KR102212619B1 - 자성 입자의 물리량을 결정하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

볼륨 내 포함된 자성 입자를 구성하는 특정 요소의 정량화가 기재된다. 제1 크기 및 제1 주파수 f_Bo를 갖는 제1 시변 자기장 B₀(t)를 상기 볼륨에 인가하고, 상기 제1 자기장과 평행이 아닌 제2 시변 자기장 B₁(t)을 인가하여 자화된 입자의 세차를 야기하는 것이 수행된다. 제2 자기장은 상기 특정 요소의 라모어-주파수 f_L와 동일한 제2 주파수를 갖는 RF 장이다. 그 후 볼륨으로부터 기원하고 시변 장에 의해 변조되는 최종 자화 M(t)가 측정되고 최종 자화의 적어도 하나의 주파수 성분 f_B1±nf_B0, n=1,3,5,...이 결정된다. 적어도 하나의 주파수 성분의 파워 및/또는 전압이 계산되고 볼륨에 포함되는 자성 입자의 물리량이 이를 기초로 결정된다.

Description

자성 입자의 물리량을 결정하기 위한 시스템 및 방법

본 발명은 일반적으로 자성 입자, 가령, 상자성 입자(paramagnetic particle)의 특징화 분야와 관련된다. 더 구체적으로, 본 발명은 한 볼륨 내 존재하는 자성 입자의 물리량을 결정하기 위한 시스템 및 방법뿐 아니라 이를 기초로 하는 이미징 방법과 관련된다.

전자 상자성 공명(EPR: Electron paramagnetic resonance)은 핵 자성 공명(NMR: nuclear magnetic resonance)에서 사용되는 것과 유사한 물리학적 개념을 기초로 하는 재료의 분광분석을 가능하게 한다. NMR은 넌-제로(non-zero) 스핀을 갖는 핵종을 포함하는 재료의 분석을 가능하게 하지만, EPR은 적어도 하나의 홀전자(unpaired electron)를 갖는 화학제를 포함하는 재료에만 적용 가능하다. NMR은 물과 탄화수소에 풍부하게 존재하는 수소 원자를 포함하는 재료의 분석에서 특히 유용함을 증명했다. 또한, NMR을 기초로 하는 이미징 기법인 자성 공명 이미징(MRI)이 서로 다른 조직에서의 물 밀도 및 복합적인 스핀-스핀 및 스핀-격자 상호작용에 의해 야기되는 미묘한 콘트라스트 때문에 의료 진단에서 가치 있는 도구이다.

다른 한편으로, 대부분의 안정한 화학 화합물에서 모든 전자가 짝지어지기 때문에, 과거에 EPR은 적용분야가 적었다. 그러나 EPR의 강점은 높은 특수성에 있다. EPR은 조직 내 자유 라디칼의 검출 및 이미징에 쉽게 사용될 수 있지만, 특정 스핀-라벨링된 생물학적 추적자 분자의 개발이 생물학 및 의학에서 다양한 생리적 기능을 분석하기 위한 EPR의 사용 기회, 그리고 특히, EPR 기반 이미징 기법의 사용 기회를 야기했다. 이는 종래의 수단에 의해서는 연구될 수 없는 생물학적 수단에 특정적인 새로운 추적자 및 핵의학에서 사용되는 추적자의 방사성핵종에 의해 야기되는 묵시적인 방사선 노출 없는 대안에 대한 길을 개척한다.

EPR은 일반적으로 5mT 내지 1.25T 또는 그 이상의 DC 자기장을 이용하여, 넌-제로 전자 스핀을 갖는 입자의 자기 편극을 야기할 수 있다. 협대역 무선 주파수가 사용되어, 자화를 교란시키고 공명을 야기할 수 있다. 라모어 세차 주파수(Larmor precession frequency)라고 일컬어지는 공명이 발생하는 주파수가 인가된 자기장 강도 및 특정 물질 속성에 따라 달라지고, 약 자기장 강도에 대한 200MHz에서부터 강 자기장 강도에 대한 35GHz 또는 그 이상의 범위를 가질 수 있다. 저 자기장(< 30 mT) 저 주파수(< 1 GHz) 영역이 조직 내 감소된 유전 손실 때문에 생물학 및 의학 분야에서 관심을 받고 있다.

EPR 신호를 이용한 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 물리량의 정량화가 종래의 EPR 측정을 이용해 EPR 신호 상에서 직접 수행될 수 있다. 그럼에도, 광범위한 농도를 다루고 정확한 정량화를 수행하기 위한 개선의 여지가 아직 있다.

본 발명의 실시예의 목적은 대상에서 자성 입자, 가령, 상자성 입자를 정량화하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 광범위한 농도에 대해, 전자 상자성 공명(EPR) 측정을 기초로 대상 내 자성 입자, 가령, 상자성 입자를 정확하게 정량화하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다는 것이 본 발명의 실시예의 이점이다. 물리량의 정확한 결정이 수행될 수 있다는 것이, 특정 매체 및 볼륨 내 철계 자성 입자, 가령, 상자성 입자를 이용하는 본 발명의 실시예의 이점이다. 생체내 특성화와 무생물체의 특성화 모두를 위한 많은 경우와 호환 가능한 입자를 이용할 수 있다는 것이 본 발명의 실시예의 이점이다.

자성 입자, 가령, 상자성 입자의 상자성 공명을 정확하고 효과적인 방식으로 검출하기 위한 EPR 기반 이미징 기법을 이용해 고속 이미징 및/또는 용적 이미지가 획득될 수 있다는 것이 본 발명에 따르는 실시예의 이점이다.

이 목적은 본 발명의 실시예에 따르는 방법 및 장치에 의해 이뤄진다.

본 발명은 한 볼륨 내에 포함된 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 물리량을 결정하는 방법과 관련되며, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:

a) 제1 자기장(B₀)을 상기 볼륨에 인가하여, 상기 자성 입자, 가령, 상자성 입자를 자화하는 단계 - 제1 자기장(B₀)은 제1 크기 및 제1 주파수(f_B0)를 갖는 시변 장임 - ,

b) 제1 자기장(B₀)과 평행하지 않는 제2 자기장(B₁)을 상기 볼륨에 동시에 인가하여 자화된 입자의 세차를 야기하는 단계 - 제2 자기장은 제1 자기장(B₀)에 노출될 때 상기 특정 요소의 라모어-주파수(f_L)와 실질적으로 동일하도록 선택된 제2 주파수(f_B1)를 갖는 RF 장임 - ,

c) 볼륨으로부터 기원한 최종 자화(M)를 측정하는 단계 - 최종 자화(M)가 시변 장에 의해 변조됨 - ,

d) 최종 자화의 적어도 하나의 주파수 성분 f_B1±nf_B0, n=1,3,5,... (즉, n은 홀수 값)을 결정하는 단계, 및

e) 최종 자화의 적어도 하나의 주파수 성분 f_B1±nf_B0, n=1,3,5,... (즉, n은 홀수 값)의 파워 및/또는 전압을 계산하고 상기 전력 및/또는 전압으로부터 볼륨 내에 포함된 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 물리량을 결정하는 단계.

최종 자화의 변조가 시변 장에 의한 진폭 변조일 수 있지만, 시변 장에 의한 또 다른 유형의 변조일 수도 있다.

"물리량"은 (상기 볼륨 내) 원자 수, 세포 수, 또는 질량 또는 농도, 또는 그 밖의 다른 방식으로 표현될 수 있다.

신뢰 가능하게 검출될 수 있는 비교적 높은 신호를 제공하다는 것이 EPR을 이용하는 본 발명의 실시예의 이점이다. 송신 측과 수신 측을 평행하지 않게 만듦으로써 각각의 부분에 더 많은 증폭이 적용될 수 있다는 것이 본 발명의 실시예의 이점이다.

상기 물리량이 얻어질 수 있는 특정 스펙트럼 성분을 갖는 스펙트럼을 제공한다는 것이 변조된 신호를 이용하는 본 발명의 실시예의 이점이다. 변조의 한 가지 바람직한 예시는 본 발명의 실시예에서 용이하게 구현될 수 있는 진폭 변조이다.

수십 배 극도로 감도가 높다는 것이 본 발명에 따르는 방법의 실시예의 이점이다. 예를 들어, 시스템 및 환경에서 서로 다른 전자 성분의 노이즈 기여분이 정확하게 제어될 수 있음을 고려하여 1나노그램(ng) 또는 그 이하까지의 범위에서 질량을 결정하는 것을 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 검출될 수 있는 질량은 예를 들어 약 30 내지 약 150㎕의 볼륨에서 적어도 9ng 내지 4500㎍의 범위이다.

예를 들어 자성 입자는 전자 상자성 거동이 해당 분야의 통상의 기술자에게 알려진 Fe2O3 또는 Fe3O4일 수 있다. 이러한 유형의 입자는 또한 가령, 특징화 실험뿐 아니라 의료 분야에서도 널리 적용 가능하다. 입자(가령, 20nm 내지 500nm의 평균 지름을 갖는 나노입자)의 크기 또는 형태에 무관하게, 물리량이 정확하게 결정될 수 있게 한다는 것이 본 발명의 실시예의 이점이다.

특정 예시에서, 상자성 입자는 철과 관련되며, 제1 주파수는 약 200Hz이고, 제1 자기장의 크기는 약 10.7mT 피크이며, 제2 주파수(라모어 주파수)는 약 300MHz이다.

어떠한 완벽한 포화도 필요하지 않다는 것이 본 발명의 실시예의 이점이다. 포화가 필요한 경우가 기재된 참고문헌 B. Gleich 및 J. Weizeneckerp, Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles. Nature, 435:1214-1217, 2005과 비교할 수 있다.

