CN105188529B - 磁性检测器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于检测磁性粒子的探针。在一个实施例中，探针包括：圆柱形探针芯部，具有第一端部和第二端部，圆柱形探针芯部限定用于容纳引线线圈的两个沟槽，一个沟槽与圆柱形探针芯部的第一端部相邻；两个感测线圈，每个感测线圈都位于相应的一个沟槽中；以及两个驱动线圈，每个驱动线圈与相应的感测线圈都共同位于相应的一个沟槽中。

Description

磁性检测器
相关申请的交叉参考
本申请涉及与其同时提交的代理人案号为END-006的美国专利申请，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明通常涉及用于为外科手术做准备而定位组织的医疗设备领域，并且尤其涉及用于切除的组织中检测磁性标记物的医疗设备。
背景技术
目前，在准备外科手术时，在癌症分期中的前哨***的定位过程中使用磁性传感器探针检测磁性纳米粒子，这对于外科手术来说，使确定***的位置的工作变得更容易。此外，在离体组织的病理显微镜检查之后，使用探针来检测磁性标记物还使得重新定位活检部位更容易。
用于这些***的传感器探针的发明人通过以下方式企图改进设计：降低热效应，该热效应会导致传感器中的线圈相对于彼此偏移，并且降低用户检测来自磁性纳米粒子的信号的能力；降低由于身体本身的抗磁反应所产生的干扰；以及降低由传感器探针附近的物体中感应的涡电流所产生的干扰。另外，期望使用具有改进的敏感度的更小尺寸的探针来完成所有这些功能性改进。
本发明解决了这种需求。
发明内容
在一方面，本发明涉及用于检测磁性标记物的探针。在一个实施例中，探针包括：探针芯部，具有第一端部和第二端部，探针芯部限定了用于容纳引线线圈的两个区域，一个区域与圆柱形探针芯部的第一端部相邻；两个感测线圈，每个感测线圈都位于相应的一个区域中；以及两个驱动线圈，每个驱动线圈都位于相应的一个区域中，其中所述区域以等于或大于一个线圈的直径的距离间隔开。在另一个实施例中，磁性标记物包括磁性纳米粒子。在又一个实施例中，将两个驱动线圈的组和两个感测线圈的组中的一组连接为梯度计，并且两个驱动线圈的组和两个感测线圈的组中的另一组以串联方式连接。在又一个实施例中，探针芯部的区域限定用于容纳引线线圈的两个沟槽，一个沟槽与圆柱形探针芯部的第一端部相邻，其中每个感测线圈都位于相应的一个沟槽中，其中每个驱动线圈都与相应的感测线圈共同位于相应的一个沟槽中，其中驱动线圈串联连接，并且其中感测线圈反向串联连接。
在一个实施例中，驱动线圈缠绕在感测线圈的顶部上。在另一个实施例中，探针芯部的区域限定用于容纳引线线圈的两个沟槽，一个沟槽与圆柱形探针芯部的第一端部相邻，其中每个感测线圈都位于相应的一个沟槽中，其中每个驱动线圈都与相应的感测线圈共同位于相应的一个沟槽中，其中驱动线圈反向串联连接，并且其中感测线圈串联连接。在又一个实施例中，探针的区域限定用于容纳引线线圈的四个沟槽，相应的两个沟槽位于每个相应的区域中，其中两个沟槽设置为与圆柱形探针芯部的第一端部相邻，其中每个感测线圈在每个区域中位于相应的一个沟槽中，其中每个驱动线圈在每个区域中位于相应的一个沟槽中，其中没有两个线圈占用相同的沟槽，其中驱动线圈串联连接，并且其中感测线圈反向串联连接。
