CN1250160C - 确定磁性粒子空间分布的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定测试区域中磁性粒子空间分布的方法。依照本方法，产生空间不均匀的磁场，该磁场包含至少一个区域(301)，在该区域中，粒子的磁化强度处于不饱和状态，而粒子在其余区域中处于饱和状态。该区域在测试区域中的移动，能产生可以从外部检测到的并包含涉及测试区域中磁性粒子的空间分布的信息的磁化强度的变化。

Description

确定磁性粒子空间分布的方法

技术领域

本发明涉及一种确定测试区域中磁性粒子的空间分布的方法。本发明还涉及适合用于该方法的磁性粒子的使用以及实施这种方法的装置。

背景技术

磁性物质能比较容易被检测到，因此，它在体格检查时特别有用。

例如，DE-PS19532676中公开了一种在肠胃系统中确定磁性标识位置的方法。依照这种方法，直径约为8mm的一个磁性标识被引入肠胃系统。为了跟踪该标识在肠胃系统中的进展，将它在给定的时间序列中暴露在具有交变极性的外部脉冲磁场中，因此，该标识在其行程中可以被重复磁化，而且它的磁力矩每次可按平行于外部磁场的方向被重新定向。

通过位于与产生外部磁场的线圈的轴平行和垂直的方向上的各向异性的磁场传感器，可以单独测量由标识引起的二次磁场，在这里，直到磁场传感器发出零信号，连接着磁场传感器的线圈才被取代。于是可以获得与肠胃系统中的标识位置相关的线圈位置，这样，可以确定测量时瞬间的标识的运动。这种方法提供的空间和瞬时清晰度较低。

我们还知道一种MR(MR＝磁共振)方法，它将铁磁体或者铁磁粒子注入病人的血管，从而增强血管的对比。粒子很小(约5nm到10nm)，这样就不会形成外斯(Wiess)区域。MR方法因实施该方法的MR设备造价高而具有缺陷。这样的MR设备特别需要一个在整个MR测试期间能在测试区域中产生均衡、稳定的磁场的磁体。为了获得合适的信噪比，磁场必须具有0.5泰斯拉(Tesla)或者更大的强度。这就需要使用超导磁体。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种确定测试区域中磁性粒子空间分布的方法，该方法提供了合适的时间和空间分辨率，而且在实施该方法时，仅需要数量较少的硬件。

利用在测试区域中确定磁性粒子空间分布的方法可以达到本发明的目的，依照本发明的方法包括以下步骤：

a)产生磁场强度随空间而变化的磁场，使得在测试区域中形成具有低磁场强度的第一子区域和具有高磁场强度的第二子区域，并使高磁场强度高到足以保持磁性粒子处于磁饱和状态；

b)改变测试区域中两个子区域的空间位置，使得局部改变粒子的磁化；

c)采集测试区域中由磁化决定的信号，该信号受所述两个子区域的位置变化的影响；

d)评价该信号以提取测试区域中涉及磁性粒子的空间分布的信息。

依照本发明，在测试区域中产生空间不均匀的磁场区域。第一子区域中的磁场很微弱，以致于粒子的磁化会或多或少地偏离外部磁场，也就是说它是不饱和的。第一子区域最好是空间相关的区域，它可以是点区域，也可以是线或面。在第二子区域(也就是测试区域中第—子区域之外的部分)中，磁场很强，从而可以使粒子处于饱和的状态。当几乎所有粒子的磁化方向大约都朝向外部磁场时，磁化是饱和的，所以当磁场的强度被进一步加强时，这个子区域中对磁场的相应增加作出响应的磁化的增强将比第一子区域中的小。

当测试区域中的两个子区域的位置发生变化时，测试区域中的磁化(所有的)也将发生变化。因此，当在测试区域中测量到磁化，或者因此测量到受影响的物理参数时，将获得测试区域中涉及磁性粒子空间分布的信息。

实际上，粒子具有不同的磁性。例如，在给定的磁场强度下，一部分粒子可能处于饱和的状态，而另外一部分还处于不饱和状态。然而，这导致了(其他的)非线性磁化特性，当两个子区域的位置发生变化时，会引起测试区域中的磁化的变化。

改变两个子区域空间位置的一种可能可以是移动线圈系统和/或永久磁体系统(或者它的部分)，这样就可以在一边产生磁场，而要被测试物体在其相对的一边。当必须通过非常强的梯度(显微术)测试非常小的物体时，这种方法就是优选的。