최종 자화의 적어도 하나의 주파수 성분 f_{B1 ±}nf_B0, n=1,3,5,... (즉, n은 홀수 값)을 결정하는 단계가 최종 자화의 주파수 스펙트럼을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

적어도 하나의 주파수 성분 f_{B1 ±}nf_B0, n=1,3,5,... (즉, n은 홀수 값)을 결정하는 단계는 제2 주파수(f_B1) 빼기 제1 주파수(f_Bo)와 동일한 주파수(즉, f_B1-nf_B0, 이때 n = 1, 3, 5, ..., 즉, n은 홀수 값)에서, 또는 제2 주파수(f_B1) 더하기 제1 주파수(f_Bo)와 동일한 주파수(즉, f_B1+nf_Bo, 이때 n = 1, 3, 5, ..., 즉, n은 홀수 값)에서 적어도 하나의 주파수 성분을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

주파수(f_B1+nf_B0)는 또한 "상측파대(upper-side-band)"라고 알려지고, 주파수(f_B1-nf_B0)는 또한 "하측파대(lower side-band)"라고 알려진다. 이들 주파수는 변조된 파형의 첫 번째 상측파대 및 첫 번째 하측파대에 대응한다.

상기 파워 및/또는 전압으로부터 한 볼륨 내에 포함된 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 물리량을 결정하는 단계는 상기 적어도 하나의 스펙트럼 성분의 파워 및/또는 전압과 상기 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 질량 간 선형 관계를 기초로 물리량을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 파워 및/또는 전압으로부터 한 볼륨 내에 포함된 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 물리량을 결정하는 단계는 상기 파워 및/또는 전압을 상기 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 알려진 물리량에 대해 결정된 기준 파워에 비교하는 단계를 포함할 수 있다.

일반적으로 기준 값이 상기 요소의 알려진 물리량을 갖는 샘플 볼륨을 이용해 교정에 의해 획득된 값이다. 이러한 교정은 알려지지 않은 샘플의 측정 시에서 수행될 수 있지만 복수의 추가 측정을 위해 재사용될 수 있는 결과를 갖는 저장된 교정 측정치일 수도 있다.

시변 제1 자기장은 주기적 시변 장일 수 있다.

시변 제1 자기장은 사인파형을 가질 수 있다.

시변 제2 자기장은 주기적 시변 장일 수 있다.

시변 제2 자기장은 사인파형을 가질 수 있다.

시변 제2 자기장은 사인파형을 가질 수 있다.

제1 자기장 B₀의 주파수는 거의 DC에서 최대 수 kHz까지의 주파수일 수 있다. 예를 들어, 제1 자기장의 주파수가 10Hz 내지 30000Hz의 범위, 바람직하게는, 70Hz 내지 400Hz, 예를 들어 약 200Hz일 수 있다.

제2 자기장 B₁의 주파수가 거의 수 MHz에서 최대 수 MHz까지의 주파수일 수 있다. 예를 들어, 제2 자기장의 주파수는 바람직하게는, 50MHz 내지 1000MHz, 예를 들어 약 300MHz의 주파수일 수 있다.

다른 주파수 f_B1±nf_B0(이때 n=3, 5, ....)보다 파워 및/또는 전압이 훨씬 더 높은 주파수 f_B1±nf_B0(이때 n=1)를 이용하는 것이 바람직하다. nf_B0(이때 n=1)보다 훨씬 더 낮은 파워 콘텐츠를 갖는 nf_B0(이때 n=3)이 측정되는 참고문헌 B. Gleich 및 J. Weizeneckerp, Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles. Nature, 435:1214-1217, 2005과 비교할 수 있다.

제1 신호원 및 제2 신호원에 대해 하나의 톤 사인파형을 이용하는 것이, 스펙트럼 성분이 쉽게 식별 가능하다는 점에서 바람직하다.

마지막으로, 측정 장비를 구축하기 위한 요건은, SUT(Sample Under Test) 없이 시스템 자체가 선형 시불변 시스템이라는 것이다. SUT 자체는 비선형일 수 있다.

본 발명은 한 볼륨 내에 포함되는 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 물리량을 결정하기 위한 시스템과 관련되며, 상기 시스템은 다음을 포함한다:

a) 제1 자기장(B₀)을 볼륨에 생성 및 인가하여, 상기 자성 입자, 가령, 상자성 입자를 자화하기 위한 제1 신호원 및 제1 자기장 생성 요소 - 제1 자기장(B₀)은 제1 크기 및 제1 주파수(f_B0)를 갖는 시변장임 - ,

b) 상기 볼륨에 제1 자기장(B₀)과 평행하지 않고 상기 자성 입자, 가령 상자성 입자의 라모어 주파수(f_L)와 동일한 주파수(f_B1)를 갖는 제2 자기장(B₁)을 인가하여 자화된 입자의 세차를 야기하도록 배열된 제2 신호원 및 제2 자기장 생성 요소,

c) 최종 자화를 측정하기 위한 감지 요소 - 상기 최종 자화(M)는 시변 장에 의해 변조, 가령, 진폭 변조됨 - ,

d) 최종 자화의 적어도 하나의 주파수 성분 f_B1±nf_B0, n=1,3,5,... (즉, n은 홀수 값)을 결정하도록 프로그램되고 최종 자화의 적어도 하나의 주파수 성분 f_B1±nf_B0, n=1,3,5,... (즉, n은 홀수 값)의 파워 및/또는 전압을 계산하며, 상기 파워 및/또는 전압으로부터 상기 볼륨 내에 포함된 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 물리량을 결정하도록 더 프로그램된 프로세서.

자성 입자, 가령, 상자성 입자의 광범위한 농도에 걸쳐 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 양을 정량화하기 위한 정확한 시스템이 제공된다는 것이 본 발명의 실시예의 이점이다.

B₀에 대해, 전압 제어식 전류원을 이용할 수 있지만, 그 밖의 다른 조합, 가령, 전압 제어식 전압원, 전류 제어식 전류원 등을 이용할 수 있다.

프로세서는 또한 제2 주파수 빼기 제1 주파수와 동일한 주파수(f_B1-nf_B0, 이때 n=1,3,5,..., 즉, n = 홀수 값)에서 또는 제2 주파수 더하기 제1 주파수와 동일한 주파수(f_B1+nf_B0, 이때 n=1,3,5,..., 즉, n은 홀수 값)에서, 적어도 하나의 주파수 성분을 결정하도록 프로그램될 수 있다.

시스템은 상기 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 알려진 물리량에 대해 결정된 기준 파워 및/또는 전압을 저장하기 위한 메모리를 더 포함할 수 있고, 프로세서는 결정된 파워 및/또는 전압을 기준 전압 및/또는 전압에 비교하여 상기 볼륨 내에 포함된 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 물리량을 결정하도록 프로그램된다.

제1 신호원은 약 수 Hz 내지 수 kHz의 범위의 주파수를 갖는 주기적으로 가변하는 제1 자기장을 생성하도록 구성될 수 있다.

프로세서는 최종 자화의 주파수 스펙트럼을 계산하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

주파수 스펙트럼을 계산하기 위한 수단은 예를 들어 고속 푸리에 변환 또는 고어젤 알고리즘(Goertzel algorithm)을 이용함으로써, (이산) 푸리에-변환을 수행하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

프로세서는 최종 자화의 주파수 스펙트럼에서 적어도 하나의 주파수 성분 f_B1±nf_B0, n=1,3,5,... (즉, n은 홀수 값)의 파워 및/또는 전압을 결정하기 위한 신호 분석기를 포함할 수 있다.

프로세서는 시스템에 포함된 특정 처리 유닛의 일부이거나 측정 시스템에 포함되지 않는 개별 처리 유닛일 수 있다.

본 발명은 또한 물체의 이미징 방법과 관련되고, 상기 방법은 앞서 기재된 바와 같이 대상의 복수의 위치에서 특정 볼륨 내 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 물리량을 결정하는 방법을 적용하는 단계를 포함하고, 상기 결정하는 단계는 상기 자성 요소, 가령, 상자성 요소를 포함하는 희석물을 대상에게 투여한 후 적용된다. 본 발명의 특정 및 바람직한 양태가 이하의 독립 청구항 및 종속 청구항에서 제공된다. 종속 청구항의 특징이 청구항에 명시적으로 제공된 것뿐 아니라 적절하게 독립 청구항의 특징 및 다른 종속항의 특징과 결합될 수 있다.

본 발명의 이들 및 그 밖의 다른 양태가 이하에 기재된 실시예를 참조하여 자명해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따르는 방법의 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 시스템의 개략적 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 랑주뱅 이론 및 전자-상자성 공명 효과에 의해 기술될 수 있는 자기장에서의 초상자성 입자의 거동의 개략적 표현이다.
도 4는 본 발명에 따르는 실시예에서 사용되는, "세차"의 현상을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 일반적인 셋업의 예시를 도시한다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 방법을 이용해 획득될 수 있는 (헤테로다인 수신기 프론트 엔드를 갖는 스펙트럼 분석기에 의해 측정된) 주파수 스펙트럼을 도시한다.
도 7은 (헤테로다인 수신기 프론트 엔드를 갖는 스펙트럼 분석기에 의해 측정된) 주파수 스펙트럼의 예시를 보여주며, 스펙트럼은 4500㎍ (마이크로그램) Fe를 함유하는 "Rienso^® 희석물 A, 즉, Rie A" 샘플을 포함하는 볼륨에 대해 측정된 신호의 스펙트럼이며 본 발명의 실시예를 도시한다.
도 8은 2.1973㎍(마이크로그램) Fe를 함유하는 "Rienso^® 희석물 L, 즉, Rie L" 샘플을 함유하는 볼륨에 대해 측정된 신호의 (헤테로다인 수신기 프론트 엔드를 갖는 스펙트럼 분석기에 의해 측정된) 주파수 스펙트럼의 예시를 도시한다.
도 9는 라모어 주파수 f_L=f_B1 주위의 주파수 스펙트럼의 상측파대 및 제1 하측파대를 도시한다.
도 10은 실제 Fe 함량과, Rienso^® 샘플 A(4500 ㎍ Fe)에서 Rienso^® 샘플 L (2.1973 ㎍ Fe)까지, 스펙트럼 분석기를 이용한 본 발명의 방법 및/또는 시스템에 의해 결정된 함량을 보여준다(좌측: 보통의 축척, 우측: 확대된 축척).
도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 언더샘플링을 이용해 측정되는 신호에 대해 FFT를 이용해 계산된 주파수 스펙트럼을 보여준다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따르는 방법을 수행하기 위한 시스템을 보여준다.
도 13은 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 일반적인 헤테로다인 기반 수신기 부분을 도시한다.
도 14는 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는, 도 13의 헤테로다인 기반 수신기 부분에 대응하는 주파수 스펙트럼을 도시한다.
도 15는 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 일반적인 언더샘플링 수신기 부분을 도시한다.
도 16은 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 도 15의 언더샘플링 수신기 부분에 대응하는 주파수 스펙트럼을 도시한다.
도 17은 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 시스템을 교정하기 위한 방법의 예시를 도시한다.
도 18은 본 발명의 실시예를 이용해 획득될 수 있는 위상 편이 교정의 예시를 도시한다.
도 19는 실제 Fe 함량과, 도 12 및 15를 기초로 하는 시스템을 이용해, 도 16의 P1_USB(nf_B0, 이때 n=1)의 측정에 의해, 그리고 도 17 및 18에 각각 기재된 시동 시퀀스 및 교정 절차를 수행함으로써, Rienso^® 샘플 O (275ng) 내지 Rienso^® 샘플 T (9ng)에 대해 언더샘플링 방법에 의해 결정된 함량을 도시한다.
도면은 개략적인 것에 불과하고 비제한적이다. 도면에서, 일부 요소들의 크기가 과장될 수 있으며 설명 목적으로 실제 비율로 그려지지 않는다.
청구항에서의 어떠한 도면부호도 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되지 않는다.
여러 다른 도면에서, 동일한 도면부호가 동일하거나 유사한 요소를 지칭하기 위해 사용된다.