在一个实施例中，探针的区域限定用于容纳引线线圈的四个沟槽，相应的两个沟槽位于每个相应的区域中，其中两个沟槽设置为与圆柱形探针芯部的第一端部相邻，其中每个感测线圈在每个区域中位于相应的一个沟槽中，其中每个驱动线圈在每个区域中位于相应的一个沟槽中，其中没有两个线圈占用相同的沟槽，其中驱动线圈反向串联连接，并且其中感测线圈串联连接。在另一个实施例中，从探针的第一端部朝向第二端部的线圈次序是感测线圈、驱动线圈、感测线圈和驱动线圈。在又一个实施例中，从探针的第一端部朝向第二端部的线圈次序是驱动线圈、感测线圈、驱动线圈和感测线圈。
在一个实施例中，从探针的第一端部朝向第二端部的线圈次序是感测线圈、驱动线圈、驱动线圈和感测线圈。在又一个实施例中，从探针的第一端部朝向第二端部的线圈次序是驱动线圈、感测线圈、感测线圈和驱动线圈。在又一个实施例中，感测线圈和驱动线圈具有不同的直径。在另一个实施例中，感测线圈和驱动线圈具有不同的匝数。
在一个实施例中，探针还包括第三驱动线圈，第三驱动线圈串联连接在第一驱动线圈和第二驱动线圈之间并且位于第一驱动线圈和第二驱动线圈之间，以形成单螺线管驱动线圈，其中每个感测线圈都位于单螺线管驱动线圈的相应的端部的附近。在另一个实施例中，单螺线管驱动线圈的每一匝都具有相同的直径。在又一个实施例中，单螺线管驱动线圈的纵向中心处的匝比螺线管驱动线圈的端部的匝具有更大的直径。在又一个实施例中，单螺线管驱动线圈的每一匝都具有相同的间隔。在又一个实施例中，单螺线管驱动线圈的纵向中心处的匝比端部的匝具有更大的间隔。
在一个实施例中，探针芯部包括的材料具有基本大于等于20×10-6m2/s的热扩散系数和基本小于3×10-5/℃的热膨胀系数。
在另一个实施例中，其中探针芯部包括的材料具有基本大于等于50×10-6m2/s的热扩散系数和基本小于5×10-6/℃的热膨胀系数。
附图说明
通过本文中结合附图所进行的描述可以更好地理解本发明的结构和功能。没有必要按比例绘制附图，而应该强调的是，通常根据示例性的原理布置附图。附图在所有方面都应该被认为是示例性的，而不意欲限制本发明，仅通过权利要求进行限定本发明的范围。
图1是根据本发明所构建的探针的实施例的框图；
图2是根据本发明所构建的探针的另一个实施例的框图；
图3是图2的探针的实施例的截面图；
图4是根据本发明所构建的使用螺线管线圈的探针的另一个实施例的框图；
图5(a-d)是四个螺线管线圈配置的截面图；
图6a是每个端部上都具有附加线圈的螺线管线圈的截面图；
图6b是由图6a的螺线管线圈生成的场的曲线图；
图7是赫姆霍兹线圈(Helmholtz coil)实施例的截面示图；
图8是初级磁场和次级磁场的调制以及所得到的频谱的曲线图；
图9是用于创建图8所示的次级磁场的次级磁场生成器的实施例；
图10是用于创建图8所示的次级磁场的次级磁场生成器的实施例；以及
图11和图12分别提供了表格1和表格2，在下文的描述中将参考该表格。
具体实施方式
首先，为了在减小线圈尺寸的同时改进线圈的敏感度，重要的是降低对探针操作的任何热效应，这对于线圈之间的几何形状的改变(尤其是轴向移动)和线圈的尺寸的任何改变具有高敏感性。必须处理的热效应之一是：当探针的端部与热的身体接触时，线圈布置的任何不对称膨胀，并且最靠近身体的线圈比远离身体的线圈具有更高的温度。在保持线圈组成物(coil former)或探针主体的低热膨胀系数的同时，减小线圈之间的温度差使得该敏感度降低。换句话说，重要的是使整个线圈的任何温度差迅速相等，从而使得通过一个端部处的热输入不能维持热梯度。
