一种基于超极化气体的极化腔体系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于超极化气体的极化腔体系统及其使用方法，包括三个部分，第一部分用于输送碱金属蒸汽，第二部分用于将碱金属蒸汽与第三部分输送的

Polarized cavity system based on hyperpolarized gas and method of using the same

The invention discloses a method and system based on polarization cavity hyperpolarized gas, including three parts, the first part is used for transporting alkali metal vapor, second parts for alkali metal vapor and the third part delivery

【技术实现步骤摘要】
一种基于超极化气体的极化腔体系统及其使用方法
本专利技术涉及超极化3He气体磁共振成像(MRI)领域，具体涉及一种基于超极化3He气体的极化腔体系统。
技术介绍
随着空气环境污染日益严重，慢性肺病患者逐年增多，与此同时肺癌已经成为发病率和死亡率增长最快、对人群健康和生命威胁最大的恶性肿瘤之一，而传统磁共振技术利用生物体内较高的氢质子密度对组织进行成像，对于肺部，氢质子密度仅为其它组织的十分之一，显然对肺部成像并不适用。经研究发现，将超极化3He气体应用于肺部的核磁共振成像(MRI)可以获得高质量的肺部器官图像，是一种非常有应用前景的技术，它能够准确诊断肺气肿、哮喘、慢性阻塞性肺病等肺部疾病，克服了传统磁共振难于肺部成像的缺点。目前，自旋交换光泵浦方法(SEOP)是获得超极化3He气体的主要方法，经过自旋交换光泵浦方法得到的惰性气体核的极化度比质子核热平衡时的极化度提高数万倍，且肺部的质子密度相比于其他组织密度低三个数量级左右，非常适合作为造影剂去获得肺部的磁共振影像。研究表明，极化腔体系统的制作和处理工艺对3He气体的极化度有着至关重要的影响。考虑到地球上的3He气体是有限的且价格非常昂贵，在极化气体过程中应当尽量节约3He气体的使用。而传统的极化腔体不能循环利用，每次试验均需重新充装碱金属，不但造成了3He气体极大浪费而且多次充装碱金属，也给操作带来了巨大困难。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于超极化气体的新型极化腔体系统，旨在最大限度的节约3He气体，提高极化腔体本身的使用率，简化操作并减少碱金属的充装次数。本专利技术解决技术问题，采用以下技术方案：本专利技术基于超极化气体的极化腔体系统，包括碱金属蒸馏瓶、极化腔体和气体流量计；所述碱金属蒸馏瓶和所述极化腔体之间通过第一管路连接，所述极化腔体和所述气体流量计之间通过第二管路连接；使用时，将所述气体流量计连接基于超极化气体的抽真空充气系统，用于对极化腔体系统抽真空，并向极化腔体内通入3He和N2气体；所述第一管路由固定连接的第一高硼硅玻璃支管和GE180玻璃支管组成，所述第一高硼硅玻璃支管和GE180玻璃支管的连接处为第一过渡点；所述第一高硼硅玻璃支管的一端连通于所述碱金属蒸馏瓶上，所述GE180玻璃支管的一端连通于所述极化腔体上端；在所述第一高硼硅玻璃支管依次设置有第一截断点和凹槽；所述GE180玻璃支管由第三截断点分隔为第一GE180玻璃支管和第二GE180玻璃支管；在所述第一GE180玻璃支管上还设置有第二截断点；所述第二管路由固定连接的第三GE180玻璃支管和第二高硼硅玻璃支管组成，所述第三GE180玻璃支管和第二高硼硅玻璃支管的连接处为第二过渡点；所述第三GE180玻璃支管的一端连于所述极化腔体的一侧，所述第二高硼硅玻璃支管的一端通过不锈钢玻璃转换件连于气体流量计；在所述第二高硼硅玻璃支管上设置有电磁阀；所述第三GE180玻璃支管连有毛细玻璃管，在所述毛细玻璃管上依次设置有第二高真空阀门和第一高真空阀门；所述毛细玻璃管底端设置有用于连接螺旋过滤管的玻璃螺纹接口，通过螺旋过滤管连接储存袋。