用于影响和/或检测磁性粒子的装置和方法
阅读：1发布：2020-12-15
专利汇可以提供用于影响和/或检测磁性粒子的装置和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于影响和/或检测视场（28）中的 磁性 粒子的装置和方法，具体地用于磁性粒子成像（MPI）。提出的装置包括：选择模 块 ，用于产生 磁选 择场（50）；和驱动模块，用于产生磁驱动场以沿通过视场的预定轨迹移动无场点，以使得磁性粒子的磁化局部改变。根据本发明，为每个驱动场线圈提供了与时间相关的振荡驱动场 电流 ，用于驱动相应的驱动场线圈，每一个驱动场电流都具有一个或多个单独振荡 频率 和一个或多个单独电流振幅，并由每个驱动场线圈（136a、136b、136c）的对应的驱动场 电压 所产生，每一个驱动场电压都由多个驱动场电压分量的 叠加 所产生，所述多个驱动场电压分量包括每个驱动场线圈的驱动场电压分量，其中，对应于特定驱动场线圈的驱动场电压分量包括一个或多个子分量，子分量具有单独的电压振幅并具有与所述特定驱动场线圈的相应驱动场电流相同的单独的振荡频率。，下面是用于影响和/或检测磁性粒子的装置和方法专利的具体信息内容。
1.一种用于影响和/或检测视场(28)中的磁性粒子的装置(100)，该装置包括：
-选择模块，包括选择场信号发生器单元(110)和选择场元件(116)，并用于产生其磁场强度具有空间图案的磁选择场(50)，以使得在所述视场(28)中形成具有低磁场强度的第一子区(52)和具有较高磁场强度的第二子区(54)，在所述第一子区中所述磁性粒子的磁化不饱和，在所述第二子区中所述磁性粒子的磁化饱和，
-驱动模块，包括驱动场信号发生器单元(130)和驱动场线圈(136a、136b、136c)，并用于借助于磁驱动场改变所述视场(28)中的两个所述子区(52、54)的空间位置，以使得所述磁性粒子的磁化局部改变，
其中，所述驱动场信号发生器单元(130)适于提供每个驱动场线圈的与时间相关的振荡驱动场电流，用以驱动相应的驱动场线圈，每一个驱动场电流都具有一个或多个单独的振荡频率和一个或多个单独的电流振幅，并由每个驱动场线圈(136a、136b、136c)的对应的驱动场电压产生，每一个驱动场电压都由多个驱动场电压分量的叠加所产生，所述多个驱动场电压分量包括每个驱动场线圈的驱动场电压分量，其中，对应于特定驱动场线圈的驱动场电压分量包括一个或多个子分量，子分量具有单独的电压振幅并具有与所述特定驱动场线圈的相应的驱动场电流相同的单独的振荡频率。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，
其中，所述驱动场信号发生器单元(130)适于产生所述驱动场电压，以使得每一个驱动场电压分量都包括：第一子分量，其具有余弦函数的形式和余弦电压振幅；和第二子分量，其具有正弦函数的形式和正弦电压振幅，其中，两个子分量都具有相同的振荡频率。
3.根据权利要求2所述的装置(100)，
其中，每一个驱动场电压Um(t)通常具有以下形式：
Um(t)＝Umx01cos(ωxt)+Umx02sin(ωxt)+
Umy01cos(ωyt)+Umy02sin(ωyt)+
Umz01cos(ωzt)+Umz02sin(ωzt)
其中，m＝x,y,z取决于相应的驱动场线圈，ω是相应的振荡频率，Umn01和Umn02，n＝x,y,z是相应的电压振幅。
4.根据权利要求1所述的装置(100)，
其中，所述驱动场信号发生器单元(130)适于产生所述驱动场电压，以使得至少一个驱动场电压分量包括两个或更多个子分量的叠加，其中，所述第一子分量具有对应于所述特定驱动场线圈的相应的驱动场电流的振荡频率的频率，并且至少一个另外的子分量具有对应于所述相应的驱动场电流的所述振荡频率的不同倍数的频率。
5.根据权利要求4所述的装置(100)，
其中，所述驱动场信号发生器单元(130)适于产生所述驱动场电压，以使得每一个驱动场电压分量包括两个或更多个子分量的叠加，其中，所述第一子分量具有对应于所述特定驱动场线圈的相应的驱动场电流的振荡频率的频率，并且每一个另外的子分量具有对应于所述相应的驱动场电流的所述振荡频率的不同倍数的频率。
6.根据权利要求4所述的装置(100)，
其中，所述另外的子分量具有对应于所述相应的驱动场电流的所述振荡频率的增加的奇数倍的频率。
7.根据权利要求4所述的装置(100)，
其中，所述每一个驱动场电压分量包括两个到十个子分量的叠加。
8.根据权利要求7所述的装置(100)，
其中，所述每一个驱动场电压分量包括三个到五个子分量的叠加。
9.根据权利要求4所述的装置(100)，
其中，每一个驱动场电压 通常具有以下形式：
其中，每一个分量 都具有以下形式：
其中
且
其中κ是所谓的校正参数。
10.根据权利要求9所述的装置(100)，
其中，所述校正参数κ对于所有子分量具有相同的预定值或对于不同子分量和/或所述子分量的不同项具有不同的值，并且其中，所述值在0到1的范围内。
11.根据权利要求10所述的装置(100)，
其中，所述值在0.3到0.7的范围内。
12.根据权利要求4所述的装置(100)，
其中，所述驱动场信号发生器单元(130)进一步包括驱动场发生器控制单元(138)，用于控制所述驱动场电压的产生，以使得仅在预定时间期间和/或在预定条件下，具有对应于所述相应的驱动场电流的所述振荡频率的不同倍数的频率的一个或多个另外的子分量能切换地增加到所述第一子分量。
13.根据权利要求12所述的装置(100)，
其中，所述驱动场信号发生器单元(130)进一步包括驱动场发生器控制单元(138)，用于控制所述驱动场电压的产生，以使得仅在所述驱动场电压的振幅超过预定驱动场电压阈值时，具有对应于所述相应的驱动场电流的所述振荡频率的不同倍数的频率的所有的另外的子分量能切换地增加到所述第一子分量。
14.根据权利要求12所述的装置(100)，
其中，所述驱动场发生器控制单元(138)适于在所述相应的子分量具有基本上为0的函数值的时间点切换一个或多个另外的子分量的增加。