当物质具有高热扩散系数时，因为物质相对于其体积热容量或“热容积”能够快速导热，所以热量通过物质快速移动。因此，为了尽可能快地使整个线圈上的温度相等，期望具有高热扩散系数的材料用作线圈组成物(探针芯部材料)。此外，合适的材料需要是非磁性的、不导电的并且具有相对低的热膨胀系数。需要低热膨胀系数，以减少会影响线圈的相对位置的轴向和径向膨胀。表格1示出了各种材料的相关特性。
在一个实施例中，优选地，材料的热扩散系数基本大于等于20×10-6m2/s的热扩散系数并且材料的热膨胀系数基本小于3×10-5/℃。更优选地，材料的热扩散系数基本大于等于50×10-6m2/s并且材料的热膨胀系数基本小于5×10-6/℃。这种材料可以包括：
玻璃质陶瓷，诸如基于硼硅酸盐的可加工陶瓷，如(Corning Inc,NewYork)；
非玻璃质陶瓷，诸如氮化铝、氮化硼、碳化硅；
复合陶瓷，诸如Shapal-M、氮化硼和氮化铝的复合物(Tokuyama Corporation,Shunan City,Japan)；以及
填加碳和玻璃的复合物，例如填加玻璃或碳的聚醚醚酮(PEEK)。
此外，有利地，具有高硬度的材料能够避免由于机械变形而导致的线圈位置的改变。在一个实施例中，材料的杨氏模量大于等于40GPa，优选地大于等于80GPa，并且该材料在其他材料限制的情况下可以实现尽可能高的韧度。对于陶瓷来说，在该应用中，例如，当敲击探针或探针掉落时，可能的故障模式是能量(或冲击)导致的脆性断裂。在这种情况下，相关的材料特性是韧度GiC≈KiC 2/E(KJm-2)，并且表2中还列出了其他的探针信息。
通过将从探针外部传递至探针内部的热量最小化来进一步降低探针对于温度变化的敏感度。这通过使用高导电率的聚合物材料作为外壳来实现，使得外壳的内表面更接近等温表面，因此最小化探针内部的热梯度并且提供具有空气或高隔热材料(诸如围绕探针芯部或组成物以及绕组的气凝胶或真空间隙)的隔热层。除了材料的选择以外，可以选择线圈配置来降低热效应。
在一个实施例中，探针包括具有两个感测线圈和两个驱动线圈的线圈组成物。感测和驱动线圈布置为两对，每一对都由彼此接近的一个感测线圈和一个驱动线圈组成。通过将一个感测和驱动线圈对定位为靠近探针的感测尖端以及将第二对线圈定位为远离第一对线圈一轴向距离来最大化探针的磁性感测性能。在该线圈对中，该距离优选地大于最小线圈的直径，并且更加优选地大于最大线圈的直径。通过实例的方式，在一个实施例中，最大线圈的直径是15mm，而在另一个实施例中，该最大线圈的直径是12mm。另外，每一对线圈都被布置为使得通过由驱动线圈所生成的场在每个感测线圈中感应的电压近似相等并且方向相反。例如，如果两个感测/驱动线圈对S1、D1和S2、D2至少以线圈直径间隔开，那么通过来自D1和D2的组合驱动场而在S1中感应的电流与通过来自D1和D2的组合驱动场而在S2中感应的电流大小相等并且方向相反。优选地，将感测线圈布置为第一次序梯度计，以最小化远场源的影响。
在探针4的一个实施例中(图1)，线圈10、10'、16、16'共同定位，使得每个驱动线圈10、10'都与感测线圈16、16'共同位于相同位置处。可以使用感测线圈和驱动线圈的布置的任意次序。在一个实施例中，驱动线圈缠绕在感测线圈的顶部上，以最小化来自驱动线圈的热膨胀的任何影响，其中驱动线圈由于欧姆加热而升温。热效应在线圈具有非常小的直径(如，小于15mm)时没有敏感度重要的情况下，该布置是有用的。因为该布置不需要驱动线圈与感测线圈的特定直径和间隔，所以该布置适合用于外部直径非常小的探针。在一个实施例中，该探针具有小于15mm的直径，甚至具有小于10mm的直径。