然而，本发明公开了一个不需要机械移动的实施例。这样两个子区域的空间位置可以比较快地变化，同时可以提供获得由测试区域中的磁化决定的信号这样的附加好处。

在本发明公开的一个实施例中，获得的信号与测试区域中磁化的时间变化成比例。为了确保这些信号尽可能大，重要的是测试区域中的两个子区域的空间位置尽可能快地变化。通过线圈可以获得这些信号，线圈在测试区域中产生磁场。但是最好使用一个单独的线圈。

通过随时间变化的磁场，可以引起子区域空间位置的变化。最后，线圈感应出同周期的信号。接收这个信号看起来是困难的，但是，因为在测试区域中产生的信号和随时间变化的信号同时都是活跃的，因此，区别测试区域中由磁场引起的信号和由磁化强度变化而引起的信号可能就不简单了。

本发明公开的实施例中避免了这个问题。这个实施例利用了这样的事实，即第二频带中的频率成分可以仅因测试区域中磁化强度变化而出现，这是归因于磁化特性的非线性。当随时间变化的磁场显示出正弦周期变化时，第一频带仅仅包含了一个单独的频率成分，也就是正弦基波振荡，然而，第二频带不但包括基波振荡，而且还包括能考虑用于评估的比正弦基波振荡高次的谐函数(所谓的谐波)。

适用于依照本发明的方法的磁化粒子比要依照本发明方法确定的磁化强度的体元要小。而且，粒子的磁化强度应响应磁场尽可能弱的磁场强度而达到饱和状态。为此所需的磁场强度越低，空间分辨率就越高或者要在测试区域中产生的磁场(外部的)就可以越弱。此外，为了确保磁化强度的变化产生尽可能强的输出信号，磁性粒子应当具有尽可能大的偶极矩或高饱和感应。而且，当这种方法用在体格检查中时，粒子无毒就是重要的。

本发明公开的一个实施例中的粒子很小，以致于仅能形成一个单独的磁畴(单域)或者不能在那里产生外斯(Weiss)区域。粒子的尺寸应该在毫微米的范围内。在上述用在MR测试中的造影剂中，这些粒子的大小是5到10nm。然而这种粒子的大小对于本发明还不是最适宜的。当粒子的尺寸比较大时，较小的磁场强度足以确保粒子的磁化达到饱和。然而，这个尺寸不应该很大，使得在粒子中可以形成几个磁畴或者外斯(Weiss)区域。因此，合适的粒子尺寸是处于20nm到约800nm的范围内，该上限也要依原料而定。原料要适合单域粒子，例如磁铁矿(Fe₃O₄)。这些粒子是能被吸入的，例如，在肺测试中。

然而，在本发明公开的一个实施例中，使用较大的粒子，其中可以形成大量的磁畴。考虑到空间分辨率，这些粒子应该具有能在低磁场强度下达到饱和(意味着低饱和感应)的磁原料。这个条件不必在进一步公开的实施例中满足。因为在那里这些粒子仅仅具有一薄层磁原料，即使该层不包括具有低饱和感应的原料，也确保低磁场强度下的磁饱和。

本发明公开的实施例使粒子在体格检查中使用起来比较容易。当利用和前述一致的单域粒子的消散作用时，这个消散可以被注入病人的血液，例如，为了显示血管束或者心脏，实际应用时，用来示范的所述造影剂不能是有毒的。被诊断的病人口服后，粒子的消散就可以用于肠胃系统的检查。

通常说来，粒子具有低效的各向异性是有利的(在上文和下文中术语“有效的各向异性(effective anisotrotropy)”可以理解成由形状的各向异性和结晶的各向异性引起的磁性各向异性)，因为它的磁化方向的变化不需要这些粒子的旋转。因此，也可以利用快速变化的磁场，这将导致较高的信号振幅和更有吸引力的信噪比。然而，本发明公开的实施例利用了这样的事实：在具有足够高的有效的各向异性的粒子(例如，拉长的粒子)情况下，磁化方向的变化需要粒子的机械旋转。在液体介质中该方向变化的速度是所述介质的粘性的量度。

本发明还公开了实施依照本发明方法的装置。本发明公开的该装置的优选实施例具有用来在测试区域产生磁场的梯度线圈系统。当梯度线圈系统包括例如布置在测试区域两侧但传导反向直流电流的两个相同绕组(Maxwell线圈)时，在绕组轴处的磁场是零，并且以与该点的两端相反的极性基本线性增加。磁化仅在粒子处于磁场所述零点周围的区域是不饱和的。当粒子处于这个区域之外，磁化就是饱和的。