본 발명은 특정 실시예에 관하여 그리고 특정 도면을 참조하여 기재될 것이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 오직 청구항에 의해서만 한정된다. 기재된 도면은 개략적인 것에 불과하며 비제한적이다. 도면에서, 일부 요소들의 크기가 과장될 수 있으며 설명 목적으로 실측 비율로 그려지지 않을 수 있다. 치수 및 상대 치수가 본 발명의 실시의 실제 축소에 대응하지 않는다.

또한, 상세한 설명 및 청구항에서 제1, 제2 등의 용어는 유사한 요소들을 구별하기 위해 사용되며 반드시 시간적, 공간적, 등급, 또는 그 밖의 다른 방식으로 순서를 기술하기 위한 것이 아니다. 이렇게 사용되는 용어는 적절한 상황에서 상호 교환 가능하고 본 명세서에 기재되는 본 발명의 실시예는 본 명세서에 기재되거나 도시되는 그 밖의 다른 순서로 동작할 수 있음이 이해되어야 한다.

또한, 상세한 설명 및 청구항에서 위에, 아래에 등의 용어는 설명 목적으로 사용되며 반드시 상대적 위치를 기술하는 것은 아니다. 이렇게 사용되는 용어들은 적절한 상황에서 상호 교환 가능하며 본 명세서에 기재된 발명의 실시예는 본 명세서에 기재되거나 도시된 것과 다른 배향으로 동작할 수 있음이 자명하다.

청구항에서 사용되는 용어 "~를 포함하는"은 앞에 나열되는 수단들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 그 밖의 다른 요소 또는 단계들을 배제하는 것이 아니다. 따라서 나열된 특징부, 정수, 단계들 또는 구성요소의 존재를 특정하는 것으로 해석되어야 하지만, 하나 이상의 그 밖의 다른 특징부, 정수, 단계 또는 구성요소 또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 따라서 "수단 A 및 B를 포함하는 장치"라는 표현의 범위는 구성요소 A 및 B만으로 구성된 장치에 한정되지 않아야 한다. 본 발명에 관해, 장치의 유일한 관련 구성요소는 A 및 B임을 의미한다.

본 명세서 전체에서, "하나의 실시예", 또는 "실시예"라는 언급은 실시예와 관련하여 기재된 특정 특징부, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서 본 명세서 전체의 다양한 위치에서의 "하나의 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 구문의 등장은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니며, 동일한 실시예를 지칭할 수도 있다. 덧붙여, 하나 이상의 실시예에서 특정 특징부, 구조 또는 특성이 본 개시내용을 통해 해당 분야의 통상의 기술자에게 자명한 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.

마찬가지로, 본 발명의 예시적 실시예의 설명에서, 본 발명의 다양한 특징부가 개시 내용을 간결하게 하고 다양한 본 발명의 형태 중 하나 이상에 대한 이해를 돕기 위해 하나의 단일 실시예, 도면 또는 상세한 설명으로 그룹지어진다. 그러나 이 개시 방법은 본 발명이 각각의 청구항에서 명시적으로 나열된 특징부보다 많은 것을 요구한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되지 않는다. 오히려, 다음의 청구항이 반영하듯이, 본 발명의 양태는 단일 개시 실시예의 모든 특징부보다 적은 것을 포함한다. 따라서 상세한 설명에 뒤 따르는 청구항이 이러한 상세한 설명에 명시적으로 포함되며, 이때 각각의 청구항은 본 발명의 개별 실시예로서 존재한다.

또한, 본 명세서에 기재된 일부 실시예는 다른 실시예에 포함되는 일부 특징부를 포함하지만, 해당 분야의 통상의 기술자에게 자명한 바와 같이, 상이한 실시예의 특징부들의 조합이 본 발명의 범위 내에 있고 상이한 실시예를 형성함을 의미한다. 예를 들어, 다음의 청구항에서, 청구된 실시예들 중 임의의 것이 임의의 조합으로 사용될 수 있다.

본 명세서에 제공된 기재에서, 다양한 특정 상세사항이 제공된다. 그러나 본 발명의 실시예가 이들 특정 상세사항 없이 실시될 수 있음이 이해된다. 다른 예시에서, 이 기재의 이해를 모호하게 하지 않기 위해 잘 알려진 방법, 구조 및 기법이 상세히 도시되지 않는다. 본 발명의 실시예에서, 자기 속성을 나타내는 입자를 포함하는 테스트 대상에 대한 정보를 수집하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 이들 입자는 임의의 적합한 방식으로, 예를 들면, 투여, 혼합, 또는 주입 등에 의해 도입될 수 있다. 자기 속성을 나타내는 입자가 예를 들어 자성 입자, 자기 나노-입자, 타깃 특정 산화 철 입자 및 자성 콘트라스트제(magnetic contrast agent), 이상고열 및 열소작요법, 예비-표지 세포(pre-labeled cell), 치료 세포 및 줄기세포를 위한 자성 약물 운반체 입자 및/또는 상자성 입자, 초-상자기 산화 철(SPIO) 및 극소형 산화 철 입자(USPIO)일 수 있다.

본 발명에 따르는 실시예에서, 제1 자기장이 언급되고, 연구 대상 입자의 자화의 배향을 유도하는 자기장이 언급된다. 이러한 배향 자기장은 종래의 EPR 측정에서 연구 대상 입자의 자화를 배향하기 위해 일반적으로 사용되는 전통적인 정적 자기장에 대응한다. 그럼에도, 본 발명의 실시예에서와 같이, 본 예시에서의 제1 자기장은 정적 자기장이 아니고 시변(time varying) 자기장이다.

본 발명의 실시예에서 테스트 대상에서 전자 상자성 공명(EPR)을 생성하기 위한 주파수에서 RF 장이 언급되는 경우, 일반적으로 예를 들어 약 1MHz 내지 1GHz 수준의 주파수, 가령, 60MHz 내지 500MHz 수준의 주파수를 갖는 RF 여기(RF excitation)가 언급된다.

본 발명의 실시예에서, 나노-입자라는 용어가 사용되는 경우, 임계 치수, 가령, 1nm 내지 1000nm의 범위의 지름을 갖는 입자가 언급된다. 복수의 실시예에서, 입자의 크기는 제공된 범위 내에 있도록 더 특정된다. 나노-입자 또는 자기 나노-입자가 단일 영역 입자일 수 있다.

본 발명에 따르는 실시예에서, 연구 대상이 언급될 때, 이러한 대상은 무생물 또는 생물일 수 있다. 일부 실시예에서, 본 발명은 여기에 한정되지 않으며, 대상은 생물, 가령, 동물 또는 인간의 몸일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르는 연구 대상이 상자성체이다. 본 발명의 실시예가 또한 생체외 시험(in-vitro testing), 가령, 자성체와 연결된 세포의 정량화를 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 높은 감도 및 정확도를 갖고 자성체를 정량화하는 것을 가능하게 한다. 적용 예시로는 3D 이미징으로의 순수 정량화가 있지만, 여기에 한정되지 않는다. 연구 대상은 상자성체이거나 가령, 자성 입자, 가령, 자성 나노입자를 대상에 투여(administering)를 통해 추가함으로써, 적어도 부분적으로 자성일 수 있다. 연구 대상의 전자 자성 공명을 검출하기 위한 본 발명의 실시예에 따르는 방법의 적용 전에 투여 단계가 수행될 수 있다.

본 발명에 따르는 방법 실시예에서, 연구 대상과 하나 이상의 생성된 장 간 상호작용이 언급될 때, 대상과 자기장 또는 RF 에너지 간 상호작용이 방법의 일부가 아닐 수 있다. 따라서 본 발명에 따르는 방법 실시예는 상호작용 후 검출하는 단계 또는 장을 생성하고 상호작용 후 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 본 발명의 프레임워크에서 전자 상자성 공명이 언급될 때, EPR 기법이 추가 데이터 분석을 필요로 하지 않는 직접 측정 기법임이 언급된다. 종래의 EPR과 달리, 본 발명의 실시예에서, pEPR, 즉, 입자 EPR이라고도 지칭되는 사용되는 EPR이 저 장 및 저 주파수 EPR 기법이며, 여기서 섭동 전자자기장이 연속 방식(CW)으로 인가된다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 EPR 기법이 추가 데이터 분석을 필요로 하지 않는 직접 측정이다. 이는 스펙트럼의 흡수로부터 데이터가 인가된 장에 대한 흡수된 전력의 1차 도함수인 데이터가 얻어지며, 이로부터 이중 적분이 계산되어 샘플 내 전자 스핀에 비례하는 숫자를 획득할 수 있는 종래의 EPR 방법과 상이하다. 제1 양태에서, 본 발명은 특정 볼륨 내에 포함되는 자성 입자, 가령, 상자성 입자, 가령, 상자성 나노입자의 물리량(가령, 질량, 농도 또는 세포 수의 측면으로 표현됨)을 결정하는 것과 관련된다. 하나의 예시에서, 입자가 산화 철 나노입자일 수 있지만, 실시예는 여기에 한정되지는 않는다.