在探针6的另一个实施例中(图2)，驱动线圈10、10'和感测线圈16、16'交错，其中，驱动线圈10、10'分离，以及感测线圈16、16'被划分为两部分。在每一对线圈中，选择驱动线圈相对于感测线圈的间隔，使得两个线圈中的较大线圈的膨胀对该线圈对的互感的影响最小化。这还有助于最小化热膨胀的影响。因为敏感度随距离而缓慢降低，所以该布置提供了改进的感测。在该布置中，感测线圈最靠近探针的感测端，以最大化感测距离。在该布置中，从感测端，线圈次序为SD-SD，其中D表示驱动线圈，S表示感测线圈。参考图3，示出了探针20的实施例的截面图，该探针20包括壳体24、温度阻挡件26和线圈组成物或探针芯部30，该线圈组成物或探针芯部具有其中形成有线圈10、10'、16、16'的环形槽28。
保持每个驱动/感测对的相关布置的其他实施例也在本发明的范围内。这些实施例包括不同次序的、对称的线圈对，如SD-DS、DS-DS和DS-SD，以及线圈对之间的变化的间隔。在每种情况下，连接线圈，使得驱动线圈或感测线圈中的一对形成梯度计。串联连接感测线圈或驱动线圈中另一对，即，以相同的形式来形成简单的磁力计。假如在每种情况下驱动线圈组的梯度计的次序与感测线圈组的梯度计的次序相差一，更高次序的梯度计可以用于任一组线圈。例如，感测线圈可以形成第二次序梯度计，而驱动线圈可以形成第一(或第三)次序梯度计。
在一个实施例中，绕组连同电子设备电路一起被布置为使得线圈绕组的外层接近电子设备的接地电势。这使探针与被假定为接地电势的患者的身体之间的电容耦合最小化。
又一实施例包括：结合上述实施例中的任何一个，将感测线圈制作为两个直径中较大的一个(而不是驱动线圈)。如果较小的标准引线(gauge wire)用于感测线圈(由于该引线仅承载微小电流)，那么将感测线圈制造为两个线圈中较大的一个是有利的，因为这允许在感测线圈/驱动线圈对的特定布置内最大化驱动线圈和感测线圈的平均直径。因此，增大的直径和由此增大的线圈的面积增大了磁性传感器的敏感度。较大的标准引线可以用于驱动线圈，以最小化欧姆加热。
此外，当减小探针的直径时，近场中的磁性敏感度相应地减小了因数r4(驱动场降低了r2并且感测能力降低了r2)并且远场中的磁性敏感度减小因数r6。因此，为了保持较小直径的探针中的类似的磁性敏感度等级，增加线圈(尤其是感测线圈)的匝数。然而，由于副作用，所以这也将任何噪声或漂移以相同因数被放大。因此，应该预料到，由于通过温度改变导致的线圈几何结构的改变而产生的漂移会被放大。
然而，通过使用交错的线圈布置和Shapal-M线圈芯部，由于接触温暖的身体而产生的热漂移可以保持在可接受水平。例如，利用交错的线圈布置的较小直径的探针，响应于与37℃的温暖的身体接触的信号改变约为一个现有***中的等效信号改变的86％。因为较小的探针具有两倍的线圈匝数，所以信号改变比该值大的多。
在又一实施例(图4)中，螺线管31用作激励(驱动)线圈，并且两个感测线圈34位于螺线管31内部。只要感测线圈34不太靠近螺线管31的端部，感测线圈就能经历来自螺线管31的基本均匀的磁场。该布置的益处在于：例如，由于热膨胀而产生的相对于螺线管31的微小移动将不会干扰感测线圈34的(磁性)平衡。此外，螺线管还为感测线圈和线圈芯部提供附加的导热路径，以有助于使所有线圈上的温度相等。通过选择引线标准，可以将螺线管的欧姆加热效应最小化。螺线管线圈还形成用于感测线圈静电屏蔽。
靠近螺线管端部的场越均匀，感测线圈可以设置为越靠近探针端部的位置，并且敏感度越好。螺线管端部处的场的均匀性通过适当的设计线圈进行优化，例如，通过改变间隔、直径、间隔和直径或螺线管线圈的形状(图5(a-d))。本领域的技术人员已知这种螺线管的设计和制造。
