專利名稱：用于影響和/或探測(cè)磁性粒子的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于其中引入了包含磁性粒子的氣霧劑的對(duì)象內(nèi)的孔洞的孔洞尺寸確定的裝置和方法。本發(fā)明尤其涉及用于確定患者肺泡的尺寸的裝置和方法，所述患者已吸入包含磁性粒子的氣霧劑。此外，本發(fā)明涉及用于在計(jì)算機(jī)上實(shí)施所述方法和用于控制這種裝置的計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
磁性粒子成像(MPI)是一種新興的醫(yī)學(xué)成像模態(tài)。第一個(gè)版本的MPI是二維的， 因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生二維圖像。將來的版本將是三維(3D)的。如果在用于單個(gè)3D圖像的數(shù)據(jù)采集期間對(duì)象不顯著變化，可以通過將3D圖像的時(shí)間序列組合到電影來創(chuàng)建非靜態(tài)對(duì)象的時(shí)間相關(guān)圖像或4D圖像。MPI是一種重建式成像方法，像計(jì)算斷層攝影(CT)或磁共振成像(MRI)那樣。因此，分兩個(gè)步驟生成對(duì)象的感興趣體積的MP圖像。被稱為數(shù)據(jù)采集的第一步是利用MPI掃描器執(zhí)行的。MPI掃描器具有生成靜態(tài)磁梯度場(chǎng)的模塊，該靜態(tài)磁梯度場(chǎng)稱為“選擇場(chǎng)”，其在掃描器的等中心處具有單個(gè)無場(chǎng)點(diǎn)(FFP)。此外，掃描器具有生成時(shí)間相關(guān)、空間上接近均勻的磁場(chǎng)的模塊。實(shí)際上，這種場(chǎng)是通過將稱為“驅(qū)動(dòng)場(chǎng)”的以小振幅快速變化的場(chǎng)與稱為“聚焦場(chǎng)”的以大振幅緩慢變化的場(chǎng)疊加而獲得的。通過向靜態(tài)選擇場(chǎng)添加時(shí)間相關(guān)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)和聚焦場(chǎng)，可以在等中心周圍的整體掃描體積內(nèi)沿著預(yù)定FFP軌跡移動(dòng)FFP。掃描器還具有一個(gè)或多個(gè)——例如三個(gè)接收線圈的布置，并且能夠記錄這些線圈中感應(yīng)出的任何電壓。為了進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將要成像的對(duì)象放置在掃描器中，使得對(duì)象的感興趣體積被掃描器的視場(chǎng)包圍，掃描器的視場(chǎng)是掃描體積的子集。對(duì)象必須包含磁性納米粒子；如果對(duì)象是動(dòng)物或患者，在掃描之前為動(dòng)物或患者施用含這種粒子的造影劑。在數(shù)據(jù)采集期間，MPI掃描器沿著故意選擇的軌跡引導(dǎo)FFP，該軌跡描繪出掃描體積，或至少描繪出視場(chǎng)。對(duì)象內(nèi)的磁性納米粒子經(jīng)受變化的磁場(chǎng)并通過改變其磁化強(qiáng)度來做出響應(yīng)。納米粒子的變化的磁化強(qiáng)度在每個(gè)接收線圈中感應(yīng)出時(shí)間相關(guān)電壓。在與接收線圈相關(guān)聯(lián)的接收器中對(duì)這個(gè)電壓進(jìn)行采樣。接收器輸出的樣本被記錄并構(gòu)成采集的數(shù)據(jù)?？刂茢?shù)據(jù)采集細(xì)節(jié)的參數(shù)構(gòu)成掃描協(xié)議。在稱為圖像重建的圖像生成的第二步中，從在第一步中采集的數(shù)據(jù)計(jì)算或重建圖像。圖像是離散的數(shù)據(jù)3D數(shù)據(jù)陣列，其表示視場(chǎng)中磁性納米粒子的位置相關(guān)的濃度的采樣近似。通常由執(zhí)行適當(dāng)計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)執(zhí)行重建。計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)重建算法。 重建算法基于數(shù)據(jù)采集的數(shù)學(xué)模型。像所有重建式成像方法那樣，這種模型是一種作用于采集的數(shù)據(jù)的積分算子；重建算法嘗試盡可能地取消該模型的作用。