在本发明公开的进一步实施例中，通过梯度线圈系统在磁场零点周围产生的区域，即第一子区域，通过随时间变化的磁场在测试区域内移动。在该磁场时间和方向变化适当的情况下，磁场的零点可以穿过整个测试区域。

依照本发明公开的进一步实施例，可以检测到随着磁场零点的移动而发生的磁化变化。使用线圈来接收由测试区域产生的信号，这个线圈可以是在测试区域中已经用来产生磁场的线圈。然而，使用一个单独的线圈用来接收也是有利的，因为这个线圈可以从产生随时间变化的磁场的线圈系统中去耦。而且，当使用一个线圈(但最好是多个的线圈)时，可以获得改善的信噪比。

当测试区域中磁场零点变化越快时，线圈系统感应的信号振幅就越大，也就是说，叠加在磁梯度场的随时间变化的磁场变化就越快。然而，从技术的观点来看，产生以下这样的随时间变化的磁场是困难的：该磁场的振幅要足以使零点移动到测试区域中的每个点，并且其变化的速度要足够快，以产生具有适当振幅的信号。这个问题通过本发明公开的一个实施例得以减轻，在该实施例中，产生具有不同的变化速度和彼此不同幅值的两个磁场，也就是最好通过两个线圈系统。磁场的变化太快(例如，＞20kHz)以致于可以超出人们听觉的极限，这将获得更大的优势。

本发明公开的实施例能够使场自由点可以在二维区域中移动。具有向两个磁场垂直延伸的部分的第二磁场能够延伸到三维区域。

本发明公开的实施例利用了这样的事实：在磁化从不饱和状态变成饱和状态的区域中，磁化特性不是线性的。这个非线性确保了例如随时间以频率f作正弦变化的磁场引起频率f(基波)和频率f(基波)的整数倍(谐波或高次谐波)在非线性区域的随时间变化的感应。对谐波的评价将是有利的，即与场自由点同步活跃的磁场基波对评价不会起作用。

附图说明

下面将参照附图通过实例对本发明作详细描述，在这里：

图1表示实施依照本发明的方法的装置，

图2表示通过配备的线圈产生的磁力线图形，

图3表示存在于测试区域中的磁性粒子，

图4表示该粒子的磁化特性，

图5表示图1中的装置的电路图，

图6表示图1和图5所示的装置中不同信号的变化，和

图7表示二维区域中场自由点的移动。

具体实施方式

图1显示出了要被测试的对象1，在这种情况下是被安置在病床上的病人，病床头2仅仅被部分地显示出。在检查前，例如在肠胃系统检查前，具有磁性粒子的液体或者食物要给病人1服下。

这种粒子在图3中被表示出。它包括球状基底100，例如，覆盖了软化磁性层面101的玻璃的基底，软化磁性层面101约5nm厚，它由如铁镍合金(例如坡莫合金)组成。这个层可以被例如覆盖层102覆盖，它用来保护粒子抗酸。磁场强度要求这样的粒子的磁化饱和由它们的直径而定。在直径为10μm的情况下，需要的磁场强度为1mT，而在直径为100μm的情况下，磁场强度为100μT就足够了。当选择具有较低磁化饱和的原料作覆盖层时，我们可以得到更小的值。

磁性粒子可以使用铁磁体或者铁磁体原料的多畴粒子，可使用基底作为所述多畴粒子，该基底制成有μm级范围内的尺寸，并具有由铁磁软性原料制成的一个薄层，该薄层比所述尺寸更薄。

图4a和4b显示出了磁化特性，也就是在该粒子的消散中，磁化强度M的变化为磁场强度H的函数。当磁场强度超过+H_c和小于-Hc时，显示出的磁化强度M就不再发生改变，这意味着获得了饱和的磁化强度。当介于数值+H_c和-Hc之间时，磁化就不是饱和的。

图4a说明了如果磁场不再活跃时正弦磁场H(t)的效果。磁化以磁场H(t)的频率节奏在不饱和值之间发生变化。磁化时的合成变化由图4a中的标记M(t)表示。可以看出，磁化也呈周期性的变化，因此同周期的信号在线圈外部感应出。由于磁化特性的非线性，这个信号就不再完全是正弦形的，而是包含了谐波，也就是正弦基波的高次谐波。这样的谐波是测量粒子浓度的量度，可以容易地从基波中分离出来。