图6a与曲线图(图6b)一起示出了具体实例，该曲线图示出了对所得到的标准化的磁场强度建模的结果。通过在螺线管44的端部处添加两个线圈40、40'，与只有螺线管的场(50)相比，改善了沿着长度方向的场的均匀性(46)。螺线管驱动线圈的特殊外壳是驱动线圈由赫姆霍兹线圈对形成的外壳，其中线圈之间的间距l基本等于线圈的半径(r)(图7)。赫姆霍兹线圈是在两个线圈之间提供恒定磁场的区域的公知布置，并且该区域进一步延伸到具有不同的间距与半径比率的线圈的任何其他布置中。
除了操纵线圈和其结构以及位置之外，又一实施例解决区分来自氧化铁纳米粒子的信号与来自其他金属物体的信号的问题。在该实施例中，以比初级驱动场低的频率生成次级变化的磁性驱动场，并且该次级变化的磁性驱动场具有与初级驱动场可比拟的幅度或比初级驱动场大的幅度。次级驱动场调制磁性纳米粒子的磁化率，并且在通过感测线圈接收的光谱中以频率f0±2nf1创建附加频率分量，其中f0是初级驱动场频率，而f1是次级驱动场频率，以及n是总数(图8)。可以通过分析这些附加频率来检测磁性纳米粒子的存在，其中这些附加频率是初级驱动频率和次级驱动频率混合的结果。
在一个实施例中，测量f0±2f1处的旁瓣(side lobe)的幅值，以检测磁性纳米粒子的存在。在可选实施例中，测量旁瓣的幅值Af0±2f1与基频(fundamental)的幅值Af0的比率(Af0±2f1/Af0)。导致频率的有利结合的其他实施例是可能的。这些分量对于线圈结构和几何结构的不平衡、温度效应以及对于涡电流不太敏感或甚至不敏感。因此，通过适当的信号处理，可以减少或消除来自线圈结构和几何结构的不平衡、温度敏感度和金属物体的不期望的干扰。
实际上，在最先进(state-of-the-art)的和有成本效益的结构的制约下，很难实现完美的电磁平衡所需要的结构的几何对称性，并且通常存在某些程度的残余不平衡。此外，例如，当探针的端部(一个线圈附近)与温暖的身体接触时，因为线圈的几何结构由于热膨胀会产生轻微变化，所以线圈经历的温度波动(尤其是非均匀的改变)将在线圈中创建附加的动态不平衡。
线圈中的这些不平衡其本身表现为通过感测线圈导致的基频初级驱动频率f0处的干扰信号，该感测线圈检测来自驱动线圈的没有直接消除的残留的磁信号。然而，通过纳米粒子对fl的磁响应仅生成由次级频率f1导致的混合的或调制的频率f0±2nf1处的任何信号，因此在这些频率处，不存在由任何线圈不平衡而导致的干扰信号分量。因此，从由感测线圈所接收的所有信号中提取这些分量，这些频率分量可以用于检测纳米粒子的存在并且将这些频率分量与由线圈的磁不平衡所导致的干扰区分开，其中由结构的缺点或热诱发的扭曲导致线圈的磁不平衡。
此外，来自探针的驱动场将在任何导电物体中感应涡电流，如充分接近的金属表面，并且然后，感测线圈可以拾取由涡电流创建的磁场作为外部信号。然而，由于上述的不平衡，所以不存在与由涡电流产生的信号混合的频率。因此，混合的或调制的频率f0±2nf1没有示出由涡电流生成的场的任何分量，这意味着可以将非铁磁性材料与纳米粒子区别开。因此，从由感测线圈接收的所有信号中提取这些分量，这些f1频率的分量可以用于检测纳米粒子的存在并且将它们与非铁磁性材料区别开。因为纳米粒子生成旁瓣，所以旁瓣的存在指示纳米粒子，并且通过测量旁瓣的幅值来获得存在纳米粒子的这样一种测量结果。旁瓣的幅值越大，确定的纳米粒子越多。为了调节信号中的噪声，有可能通过使用旁瓣的幅值Af0±2nf1与基频的幅值Af0的比率(Af0±2nf1/Af0)来标准化存在纳米粒子的测量结果，其中n是总数。