這種MPI裝置和方法有下列好處，即可以使用它們以非破壞性方式檢查任意的檢查對(duì)象，例如人體，而不會(huì)造成任何損傷，并具有高的空間分辨率，在接近檢查對(duì)象的表面和遠(yuǎn)離其表面時(shí)都是如此。這樣的布置和方法在如下文獻(xiàn)中可大致了解并首次進(jìn)行 了描述:DE 10151778A1,以及 Gleich, B.和 ffeizenecker, J. (2005)，"Tomographicimaging using the nonlinear response of magnetic particles”， Nature， vol.435， pp. 1214-1217。那篇公開中描述的用于磁性粒子成像(MPI)的布置和方法利用了小磁性粒子的非線性磁化曲線。在肺部成像中，除純粹通氣的空氣空間之外，可能有更多的相關(guān)參數(shù)。使用 MRI (磁共振成像)并應(yīng)用適當(dāng)?shù)腗RI序列，可以確定肺擴(kuò)散系數(shù)，氣體的擴(kuò)散參數(shù)可能揭示出對(duì)肺結(jié)構(gòu)的更深了解，揭示出對(duì)于哮喘、肺氣腫和慢性阻塞性肺病的潛在重要信息。表觀擴(kuò)散系數(shù)與距肺表面的平均距離相關(guān)，從而大的擴(kuò)散指示例如擴(kuò)大的肺泡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于引入了包含磁性粒子的氣霧劑的對(duì)象內(nèi)的孔洞的孔洞尺寸確定的替代的裝置和方法。具體而言，本發(fā)明的目的是提供一種用于確定患者肺泡的尺寸的裝置和方法，所述患者已吸入含磁性粒子的氣霧劑，該裝置和方法能夠揭示出與肺結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息。在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種裝置，其包括-選擇模塊，其包括選擇場(chǎng)信號(hào)發(fā)生器單元和選擇場(chǎng)生成元件，用于生成其磁場(chǎng)強(qiáng)度具有空間圖樣的磁選擇場(chǎng)，從而在視場(chǎng)中形成具有低磁場(chǎng)強(qiáng)度的第一子區(qū)和具有更高磁場(chǎng)強(qiáng)度的第二子區(qū)，-驅(qū)動(dòng)模塊，其包括驅(qū)動(dòng)場(chǎng)信號(hào)發(fā)生器單元和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)線圈，用于利用磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)改變所述視場(chǎng)中的所述兩個(gè)子區(qū)的空間位置，從而使得所述磁性材料的磁化強(qiáng)度局部改變，-接收模塊，其包括至少一個(gè)信號(hào)接收單元和至少一個(gè)接收線圈，用于采集探測(cè)信號(hào)，所述探測(cè)信號(hào)取決于所述視場(chǎng)中的磁化強(qiáng)度，所述磁化強(qiáng)度受到所述第一和第二子區(qū)的空間位置的改變的影響，以及-處理模塊，其用于從引入所述氣霧劑之后立即采集的第一探測(cè)信號(hào)和引入所述氣霧劑之后的一持續(xù)時(shí)間之后采集的第二探測(cè)信號(hào)確定所述對(duì)象內(nèi)的孔洞的孔洞尺寸。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種對(duì)應(yīng)的方法。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種包括程序代碼段的計(jì)算機(jī)程序，其用于當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)令所述計(jì)算機(jī)控制根據(jù)本發(fā)明的裝置以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟。在從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，所要求保護(hù)的方法和所要求保護(hù)的計(jì)算機(jī)程序與所要求保護(hù)的裝置和與從屬權(quán)利要求中所限定的具有類似和/ 或相同的優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明基于如下理念，即MPI提供了揭示關(guān)于肺結(jié)構(gòu)或更一般而言關(guān)于對(duì)象內(nèi)存在的孔洞的尺寸的信息的可能。