15.根据权利要求4所述的装置(100)，
其中，所述驱动场信号发生器单元(130)包括：放大器(132)，用于放大所述驱动场电压；和滤波器(134)，用于在放大后滤除所述另外的子分量。
16.根据权利要求1所述的装置(100)，
进一步包括接收模块，该接收模块包括至少一个信号接收单元(140)和至少一个接收线圈(148)，并用于获取检测信号，该检测信号取决于所述视场(28)中的磁化，该磁化受到所述第一子区(52)和第二子区(54)的空间位置的变化的影响。
17.一种用于影响和/或检测视场(28)中的磁性粒子的方法，该方法包括以下步骤：
-产生其磁场强度具有空间图案的磁选择场(50)，以使得在所述视场(28)中形成具有低磁场强度的第一子区(52)和具有较高磁场强度的第二子区(54)，在所述第一子区中所述磁性粒子的磁化不饱和，在所述第二子区中所述磁性粒子的磁化饱和，-借助于驱动场线圈(136a、136b、136c)的磁驱动场改变所述视场(28)中两个所述子区(52、54)的空间位置，以使得所述磁性粒子的磁化局部改变，
-提供每个驱动场线圈的与时间相关的振荡驱动场电流，用以驱动相应的驱动场线圈，每一个驱动场电流都具有一个或多个单独的振荡频率和一个或多个单独的电流振幅，并由每个驱动场线圈(136a、136b、136c)的对应的驱动场电压产生，每一个驱动场电压都由多个驱动场电压分量的叠加所产生，所述多个驱动场电压分量包括每个驱动场线圈的驱动场电压分量，其中，对应于特定驱动场线圈的驱动场电压分量包括一个或多个子分量，子分量具有单独的电压振幅并具有与所述特定驱动场线圈的相应的驱动场电流相同的单独的振荡频率。
18.一种用于影响和/或检测视场(28)中的磁性粒子的装置，该装置包括：
-用于产生其磁场强度具有空间图案的磁选择场(50)的模块，以使得在所述视场(28)中形成具有低磁场强度的第一子区(52)和具有较高磁场强度的第二子区(54)，在所述第一子区中所述磁性粒子的磁化不饱和，在所述第二子区中所述磁性粒子的磁化饱和，-用于借助于驱动场线圈(136a、136b、136c)的磁驱动场改变所述视场(28)中两个所述子区(52、54)的空间位置的模块，以使得所述磁性粒子的磁化局部改变，-用于提供每个驱动场线圈的与时间相关的振荡驱动场电流的模块，用以驱动相应的驱动场线圈，每一个驱动场电流都具有一个或多个单独的振荡频率和一个或多个单独的电流振幅，并由每个驱动场线圈(136a、136b、136c)的对应的驱动场电压产生，每一个驱动场电压都由多个驱动场电压分量的叠加所产生，所述多个驱动场电压分量包括每个驱动场线圈的驱动场电压分量，其中，对应于特定驱动场线圈的驱动场电压分量包括一个或多个子分量，子分量具有单独的电压振幅并具有与所述特定驱动场线圈的相应的驱动场电流相同的单独的振荡频率。
19.一种用于在根据权利要求1所述的用于影响和/或检测视场(28)中的磁性粒子的装置中使用的驱动场信号发生器单元(130)。
用于影响和/或检测磁性粒子的装置和方法
技术领域
背景技术
[0002] 磁性粒子成像（MPI）是新兴的医学成像方式。MPI的最初型式是二维的，因为它们产生二维图像。较新的型式是三维（3D）的。通过将3D图像的时间序列结合到电影中可以产生非静态对象的四维图像，只要对象在单一3D图像的数据采集期间没有显著变化就可以。
[0003] MPI是重构成像方法，类似于计算断层摄影（CT）或磁共振成像（MRI）。因此，以两步生成对象的感兴趣体积的MP图像。第一步称为数据采集，使用MPI扫描仪来完成。MPI扫描仪具有用以产生称为“选择场”的静态磁梯度场的装置，其在扫描仪的等角点具有（单一）无场点（FFP）。此外，这个FFP由具有低磁场强的第一子区围绕，后者又由具有较高磁场强的第二子区围绕。另外，扫描仪具有用以产生与时间相关、空间上几乎均匀的磁场的装置。实际上，这个场是通过叠加称为“驱动场”的小振幅的迅速变化的场和称为“聚焦场”的大振幅的缓慢变化的场来获得的。通过将与时间相关的驱动场和聚焦场附加到静态选择场，可以沿遍及围绕等角点的“扫描体积”的预定FFP轨迹移动FFP。扫描仪还具有一个或多个（例如三个）接收线圈的装置，可以记录在这些线圈中感应的任何电压。对于数据采集，将要成像的对象放置在扫描仪中，使得对象的感兴趣体积由扫描仪的视场包围，其是扫描体积的子集。
[0004] 对象必须包含磁性纳米粒子；如果对象是动物或患者，在扫描前向动物或患者施予包含这种粒子的造影剂。在数据采集期间，MPI扫描仪沿有意选定的轨迹来移动FFP，该轨迹描绘出/覆盖扫描体积，或者至少视场。对象内的磁性纳米粒子经受到变化的磁场并通过改变其磁化（magnetization）来做出响应。纳米粒子变化的磁化在每一个接收线圈中都感生出与时间相关的电压。在与接收线圈相关联的接收机中对这个电压采样。记录由接收机输出的样本并且所述样本构成采集数据。控制数据采集的细节的参数构成“扫描协议”。
[0005] 在称为图像重构的图像生成的第二步骤中，根据第一步骤中采集的数据计算或重构图像。图像是数据的离散3D阵列，其表示对视场中磁性纳米粒子的与位置相关的浓度的采样近似。重构通常由计算机来完成，所述计算机执行适合的计算机程序。计算机和计算机程序实现重构算法。重构算法基于数据采集的数学模型。如同所有重构成像方法一样，可以将这个模型公式化为积分算子，该算子作用于采集数据；在可能的范围内，重构算法尝试消除模型的作用。
[0006] 这种MPI装置和方法的优点是它们可以用于以无损的方式检查任意的检查对象-例如人体-并在接近和远离检查对象的表面都具有高空间分辨率。这种装置和方法是普遍公知的，并且首先在DE10151778A1和Gleich,B.和Weizenecker,J.(2005)的“Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles”（Nature,vol.435,pp.1214-1217）中被加以说明，在其中还总体上说明了重构原理。在该公开中说明的用于磁性粒子成像（MPI）的装置和方法利用了小磁性粒子的非线性磁化曲线。