将***制作为对涡电流不敏感的附加益处在于：可以增大初级驱动频率，以在更高的频率下充分利用磁性纳米粒子的增大的敏感度。例如，可以将频率增大至显著地大于10kHz，如，增大至50kHz或100kHz或250kHz或更大。然而，铁磁性材料会呈现涡电流和磁响应，并且具有与纳米粒子类似的非线性磁特性。因此，不易于将响应的磁性部分与磁性纳米粒子区分开。
因为磁性纳米粒子具有非线性频率响应，所以可以将粒子的响应与身体的抗磁效应区分开，其中，该抗磁效应具有线性效应。因此，本发明还可以用于屏蔽抗磁效应。
次级驱动场的使用适用于任何一个线圈的实施例，并且对于任何给定的实施例，磁场的检测将对线圈中的不平衡更加不敏感。假如可以有效地滤除基准频率，该***不需要平衡的线圈布置，但是实际上由于其他的理由(如，为了避免使输入电子设备饱和)，期望这种平衡的线圈布置。
选择次级驱动场的频率，以提供距离初级驱动频带足够的频率间距。例如，该次级驱动场的频率可以在初级频率的0.5％至10％的区域中，并且优选地在1％至5％的区域中。对于100kHz的初级频率，可以使用10Hz至10kHz的次级频率，更加优选地可以使用介于100Hz与1kHz之间的次级频率。例如，在一个实施例中，初级频率为100kHz，并且次级频率为1kHz。有利地，可以将次级频率选择为电源频率的多倍，如n×50Hz或n×60Hz，使得可以由电源频率获得次级频率，但是电源频率不干扰感测。例如，初级频率可以为10kHz，并且次级频率为200Hz。此外，对于给定等级的电源输入，谐振驱动电路可以用于生成初级场，以最大化磁场强度。对于像前哨***活组织检查这样的临床应用，在至少为15微特斯拉的感兴趣区域中的次级场强度是适当的，并且优选地大于25微特斯拉的感兴趣区域中的次级场强度是适当的。
在一个实施例中，通过包含感测驱动场和初级驱动场的手持型探针来生成次级磁场，例如，通过具有移动的永久磁体来生成次级磁场。例如，磁体的移动可以是摆动、旋转或振动移动。可选地，在一个实施例中，将附加线圈添加至探针，并且驱动该附加线圈，以创建时变磁场。在另一个实施例中，例如，通过放置在患者附近的器件的方式来生成远离探针的次级场。在另一个实施例中，在位于被感测的病变区(area of patient)下方或邻近病变区的衬垫中生成场。通过线圈或多个线圈生成场，该线圈或多个线圈被布置为创建合适的次级磁场。当使用单个线圈时，期望线圈直径为至少200mm，并且期望线圈中心处的场强度为2.5mT(或H场为2000A/m)，使得在使用探针的感兴趣的区域中具有足够的次级场强度。
更具体地，参考图9，可以通过使用以期望频率旋转的电动机54旋转永久磁体50、50'，来生成交替的次级场。旋转的永久磁体具有的优势在于：该永久磁体包含在手持型探针内。这种小电动机54能够使稀土磁体50旋转，使得磁体的磁极随着每一次旋转而改变。可选地，参考图10，可以通过驱动线圈60来电磁生成次级场，该驱动线圈位于由信号生成器驱动的手持型探针的后部。
应该理解，只要当前的教导仍然是可操作的，步骤的次序或执行某些动作的次序就是无关紧要的。此外，可以同时执行两个或多个步骤或动作。
应该理解，为了清楚地理解本发明，本发明的附图和说明书简化为示出相关元件，同时为了简洁的目的，去除了其他元件。然而，本领域的普通技术人员将承认，这些和其他元件可以是期望的。然而，因为这种元件是本领域中公知的，并且因为这种元件不能有助于更好地理解本发明，所以本文没有提供这种元件的讨论。应该理解，为了示例性的目的示出附图，而不是作为结构图。省略的细节和修改或可选的实施例在本领域的普通技术人员预见的范围内。