제1 양태의 실시예에 따르는 방법은 제1 자기장(B₀)을 상기 볼륨에 인가하여 상기 자성 입자를 자화하는 단계를 포함하며, 상기 제1 자기장(B₀)은 제1 크기와 제1 주파수(f_B0)를 갖는 시변 장이다. 동시에, 제1 자기장과 평행하지 않는 제2 자기장(B₁)이 상기 볼륨에 인가되어, 자화된 입자의 세차(precession)를 야기할 수 있으며, 이때, 제2 자기장은 제1 자기장(B₀)에 노출될 때 자성 입자의 전자 스핀의 라모어-주파수(f_L)에 실질적으로 동일하게 선택된 제2 주파수(f_B1)를 갖는 RF 장이다.

제2 주파수(f_B1)의 주파수가 라모어 주파수와 동일하지만, 일부 편차가 존재할 수 있다. 그럼에도, 차이가 클수록, 기법의 감도는 낮아질 것이다.

앞서 지시된 바와 같이 RF 장(B1)의 라모어 주파수가 시간에 따라 변한다. 바람직하게는, 제2 자기장(B₁)이 제1 자기장(B₀)에 실질적으로 직교하거나 직교한다. 이러한 직교 배향이 전자적 및/또는 기계적 방식으로 획득될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라, 사용되는 제1 주파수가 종래의 EPR 시스템에서보다 상당히 더 낮을 수 있다. 저주파수는 예를 들어 f_B0에 대해 10Hz 내지 30000Hz일 수 있고, f_B1에 대해 50MHz 내지 1000MHz일 수 있다. 하나의 예시에서, f_B1에 대한 주파수는 300MHz일 수 있다. 이들 저주파수에서 조직 내부에서의 감쇠가 덜 두드러진다는 것이 본 발명의 실시예의 이점이다. 이는 기법이 생체내(in-vivo) 시스템을 참조하여 사용될 때 바람직하다.

일부 실시예에서, B₀ 장 주파수가 진폭 v₁ 및 DC 값 v₀을 가지며, 진폭은 다음과 같이 주어진다:

일반적인 셋업에서, DC 값이 0이며, v₀ = 0이다. 그럼에도, v₀는 0과 상이할 수 있으며, DC 값, 가령, 100mV일 수 있다.

입자가 B₀ 장으로 가져가지는 경우, 라모어 주파수에서 입자에 세차가 유도된다. 그 후, 장 B₁이 켜져서, B₁의 인가된 진폭에 따라 달라지는 φ의 증가를 도출한다. 이로 인해 감지 요소, 가령, 코일을 이용해 우리가 M₀를 측정할 수 있다. B₁는 횡방향 장(transversal field)의 증가를 야기한다.

언급되는 세차는 외부 자기장 B₀(전자 스핀)과 관련된 자기 모멘트의 세차이다.

상기 볼륨으로부터 유래한 최종 자화(M)가 측정되며, 이로써 최종 자화(M)가 변조되고, 예를 들어, 시변 장(B₀)에 의해 진폭이 변조된다. 자화 벡터는 모든 자기 모멘트의 합이다. 자화의 크기는 자성 입자의 농도와 상관된다.

자화를 나타내는 감지 요소에 유도된 전압에 대해 이산 푸리에 변환이 수행된다. 유도된 전압이 다음과 같이 주어지며:

여기서, p^R(r)는 감지 요소, 가령, 코일일 수 있는 감지 요소의 모든 기하학적 파라미터를 포함하는 수신 코일 감도를 나타낸다.

본 발명의 실시예에 따라, 그 후 대표적 자화인 유도된 전압의 적어도 하나의 주파수 성분, f_B1±nf_B0, n=1,3,5,...(즉, n은 홀수)이 이산 푸리에 변환을 기초로 결정된다. 이러한 적어도 하나의 주파수 성분 f_B1±nf_B0, n=1,3,5,... (즉, n은 홀수)이 또한 주파수 스펙트럼일 수 있지만, 실시예는 이에 한정되지 않는다. 적어도 하나의 주파수 성분 f_B1±nf_B0으로부터, 파워 및/또는 전압이 계산되고 상기 볼륨 내에 포함된 자성 입자의 물리량이 상기 파워를 기초로 결정된다.

본 발명의 실시예에서 물리량이 언급될 때, 자성 입자의 물리량이 언급된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 감지 요소에 의해 획득되는 신호가 측정되고 이산 푸리에 변환이 적용된다. 시스템이 이상적이고 어떠한 입자도 존재하지 않는 경우, 신호는 비변조된 신호(unmodulated signal)이다. 입자가 존재하는 경우, 신호는 변조된 신호이다. 변조된 신호는 자성 입자의 정보를 포함한다. 고속 ADC 시스템이 나이퀴스트-샤넌 샘플링 이론(Nyquist-Shannon sampling theorem)이 만족되도록 선택된 샘플링 주파수 f_s와 함께 사용되는 경우, 이산 푸리에 변환을 수행함으로써 정보가 추출될 수 있다. DFT의 결과가 주파수의 세트를 도출하고 주파수 성분이 사용되어 존재하는 철의 물리량과 관련된 정보를 결정할 수 있다.

대안으로, 포괄선 신호가 추출되고 포괄선 신호에 대해 DFT가 수행될 복조 기법이 사용될 수 있다. DFT의 결과가 주파수의 세트를 도출하고 주파수 성분이 사용되어 존재하는 철의 물리량에 대한 정보를 결정할 수 있다. 시스템이 이상적인 경우, 입자 없이 샘플을 측정하며, 포괄선이 DC 값이고, 입자를 갖고 샘플을 측정한 경우, 포괄선은 랑주뱅(Langevin) 및 EPR 기여의 결과이다. 포괄선 신호는 자성 입자의 정보를 포함한다. 포괄선 신호를 결정하는 것이 많은 방식으로, 예를 들어, 곱 검출기(product detector) 또는 포괄선 복조기 회로를 이용해, 또는 디지털 신호 처리 기법을 이용해, 수행될 수 있다. 대안으로, 언더샘플링(undersampling)이 수행될 때, 포괄선이 수행되는 측정의 직접 결과이다.

자기장의 어떠한 상이한 배향도 요구되지 않는다는 것이 미국 특허 출원 US2014009159과 비교할 때 본 발명의 실시예의 이점이다. 바람직하게는, 완전한 신호가 측정되고, 정확한 결정을 획득하기 위해 측정의 시작 부분에서의 트리거만 필요하다. 이 방법에 의해, 정확한 트리거가 필요하지 않다. 트리거링은 소프트웨어 또는 하드웨어 트리거일 수 있다.

DFT를 수행하기 전에 가외적 디지털 필터링을 추가함으로써 EMI 효과가 필터링될 수 있기 때문에, 기법이 EMI 효과에 덜 민감하다는 것이 본 발명의 실시예의 이점이다. US 특허 출원 US2014009159에 비교할 때, 이는, 신호에서 완전한 정보가 이용 가능하기 때문에, 가능하다.

일부 실시예에서, RF 장 B₁이 진폭 및/또는 주파수 변조될 수 있다. B₀의 진폭이 달라질 수 있기 때문에, 라모어 주파수가 달라질 수 있다. 이 편차에 따라, B₁의 주파수가 달라질 수 있으며, 가령, 수 Hz 내지 300MHz의 편차가 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 편차가 예를 들어,

일 수 있으며,

는 시스템의 대역폭과 동일하다.

제2 자기장 B₁의 강도가 다음의 절차에 따라 선택될 수 있다: B₁ 신호의 파워가 증가되고 동시에 스펙트럼 성분의 진폭이 측정된다. 스펙트럼 성분은, 헤테로다인 기반 시스템의 경우 f_B1+f_Bo 또는 f_IF+f_Bo 또는 언더샘플링 수신기의 경우 f_Bo일 수 있다. B₁의 강도에 대한 최적 값이 스펙트럼 성분의 파워가 최대인 값이다. 시스템이 여전히 선형 시불변 시스템으로서 동작됨을 알아야 한다.

도 3에서 나타난 바와 같이, 자성 공명의 개념이 입자 자화의 (랑주뱅 함수를 이용해 모델링되는) 포화 효과와 조합된다.

본 발명의 실시예의 추가 특징 및 이점이 이하에서 도면 및 특정 실시예를 참조하여 설명될 것이나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

자성 입자 양이 직접적인 방식으로 측정되고 생리 조직 및 유체 내에 존재하는 내생적 입자, 가령, 내생적 철, 즉, 유기체 내부로부터 유래된 것이 측정된다는 것이 본 발명의 실시예의 이점이다. 따라서 내생적 입자를 추출하기 위해 어떠한 추가 측정도 필요하지 않다는 것이 실시예의 이점이다.

EPR이 단일 온도에서 이뤄질 수 있다는 것이 본 발명의 실시예의 이점이다(즉, 여러 다른 온도에서 측정할 필요가 없다). 본 발명의 실시예에서 EPR 측정이 예를 들어 실온에서 또는 약 37℃, 즉, 동물 또는 인체의 온도와 유사한 온도에서 수행될 수 있다. 필수는 아니지만, 온도의 함수로서 입자 효과의 연구가 가능하다.

본 발명은 자성 입자, 가령, 상자성 입자, 가령, 자성 나노입자, 타깃 특정 산화 철 입자 및 자성 콘트라스트제(magnetic contrast agent), 이상고열 및 열소작요법, 예비-표지 세포(pre-labeled cell), 치료 세포 및 줄기세포를 위한 자성 약물 운반체 입자 및/또는 상자성 입자, 초-상자기 산화 철(SPIO) 및 극소형 산화 철 입자(USPIO)에 적용될 수 있다.