[0007] 通常，在MPI装置中，生成具有磁场强度的空间分布的磁梯度场（即，磁选择场），以使得视场包括：具有较低磁场强度（例如FFP）的第一子区，调整较低磁场强度，以使得位于第一子区中的磁性粒子的磁化不饱和；以及具有较高磁场强度的第二子区，调整较高磁场强度，以使得位于第二子区中的磁性粒子的磁化饱和。由于磁性粒子的磁化特性曲线的非线性，磁化以及由此的磁性粒子所产生的磁场显示出高次谐波，其例如可以由检测线圈检测到。评价信号（信号的高次谐波）包含与磁性粒子的空间分布有关的信息，其可以再次用于例如医学成像，用于磁性粒子的空间分布的可视化和/或用于其他应用。
[0008] 因此，MPI装置和MPI方法通常基于新物理原理（即，称为MPI的原理），其不同于其他已知传统医学成像技术，例如局部磁共振（LMR）或核磁共振（NMR）。尤其是与LMR和NMR相反，这个新MPI原理不利用材料对质子的磁共振特性的影响，而是通过利用磁化特性曲线的非线性来直接检测磁性材料（磁性粒子）的磁化。具体地，MPI技术利用生成的磁信号的高次谐波，其由磁化从非饱和变为饱和状态的区域中的磁化特性曲线的非线性所导致。
[0009] 如上所解释的，在MPI装置中，将多个线圈用于产生和操纵预期的良好限定的磁场。结果，控制信号用于驱动所述的多个线圈。然而，多个线圈耦合以使得施加到信道的控制信号需要补偿线圈之间的耦合。这导致在作为时间的函数描绘信号时施加到信道的控制信号显示出差拍（beat），所述差拍在最大振幅上可以不同。
[0010] 在施加到信道之前，通常由放大器来放大控制信号。然而，放大器可能不能控制呈现在差拍控制信号中的最大振幅。如果呈现在控制信号中的最大振幅超过放大器的上限，信道就无法接收所需的控制信号，导致磁场中比最佳结果差的结果。
发明内容
[0011] 本发明的目的是提供一种装置和方法，用于影响和/或检测视场中的磁性粒子，以使得能够放大控制信号而不考虑控制信号中的最大振幅是否超过用于放大控制信号的放大器的上限。
[0012] 在本发明的第一个方案中，提供了一种装置，包括：
[0013] -选择模块，包括选择场信号发生器单元和选择场元件，并用于产生其磁场强度具有空间图案的磁选择场，以使得在视场中形成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，在所述第一子区中所述磁性粒子的磁化不饱和，在所述第二子区中所述磁性粒子的磁化饱和，
[0014] -驱动模块，包括驱动场信号发生器单元和驱动场线圈，用于借助于磁驱动场改变所述视场中的两个子区的空间位置，以使得所述磁性粒子的磁化局部改变，[0015] 其中，所述驱动场信号发生器单元适于提供每个驱动场线圈的与时间相关的振荡驱动场电流，用以驱动相应的驱动场线圈，每一个驱动场电流都具有一个或多个单独的振荡频率和一个或多个单独的电流振幅，并由每个驱动场线圈的对应的驱动场电压产生，每一个驱动场电压都由多个驱动场电压分量的叠加所产生，所述多个驱动场电压分量包括每个驱动场线圈的驱动场电压分量，其中，对应于特定驱动场线圈的驱动场电压分量包括一个或多个子分量，子分量具有单独的电压振幅并具有与所述特定驱动场线圈的相应的驱动场电流相同的单独的振荡频率。
[0016] 在本发明的进一步的方案中，提供了对应的方法。
[0017] 在本发明的再进一步的方案中，提供了用于在如上定义的装置中使用的对应驱动场信号发生器单元。
[0018] 在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应理解，要求保护的方法、要求保护的驱动场信号发生器单元和要求保护的计算机程序具有与要求保护的装置和在从属权利要求中所定义的相似和/或相同的优选实施例。
[0019] 本发明基于控制驱动场发生器单元的输出的思想，具体地是通常包括在每一个驱动场发生器单元中的放大器的输出，以便产生用于驱动场线圈的驱动场电压，以使得预期的驱动场电流流过驱动场线圈，无场点（即第一子区）由此沿预期路径（轨迹），例如Lissajous（利萨如）轨迹移动。驱动场电流单独的振荡频率和单独的电流振幅的数量取决于预期的轨迹。
[0020] 例如，对于Lissajous轨迹，每一个驱动场电流都包括一个信号振荡频率和一个或两个电流振幅（例如，如果驱动场电流包括正弦项和余弦项就为两个振幅，二者都具有相同的振荡频率）。因此，对于每一个驱动线圈，随着多个驱动场电压分量的叠加，产生对应的驱动场电压。因此，在三个驱动场线圈的情况下，驱动场电压包括三个驱动场电压分量。对应于特定驱动场线圈的每一个驱动场电压分量都包括一个或多个子分量。每一个子分量都具有单独的电压振幅和单独的振荡频率，其中，所述单独的振荡频率对应于所述特定驱动场线圈的相应的驱动场电流的振荡频率。换句话说，对于不同的驱动场电流的不同振荡频率，在驱动场电压中提供了具有对应的振荡频率的对应的电压子分量。
[0021] 优选地，所述驱动场信号发生器单元（130）适于产生所述驱动场电压，以使得每一个驱动场电压分量都包括：第一子分量，其具有余弦函数的形式和余弦电压振幅；和第二子分量，其具有正弦函数的形式和正弦电压振幅，其中，两个子分量都具有相同的振荡频率。例如，在实际的简单实施例中，每一个驱动场电压通常都具有以下形式：
[0022] Um(t)=Umx01cos(ωxt)+Umx02sin(ωxt)+
[0023] Umy01cos(ωyt)+Umy02sin(ωyt)+
[0024] Umz01cos(ωzt)+Umz02sin(ωzt)
[0025] 其中，m=x,y,z取决于相应的驱动场线圈，ω是相应的振荡频率，Umn01和Umn02,n=x,y,z是相应的电压振幅。
[0026] 在这个实施例中，每一个驱动场电压Um(t)都包括三个分量（每一个用于三个不同驱动场线圈的三个不同驱动场电流的三个不同振荡频率ωx,ωy,ωz中的一个），例如，用于振荡频率ωx的分量是Umx01cos(ωxt)+Umx02sin(ωxt)，每一个所述三个分量都包括两个子分量，例如用于振荡频率ωx的是Umx01cos(ωxt)和Umx02sin(ωxt)。然而应注意，如果存在更多或更少的驱动场线圈，例如对于比方向x、y、z更多或更少的或不同的方向，每一个驱动场电压通常还包括更多或更少的具有相应的振荡频率的分量。