优选的，所述毛细玻璃管由内径1mm、长40mm的第一毛细玻璃管和内径为0.5mm、长55mm的第二毛细玻璃管一体化构成；所述第一毛细玻璃管的一端连于所述第三GE180玻璃支管，所述第二毛细玻璃管连于玻璃螺纹接口；所述第二高真空阀门设置在所述第一毛细玻璃管上，所述第一高真空阀门设置在所述第二毛细玻璃管上。优选的，所述碱金属蒸馏瓶长为152mm，瓶口直径为15mm。优选的，所述第一管路的直径为15mm，所述第二管路的直径为12mm。优选的，所述极化腔体为球形，直径50mm。优选的，在所述第三GE180玻璃支管处连接的毛细玻璃管的管口距离所述极化腔体11mm。第一管路和第二管路中不同材质玻璃管的连接处经3320铝硅玻璃烧结，实现良好的密封。将上述极化腔体系统用于获得超极化3He气体的方法，包括如下步骤：(1)使用N2气体冲洗整个极化腔体系统，并开启与气体流量计(20)相连的抽真空充气系统对整个极化腔体系统进行抽真空；(2)然后在N2气体的保护下将碱金属放置于碱金属蒸馏瓶(1)中，封闭瓶口，再次抽真空；(3)用火焰枪加热碱金属，使得碱金属由固态升华为气态，观察碱金属蒸汽移动情况；当碱金属蒸汽移至凹槽(3)处时，停止加热，并切断第一截断点(2)以摘掉多余的玻璃管；然后用火焰枪再次加热凹槽(3)内的碱金属，继续观察碱金属蒸汽移动情况；在碱金属蒸汽移动至通过第二截断点(6)后，切断第二截断点(6)以摘掉多余的玻璃管；继续加热碱金属，当碱金属蒸汽达到极化腔体(12)时，切断第三截断点(8)以摘掉多余的玻璃管；(4)当碱金属蒸汽到达极化腔体(12)后，打开气体流量计(20)和电磁阀(17)，依次按需定量充入N2和3He气体，充入完成后，气体流量仪(20)截断气体并关闭电磁阀(17)；(5)将充有3He、N2气体和碱金属蒸汽的极化腔体12放置于磁场中，利用加热炉加热以获得饱和碱金属蒸汽，并用激光对极化腔体进行持续照射，以得到高极化度的极化气体；打开毛细玻璃管(13)上的第二高真空阀门(16)和第一高真空阀门(15)，极化气体从毛细玻璃管(13)经玻璃螺纹接口(14)和过滤管进入储存袋；(6)再次使用时，用光谱分析仪测量极化腔体(12)内剩余碱金属的含量和配比，根据光谱分析仪测量的剩余碱金属的光谱参数计算需再次先后充入的N2和3He气体的体积和比例，然后重复步骤(4)、(5)，获得极化气体。电磁阀(17)和气体流量计(20)启闭均由电脑智能控制。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：1、本方面的极化腔体系统克服了传统极化腔体只能使用一次的缺点，极化腔体可以重复使用多次，不仅可以实现反复充装3He和N2气体，一次碱金属充装可试验多次，而且智能控制气体流量计和电磁阀启闭，还可实现精确控制充入极化腔体内气体体积和比例，大大减少了气体的浪费、简化了操作步骤。2、在第二高硼硅玻璃支管靠近极化腔体左侧添加电磁阀，通过和毛细玻璃管前侧和后侧的两个高真空阀门配合控制，可使一个极化腔体多次循环利用；另外为了提高表体比，毛细玻璃管从第三GE180玻璃支管上引出。3、在抽真空系统到极化系统之间加入气体流量计，气体流量计和电磁阀均通过I/0端口连接计算机，两者协同控制，可精确往极化腔内按一定比例先后充入N2和3He气体体积。4、一次充装碱金属可多次试验，首次试验后通过光谱分析仪测量出剩余碱金属的含量，再次实验时可按照首次试验后测得的剩余碱金属光谱参数计算再次试验时所需的3He和N2气体体积和比例，精确定量充装，如此反复试验。5、为了节约3He气体，毛细玻璃管管口直径应该小，但碱金属在冷却到室温的过程中，管口过小容易造成堵塞，因此毛细玻璃管采用不同内径相连的结构，与极化腔相连的一侧的毛细管内径为1mm，与提取装置阀门相连的一侧毛细管内径为0.5mm；另为防止加热炉加热时高温对阀门的影响，设置毛细玻璃管长度为95mm。