사용되는 EPR 기법이 공동(cavity)을 이용하지 않는다는 것이 본 발명의 실시예의 이점이다. 이는 생체내(in-vivo) 시스템과 관련된 기법 및 시스템을 이용하는 데 이점이다.

본 발명의 실시예의 기본 원리는 이하에서 더 기재될 것이며, 여기서, 기본 원리를 설명할 수 있는 일부 수학적 고려사항이 사용될 것이다. 그럼에도, 본 발명의 실시예는 이들 수학적/이론적 고려사항에 의해 한정되지 않고, 본 발명에 따르는 방법 및 시스템의 이점을 설명하기 위한 가능한 방식으로만 간주된다.

본 발명에 의해 제안되는 측정의 원리가 랑주뱅 이론 및 자성 RF장에 대한 전자 상자성 공명 반응에 의해 설명되는, 인가된 자기장 B₀에서의 자성 입자 및/또는 상자성 입자의 비선형 거동을 기초로 한다

자성 입자 및/또는 상자성 입자가 정적 자기장 B₀ 내에 위치하는 경우, 이 장 B₀에 따라 정렬할 것이다. 그 후 정적 장 B₀에 직교하도록 배향되고 (상기 정적 장 B₀에서 관심 입자, 가령, Fe의 라모어 주파수 f_L와 동일하거나 거의 동일하게 선택된) 주파수 f_B1를 갖는 RF-장 B₁(t)에 의해 입자가 추가로 여기되는 경우, 자기장 B₀의 축을 중심으로 하는 철 입자의 자성 벡터 M의 세차가 발생할 것이다. 이 현상 자체는 종래에도 알려져 있고 도 4에 도시되어 있으며, 여기서 블랙 벡터 M이 자성 입자, 상자성 입자의 자화 벡터 M을 나타내고, 벡터가 각각의 원자에 대한 특성인 각속도 ω_L로 Z-축을 중심으로 회전한다. 이상적으로, 각 φ이 90°이 되도록 T_x-코일에 인가되는 파워가 최댓값이다.

그러나 불변(constant) 자기장 Bo이 아니고 시변 자기장 Bo(t), 가령, 장 B₀(t)이 적용되는 경우, 배향뿐 아니라 자화 벡터 M의 크기도 변할 것이다. 크기 변화가, 랑주뱅과 EPR 공명 함수의 조합된 결과이며 다음과 같이 표현될 수 있는 멱급수 전개(수학식 [1])에 의해 설명될 수 있다:

[1]

이때

자화 벡터 M의 크기의 변화가 변조된 신호로서 감지 요소를 이용해 (시간 영역에서) 관측될 수 있고 수학적으로,

[2]

로 기술되며, 이때,

이고, RF 신호

의 감쇠되고 위상 편이(

)된 버전인 피드-스로우 신호가 변조된 항, 가령, 진폭 변조 항이다.

수학식[2]이 도 6에 도시된 바와 같은 주파수 스펙트럼을 갖는 시간 영역에서 시간 진폭 변조된 신호이다. 본 발명자는 (주파수 f_B1 - f_BO에서의) 제1 하측파대(LSB)의 제1 스펙트럼 성분의 파워 및/또는 전압 및 (주파수 f_B1 + f_BO에서의) 제1 상측파대(USB)의 제1 스펙트럼 성분의 파워 또는 전압이 주어진 매질 및 볼륨 내 자성 입자, 상자성 산화 철 나노입자의 물리량과 관련된다. 또한 관계가 선형이며, 즉, 일반적으로 LSB 또는 USB의 고르지 않은 스펙트럼 성분(f_B1±nf_BO, 이때 n=1,3,5, ...)의 파워 및/또는 전압이 측정된 샘플에서의 철 요소의 물리량에 비례한다.

그 후, 본 발명에 따르는 방법 및 시스템의 실시예가 더 상세히 기재된다.

도 1은 본 발명에 따르는 방법의 실시예의 흐름도를 도시하고, 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 시스템의 개략적 블록도이다. 알려지지 않는 물리량의 특정 상자성 입자(가령, 산화 철)을 포함하는 볼륨(2)이 제공되며, 볼륨 내 철의 물리량이 결정될 것이라고 가정된다. (양 또는 물리량은 질량, 농도, 세포 수, 또는 그 밖의 다른 적합한 방식으로 표현될 수 있다.)

도 1 및 2를 참조하면, 제1 단계(310)에서, 주파수 f_B0 (예를 들어 약 200Hz)를 갖고, 제1 방향으로 배향된 제1 자기장 B₀(t)이 볼륨(2)에 인가된다. 자기장의 크기는 예를 들어 (f_B1=300MHz에 대해) 10.7 mT일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 제1 자기장은 시변 자기장이다. 주파수 f_Bo는 수 Hz 내지 100kHz 이상의 범위에 속할 수 있다. 노이즈가 수신기 내에서 1/f 거동에 의해 주로 우세하기 때문에, 높은 주파수일수록 이점을 갖지만, 입자가 유한 완화 시간을 갖기 때문에, 즉, 입자가 특정 주파수까지의 편차를 따를 수 있기 때문에 이 주파수가 너무 높아지지 않을 수 있다. 동물과 인간의 노출 경우 중요해지는 비흡수율(SAR: specific absorption rate)과 관련된 제한이 존재한다. SAR은 장 진폭 및 주파수의 제곱에 비례한다.

제2 단계(320)에서, 장 B₁(t)에 직교하도록 배향되고, 관심 입자(예를 들어, 철)의 라모어 주파수와 실질적으로 동일한 주파수 f_B1를 갖는 제2 자기장 B₁(t)이 볼륨(2)에 동시에 인가된다. 예를 들어 주파수 f_B1=f_L는 300 MHz일 수 있다. 예를 들어, Rienso®가 사용될 때, 장의 강도가, 300MHz 여기의 경우 최대 7mT까지 훨씬 낮아질 수 있다. 인가된 제1 및 제2 자기장 B₀ 및 B₁ 때문에, 자성 입자, 가령, 상자성 입자가 두 가지 효과의 조합인 자화(M)를 보여줄 것이며, 제1 효과는 랑주뱅 수식에 의해 기술될 수 있고, 제2 효과는 EPR 흡수에 의해 기술될 수 있다. 이는 도 3에 도시된다. 도 3에서 나타날 수 있는 바와 같이, 측정된 신호는 EPR과 랑주뱅 기여자의 조합을 직접적인 방식으로 보여준다. 기법 및 시스템이 또한 입자의 이력 효과(hysteresis effect)를 측정하는 것을 가능하게 한다. 따라서 기법 및 시스템은 입자 거동에 대한 많은 정보를 추출하는 것을 가능하게 한다.

제3 단계(330)에서, 이 자화 신호 M(t)는 감지 요소를 이용해 측정된다. 측정된 신호는 사용되는 시변 제1 자기장 때문에 변조된다.

제4 단계(340)에서, 이 신호의 적어도 하나의 주파수 성분(f_B1+nf_B0, 이때 n=1) 그러나 선택사항으로서 전 주파수 스펙트럼(f_B1±nf_B0, 이때 n=1,3,5,...)이 결정된다(가령, 계산된다). 적어도 하나의 주파수 성분이 예를 들어 스펙트럼 분석기에 의해 또는 (이산) 푸리에 변환을 수행할 수 있는 그 밖의 다른 수단, 가령, 컴퓨터 프로그램 또는 적절하게 프로그램된 디지털 신호 프로세서(DSP) 또는 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA)에 의해, 결정될 수 있다. 이러한 스펙트럼의 예시가 도 6에 도시되며, 300MHz에서 메인 피크를 보여주고, 상기 메인 피크의 (이 경우, 200Hz의 복수 배인 거리에서) 왼쪽과 오른쪽에 몇 개의 더 작은 피크를 보여준다.

마지막으로, 제5 단계(350)에서, 철의 물리량이 적어도 하나의 주파수 성분 f_B1+nf_B0(이때 n=1)의 파워 및/또는 전압을 기초로 계산된다. 하나의 예시에서, 계산이 볼륨(2)에 존재하는 자성 나노입자 및/또는 상자성 나노입자의 질량과 관련된 f_B1+f_Bo에서의 제1 상측파대의 파워 P_{1_USB} 및/또는 f_B1-f_Bo에서의 제1 하측파대의 파워 P_{1_LSB}를 기초로 할 수 있다. 최대 파워 콘텐츠를 갖도록 f_B1+f_Bo 또는 f_B1-f_Bo 주파수 성분을 취하는 것이 바람직하다. 그럼에도, 가령, f_B1±nf_B0(이때, n=3)에 대해, 그 밖의 다른 주파수 성분이 또한 사용될 수 있다.

예를 들어, 교정 방법에 비교함으로써, 룩업 테이블을 이용함으로써, 알고리즘을 이용하는 등에 의해, 획득된 결과가 이론적으로 예상된 결과를 기초로 평가될 수 있다. 교정이 사용되는 일부 실시예에서, 적어도 하나의 주파수 성분의 파워, 가령, 알려진 샘플, 가령, Rienso® A 샘플(4500㎍ Fe를 갖는 Rie A라고 더 요약됨)의 P_{1_USB} 및/또는 P_{1_ LSB}에서의 피크가 기준 값으로서 사용될 수 있다. 이러한 경우, 다음의 실험 결과에 의해 자명해질 바와 같이, 알려지지 않은 표본에 존재하는 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 물리량(가령, 물리량 또는 질량 또는 농도)이 결정될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 방법은 교정(calibration) 단계를 포함한다. 측정을 시작하기 전에, 바람직하게는, 교정 단계를 포함하는 시동 시퀀스가 수행되어, 최적 검출 한계를 도출할 수 있다. 이러한 시퀀스의 예시가 도 17에 도시되며, 시스템의 시동, 시스템의 초기화, 및 시스템 예열 후 교정 단계가 측정 준비가 된 시스템을 도출함을 도시한다.