[0027] 通过这个实施例，可以易于实现用于无场点（即第一子区）的移动的预期轨迹，例如Lissajous轨迹。在其他实施例中，例如为了实现如上所述的其他轨迹，将另外的子分量（具有单独的振荡频率和电压振幅）一起加到每一个驱动场电压分量中。此外应注意，在以上等式中，如果使用了多于三个驱动场线圈，就可以增加更多的分量。
[0028] 在一个实施例中提出了所述驱动场信号发生器单元适于产生所述驱动场电压，以使得至少一个，特别是每一个，驱动场电压分量都包括两个或多个子分量的叠加，其中，第一子分量具有对应于所述特定驱动场线圈的相应的驱动场电流的振荡频率的频率，并且至少一个，特别是每一个，另外的子分量具有对应于所述相应的驱动场电流的所述振荡频率的不同倍数的频率。在这个实施例中，本发明提出了将高次谐波增加到要放大的控制信号。增加高次谐波，优选地是整数倍的，以使得馈入放大器中的控制信号的最大振幅不超过放大器的上限。在放大后，优选地使用滤波器来滤除放大的高次谐波。得到的信号看起来似乎是放大器放大了原始控制信号（具有超过放大器的上限的最大振幅）。本发明因此能够放大超过用于放大的放大器上限的信号。
[0029] 根据优选实施例，所述另外的子分量具有对应于所述相应的驱动场电流的所述振荡频率的增加的奇数倍的频率。在实施例中，所述子分量是正弦项和余弦项的组合，其将由相同周期的其他函数所替换。正弦函数为偶数，余弦函数为奇数。由相同周期的其他函数替换它们，并且同样分别为偶数和奇数，傅立叶分析得到仅具有相同振荡频率的奇数倍的函数(即奇次谐波)。然而，应注意，其他实施例，即也使用（或者仅使用）偶次谐波的实施例也是可能的。
[0030] 每一个驱动场电压分量有利地包括两个到十个子分量的叠加，特别是三个到五个子分量的叠加。增加更高次的子分量通常不会有显著的影响，因为使用的放大器具有频率上限。
[0031] 在优选的示例性实现方式中，每一个驱动场电压 通常具有以下形式：
[0032]
[0033] 其中，每一个分量 都具有以下形式：
[0034]
[0035]
[0036] 其中
[0037]
[0038]
[0039]
[0040]
[0041] 且
[0042]
[0043]
[0044] 其中κ是所谓的校正参数。
[0045] 在这个实施例中，每一个驱动场电压分量 都包括四个子分量，一个子分量用于基频（在此称为ωn，且包括在参数β中），其他三个子分量用于相同基频的高次谐波。如上所述，分量的数量（在此为三个）可以不同，取决于驱动场线圈的数量，此外每一个分量中的子分量的数量（在此为四个）可以与四个不同，并且在每一个分量中可以不同，尽管优选地在每一个分量中相等。
[0046] 在这个实现方式中，所述校正参数κ具有从0到1范围中的值，特别是从0.3到0.7范围中的值，该校正参数κ优选地对于所有子分量具有相同的预定值，或者对于不同子分量和/或所述子分量的不同项具有不同的值。
[0047] 在一个实施例中，驱动场信号发生器单元进一步包括驱动场发生器控制单元，用于控制所述驱动场电压的产生，以使得仅在预定时间期间和/或在预定条件下，特别是在驱动场电压的振幅超过预定驱动场电压阈值时，具有对应于所述相应的驱动场电流的所述振荡频率的不同倍数的频率的一个或多个，特别是所有的，另外的子分量可切换地增加到第一子分量。这样，仅在有必要时将这种子分量普遍地增加到基频子分量。
[0048] 优选地，所述驱动场发生器控制单元适于在各子分量具有基本上为0的函数值的时间点切换一个或多个另外的子分量的增加，以避免对预期驱动场电流的附加的干扰影响，例如增加不准确的分量。
[0049] 利用根据本发明的装置实现了多种应用。例如，可以通过使用磁场来操纵（移动）提供了磁性粒子的医学器械或探测器。此外，可以完成成像。为此，装置进一步包括接收模块，包括至少一个信号接收单元和至少一个接收线圈，用于获取检测信号，该检测信号取决于视场中的磁化，该磁化受到第一和第二子区的空间位置的变化的影响。附图说明
[0050] 依据下文中描述的实施例，本发明的这些及其他方案将会显而易见，且将参考下文中描述的实施例介绍本发明的这些及其他方案。在以下的附图中：
[0051] 图1示出了MPI装置的第一实施例，
[0052] 图2示出了由图1所示的装置所产生的选择场图案的实例，
[0053] 图3示出了MPI装置的第二实施例，
[0054] 图4示出了根据本发明的MPI装置的方框图，
[0055] 图5示出了例示出驱动场电流源的典型输出电压信号的图示，
[0056] 图6示出了作为校正参数κ的函数的参数λs3、λs5和λs7，以及[0057] 图7示出了例示出根据本发明的实施例的校正后的驱动场电流源的输出电压信号的图示。
具体实施方式
[0058] 在详细解释本发明的细节之前，将参考图1至4详细解释磁性粒子成像的基本要点。具体地，将说明用于医学诊断的MPI扫描仪的两个实施例。还将给出数据采集的通俗说明。将指出两个实施例之间的相似性和区别。
[0059] 图1中的MPI扫描仪的第一实施例10具有三对同轴平行圆形线圈12、14、16，这些线圈对如图1所示那样布置。这些线圈对12、14、16用于产生选择场以及驱动场和聚焦场。三个线圈对12、14、16的轴18、20、22相互正交，并在单一点相交，该点标记为MPI扫描仪10的等角点24。另外，这些轴18、20、22充当附加在等角点24上的3D笛卡尔x-y-z坐标系的轴。将垂直轴20指定为y轴，因此x轴和z轴水平。线圈对12、14、16按它们的轴来命名。例如，y线圈对14由在扫描仪顶部和底部的线圈形成。此外，将具有正（负）y坐+ -标的线圈称为y线圈（y ）线圈，其余线圈也是类似的。在更方便时，应以x1、x2和x3而不是x、y和z来标记坐标轴和线圈。
[0060] 可以将扫描仪10设置为引导预定的与时间相关的电流以任意方向通过这些线圈12、14、16中的每一个。如果沿这个线圈的轴观察，电流顺时针绕线圈流过，就将其视为正S + S