图4b表示了上面叠加了静态磁场H1的正弦磁场H(t)的效用。因为磁化处于饱和状态，所以实际上它不受正弦磁场H(t)的影响。于是磁化强度M(t)在时间上保持不变。因此，磁场H(t)不会改变磁化的状态，并且不会引起能通过合适的线圈检测出的信号。

为了提取被检测对象1中的与磁性粒子的空间浓度相关的信息，多个成对的线圈被设置在病人1或病床头的上方或下方，这些成对的线圈限定了一个测试区域(图1)。第一个线圈对3包括在病人的上方和下方同轴设置的两个结构相同的绕组3a和3b，它们感应大小相同，但是方向相反的电流。这样产生的梯度磁场通过图2中的磁力线300来描绘。在线圈对的轴的(垂直)方向上，存在基本恒定的梯度，并且在轴上的点达到零值。从场自由点开始，磁场强度在空间的全部三个方向上随着距该点的距离变化而增加。在场自由点周围的用虚线指示的区域301(第一子区域)中，磁场强度很小，以致于那里的磁性粒子的磁化强度不饱和，而在区域301之外的地方磁化强度处于饱和状态。在区域301之外的地方(第二子区域302)，粒子的磁化强度处于饱和状态。

区域301的大小决定了装置的空间分辨率，它一方面取决于梯度磁场的梯度强度，另一方面取决于要求饱和的磁场强度。对于图3中所示的直径为10μm的球体，强度总计为1mT，而对于直径为100μm的球体，强度总计为100μT。对于后者的值和梯度磁场的0.2T/m的梯度，区域301(在这里，粒子的磁化是不饱和的)的尺寸是1mm。

当又一磁场叠加在测试区域中的梯度磁场上时，区域301将朝着该磁场的方向移动，该磁场的强度越大，移动的范围就越大。当叠加的磁场随时间变化时，区域301的位置会随时间和空间而发生变化。

为了在空间的任意方向上产生这种随时间变化的磁场，进一步提供了三个线圈对。具有绕组4a和4b的线圈对4产生在线圈对3a和3b的线圈轴的方向上延伸的磁场，就是垂直的。最后，向两个绕组施加相等的并朝同一个方向流动的电流。通过这个线圈对可以达到的效果，原理上也可以通过将朝同一个方向流动的电流叠加到在线圈对3a和3b中的反向相等的直流电流上来达到，因此当一个线圈对的电流增加时，另一个线圈对的电流就会减小。然而，当随时间不变的梯度磁场和随时间变化的垂直磁场由不同的线圈对产生时，是有利的。

为了产生在病人的纵向在空间沿水平方向和垂直方向延伸的磁场，进一步提供了包括绕组5a、5b和6a、6b的线圈对。如果象线圈对3a、3b和4a、4b这样的Helmholz类型的线圈对被用来起到这个作用，则这些线圈对就必须分别设置在测试区域的左边和右边以及测试区域的前边和后边。这样就阻止了测试区域的可达性。

因此，线圈对的绕组5a、5b和6a、6b也将设置在测试区域的上方和下方，所以，它们必须有不同于线圈对4a和4b的绕组构造。然而这种线圈，在具有开放磁体(开放的MR)的磁共振装置中是公知的，其中RF线圈对被设置在测试区域的上方和下方，用来产生水平的、随时间变化的磁场。因此，这样的线圈结构就不需要在这里作详细描述了。

最后，附图1显示了用来检测测试区域中产生的信号的又一线圈7。原理上，任何产生磁场的线圈对3到6都可以起到这个作用。然而使用单独的接收线圈更好。可以获得更有吸引力的信噪比(特别是使用多个接收线圈时)，并且该线圈可以以从其它的线圈中去耦的方式设置和转换。

图5表示了在图1中的装置的电路图。线圈对3用图解法表示(为了简化，省略了图5中所有线圈对的标记a、b)，并且从可控电流源31接收直流电流，直流电流受控制装置10的控制可以被接通和关闭。控制装置10和工作站12合作，工作站包括用来显示表示测试区域中的粒子分布图像的监视器13。用户可以通过键盘或其它输入装置14输入。