시스템의 초기화 동안, 개별 성분이 올바른 값으로 설정되어 올바른 신호가 필요에 따라 적용된다.

시스템의 예열 후, 교정 단계에서, 나노입자 없는 샘플이 감지 구역에 삽입되고 B₁의 위상이 수정된다. 이 위상 편이가 디지털 방식으로, 또는 아날로그 방식으로, 또는 조합으로 수행될 수 있다. 목표는 P_{1_USB} (또는 P_{1_ LSB})에서 수신된 파워 또는 전압이 최소화되도록, 즉, 시스템의 노이즈 플로어(noise floor)와 가능한 가깝도록, 최적점(OP)을 설정하는 것이다. 위상 최적화의 예시가 도 18에 도시된다. 이 교정 단계는 시스템의 감도(즉, 검출 한계) 및 최종 결과의 정확도 및 정밀도를 개선한다. 이 교정 단계가 비-직교 코일 시스템, 즉, T_x-, R_x-코일 및 헬름홀츠(Helmholtz) 코일이 전기적으로 직교하지 않는 시스템에서 특히 관련이 있다. 최적점이 (열) 표류에 민감하여, 열 표류가 최소화될 필요가 있는 가장 정확한 결과를 획득할 수 있고 교정 단계는 규칙적으로 반복될 필요가 있다. 교정이 수행되면, 시스템은 측정 준비가 된다.

제2 양태에서, 본 발명은 대상 내 자성 입자, 가령, 강자성 입자의 물리량을 결정하기 위한 시스템과 관련된다. 이러한 시스템은 제1 양태에서 기재되는 바와 같이 방법을 수행하기에 적합한 것이 바람직할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예에 따르는 시스템은 제1 자기장(B₀)을 생성하고 상기 볼륨에 인가하여, 상기 자성 입자, 가령, 상자성 입자를 자화하기 위한 제1 신호원 및 제1 자기장 유도 요소, 가령, 코일을 포함하고, 제1 자기장(B₀)은 제1 크기 및 제1 주파수(f_B0)를 갖는 시변 자기장이다. 시스템은 또한 제1 자기장 (B₀)에 직교이며, 상기 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 라모어 주파수(f_L)와 동일한 주파수 f_B1를 갖는 제2 자기장(B₁)을 상기 볼륨에 동시에 인가하여, 자화된 입자의 세차를 야기하도록 배열된 제2 신호원 및 제2 자기장 유도 요소, 가령, 코일을 포함한다. 시스템은 또한 최종 자화를 측정하기 위한 측정 유닛, 가령, 코일을 포함하며, 상기 최종 자화(M)는 시변 자기장에 의해 변조, 가령, 진폭 변조된다. 시스템은 최종 자화의 적어도 하나의 주파수 성분 f_B1+nf_B0(이때 n=1) 또는 f_B1-nf_B0(이때 n=1)을 결정하도록 프로그램되고 최종 자화의 적어도 하나의 주파수 성분의 파워를 계산하고 상기 파워로부터 볼륨 내에 포함된 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 물리량을 결정하도록 더 프로그램된 프로세서를 더 포함한다. 측정 유닛은 자화의 측정을 가능하게 하는 임의의 적합한 센서일 수 있다.

도 11은 고속 푸리에 변환을 이용해 계산되는 주파수 스펙트럼을 도시한다. 이 예시의 경우, 소프트웨어 도구 Matlab 2012b이 사용되었다. 언더샘플링 또는 대역통과 샘플링 방식을 이용해 신호가 측정되었으며, 이로써 레이트 75 MSPS에서의 ADC 샘플링이 사용됐다. 특정 예시에서, DAC/ADC FMC 카드(FMC176) 및 향상된 디지털 신호 프로세싱 및 다중 I/O 옵션(PC720)을 갖는 고성능이 사용됐다. 사용되는 특정 케이블이 특정 손실을 야기하며, 도 11에 도시된 실험 및 표 2에서 기재된 실험에서 나타날 수 있는 바와 같이, 서로 다른 측정에 대해 가능한 작은 차이가 도출된다.

도 12는 도 11에 도시된 주파수 스펙트럼을 측정하기 위해 사용되는 시스템을 보여준다. 측정을 하기 위해 요구되는 시간이 특정 농도에 따라 달라지고, 낮은 농도일수록 긴 측정 시간을 요구한다. 수행되는 실험에서, 일반적인 실험 측정 시간은 25 내지 60초였다.

도 12에 도시된 예시적 시스템이 본 발명의 실시예에 따르는 시스템의 일부 표준 및 선택사항적 구성요소를 도시한다. 상기 시스템은 자기장 B₀ 생성 부분(1210)을 포함한다. 일반적으로 이러한 부분은 파형 생성기 및 자기장 B₀ 소스를 포함할 수 있다. 파형 생성기에 공통 클록 신호가 기준 신호로서 제공될 수 있다. 파형 생성기는 개별 블록이거나 B₀ 소스의 일부일 수 있다. 시스템은 또한 코일 부분(1220)을 포함하며, 헬름홀츠 유형 코일에 B₀ 생성 부분으로부터의 자기장 신호가 공급되고, 송신 코일이 제공되며 감지 요소가 제공된다. 여기에 샘플 홀더 및 샘플이 배치된다. 일반적으로 코일 부분이 차폐된 용기일 수 있고 온도 제어되는 환경이도록 구성될 수 있다. 또한 시스템은 RF 부분(1230)을 포함하며, 송신 코일에 공급하기 위한 송신 부분 및 감지 요소에 공급하기 위한 수신기 부분이 제공된다. 시스템은 신호 생성, 데이터 획득, 및 디지털 신호 처리를 위해 구성된 신호 처리 부분(1240)을 더 포함한다. 일반적으로 신호 처리 부분(1240)은 파형 생성기와 동일한 기준 클록이 공급될 수 있다. 신호 처리 부분(1240)은 파형 생성기 신호를 획득된 결과와 링크하기 위한 트리거링 요소를 더 포함할 수 있다. 일반적으로 신호 처리 부분(1240)은 하나 이상의 아날로그-디지털 변환기 및/또는 디지털-아날로그 변환기를 더 포함한다. 또한 FPGA 및/또는 디지털 신호 처리 블록, FIFO-RAM 및 아마도 펌웨어까지 갖는 메모리 블록이 존재한다. 신호 처리 부분(1240)은 송신 코일에 인가된 파워를 제어 및/또는 소인하기 위해 파워를 측정하기 위한 파워 센서를 포함할 수 있다. 버스를 통해, 가령, 고속 버스가 컴퓨팅 시스템과의 통신을 제공하도록 사용될 수 있다. 이러한 컴퓨팅 시스템이 종래의 구성요소, 가령, 마더보드, 프로세서, 메모리, 가령, 랜덤 액세스 메모리를 제공할 수 있다. 솔리드 스테이트 디바이스 메모리 또는 하드 디스크 메모리가 또한 제공될 수 있다. 그 밖의 다른 구성요소, 가령, 입력 장치, 가령, 키보드, 출력 장치, 가령, 스크린, 및 비디오 카드가 또한 제공될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 수신기 부분이 헤테로다인 수신기 부분일 수 있다. 헤테로다인 기반 수신기에서, 주파수 f_B1+nf_B0 및 f_LO에서 신호가 혼합되어 합 주파수 (f_B1±nf_B0+f_LO) 및 차이 주파수 (f_B1±nf_B0-f_LO)를 생성하고, 둘 중 단 하나만 사용되는데, 즉, f_B1±nf_B0-f_LO= f_IF±nf_B0 (f_IF = 중간 주파수)이 사용되고 다른 하나는 필터링 제거된다. 헤테로다인 기반 시스템에서, 스펙트럼 성분이 f_IF 주변에서 하향 변환된다(down-convert). ADC(analog-to-digital converter)를 이용해 IF 신호가 디지털화된다. 나이퀴스트-샤논(Nyquist-Shannon) 샘플링 이론이 만족되도록 ADC 샘플링 주파수 f_s, 즉, 상한 차단 주파수의 최소 2배가 선택된다. 헤테로다인 수신기의 예시가 도 13에 도시되고 대응하는 주파수 스펙트럼이 도 14에 도시되어 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 수신기 부분이 언더샘플링 시스템일 수 있다. 언더샘플링 시스템에서, B₁ 신호가 나이퀴스트 율보다 낮은 샘플링율로 디지털화된다. 본 명세서에 기재된 시스템의 경우, 샘플링율은 f_s = f_B1/N이도록 정해진다. N=4에 대한 일반적인 값이 f_s = 75Msps이다. 이 경우, f_B1±nf_B0가 DC로 하향 변환되고 f_B1 주위의 스펙트럼 성분±nf_B0이 하향 변환 후, DC 값 주위에 위치하게 된다. 협대역폭 대역 통과 필터가 사용되어, 신호를 ADC에 인가하기 전에 B1의 고조파가 충분히 억제될 수 있다. 언더샘플링 기반 수신기의 예시가 도 15에 도시되며 대응하는 주파수 스펙트럼이 도 16에 도시된다. 도 19는 언더샘플링 기반 수신기를 이용한 철의 측정된 물리량을 보여준다.

본 발명의 실시예는 이미징 및/또는 볼륨 이미징 목적으로 구성된 자기장 구배 생성기를 포함할 수 있다. 이러한 실시예는 시험 대상의 이미지 및/또는 용적 이미지 표현의 형태로 검출된 신호를 조합하도록 구성된 프로세션 유닛을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않고, 하나의 예시에서 이미징은 샘플에 걸쳐 장 구배를 유도함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 1차원 경우에서, 샘플(가령, 2cm의 시계)에 장 구배(가령 0 → 10 mT)를 인가하여, 스핀이 (랑주뱅 수학식에 대응하여) 각자의 위치에 따라 서로 다른 반응을 제공할 것이다. 서로 다른 장 구배(가령 0→5 mT, 10→0 mT, ...,0 → -10 mT, -10 →0 mT, 0→ -5 mT)가 수학식의 세트를 도출하여, 각각의 개별 위치에서의 농도를 해결할 수 있게 한다. 이는 2차원 또는 3차원으로 확장될 수 있다. 또 다른 예시에서, 공명 조건이 하나의 위치에서만 만들어지는데, 즉, 하나의 위치에서 ±10 mT 그리고 나머지 모든 위치에서 0 mT이다.