在不脱离本发明的精神或其必要特征的情况下，可以以其他特定形式来实施本发明。因此，在所有方面，上述实施例都应该被认为是示例性的，而不是对于本文所描述的发明的限制。因此，通过所附权利要求来表明本发明的范围，而不是通过上述说明书来指出本发明的范围，并且在权利要求的等同含义和范围内进行的所有改变都意欲包含在本发明的范围内。

Claims (27)

1.一种用于检测磁性标记物的手持型探针，包括：
壳体；
位于所述壳体内的探针芯部，以及位于所述探针芯部和所述壳体之间的温度阻挡件；所述探针芯部的材料是非磁性和不导电的；
所述探针芯部具有第一端部和第二端部，所述探针芯部限定用于容纳引线线圈的两个区域，一个区域与圆柱形探针芯部的第一端部相邻；
两个感测线圈，每个感测线圈都位于相应的一个区域中；以及
两个驱动线圈，每个驱动线圈都位于相应的一个区域中，
其中，所述区域以等于或大于所述线圈中的一个的直径的距离轴向间隔开，每一区域的感测线圈和驱动线圈彼此接近以在每一区域形成一感测和驱动线圈对，所述感测和驱动线圈对包括第一感测和驱动线圈对和第二感测和驱动线圈对；
通过将第一感测和驱动线圈对定位为靠近探针的感测尖端以及将第二感测和驱动线圈对定位为远离第一感测和驱动线圈对一轴向距离来最大化探针的磁性感测性能。
2.根据权利要求1所述的探针，其中，所述磁性标记物包括磁性纳米粒子。
3.根据权利要求1所述的探针，其中，将两个驱动线圈的组和两个感测线圈的组中的一组连接为梯度计，并且所述两个驱动线圈的组和所述两个感测线圈的组中的另一组以串联方式连接。
4.根据权利要求1所述的探针：
其中，所述探针芯部的区域限定用于容纳引线线圈的两个沟槽，一个沟槽与所述圆柱形探针芯部的第一端部相邻，
其中，所述每个感测线圈都位于相应的一个沟槽中，
其中，所述每个驱动线圈都与相应的感测线圈共同位于相应的一个沟槽中，
其中，所述驱动线圈串联连接，以及
其中，所述感测线圈反相串联连接。
5.根据权利要求1所述的探针，其中，所述驱动线圈缠绕在所述感测线圈的顶部上。
6.根据权利要求1所述的探针：
其中，所述探针芯部的区域限定用于容纳引线线圈的两个沟槽，一个沟槽与所述圆柱形探针芯部的第一端部相邻，
其中，所述每个感测线圈都位于相应的一个沟槽中，
其中，所述每个驱动线圈都与相应的感测线圈位于相应的一个沟槽中，
其中，所述驱动线圈反相串联连接，以及
其中，所述感测线圈串联连接。
7.一种用于检测磁性标记物的探针，包括：
壳体；
位于所述壳体内的探针芯部，以及位于所述探针芯部和所述壳体之间的温度阻挡件；所述温度阻挡件为隔热层或空气间隙；所述探针芯部的材料是非磁性和不导电的；
所述探针芯部具有第一端部和第二端部，所述探针芯部限定用于容纳引线线圈的两个区域，一个区域与圆柱形探针芯部的第一端部相邻；
两个感测线圈，每个感测线圈都位于相应的一个区域中；以及
两个驱动线圈，每个驱动线圈都位于相应的一个区域中，
其中，所述区域以等于或大于所述线圈中的一个的直径的距离间隔开；
其中，所述探针的区域限定用于容纳引线线圈的四个沟槽，相应的两个沟槽位于每个相应的区域中，
其中，两个沟槽设置为与所述圆柱形探针芯部的第一端部相邻，
其中，所述每个感测线圈在每个区域中位于相应的一个沟槽中，
其中，所述每个驱动线圈在所述每个区域中位于相应的一个沟槽中，