线圈对4、5、6可以从电流放大器41、51和61接收电流。要被放大并产生所需磁场的电流I_x、I_y和I_z随时间的变化由各自的波形发生器42、52和62提供。波形发生器42、52和62受控制装置10的控制，控制装置10用来计算有关的测试方法中所需要的电流随时间的变化，并且将该变化载入波形发生器。在测试过程中，从波形发生器中读出这些信号，并将它们施加于放大器41、51和61，用来在线圈对4、5和6产生其需要的电流。

一般而言，在区域301对梯度线圈系统3的中心位置的偏离与流过梯度线圈系统的电流之间存在非线性关系。而且，一般而言，当区域301要沿在中心以外延伸的线移动时，三个线圈都将产生磁场。当控制装置利用电流随时间的变化时，要考虑到这样的事实，例如，利用合适的病床。因此，区域301可以沿着任意形成的通过测试区域的路径移动。

通过线圈7接收到的信号通过合适的滤波器71被施加到放大器72。放大器72输出的信号通过模数转换器73被数字化，从而施加给图像处理装置74，图像处理装置74可以通过该信号来重构粒子的空间分布，以及在接收信号的过程中区域301每次占用的位置。

下文将参照图6详细描述获取对在z方向上延伸的一维对象中的粒子浓度进行重构所需的信号的可能。图6a表示出了x方向上的粒子浓度P。为了简化，假设三个相等宽度的区域具有相同的粒子浓度，这些区域被没有粒子的区域彼此分开。还假设磁场在X方向上线性变化，如虚线所示，它的方向在x＝x₀(因此，区域301的中心每次都处于该点)处发生翻转。最后，假设该点在x方向上以恒定的速率移动。

图6b表示了从上面的假设中得到的测试区域中全部的磁化强度M_u。所有的磁化强度服从下列关系：

$M_u=C\underset{-\∞}{\overset{+\∞}{\∫}}f(x-x_o)P\left(x\right)\mathrm{dx}\·\·\·\left(1\right)$

这里，C是常数，P(x)是在x处的粒子浓度，f(x-x₀)代表在x方向上对应于磁化特性(看图4a和4b)的磁化强度的空间变化的函数。在这个理想情况下，即当使磁化强度饱和所需的磁场的强度趋于零时，当x＜x₀时，f(x-x₀)＝-1；而x＞x₀时，f(x-x₀)＝+1。

因此获得图6b所示的变化。粒子集中的区域之外的全部磁化强度M_u于是不变，并且在这些区域中，它依照对粒子浓度的积分而变化。因此，可以从全部磁化强度的空间变化中，确定粒子浓度(通过微分)。前述要求的条件是在适当数目的位置x₀测量所有磁化强度，例如，通过SQUID。这种测试将是非常复杂的。

通过接收线圈7，时间导数d M_u/dt将比所有的磁化强度更容易确定。在理想的情况下，信号随着位置x₀或者(由于恒定的移动速率)时间函数发生变化，即，如图6c中的实线所示。然而因为不理想的磁化特性(因为在粒子变饱和前，磁场必须首先具有给定的强度)，可以获得如虚线所示的变化。浓度轮廓的锐边就不再由接收到的信号正确表示了。

这一不期望有的变化是磁化强度M(x)与方程式中函数f(x-x₀)的卷积的结果。因为函数f(x-x₀)是由粒子的磁特性确定的，因此在图像处理装置74(图5)中的卷积计算可以由这个函数的逆卷积补偿。即使在不理想的磁化特性下，也将获得在图6c中用实线表示的变化。

测试区域中磁化变化越快，线圈7感应的信号就越强。然而，区域301在整个测试区域中很难快速移动。然而，可以在随空间线性(并且缓慢)变化并且其零点x₀在x方向上移动的磁场上叠加在随时间快速变化的、最好是正弦变化的磁场(例如，频率是200kHz)。该区域中的磁化因此随被叠加的磁场而变化，这将参照图4a和4b被详细描述。

图6d表示出了线圈7感应的信号振幅随位置(或时间)而发生的变化。仅当区域301处于浓度轮廓的边缘附近时，才会出现有意义的信号幅值。这个幅值对应于粒子浓度的空间导数。因此，在这种情况下，对幅值的积分仍然要在图像处理装置74中执行。