的，否则就视为负的。为了产生静态选择场，使得恒定正电流I流过z 线圈，且使得电流-I-
流过z线圈。z线圈对16于是充当反平行圆形线圈对。
的，否则就视为负的。为了产生静态选择场，使得恒定正电流I流过z 线圈，且使得电流-I-
流过z线圈。z线圈对16于是充当反平行圆形线圈对。
[0061] 在此应注意，在这个实施例中轴的布置和对轴的命名方法仅是实例，在其他实施例中可以不同。例如，在实际实施例中，垂直轴常常认为是z轴，而不是如本实施例中的y轴。然而，这通常不会改变本发明的设备的功能和操作以及效果。
[0062] 磁选择场通常是磁梯度场，在图2中由场力线50来表示。它在产生选择场的z线圈对16的（例如水平）z轴22的方向上具有基本上恒定的梯度，且在该轴22上的等角点24达到数值0。从这个无场点（图2中没有单独示出）开始，磁选择场50的场强随着与无场点的距离增大而在全部三个空间方向上增大。在由围绕等角点24的虚线所指示的第一子区或区域52中，场强很小，以至于存在于该第一子区52中的粒子的磁化未饱和，而存在于第二子区54（区域52之外的）中的粒子的磁化处于饱和状态。在第二子区54中（即，第一子区52之外的扫描仪视场28的剩余部分中），选择场的磁场强度强得足以将磁性粒子保持在饱和状态中。
[0063] 通过改变两个子区52、54（包括无场点）在视场28中的位置，视场28中（总体）磁化改变。通过确定视场28中的磁化或者磁化影响的物理参数，可以获得与视场18中磁性粒子的空间分布有关的信息。为了改变视场18中两个子区52、54（包括无场点）的相对空间位置，将更多的磁场，即磁驱动场，如果适用的话还有磁聚焦场，叠加到选择场50。
[0064] 为了产生驱动场，使得与时间相关的电流ID1流过两个x-线圈12，与时间相关的电D D流I2流过两个y-线圈14，与时间相关的电流I 3流过两个z-线圈16。这样，三个线圈对F
中的每一个都充当平行圆形线圈对。类似地，为了产生聚焦场，使得与时间相关的电流I1F F
流过两个x-线圈12，电流I2流过两个y-线圈14，电流I 3流过两个z-线圈16。
中的每一个都充当平行圆形线圈对。类似地，为了产生聚焦场，使得与时间相关的电流I1F F
流过两个x-线圈12，电流I2流过两个y-线圈14，电流I 3流过两个z-线圈16。
[0065] 应注意，z-线圈对16是特殊的：它不仅产生它在驱动场和聚焦场的份额，还产生± D F S选择场（当然在其他实施例中，可以提供分离的线圈）。流过z -线圈的电流是I3+I3±I。
D F
流过剩余两个线圈对12、14的电流是Ik+Ik，k=1,2。由于其几何形状和对称性，三个线圈对12、14、16应尽可能好地去耦，实际上它们在这点上常常是不够的。
D F
流过剩余两个线圈对12、14的电流是Ik+Ik，k=1,2。由于其几何形状和对称性，三个线圈对12、14、16应尽可能好地去耦，实际上它们在这点上常常是不够的。
[0066] 由反平行圆形线圈对产生的选择场是围绕z-轴旋转对称的，其z分量在z上几乎是线性的，并且在等角点24周围相当大的体积中与x和y无关。具体地，选择场在等角点具有单一无场点（FFP）。相反，在等角点24周围相当大的体积中对由平行圆形线圈对产生的驱动场和聚焦场的贡献在空间上几乎是均匀的，并且平行于相应线圈对的轴。共同由全部三个平行圆形线圈对产生的驱动场和聚焦场在空间上几乎是均匀的，并可以被赋予任意方向和强度，直至某些最大强度。驱动场和聚焦场也是与时间相关的。聚焦场与驱动场的区别在于聚焦场在时间上缓慢变化，并可以具有较大振幅，而驱动场迅速变化并具有较小振幅。有区别地对待这些场是有物理和生物医学上的原因的。难以产生具有较大振幅的迅速变化的场，并且对患者有潜在的危险。
[0067] 在实际实施例中，可以将FFP视为理论点，磁场在此假定为0。磁场强度随与FFP的距离增大而增大，其中，增大速率对于不同方向可以不同（取决于例如设备的具体布局）。只要磁场强度低于使磁性粒子进入饱和状态所需的场强，粒子就积极地有助于设备所测量的信号的信号产生；否则，粒子饱和，不产生任何信号。
[0068] MPI扫描仪的实施例10具有更多的至少一对，优选地更多的三对，平行圆形线圈，同样沿x-、y-和z-轴定向。图1中未示出的这些线圈对充当接收线圈。由于利用用于驱动场和聚焦场的线圈对12、14、16，由流过这些接收线圈对之一的恒定电流产生的磁场在视场内在空间上几乎是均匀的，并且平行于相应线圈对的轴。接收线圈应当良好地去耦。在接收线圈中感应的与时间相关的电压由附接到该线圈的接收机放大并采样。更准确地，为了应对这个信号极大的动态范围，接收机对接收信号与参考信号之间的差进行采样。接收机的传递函数从0赫兹（“DC”）直到预期信号电平下降到低于噪声电平的频率都是非0的。
[0069] 图1中所示的MPI扫描仪的实施例10具有沿z-轴22（即沿选择场的轴）的圆柱形内腔26。将所有线圈都放置在这个内腔26之外。为了数据采集，将要成像的患者（或对象）放置在内腔26中，以使得患者的感兴趣体积-要成像的患者（或对象）的体积-由扫描仪的视场28-内容物可以由扫描仪成像的扫描仪的体积-包围。例如，将患者（或对象）放置在检查床上。视场28是内腔26内部中几何形状简单的等角体积（isocentric volume），例如立方体、球体、圆柱体或任意形状。图1中示出了立方体的视场28。
[0070] 第一子区52的大小取决于磁选择场的梯度的强度和饱和所需的磁场的场强，其3
又取决于磁性粒子。为了典型磁性粒子在磁选择场的80A/m的磁场强度和合计为50x10A/
2
m的场强的梯度（在给定空间方向上）上足以饱和，粒子的磁化不饱和的第一子区52具有约
1mm的尺寸（在给定空间方向上）。
又取决于磁性粒子。为了典型磁性粒子在磁选择场的80A/m的磁场强度和合计为50x10A/
2
m的场强的梯度（在给定空间方向上）上足以饱和，粒子的磁化不饱和的第一子区52具有约
1mm的尺寸（在给定空间方向上）。