這樣的對(duì)比可以基于由于快速布朗轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)制而導(dǎo)致的空氣空間中的信號(hào)生成。在MPI中，通常排除布朗轉(zhuǎn)動(dòng)作為液體懸浮液中的信號(hào)生成的有效機(jī)制。空氣的粘度僅為18 μ I^s，導(dǎo)致是水中的磁化速度的多于50倍。因此，能夠高效地探測(cè)到空氣空間中的磁性粒子，即使在各向異性很高而使得Neel過程受阻的時(shí)候也是如此。在磁性粒子達(dá)到肺表面(更一般而言，孔洞的壁)時(shí)，布朗轉(zhuǎn)動(dòng)受阻，并且MPI信號(hào)(“探測(cè)信號(hào)”)消失。磁性粒子將通過擴(kuò)散達(dá)到肺表面(孔洞的壁)?？梢岳脨垡蛩固构焦烙?jì)擴(kuò)散速度
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)象內(nèi)的孔洞的孔洞尺寸確定的裝置(100)，已經(jīng)向所述對(duì)象中引入了包含磁性粒子的氣霧劑，所述裝置包括-選擇模塊，其包括選擇場(chǎng)信號(hào)發(fā)生器單元(110)和選擇場(chǎng)生成元件(116)，用于生成其磁場(chǎng)強(qiáng)度具有空間圖樣的磁選擇場(chǎng)(50)，從而在視場(chǎng)08)中形成具有低磁場(chǎng)強(qiáng)度的第一子區(qū)(5 和具有更高磁場(chǎng)強(qiáng)度的第二子區(qū)(54)，-驅(qū)動(dòng)模塊，其包括驅(qū)動(dòng)場(chǎng)信號(hào)發(fā)生器單元(130)和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)線圈(136a，136b，136c)，用于利用磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)改變所述視場(chǎng)08)中的所述兩個(gè)子區(qū)(52，54)的空間位置，從而使得所述磁性材料的磁化強(qiáng)度局部改變，-接收模塊，其包括至少一個(gè)信號(hào)接收單元(140)和至少一個(gè)接收線圈(148)，用于采集探測(cè)信號(hào)，所述探測(cè)信號(hào)取決于所述視場(chǎng)08)中的磁化強(qiáng)度，所述磁化強(qiáng)度受到所述第一和第二子區(qū)(52，M)的空間位置的改變的影響，以及-處理模塊(巧4)，其用于從引入所述氣霧劑之后立即采集的第一探測(cè)信號(hào)和引入所述氣霧劑之后的一持續(xù)時(shí)間之后采集的第二探測(cè)信號(hào)確定所述對(duì)象內(nèi)的孔洞的孔洞尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中，所述處理模塊(154)適于尤其是針對(duì)所述視場(chǎng)0 中的預(yù)定區(qū)域通過比較所述第一和第二探測(cè)信號(hào)確定所述對(duì)象內(nèi)的孔洞的孔洞尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(100)，其中，所述處理模塊(154)適于尤其是針對(duì)所述視場(chǎng)0 中的所述預(yù)定區(qū)域通過從所述第一和第二探測(cè)信號(hào)的比較確定信號(hào)衰減的強(qiáng)度來確定所述對(duì)象內(nèi)的孔洞的孔洞尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(100)，其中，所述處理模塊(154)適于尤其是針對(duì)所述視場(chǎng)0 