引起区域301中磁化变化的正弦磁场和磁化的所述变化同时活跃，也就是在整个测试区域中。如果不能确保由此产生正弦磁场的线圈以及接收线圈7彼此完全感应地去耦，则随时间变化的正弦磁场就总会在接受线圈7中引起(不理想的)正弦成分，该成分叠加在由区域301中磁化变化而得到的信号上。因为磁化特性不理想并且显示出不同于饱和范围的零点的倾斜度，就出现了由区域302中得到的信号也在线圈7中感应出的进一步问题。从接收线圈7中感应的信号减去给定值的事实要被考虑到。

然而，通过考虑为了评价而代替具有线圈感应的正弦信号频率的基波的谐波(基波的高次谐波)，可以避免这个问题。这是因为，由于粒子的非线性特性，这样的高次谐波可以仅仅在区域301出现。因此，滤波器71(图5)是高通滤波器或者是仅仅能传输基波振荡的高次谐波的带通滤波器。

区域301在x方向上的移动仅仅能够确定z方向上粒子的空间分布。然而实际上，在二维或者三维的区域中，也可以确定这个分布。最后，在x方向上改变区域301位置比较慢的磁场上，叠加在y方向上周期地(例如正弦方式，也就是比在x方向明显要快但振幅要小地)改变该位置的磁场。当在X方向到达给定的位置时，在x方向上的移动发生翻转(因此，区域301移回去)，并且同时通过恒定值改变正弦场，因此，得到通过测试区域中的区域3的二维移动，如图7所示。如果在z方向上移动磁场的又一部分，在二维区域的每次扫描后被叠加在这个场上，就可以确定三维区域中粒子的空间分布。

在对测试区域或者三维对象进行三维扫描的情况下，方程式(1)就变成

$M_u=\underset{V}{\∫}f(r-r_0)P\left(r\right)\mathrm{dV}\·\·\·\left(2\right)$

重打印(heavy print)下打印的量是一些向量：M_u向量代表所有磁化强度的向量，V向量代表测试区域，r和r₀向量表示测试区域中任意点或场自由点的位置向量，f(r-r₀)是表示对应于磁化特性的磁化强度的空间变化的(向量)函数，它们受下列关系制约：

f(r-r₀)＝f(|H(r)|)·E(H(r))    (3)在这里，H(r)表示磁场强度，E(H(r))代表在磁场强度方向上的单位向量。在位置r处的粒子浓度P(r)可以通过方程式(2)由图像处理装置74(图5)中的卷积计算来确定。

如果仅仅取代磁化向量M_u的一部分，为了改善重构，可以确定在所有三个空间方向上的一个部分，每个方向上需要(至少)一个能接收相应部分的接收线圈。

依照本发明的方法比磁共振方法的优越在于，它不需要用于产生强的、空间均衡的磁场的磁体。相比于磁共振方法，必须施加的磁场的随时间稳定性和线性可以不那么严格，所以，这种装置的结构要比MR装置的结构简单得多。对必须施加的磁场的空间变化的要求也不很严格，因此，还可以使用带有“铁芯”(软磁性铁芯，例如铁)的线圈，因而，它们就会更有效、更小。

取代如图3所示的具有软磁性涂层的磁性粒子，可以使用铁磁体或者铁磁体材料的所谓单域粒子。这些粒子的大小在毫微米的尺寸范围，它很小，以致于不能形成磁畴或者外斯(Weiss)区域。这些粒子可以以合适的胶体分散系注入病人血液中。在MR领域中，这种分散系已经作为造影剂被注入。在那里使用的磁性粒子的大小为5到10nm。这个值在本发明的范围中还不是最理想的。这是因为磁场强度为了达到饱和的要求，要以1/d³减小，在这里，d是粒子的直径。因此，该粒子体积要尽可能小，而不能太大，从而可以形成磁畴。根据磁性原料，最理想的尺寸在20到800nm的范围内。

在不同的组织中，粒子被浓缩的程度也不同。这些效用也可以用于诊断，并可以通过使用能加强生物适应性的有机组织分子的包层将粒子包围起来，并对给定的生物组织进行粘性浓缩，来进一步加强这些效用。这样的粒子分布成像就形成了所谓的“分子成像”。

当磁化方向发生改变时，具有低各向异性的磁性粒子就提供了有利的作用，即因为粒子内部的磁化向量发生变化，于是单独的粒子就不需要改变它的朝向。在粒子具有高各向异性的情况下，粒子内部的磁化方向部分地发生变化，但由于粒子按磁场方向排列，也有一部分不发生变化。这种对准比粒子内部的磁化方向的变化慢，变化的速度依粒子所在的介质的粘度而定。