[0071] 患者的感兴趣体积应当包含磁性纳米粒子。例如在肿瘤的诊断成像之前，例如借助于包含磁性粒子的液体使磁性粒子进入感兴趣体积，该液体是注射到患者（对象）身体内或者向患者施予，例如口服。
[0072] 通常，存在多种使磁性粒子进入视场中的方式。具体地，在要将磁性粒子引入其身体中的患者的情况下，可以通过使用外科和非外科方法来施予磁性粒子，有需要专家（如执业医师）的方法和无需专家的方法，例如可以由外行或普通技术人员或患者自己来实施。在外科方法中，有无潜在风险的和/或安全的常规介入，例如包括如将造影剂注射到血管中的（如果非要认为这个注射是外科方法的话）侵入步骤，即无需相当多的专业医学经验来实施且不涉及严重的健康风险的介入。此外，可以应用如吞咽或吸入的非外科方法。
[0073] 通常，在实施数据采集的实际步骤前预先给送或预先施予磁性粒子。然而在实施例中，也可以将更多的磁性粒子给送/施予到视场中。
[0074] 磁性粒子的实施例例如包括如玻璃的球形基质，其设有软磁性层，该软磁性层具有例如5nm的厚度，并且例如由铁镍合金（例如坡莫合金）构成。这个层例如借助涂层来覆盖，涂层保护粒子对抗例如酸的化学和/或物理侵蚀环境。这种粒子的磁化的饱和所需的磁选择场50的磁场强度取决于多个参数，例如粒子的直径，用于磁性层的磁性材料及其他参数。
[0075] 例如在具有这种磁性粒子的10μm直径的情况下，则需要约800A/m的磁场（大约对应于1mT的通量密度），而在100μm直径的情况下，80A/m的磁场就足够了。在选择具有较低饱和磁化的材料的涂层或减小层的厚度的情况下，获得甚至更小的值。
[0076] 实际上，常常使用商品名为Resovist的市场上可买到的磁性粒子（或者类似的磁性粒子），其具有磁性材料的核心或者形成为大球，并且其具有在例如40或60nm的纳米范围内的直径。
[0077] 对于通常可用的磁性粒子和粒子成分的更多细节，在此参考了EP1304542、WO2004/091386、WO2004/091390、WO2004/091394、WO2004/091395、WO2004/091396、WO2004/091397、WO2004/091398、WO2004/091408的相应部分，其通过参考包含在本文中。在这些文献中，还可以找到通常的MPI方法的更多的细节。
[0078] 在数据采集过程中，x-、y-和z-线圈对12、14、16产生与位置和时间相关的磁场，所施加的场。这是通过将适合的电流引导通过场产生线圈来实现的。实际上，驱动场和聚焦场将选择场推来推去（push around），以使得FFP沿预先选择的FFP轨迹移动，所述轨迹描绘出扫描的体积-视场的超集。所施加的场对患者体内的磁性纳米粒子定向。随着所施加的场变化，得到的磁化也变化，尽管其非线性地响应于所施加的场。变化的所施加的场与变化的磁化的总和在沿xk-轴的接收线圈对的端子之间感生出与时间相关的电压Vk。相关联的接收机将该电压转换为信号Sk，并对其进行进一步处理。
[0079] 类似于图1中所示的第一实施例10，图3中所示的MPI扫描仪的第二实施例30具有三个圆形且相互正交的线圈对32、34、36，但这些线圈对32、34、36仅产生选择场和聚焦场。以铁磁材料37填充同样产生选择场的z-线圈36。垂直定向这个实施例30的z-轴42，同时水平定向x-轴和y-轴38、40。扫描仪的内腔46平行于x-轴38，因此垂直于选择场的轴42。驱动场由沿x-轴38的螺线管（未示出）和沿剩余两个轴40、42的鞍形线圈对（未示出）产生。这些线圈绕形成内腔的管子缠绕。驱动场线圈还充当接收线圈。
[0080] 给出这个实施例的几个典型参数：选择场的z-梯度G具有G/μ0=2.5T/m的强度，其中μ0是真空磁导率。驱动场的时间频率谱集中在25kHz（高达约150kHz）的窄波段中。接收信号的有用的频谱位于50kHz与1MHz之间（最终高达约15MHz）。内腔具有120mm的直径。适合于内腔46的最大立方体28具有 的边长。
[0081] 由于场产生线圈的结构通常是本领域（例如磁共振成像的领域）公知的，这个主题无需在此进一步详细阐述。
[0082] 在选择场的产生的可替换的实施例中，可以使用永久磁体（未示出）。在这种（反向）永久磁体（未示出）的两极之间的空间中形成类似于图2所示的磁场，就是说，在反向磁极具有相同极性时。在另一个可替换的实施例中，选择场可以由至少一个永久磁体和至少一个线圈的混合物产生。
[0083] 图4示出了根据本发明的MPI装置100的总体方框图。以上解释的磁性粒子成像的普遍原理对于这个实施例也是有效且适用的，除非另外指出。
[0084] 图4所示的装置100的实施例包括多组线圈，用于产生预期的磁场。首先，将解释线圈及其在MPI中的功能。
[0085] 为了产生以上解释的磁选择场，提供了选择模块，包括一组选择场线圈116，优选地包括至少一对线圈元件。选择模块进一步包括选择场信号发生器单元110。优选地，为选择场线圈组116的每一个线圈元件（或每一对线圈元件）提供分离的发生器子单元。所述选择场信号发生器单元110包括可控选择场电流源112（通常包括放大器）和滤波器单元114，它们为相应的选择场线圈元件提供选择场电流，以单独设定选择场的梯度强度。然而，由于选择场通常是静态的，所以滤波器单元114也可以省去。优选地，提供恒定电流。如果将选择场线圈元件布置为反向线圈，例如在视场的相对侧面上，就优选地反向定向反向线圈的选择场电流。
[0086] 选择场信号发生器单元110可以由控制单元150控制，其优选地控制选择场电流发生110，以便将选择场的所有空间部分的梯度强度的总和与场强的总和保持在预定水平。为此，还可以由用户根据MPI装置的预期应用为控制单元150提供控制指令，但根据本发明优选地省略了它。
[0087] 为了产生磁聚焦场，装置100进一步包括聚焦模块，聚焦模块包括聚焦场线圈组，优选地包括三对反向布置的聚焦场线圈元件126a、126b、126c。所述磁聚焦场通常用于改变第一和第二子区的空间位置。聚焦场线圈由聚焦场信号发生器单元120控制，优选地包括用于所述聚焦场线圈组中的每一个线圈元件（或至少每一对线圈元件）的分离的聚焦场信号发生子单元。所述聚焦场信号发生器单元120包括聚焦场电流源122（优选地包括电流放大器）和滤波器单元124，用于向将用于产生磁聚焦场的所述线圈的子组126a、126b、126c的相应线圈提供聚焦场电流。聚焦场电流单元120也由控制单元150控制。根据本发明，也可以省去滤波器单元124。