실험

도 5는 개념의 증거로서 실험 셋업을 기재한다. 제1 차폐 및 열 제어되는 챔버(71)가 안정한 기준 주파수(f_ref = 일반적인 10MHz)를 생성하기 위한 기준 오실레이터를 포함한다. 비동기식 동작이 또한 동작할 수 있음이 자명할 것이다. 비동기식 동작이 사용될 때, 그러나 시스템이 표류, 즉, B₀-장 및 B₁-장 간 표류 및 열 표류(thermal drift)에 민감해 진다. 비동기식 동작이 더 낮은 감도를 도출할 것이며, 따라서 동기식 동작에 대한 선호가 존재할 수 있다. R_x-코일이 임의의 적합한 배향으로 배향될 수 있다. R_x-코일이 T_x-코일에 수직으로 배향될 때 최대 감도가 획득된다.

동일한 챔버(71)가 안정한 사인파 전압 신호(예를 들어 f_Bo=200Hz에서 하나의 톤)를 생성하기 위한 파형 생성기를 더 포함한다. 라모어 주파수에서의 사인파 신호(가령 f_L=f_B1 = 300MHz에서 하나의 톤)를 생성하기 위해 제2 챔버(74)에서 안정한 기준 주파수 f_ref가 RF 신호원에 인가된다. 저잡음 증폭 및 필터링 후, 차폐 및 열 제어된 여기 챔버(75)에서 이 신호는 RF T_x-코일에 인가된다. 이 챔버는 또한 시변 자기장 B₀(t)을 생성하기 위한 헬름홀츠 유형 코일을 포함한다. 이는 주파수 f_BO를 가지며, 차폐 및 열 제어되는 VCCS 챔버(72) 내에 존재하는 전압 제어식 전류원 VCCS으로부터 기원하는 시변 전류 i(t)를 이용함으로써 달성된다. 이 전압 제어식 오실레이터는 제1 챔버(71)에서 생성되는 안정한 전압 및 기준 오실레이터 신호를 이용한다. RF T_x-코일에 의해 생성되는 자기장 B₁(t) 및 헬름홀츠 유형 코일에 의해 생성되는 자기장 B₀(t)이 서로에 직교하도록 배향된다. RF R_x-코일이라 지칭되는 제3 코일이 차폐 및 열 제어되는 여기 챔버(73) 내에 존재하여, 측정될 샘플을 포함하는 볼륨으로부터 기원하는 최종 자화 신호를 측정할 수 있다. 이 RF R_x-코일의 출력이 저잡음 증폭 및 필터링 스테이지(75) 및 신호 분석기(76)로 인가된다. 이 실험에서, 일반적으로 헤테로다인 수신기 프론트 엔드를 갖는 스펙트럼 분석기이다. 샘플이 T_x- 및 R_x-코일 내부에 위치하며, 이들 코일 모두 차폐 및 열 제어되는 여기 챔버(73) 내에서 샘플과 함께 헬름홀츠 유형 코일 내부에 배치된다.

실험에서, 우선, "Rienso® 희석물 A 또는 Rie A" (150㎕ 물에 희석된 물리량 4500㎍의 철)이 여기 챔버 내에 위치되었고, f_B1이 300MHz로 설정되었으며, B₀가 사인파형이었고, 이때 유효한 B₀=10.7mT 및 f_B0=200Hz이다. 도 6은 신호 분석기(76) 상에 나타날 수 있는 신호를 나타내며, 200Hz의 복수 배인 약 300MHz에서 센터링되는 복수의 피크(또는 측파대라고 지칭됨)를 보여준다. 최고 피크가 제1 코일에 의해 볼륨에 인가되는 라모어 주파수를 나타내고, 나머지 피크가 시험 대상 표본의 상자성 나노입자와의 상호작용에 의해 야기된다.

도 7은 도 6과 동일한 스펙트럼을 보여주지만, 약 (300 MHz - 100 Hz) 내지 약 (300 MHz + 500 Hz)의 주파수 대역에 촛점이 맞춰진다. f_B1+nf_B0(이때 n=1)의 파워(화살표로 지시)가 측정되었고, (Rie A에 존재하는 바와 같이) 질량 4500㎍ Fe에 대해 기준 값으로 취해진다. 앞서 설명된 바와 같이, f_B1-nf_B0(이때 n=1)의 파워가 사용됐을 수 있다.

"Rie A" 샘플을 "Rienso^® 희석물 L 또는 Rie L" 샘플(2.1973㎍ Fe를 가짐)로 교체하고 측정을 반복한 후, 도 8에 도시된 바와 같은 스펙트럼이 획득되었다. (도 7 및 도 8의 수평 눈금이 동일하지 않음에 유의해야 한다.) 또 다른 Rienso® 샘플에 대해, 서로 다른 희석물 실험이 반복되고, 그 결과는 아래 표 1에 나열된다.

나타난 바와 같이, 각각의 희석물 샘플이 3번 측정되었다(측정 I, II, III이라는 제목 하에 지시됨). 각각의 샘플에 대해, 제1 상측파대의 파워(스펙트럼 성분 P_{1_USB}이 (dBm 단위로) 측정되었고, 그 후 전압 값으로 변환되었다.

	측정 I [dBm]	전압 [Vpp]	측정 II [dBm]	전압 [Vpp]	측정 III [dBm]	전압 [Vpp]
Rie A	-8.00	0.2518	-8.00	0.2518	-8.00	0.2518
Rie B	-13.83	0.1287	-13.83	0.1287	-13.67	0.1311
Rie C	-19.83	0.0645	-19.67	0.0657	-19.67	0.0657
Rie D	-25.67	0.0329	-25.50	0.0336	-25.67	0.0329
Rie E	-31.67	0.0165	-31.50	0.0168	-31.50	0.0168
Rie F	-38.00	0.0080	-38.00	0.0080	-38.00	0.0080
Rie G	-43.50	0.0042	-43.67	0.0041	-43.67	0.0041
Rie H	-49.67	0.0021	-49.83	0.0020	-49.67	0.0021
Rie I	-56.00	0.0010	-56.17	0.0010	-56.17	0.0010
Rie J	-61.33	0.0005	-61.00	0.006	-60.83	0.0006
Rie K	-68.00	0.0003	-68.50	0.0002	-67.00	0.0003
Rie L	-72.33	0.0002	-71.00	0.0002	-72.56	0.0001

표 1 (측정 값)

그 후, 표 2에 나타나는 바와 같이, 3개의 측정치의 평균(μ로 나타남)이 (대수 및 선형 스케일 모두로) 계산되었고, 표준 편차(σ로 나타남)가 계산되었다. Rienso® 샘플의 값이 기준 값으로서 취해졌다(즉, 파워=0.2518 Vpp가 질량 = 4500 ㎍ Fe에 대응함).

	μ [dBm]	μ [Vpp]	σ [Vpp]	기준 [㎍]	측정 [㎍]	σ[㎍]
Rie A	-8.000	0.2518	0.00000	4500.0000	---	---
Rie B	-13.777	0.1295	0.00138	2250.0000	2314.084	24.68674
Rie C	-19.723	0.0653	0.00069	1125.0000	1166.933	12.37268
Rie D	-25.613	0.0331	0.00038	562.5000	592.306	6.71496
Rie E	-31.557	0.0167	0.00019	281.2500	298.799	3.36545
Rie F	-38.000	0.0080	0.00000	140.6250	142.302	0.00000
Rie G	-43.613	0.0042	0.00005	70.3125	74.567	0.84536
Rie H	-49.723	0.0021	0.00002	35.1563	36.902	0.39126
Rie I	-56.113	0.0010	0.00001	17.5781	17.683	0.20047
Rie J	-61.053	0.0006	0.00002	8.7891	10.012	0.29182
Rie K	-67.833	0.0003	0.00002	4.3945	4.587	0.40950
Rie L	-71.963	0.0002	0.00002	2.1973	2.851	0.28401

표 2

이들 측정에서, (f_B1+nf_B0에서, 이때, n=1) 스펙트럼 성분의 파워 P_{1_USB}만 측정되었지만, f_B1±nf_B0(이때 n = 홀수 값)에서의 스펙트럼 성분의 파워를 이용하는 것도 가능할 것이다.

예를 들어, Rie B 샘플의 물리량을 결정하기 위해, 앞서 기재된 200Hz 및 300MHz의 자기장이 다시 적용될 것이며, 최종 자화의 측정이 수행될 것이고, (f_B1+nf_B0에서, 이때 n=1) 상기 자화의 스펙트럼의 파워 P_{1_USB}가 결정되어, Vpp = 0.1295의 값을 도출하고, 그 후 다음의 계산이 사용되어 Rie B 샘플 내 철의 물리량: 4500㎍ × (0.1295/0.2518) = 2314.084㎍을 결정할 수 있으며, 이는 실제 질량 2250㎍의 우수한 근사치이다. 상대 측정 오차가 (2314-2250)/2250 = 약 2,8%이다. 그 밖의 다른 샘플의 질량이 동일한 방식으로 측정 및 계산된다. (상기의 계산은 정확도를 위해 최적화된 것은 아니며, 방법의 실행 가능성을 입증하기 위한 것에 불과하다.)

도 10은 Rie 샘플 A 내지 L에 대한 본 발명의 실시예를 이용함으로써 실제 Fe 함량 및 측정된 Fe 함량의 그래픽적 표현을 제공한다. 도시된 바와 같이, 세자릿수 이상인 비교적 큰 범위(4500㎍ 내지 2.19㎍)에 걸쳐 결과가 꽤 정확하다.