这个方面可以用来测量粘度(或者粒子的粘性)。最后，区域301至少两次以不同的速率被移动到测试点，或者要测量粘度的测试区域。确定测试点的磁化差别包括粘度和/或粘性的测量。这个效用还可以用来测量含有粒子的介质的流动速度，也就是，通过把区域301至少两次从不同的方向移动到测试点或者要测量流动速度的测试区域。

依照本发明的方法也可以结合MR测试一起实施，在这个过程中，至少可以使用一些线圈来接收磁信号。

Claims (17)

1、一种确定测试区域中磁性粒子空间分布的方法，该方法包括以下步骤：

a)产生磁场强度随空间而变化的磁场，使得在测试区域中形成具有低磁场强度的第一子区域(301)和具有高磁场强度的第二子区域(302)，并使高磁场强度高到足以保持磁性粒子处于磁饱和状态；

b)改变测试区域中两个子区域的空间位置，使得局部改变粒子的磁化；

c)采集测试区域中由磁化决定的信号，该信号受所述两个子区域的位置变化的影响；

d)评价该信号以提取测试区域中涉及磁性粒子的空间分布的信息。

2、如权利要求1所述的方法，其中产生随空间和时间变化的磁场，用来改变测试区域中两个子区域的空间位置。

3、如权利要求1所述的方法，其中所述信号为由于接收和评估的测试区域中磁化的时间变化而在至少一个线圈中感应出的信号，用以提取涉及测试区域中磁性粒子的空间分布的信息。

4、如权利要求3所述的方法，其中所述信号包括第一频带和第二频带，第一频带中随时间变化的磁场对所述测试区域产生影响，以改变所述两个子区域的空间位置，并且对包含了比第一频带中更高频率成分的、在线圈中感应出的信号的第二频带进行评估。

5、如权利要求1所述的方法，其中所述磁性粒子使用的是铁磁体或者铁磁体原料的单域粒子。

6、如权利要求1所述的方法，其中所述磁性粒子使用的是铁磁体或者铁磁体原料的多畴粒子。

7、如权利要求6所述的方法，其中使用基底作为所述多畴粒子，所述基底制成有μm级范围内的尺寸，并具有一个由铁磁软性原料制成的薄层，该薄层比所述尺寸更薄。

8、如权利要求5或6所述的方法，其中所述磁性粒子是用在胶体分散系中的。

9、如权利要求1所述的方法，其中所述磁性粒子使用的是具有高效的各向异性的磁性粒子，以在测试区域中测量粘性中使用。

10、如权利要求1所述的方法，其中所述磁性粒子使用的是具有高效的各向异性的磁性粒子，以在测试区域中测量包含粒子的流体的速度中使用。

11、一种确定测试区域中磁性粒子空间分布的装置，包括：

a)产生磁场强度随空间而变化的磁场，使得在测试区域中形成具有低磁场强度的第一子区域(301)和具有高磁场强度的第二子区域(302)，并使高磁场强度高到足以保持磁性粒子处于磁饱和状态的装置；

b)改变测试区域中两个子区域的空间位置，使得局部改变粒子的磁化的装置；

c)采集测试区域中由磁化决定的信号的装置，所述信号受所述两个子区域的位置变化的影响；

d)评价该信号以提取测试区域中涉及磁性粒子的空间分布的信息的装置。

12、如权利要求11所述的装置，其中产生磁场的装置包括梯度线圈系统，用于产生包括零交叉的磁梯度场，该磁梯度场的方向在测试区域中的第一子区域中发生翻转。

13、如权利要求11所述的装置，包括用于产生随时间变化的磁场的装置，该磁场叠加在磁梯度场上，并用来移动测试区域中的两个子区域。

14、如权利要求11所述的装置，所述采集信号的装置包括用于接收所述信号的线圈系统。

15、如权利要求11所述的装置，包括用于产生叠加在磁梯度场上的第一和至少第二磁场的装置，具有大振幅的第一磁场随时间变化缓慢，而具有小振幅的第二磁场随时间变化快。

16、如权利要求15所述的装置，其中测试区域中的两个磁场彼此垂直延伸。

17、如权利要求14所述的装置，该装置包括紧接着线圈系统的滤波器，并且用来抑制所采集信号中的第一频带成分，而传输该信号中的第二频带成分，第二频带包含了比第一频带中更高的频率成分。

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