6、由于3He气体的原子比氟小，为了避免泄漏，玻璃支管上使用的电磁阀和高空真空阀密封材料，即O型圈均需优选聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯或者为它们的共聚物和混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超极化气体的极化腔体系统，其特征在于：包括碱金属蒸馏瓶(1)、极化腔体(12)和气体流量计(20)；所述碱金属蒸馏瓶(1)和所述极化腔体(12)之间通过第一管路连接，所述极化腔体(12)和所述气体流量计(20)之间通过第二管路连接；所述第一管路由固定连接的第一高硼硅玻璃支管(4)和GE180玻璃支管组成，所述第一高硼硅玻璃支管(4)和GE180玻璃支管的连接处为第一过渡点(5)；所述第一高硼硅玻璃支管(4)的一端连通于所述碱金属蒸馏瓶(1)上，所述GE180玻璃支管的一端连通于所述极化腔体(12)上端；在所述第一高硼硅玻璃支管(4)依次设置有第一截断点(2)和凹槽(3)；所述GE180玻璃支管由第三截断点(8)分隔为第一GE180玻璃支管(7)和第二GE180玻璃支管(9)；在所述第一GE180玻璃支管(7)上还设置有第二截断点(6)；所述第二管路由固定连接的第三GE180玻璃支管(10)和第二高硼硅玻璃支管(18)组成，所述第三GE180玻璃支管(10)和第二高硼硅玻璃支管(18)的连接处为第二过渡点(11)；所述第三GE180玻璃支管(10)的一端连于所述极化腔体(12)的一侧，所述第二高硼硅玻璃支管(18)的一端通过不锈钢玻璃转换件(19)连于气体流量计(20)；在所述第二高硼硅玻璃支管(18)上设置有电磁阀(17)；所述第三GE180玻璃支管(10)连有毛细玻璃管(13)，在所述毛细玻璃管(13)上依次设置有第二高真空阀门(16)和第一高真空阀门(15)；所述毛细玻璃管(13)底端设置有用于连接螺旋过滤管的玻璃螺纹接口(14)，通过螺旋过滤管连接储存袋。...

【技术特征摘要】
1.一种基于超极化气体的极化腔体系统，其特征在于：包括碱金属蒸馏瓶(1)、极化腔体(12)和气体流量计(20)；所述碱金属蒸馏瓶(1)和所述极化腔体(12)之间通过第一管路连接，所述极化腔体(12)和所述气体流量计(20)之间通过第二管路连接；所述第一管路由固定连接的第一高硼硅玻璃支管(4)和GE180玻璃支管组成，所述第一高硼硅玻璃支管(4)和GE180玻璃支管的连接处为第一过渡点(5)；所述第一高硼硅玻璃支管(4)的一端连通于所述碱金属蒸馏瓶(1)上，所述GE180玻璃支管的一端连通于所述极化腔体(12)上端；在所述第一高硼硅玻璃支管(4)依次设置有第一截断点(2)和凹槽(3)；所述GE180玻璃支管由第三截断点(8)分隔为第一GE180玻璃支管(7)和第二GE180玻璃支管(9)；在所述第一GE180玻璃支管(7)上还设置有第二截断点(6)；所述第二管路由固定连接的第三GE180玻璃支管(10)和第二高硼硅玻璃支管(18)组成，所述第三GE180玻璃支管(10)和第二高硼硅玻璃支管(18)的连接处为第二过渡点(11)；所述第三GE180玻璃支管(10)的一端连于所述极化腔体(12)的一侧，所述第二高硼硅玻璃支管(18)的一端通过不锈钢玻璃转换件(19)连于气体流量计(20)；在所述第二高硼硅玻璃支管(18)上设置有电磁阀(17)；所述第三GE180玻璃支管(10)连有毛细玻璃管(13)，在所述毛细玻璃管(13)上依次设置有第二高真空阀门(16)和第一高真空阀门(15)；所述毛细玻璃管(13)底端设置有用于连接螺旋过滤管的玻璃螺纹接口(14)，通过螺旋过滤管连接储存袋。2.根据权利要求1所述的极化腔体系统，其特征在于：所述毛细玻璃管(13)由内径1mm、长40mm的第一毛细玻璃管(21)和内径为0.5mm、长55mm的第二毛细玻璃管(22)一体化构成；所述第一毛细玻璃管(21)的一端连于所述第三GE180玻璃支管(10)，所述第二毛细玻璃管(22)连于玻璃螺纹接口(14)；所述第二高真空阀门(16)设置在所述第一毛细玻璃管(21)上，所述第一高真空阀门(15)设置在所述第二毛细玻璃管(22)上。3.根据权利要求1所述的极化腔体系统，其特征在于：所述碱金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐进章，窦艳，陈鑫磊，潘淑豪，苏光靖，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34