其中，没有两个线圈占用相同的沟槽，
其中，所述驱动线圈串联连接，以及
其中，所述感测线圈反相串联连接。
8.根据权利要求1所述的探针：
其中，所述探针的区域限定用于容纳引线线圈的四个沟槽，相应的两个沟槽位于每个相应的区域中，
其中，两个沟槽设置为与所述圆柱形探针芯部的第一端部相邻，
其中，所述每个感测线圈在每个区域中位于相应的一个沟槽中，
其中，所述每个驱动线圈在所述每个区域中位于相应的一个沟槽中，
其中，没有两个线圈占用相同的沟槽，
其中，所述驱动线圈反相串联连接，以及
其中，所述感测线圈串联连接。
9.根据权利要求7所述的探针，其中，从所述探针的第一端部朝向第二端部的线圈次序是感测线圈、驱动线圈、感测线圈和驱动线圈。
10.根据权利要求8所述的探针，其中，从所述探针的第一端部朝向第二端部的线圈次序是感测线圈、驱动线圈、感测线圈和驱动线圈。
11.根据权利要求7所述的探针，其中，从所述探针的第一端部朝向第二端部的线圈次序是驱动线圈、感测线圈、驱动线圈和感测线圈。
12.根据权利要求8所述的探针，其中，从所述探针的第一端部朝向第二端部的线圈次序是驱动线圈、感测线圈、驱动线圈和感测线圈。
13.根据权利要求7所述的探针，其中，从所述探针的第一端部朝向第二端部的线圈次序是感测线圈、驱动线圈、驱动线圈和感测线圈。
14.根据权利要求8所述的探针，其中，从所述探针的第一端部朝向第二端部的线圈次序是感测线圈、驱动线圈、驱动线圈和感测线圈。
15.根据权利要求7所述的探针，其中，从所述探针的第一端部朝向第二端部的线圈次序是驱动线圈、感测线圈、感测线圈和驱动线圈。
16.根据权利要求8所述的探针，其中，从所述探针的第一端部朝向第二端部的线圈次序是驱动线圈、感测线圈、感测线圈和驱动线圈。
17.根据权利要求3所述的探针，其中，所述感测线圈和所述驱动线圈具有不同的直径，所述感测线圈的直径大于驱动线圈的直径。
18.根据权利要求17所述的探针，其中，最大的线圈的直径小于15mm。
19.根据权利要求17所述的探针，其中，所述感测线圈和所述驱动线圈具有不同的匝数，驱动线圈比感测线圈具有更大的标准引线。
20.根据权利要求17所述的探针，其中，所述感测线圈和所述驱动线圈具有不同的匝数。
21.根据权利要求1所述的探针，还包括：
第三驱动线圈，所述第三驱动线圈串联连接在第一驱动线圈与第二驱动线圈之间并且位于所述第一驱动线圈与所述第二驱动线圈之间，以形成单螺线管驱动线圈，
其中，所述每个感测线圈都位于所述单螺线管驱动线圈的相应端部附近。
22.根据权利要求21所述的探针，其中，所述单螺线管驱动线圈的每一匝都具有相同的直径。
23.根据权利要求21所述的探针，其中，所述单螺线管驱动线圈的纵向中心处的匝比端部处的匝具有更大的直径。
24.根据权利要求21所述的探针，其中，所述单螺线管驱动线圈的每一匝都具有相同的间隔。
25.根据权利要求21所述的探针，其中，所述单螺线管驱动线圈的纵向中心处的匝比端部处的匝具有更大的间隔。
26.根据权利要求1所述的探针，其中，所述探针芯部包括的材料具有基本大于等于20×10-6m2/s的热扩散系数和所述热扩散系数定义为：导热率/(密度×比热容)。
27.根据权利要求1所述的探针，其中，所述探针芯部包括的材料具有9×10-3KJm-2,35×10-3KJm-2,36×10-3KJm-2,或39×10-3KJm-2的韧度，所述韧度定义为：断裂韧度的平方/杨氏模量。
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