中的所述預(yù)定區(qū)域通過從所述第一和第二探測(cè)信號(hào)的比較確定信號(hào)衰減時(shí)間來確定所述對(duì)象內(nèi)的孔洞的孔洞尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置(100)，其中，所述處理模塊(154)適于分別從所確定的信號(hào)衰減的強(qiáng)度或所確定的信號(hào)衰減時(shí)間生成強(qiáng)度衰減圖像和/或衰減時(shí)間圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中，所述處理模塊(154)適于尤其是針對(duì)所述視場(chǎng)08)中的預(yù)定區(qū)域通過從所述第一和第二探測(cè)信號(hào)生成第一圖像和第二圖像來確定所述對(duì)象內(nèi)的孔洞的孔洞尺寸，并且適于比較所述第一和第二圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置(100)，其中，所述處理模塊(154)適于尤其是針對(duì)所述視場(chǎng)08)中的所述預(yù)定區(qū)域從所述第一圖像和所述第二圖像之間的位置相關(guān)的減法生成差分圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求2到7中的一項(xiàng)所述的裝置(100)，其中，所述預(yù)定區(qū)域是單個(gè)或一組孔洞。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中，所述處理模塊(154)適于從引入所述氣霧劑之后在后續(xù)時(shí)刻采集的多個(gè)探測(cè)信號(hào)確定所述對(duì)象內(nèi)的孔洞的孔洞尺寸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，還包括氣霧劑發(fā)生器，其用于生成包含磁性粒子的氣霧劑，尤其是使所述氣霧劑中的磁性粒子單個(gè)化。
11.一種用于對(duì)象內(nèi)的孔洞的孔洞尺寸確定的方法，已經(jīng)向所述對(duì)象中引入了包含磁性粒子的氣霧劑，所述方法包括如下步驟-由包括選擇場(chǎng)信號(hào)發(fā)生器單元(110)和選擇場(chǎng)生成元件(116)的選擇模塊生成其磁場(chǎng)強(qiáng)度具有空間圖樣的磁選擇場(chǎng)(50)，從而在視場(chǎng)08)中形成具有低磁場(chǎng)強(qiáng)度的第一子區(qū)(5 和具有更高磁場(chǎng)強(qiáng)度的第二子區(qū)(54)，-由包括驅(qū)動(dòng)場(chǎng)信號(hào)發(fā)生器單元(130)和驅(qū)動(dòng)場(chǎng)線圈(136a，136b，136c)的驅(qū)動(dòng)模塊利用磁驅(qū)動(dòng)場(chǎng)改變所述視場(chǎng)08)中的所述兩個(gè)子區(qū)(52，54)的空間位置，從而使得所述磁性材料的磁化強(qiáng)度局部改變，-由包括至少一個(gè)信號(hào)接收單元(140)和至少一個(gè)接收線圈(148)的接收模塊采集探測(cè)信號(hào)，所述探測(cè)信號(hào)取決于所述視場(chǎng)08)中的磁化強(qiáng)度，所述磁化強(qiáng)度受到所述第一和第二子區(qū)(52，M)的空間位置的改變的影響，以及-從引入所述氣霧劑之后立即采集的第一探測(cè)信號(hào)和引入所述氣霧劑之后的一持續(xù)時(shí)間之后采集的第二探測(cè)信號(hào)確定所述對(duì)象內(nèi)的孔洞的孔洞尺寸。
12.一種包括程序代碼段的計(jì)算機(jī)程序，其用于在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)令所述計(jì)算機(jī)控制根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置以執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于其中引入了包含磁性粒子的氣霧劑的對(duì)象內(nèi)的孔洞的孔洞尺寸確定的裝置和方法，特別是用于確定患者肺泡的尺寸，所述患者已吸入包含磁性粒子的氣霧劑。為了審查關(guān)于肺結(jié)構(gòu)的信息，提出使用磁性粒子成像。在向?qū)ο笾幸氚判粤Ｗ拥臍忪F劑之后，尤其是在患者吸入氣霧劑之后，在不同時(shí)刻相繼采集第一和第二探測(cè)信號(hào)。利用這些探測(cè)信號(hào)，尤其是強(qiáng)度下降和/或信號(hào)衰減時(shí)間，以獲得關(guān)于孔洞——尤其是肺泡內(nèi)的磁性粒子的擴(kuò)散的信息，并從其檢索關(guān)于孔洞——尤其是肺泡的尺寸的信息。
文檔編號(hào)A61K49/18GK102469951SQ201080033171
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者B·格萊希 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司