飽和的要求，要以1/d3減小，在這裡，d是粒子的直徑。因此，該粒子體積要儘可能小，而不能太大，從而可以形成磁疇。根據磁性原料，最理想的尺寸在20到800nm的範圍內。
在不同的組織中，粒子被濃縮的程度也不同。這些效用也可以用於診斷，並可以通過使用能加強生物適應性的有機組織分子的包層將粒子包圍起來，並對給定的生物組織進行粘性濃縮，來進一步加強這些效用。這樣的粒子分布成像就形成了所謂的「分子成像」。
當磁化方向發生改變時，具有低各向異性的磁性粒子就提供了有利的作用，即因為粒子內部的磁化向量發生變化，於是單獨的粒子就不需要改變它的朝向。在粒子具有高各向異性的情況下，粒子內部的磁化方向部分地發生變化，但由於粒子按磁場方向排列，也有一部分不發生變化。這種對準比粒子內部的磁化方向的變化慢，變化的速度依粒子所在的介質的粘度而定。
這個方面可以用來測量粘度(或者粒子的粘性)。最後，區域301至少兩次以不同的速率被移動到測試點，或者要測量粘度的測試區域。確定測試點的磁化差別包括粘度和/或粘性的測量。這個效用還可以用來測量含有粒子的介質的流動速度，也就是，通過把區域301至少兩次從不同的方向移動到測試點或者要測量流動速度的測試區域。
依照本發明的方法也可以結合MR測試一起實施，在這個過程中，至少可以使用一些線圈來接收磁信號。
權利要求
1.一種確定測試區域中磁性粒子空間分布的方法，該方法包括以下步驟a)產生磁場強度隨空間而變化的磁場，即在測試區域中形成具有低磁場強度的第一子區域(301)和具有高磁場強度的第二子區域(302)；b)改變測試區域中兩個子區域的空間位置，也就是局部改變粒子的磁化；c)採集測試區域中由磁化決定的信號，該信號受空間位置變化的影響；d)評價該信號以提取測試區域中涉及磁性粒子的空間分布的信息。
2.如權利要求1所述的方法，其中產生隨空間和時間變化的磁場，用來改變測試區域中的兩個子區域的空間位置。
3.如權利要求1所述的方法，其中接收和評估由於測試區域中的磁化的時間變化而在至少一個線圈中感應出的信號，以提取涉及測試區域中磁性粒子的空間分布的信息。
4.如權利要求3所述的方法，其中第一頻帶中隨時間變化的磁場作用於測試區域，第二頻帶包含了比第一頻帶中更高的頻率成分，對線圈接收到的信號的第二頻帶進行評估，以提取涉及磁性粒子的空間分布的信息。
5.鐵磁體或者鐵磁體原料的單域粒子在如權利要求1所述的方法中的使用。
6.鐵磁體或者鐵磁體原料的多疇粒子在如權利要求1所述的方法中的使用。
7.襯底的使用，所述襯底的尺寸在μm的範圍內，並具有一個薄層，也就是與所述尺寸的鐵磁軟性原料相比要薄，以便用作如權利要求6所述的多疇粒子。
8.如權利要求5或6所述的粒子在膠體分散系中的使用。
9.具有高效的各向異性的磁性粒子在測量測試區域中的粘性中的使用。
10.具有高效的各向異性的磁性粒子在測量測試區域中包含粒子的流體的速度中的使用。
11.實施如權利要求1所述方法的裝置，包括a)產生具有以一定方式隨空間發生變化的磁場強度的磁場的裝置，即在測試區域中形成具有低磁場強度的第一子區域(301)和具有高磁場強度的第二子區域(302)；b)以一定方式改變測試區域中的兩個子區域的空間位置的裝置，即，粒子的磁化局部變化；c)採集測試區域中由磁化決定的信號的裝置，該磁化受空間位置的變化的影響；d)為了提取涉及測試區域中的磁性粒子的空間分布的信息而評估信號的裝置。
12.如權利要求11所述的裝置，其中產生磁場的裝置包括梯度線圈系統，它用於產生包括零交叉的磁梯度場，該磁梯度場的方向在測試區域中的第一子區域中發生翻轉。
13.如權利要求11所述的裝置，包括用於產生隨時間變化的磁場的裝置，該磁場疊加在場梯磁度上，並用來顯示測試區域中的兩個子區域。
14.如權利要求11所述的裝置，包括用來接收由測試區域中磁化的時間變化引起的信號的線圈系統。
15.如權利要求11所述的裝置，包括用於產生疊加在磁梯度場上的第一和至少第二磁場的裝置，具有大振幅的第一磁場隨時間變化緩慢，具有小振幅的第二磁場隨時間變化快。
16.如權利要求15所述的裝置，其中測試區域中的兩個磁場彼此基本上垂直延伸。
17.如權利要求13所述的裝置，該裝置包括緊接著線圈系統的濾波器，用來抑制線圈系統感應的信號中的第一頻帶的信號成分，並且傳輸第二頻帶中的信號成分，第二頻帶包含了比第一頻帶中更高的頻率成分。
全文摘要
本發明涉及一種確定測試區域中磁性粒子空間分布的方法。依照本方法，產生空間不均勻的磁場，該磁場包含至少一個區域(301)，在該區域中，粒子的磁化強度處於不飽和狀態，而粒子在其餘區域中處於飽和狀態。該區域在測試區域中的移動，能產生可以從外部檢測到的並包含涉及測試區域中磁生粒子的空間分布的信息的磁化強度的變化。
文檔編號A61B5/06GK1412550SQ02152910
公開日2003年4月23日 申請日期2002年10月16日 優先權日2001年10月19日
發明者B·伯恩達爾 申請人:皇家菲利浦電子有限公司