[0088] 为了产生磁驱动场，装置100进一步包括驱动模块，驱动模块包括驱动场线圈的子组，优选地包括三对反向布置的驱动场线圈元件136a、136b、136c。驱动场线圈由驱动场信号发生器单元130控制，优选地包括用于所述驱动场线圈组的每一个线圈元件（或者至少每一对线圈元件）的分离的驱动场信号发生子单元。所述驱动场信号发生器单元130包括驱动场电流源132（优选地包括电流放大器）和滤波器单元134（依据本发明其也可以省去），用于向相应的驱动场线圈提供驱动场电流。驱动场电流源132适于产生与时间相关的电流，并且也由控制单元150控制。
[0089] 应注意，在图1所示的装置10的实施例中，相同的线圈优选地用于产生磁驱动场和磁聚焦场。
[0090] 提供了：信号检测接收模块148，具体地是接收线圈；和信号接收单元140，其接收由所述接收模块148检测到的信号。优选地，实际上提供了三个接收线圈148和三个接收单元140-每一个接收线圈一个，但也可以使用多于三个的接收线圈和接收单元，在此情况下，获取的检测信号不是3维的，而是K维的，K是接收线圈的数量。
[0091] 所述信号接收单元140包括滤波器单元142，用于对所接受的检测信号滤波。该滤波的目的是将测量值与其他干扰信号分离，所述测量值是由检查区域中的磁化所导致的，检查区域受到两个局部区域（52、54）的位置变化的影响。为此，例如可以将滤波器单元142设计为使得时间频率小于接收线圈148工作的时间频率的信号，或者时间频率小于这些时间频率两倍的信号不通过滤波器单元142。随后经由放大器单元144将信号传送到模拟/数字转换器146（ADC）。由模拟/数字转换器146产生的数字化信号馈入图像处理单元（也称为重构模块）152中，其根据这些信号和相应位置重构磁性粒子的空间分布，所述相应位置是在相应信号的接收过程中检查区域中的第一磁场的第一局部区域52所处的（assume）位置，并且是图像处理单元152从控制单元150获得的。重构的磁性粒子的空间分布最后经由控制模块150传送到计算机154，计算机154将它显示在监视器156上。这样就可以显示示出了检查区域的视场中磁性粒子的分布的图像。
[0092] 此外，可以提供输入单元158，例如键盘。用户因此能够设定最高分辨率的预期方向，进而接收监视器156上动作区域的相应图像。如果需要最高分辨率的关键方向偏离用户首先设定的方向，用户仍可以手动地改变方向，以便产生具有改进的成像分辨率的进一步的图像。这个分辨率改进处理也可以由控制单元150和计算机154来自动操作。在这个实施例中的控制单元150在第一方向上设定梯度场，该第一方向是自动估计的或者由用户设定为起始值。随后逐步改变梯度场的方向，直到由此接收的图像的分辨率最大，分别不再有任何改善为止，所述分辨率由计算机154来进行比较。从而可以自动适应性地分别找到最关键的方向，以便接收可能的最高分辨率。
[0093] 如上解释的，在MPI扫描仪内叠加了选择场和驱动场。选择场是具有无场点（FFP）的磁梯度场。驱动场由不同分量构成。在最容易的情况下，驱动场由振荡电流所流过的三个磁性线圈产生。这些电流具有不同频率。所得到的磁场振荡，使得FFP沿预定轨迹移动，常常是在三维空间中沿Lissajous轨迹移动。为了实现该移动，驱动场线圈中的电流必须满足以下关系：
[0094] Ix(t)=Ix01cos(ωxt)+Ix02sin(ωxt)
[0095] Iy(t)=Iy01cos(ωyt)+Iy02sin(ωyt) (1)
[0096] Iz(t)=Iz01cos(ωzt)+Iz02sin(ωzt)
[0097] 其中，必须选择频率ωk和振幅Ik01和Ik02以便得到预期的Lissajous轨迹的结果。
[0098] 驱动场线圈耦合。这意味着例如一旦具有频率ωx的电流流入x线圈中，在其他两个驱动场线圈中也能够测量到具有相同频率的（不需要的）电流。控制的任务就是对此进行补偿。实际上，这意味着由驱动驱动场线圈136a、136b、136c的驱动场电流源132产生的电压在每一个轴上包含所有三个频率的分量。例如，在本发明的实施例中，用于x线圈136a的驱动场电流源输出驱动场电压
[0099] Ux(t)=Uxx01cos(ωxt)+Uxx02sin(ωxt)+
[0100] Uxy01cos(ωyt)+Uxy02sin(ωyt)+ (2)
[0101] Uxz01cos(ωzt)+Uxz02sin(ωzt)
[0102] 为其他两个驱动场线圈136b、136c输出类似的电压Uy(t)和Uz(t)。这样，驱动场信号发生器单元130适于为每个驱动场线圈136a、136b、136c提供与时间相关的振荡驱动场电流，用于驱动相应的驱动场线圈，每一个驱动场电流都具有单独的振荡频率和单独的电流振幅，并由每个驱动场线圈136a、136b、136c的相应驱动场电压产生。如等式（2）所示，每一个驱动场电压都由多个驱动场电压分量的叠加产生，所述多个驱动场电压分量包括每个驱动场线圈的具有单独电压振幅且具有与所述驱动场线圈的驱动场电流相同的单独振荡频率的驱动场电压分量。每一个驱动场电压分量都包括：第一子分量，其具有余弦函数形式和余弦电压振幅；和第二子分量，其具有正弦函数形式和正弦电压振幅，其中，两个子分量都具有相同的振荡频率。控制，特别是在控制单元150中的控制，确定所有振幅Umn0k，以便可以测量如以上等式（1）中所定义的预期电流。
[0103] 如等式（2）中给出的叠加意味着得到的信号是如图5所示的强的差拍。在驱动场电流源132中提供的放大器受到最大输出功率和电压的最大伸长度（elongation）Uk(t)的限制，其中k=x,y,z。差拍仅在很少的时间点达到其最大值。因此，如果耦合很强，这些差拍的最大伸长度就确定驱动场的最大振幅。