고 감도 및 큰 동적 범위가 주어질 때, 이 측정 기법이 또한 산화 철 나노입자를 함유하는 액체의 투여 후 가령, 환자의 장기를 이미징하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 양태에서, 본 발명의 실시예가 또한 앞서 나타난 바와 같이 방법의 적어도 일부를 수행하기 위한 컴퓨터로 구현되는 방법과 관련된다. 상기 방법은 컴퓨팅 시스템에서 구현될 수 있다. 이들은 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 이러한 방법은 자동화 및/또는 자동화된 방식으로 컴퓨터 상에서 수행되기에 적합할 수 있다. 소프트웨어로서의 구현 또는 부분 구현의 경우, 이러한 소프트웨어는 하나 이상의 프로세서를 기초로 적합한 컴퓨터 또는 컴퓨터 플랫폼 상에서 실행되기에 적합할 수 있다. 상기 소프트웨어는 임의의 적합한 운영 체제, 가령, Windows, Linux 또는 그 밖의 다른 임의의 운영 체제와 함께 사용되기에 적합할 수 있다. 컴퓨팅 수단은 데이터를 처리하기 위한 처리 수단 또는 프로세서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따라, 처리 수단 또는 프로세서가 앞서 기재된 방법들 중 임의의 방법에 따라, 한 볼륨 내에 포함된 자성 입자, 가령, 상자성 입자의 물리량을 결정하도록 구성될 수 있다. 프로세서외에, 컴퓨팅 시스템은 메모리 시스템, 가령, ROM 또는 RAM, 출력 시스템, 가령, CD-rom 또는 DVD 드라이브 또는 네트워크를 통해 정보를 출력하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 종래의 컴퓨터 구성요소, 가령, 키보드, 디스플레이, 포인팅 장치, 입출력 포트 등이 포함될 수 있다. 데이터 전송이 데이터 버스를 기초로 제공될 수 있다. 컴퓨팅 시스템의 메모리가 컴퓨팅 시스템 상에서 구현될 때 앞서 제공된 방법의 표준 단계들 중 일부 또는 전부 및 선택사항으로서, 앞서 기재된 선택적 단계들의 구현을 야기하는 명령의 세트를 포함할 수 있다. 획득된 결과는 출력 수단, 가령, 플로터(plotter), 인쇄기, 디스플레이를 통해 또는 전자 포맷의 출력 데이터로서 출력될 수 있다.

본 발명의 실시예의 추가 양태가 컴퓨팅 장치 상에 실행되기 위한 기계 판독형 코드를 지니는 캐리어 매체에 내장되는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하고, 컴퓨터 프로그램 제품의 예로는, 데이터 캐리어, 가령, DVD 또는 CD-rom 또는 메모리 장치가 있다. 실시예의 양태가 네트워크, 가령, 로컬 네트워크 또는 광역 네트워크, 이에 대응하는 송신 신호를 통한 컴퓨터 프로그램 제품을 송신하는 단계를 포함한다.

Claims (17)

1. 한 볼륨 내에 포함되는 자성 입자의 물리량을 결정하는 방법으로서, 상기 방법은
   a) 제1 자기장을 상기 볼륨에 인가하여 상기 자성 입자를 자화하는 단계 - 상기 제1 자기장은 크기 및 제1 주파수를 갖는 시변 장(time-varying field)임 - ,
   b) 동시에, 상기 볼륨에 제1 자기장과 평행하지 않는 제2 자기장을 인가하여, 자화된 입자의 세차(precession)를 야기하는 단계 - 제2 자기장은 제1 자기장에 노출될 때 상기 자성 입자의 전자 스핀의 라모어-주파수와 실질적으로 동일하도록 선택된 제2 주파수를 갖는 RF 장임 - ,
   c) 감지 요소를 이용해 최종 자화를 나타내는 전압 신호를 획득하고 자화 신호를 결정함으로써 볼륨으로부터 기원한 최종 자화를 측정하는 단계 - 최종 자화는 상기 시변 장에 의해 변조됨 - ,
   d) 전압 신호에 대해 이산 푸리에 변환을 수행함으로써, 최종 자화의 하나 이상의 주파수 성분 f_B1±nf_B0, n=1,3,5,... (즉, n은 홀수 값)을 결정하는 단계 - 상기 하나 이상의 주파수 성분은 적어도 성분 f_B1±f_B0을 포함함 - , 및
   e) 최종 자화의 하나 이상의 주파수 성분 f_B1±nf_B0, n=1,3,5,... (즉, n은 홀수 값)의 파워 및 전압 중 적어도 하나를 계산하고, 파워 및 전압 신호 중 적어도 하나로부터 볼륨 내에 포함되는 자성 입자의 물리량을 결정하는 단계
   를 포함하는, 자성 입자의 물리량을 결정하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 최종 자화의 하나 이상의 주파수 성분 f_B1±nf_B0, n=1,3,5,... (즉, n은 홀수 값)을 결정하는 단계는 최종 자화의 주파수 스펙트럼을 결정하는 단계를 포함하는, 자성 입자의 물리량을 결정하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 하나 이상의 주파수 성분(f_B1±nf_B0, n=홀수 값, 즉 n=1,3,5,...)을 결정하는 단계는 제2 주파수 빼기 제1 주파수와 동일한 주파수(f_B1-f_B0)에서 또는 제2 주파수 더하기 제1 주파수와 동일한 주파수(f_B1+f_B0)에서, 하나 이상의 주파수 성분을 결정하는 단계를 포함하는, 자성 입자의 물리량을 결정하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 파워 및 전압 중 적어도 하나로부터 볼륨 내에 포함되는 자성 입자의 물리량을 결정하는 단계는 상기 하나 이상의 주파수 성분의 파워 및 전압 중 적어도 하나와 상기 자성 입자의 질량 간 선형 관계를 기초로 물리량을 결정하는 단계를 포함하는, 자성 입자의 물리량을 결정하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 파워 및 전압 중 적어도 하나로부터 상기 볼륨 내에 포함되는 자성 입자의 물리량을 결정하는 단계는 상기 파워 및 전압 중 적어도 하나를 상기 자성 입자의 알려진 물리량에 대해 결정된 기준 파워 및 전압 중 적어도 하나에 비교하는 단계를 포함하는, 자성 입자의 물리량을 결정하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 시변 제1 자기장은 주기적인 시변 장인, 자성 입자의 물리량을 결정하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 시변 제1 자기장은 사인파형을 갖는, 자성 입자의 물리량을 결정하는 방법.
8. 한 볼륨 내에 포함되는 자성 입자의 물리량을 결정하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은
   a) 제1 자기장을 생성하고 상기 볼륨에 인가하여, 상기 자성 입자를 자화하기 위한 제1 신호원 및 제1 자기장 생성기 - 상기 제1 자기장은 제1 크기 및 제1 주파수를 갖는 시변 장임 - ,
   b) 상기 제1 자기장에 평행하지 않고, 상기 자성 입자의 라모어 주파수와 실질적으로 동일한 제2 주파수를 갖는 제2 자기장을 상기 볼륨에 동시에 인가하여 자화된 입자의 세차를 야기하도록 배열된 제2 신호원 및 제2 자기장 생성 요소,
   c) 상기 시변 장에 의해 변조되는 최종 자화를 나타내는 전압 신호를 획득하도록 구성된 자화 센서,
   d) 최종 자화의 하나 이상의 주파수 성분을 결정하도록 프로그램되고, 최종 자화의 하나 이상의 주파수 성분의 파워 및 전압 중 적어도 하나를 계산하고 상기 볼륨 내에 포함된 자성 입자의 물리량을 상기 파워 및 전압 중 적어도 하나로부터 결정하도록 더 프로그램된 프로세서 - 상기 하나 이상의 주파수 성분은 적어도 주파수 성분 f_B1±f_B0을 포함함 -
   를 포함하는, 자성 입자의 물리량을 결정하기 위한 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 프로세서는 제2 주파수 빼기 제1 주파수와 동일한 주파수에서 또는 제2 주파수 더하기 제1 주파수와 동일한 주파수에서 하나 이상의 주파수 성분을 결정하도록 더 프로그램되는, 자성 입자의 물리량을 결정하기 위한 시스템.
10. 제8항에 있어서, 시스템은 상기 자성 입자의 알려진 물리량에 대해 결정된 기준 파워 및 전압 중 적어도 하나를 저장하기 위한 메모리를 더 포함하고, 프로세서는 결정된 파워 또는 전압을 기준 파워 및 전압 중 적어도 하나와 비교하여 볼륨 내에 포함된 자성 입자의 물리량을 결정하도록 프로그램되는, 자성 입자의 물리량을 결정하기 위한 시스템.
11. 제8항에 있어서, 제1 신호원은 수 Hz 내지 100kHz의 범위의 주파수를 갖는 주기적 가변 제1 자기장을 생성하도록 구성된, 자성 입자의 물리량을 결정하기 위한 시스템.
12. 제8항에 있어서, 상기 프로세서는 최종 자화의 주파수 스펙트럼을 계산하기 위한 수단을 포함하는, 자성 입자의 물리량을 결정하기 위한 시스템.
13. 제12항에 있어서, 주파수 스펙트럼을 계산하기 위한 수단은 (이산) 푸리에 변환을 수행하기 위한 수단을 포함하는, 자성 입자의 물리량을 결정하기 위한 시스템.
14. 제12항에 있어서, 프로세서는 최종 자화의 주파수 스펙트럼 내 적어도 하나의 주파수 성분의 파워 및 전압 중 적어도 하나를 결정하기 위한 신호 분석기를 포함하는, 자성 입자의 물리량을 결정하기 위한 시스템.
15. 대상을 이미징하는 방법으로서, 상기 방법은 대상의 복수의 위치에서 청구항 제1항에 따르는 지정 볼륨 내 자성 입자의 물리량을 결정하는 방법을 적용하는 단계를 포함하며, 결정하는 것은 상기 자성 입자를 포함하는 희석물을 대상에 투여한 후 적용되는, 대상을 이미징하는 방법.
16. 제1항에 있어서, 제2 자기장의 주파수는 적어도 50MHz인, 자성 입자의 물리량을 결정하는 방법.
17. 제8항에 있어서, 제2 자기장의 주파수는 적어도 50MHz인, 자성 입자의 물리량을 결정하기 위한 시스템.

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