[0104] 这个问题可以由本发明导致更大的最大驱动场振幅的进一步实施例来缓解。根据这个实施例，类似以上等式（2）中定义的电压信号，在驱动场电流源的输出端为电压信号的产生增加高次频率的分量。例如，式子Umn(t)=Umn01cos(ωnt)+Umn02sin(ωnt)的每一项（也称为驱动场电压分量）可以由信号互换，其在此表示为 为了定义 首先引入角α为：
[0105]
[0106] 其中，函数atan2遵循C编程语言的惯例，即两个自变量的函数atan2是反正切函数的变形。对于不同时为0的任何实自变量x和y，atan2(y,x)是在平面的正x轴与其上坐标(x,y)所给出的点之间的弧度角。这个角对于逆时针角（上半平面，y>0）为正，对于瞬时针角（下半平面，y<0）为负。例如与atan函数相比，atan2函数的优点在于自动修正其结果的符号。
[0107] 现在， 的定义如下：
[0108]
[0109]
[0110] 将角β定义为：
[0111]
[0112] 且
[0113]
[0114]
[0115] 且
[0116]
[0117]
[0118] 其中，κ是所谓的校正参数。
[0119] 通常0≤κ<1和κ=0等价于关闭的校正模式。κ的典型值在从0.3到0.7的范围内，例如κ=0.4或κ=0.55。图6示出了作为κ的函数的λsk的值，k={3,5,7}。对于所有轴上的所有频率成分，可以将κ的值选择为相等。可替换地，可以为不同频率成分和/或不同轴选择κ的不同值。选择的κ的值越低，具有超过相应放大器的限度的最大拍幅的差拍的抑制效果就越小。
[0120] 在以上等式中，角α度量正弦和余弦成分对产生的信号的相对相位。函数是从特定函数的傅立叶分析得出的，其基于Umn(t)。这些特定函数对于Umn(t)是相同的，但对于大于特定阈值的绝对函数值，将所述特定函数设定为阈值。考虑提及的多达第七项的傅立叶级数，并确保第一项，即具有基频的项，具有与Umn(t)中相同的强度，得到了等式（4）。校正参数κ直接与阈值相关。
[0121] 通常，函数 可以如下记为傅立叶级数：
[0122]
[0123] 其中，g是指定要考虑的傅立叶分量的数量的整数。应选择傅立叶分量Vmnk1和Vmnk2的强度，以使得 以可能的最佳方式满足预期目标。具体地，应选择这些分量，以便减小得到的驱动场产生电压的最大伸长度。在此意义上，技术人员可以使用传统知识，例如借助数学分析或数值计算，来确定傅立叶分量Vmnk1和Vmnk2。在以上解释的特定实例中（等式（3）到（7）），借助相位关系α将正弦项和余弦项组合到单一正弦成分和余弦成分。
[0124] 因此，根据这个实施例，驱动场信号发生器单元130产生驱动场电压，以使得每一个驱动场电压分量都包括两个或多个子分量的叠加，其中，第一子分量具有对应于相应的驱动电流的振荡频率的频率，每一个进一步的子分量具有对应于相应的驱动电流的所述振荡频率的不同倍数的频率。优选地，另外的子分量具有对应于相应的驱动场电流的所述振荡频率的增加的奇数倍的频率。
[0125] 在以上示例性说明中，将三个高次谐波增加到等式（4）中的基本项。在其他实施例中，可以增加更多或更少的高次谐波。优选地，每一个驱动场电压分量都包括两个到十个子分量的叠加，特别是三个到五个子分量的叠加。但随着谐波阶次的增大，增加更多的高次谐波的效果变得小得多。增加两到四个高次谐波被证明是最佳的。此外，无需按顺序增加高次谐波（例如，如上所示的一次、三次和五次谐波），而是通常可以增加任何高次谐波（例如，仅是一次、五次和七次谐波，或者仅是三次和五次谐波......）。在其他实施例中，不仅奇次谐波，可以另外（或仅是）将偶次谐波增加到基本项。
[0126] 使用如等式（4）的表达式叠加到如等式（2）中，得到了如图7所示的显著减小了最大伸长度的差拍。放大器的输出线路连接到低通滤波器。因此，等式（4）中的高频分量不进入场发生器。同时，等式（4）中基频的分量具有与等式（2）中相同的强度。
[0127] 在一个进一步的实施例中，可以仅暂时开启附加频率分量。这意味着仅在差拍具有极大伸长度的时间间隔期间将等式（4）中的因子λ设定为非0。在0与非0成分之间转换应在函数值为0的时间点进行。通常，转换可以在预定时间期间和/或预定条件下进行，特别是在如果用于驱动相应的驱动场线圈的驱动场电压的振幅超过预定驱动场电压阈值时。
[0128] 总之，MPI需要不同种类的磁场的叠加。其中，驱动场是在最大频率振荡的场。实现驱动场伴随着一些技术难题，因为放大器必须能够在这些频率以足够的功率产生信号。此外，驱动场线圈耦合，这必须由控制机制来补偿。补偿意味着必须在每一个轴上增加具有不同频率的不同信号。这导致差拍的信号，且这些差拍的最大伸长度可以是相对于最大驱动场振幅的限制因子。
[0129] 在驱动场线圈之间的耦合相当强的情况下，放大驱动场线圈的驱动信号的放大器的输出受到在放大器的输入和输出的信号的最大伸长度的限制。本发明允许减小这些最大伸长度，其可以用于实现较大的驱动场振幅。
[0130] 通常，增加不同频率的信号以驱动放大器。在本发明的实施例中，这些频率的高频分量用于减小得到的信号的最大伸长度。优选地，在末端，低通滤波器防止这些高次分量进入场发生器。
[0131] 尽管在附图和在前说明中详细示出并说明了本发明，但这种图示和说明应认为是说明性或示例性的，而非限制性的；本发明不局限于所公开的实施例。依据对附图、公开内容和随附权利要求书的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解并实现对公开的实施例的其他改变。
[0132] 在权利要求书中，词语“包括”不排除其他要素或步骤，不定冠词“一”不排除多个。单一要素或其他单元可以满足权利要求中列举的几个项目的功能。在相互不同的从属权利要求中列举的某些措施的起码事实并不表示这些措施的组合不能用于产生良好的效果。
[0133] 权利要求中的任何附图标记不应解释为对范围的限制。
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