制备光抽运超极化气体的方法技术

制备超极化气体的方法包括以下步骤：（ａ）加热光抽运单元（２０）中的目标气体，该光抽运单元（２０）具有相对的顶部和底部部分；（ｂ）使光抽运单元中的目标气体极化；（ｃ）引导被加热的极化气体从光抽运单元的顶部部分流出至贮存器（３０），所述贮存器具有低于流出光抽运腔的被加热的目标气体的温度的温度；以及（ｄ）使先前被极化的气体从贮存器（３０）流入光抽运单元（２０）中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及尤其可用于NMR和磁共振成像(“MRI”)应用的极化惰性气体的制备。
技术介绍
极化惰性气体能够产生改善的身体的确定范围和区域的MRI图像，在该模态中身体的确定范围和区域至今已经产生不太令人满意的图像。已经发现极化的氦-3(“3He”)和氙-129(“129Xe”)特别适合于该用途。不幸地是，如将在下面进一步讨论的，气体的极化状态对处理和环境条件敏感，并且会不期望地从极化状态相对快速地衰减。超极化器被用于制备和累积极化惰性气体。超极化器人工地增强了超过自然或平衡水平的某些惰性气体原子核(比如129Xe或3He)的极化，也就是玻尔兹曼极化。由于它提高和增大了MRI信号强度，允许医生获得身体中物质的更好的图像，所以这种增强是理想的。请参见美国专利Nos.5,545,396；5,642,625；5,809,801；6,079,213和6,295,834；因此参照结合这些专利的公开内容，就好像在此对其进行了完整描述一样。为了制备超极化气体，典型地将惰性气体与比如铷(“Rb”)的光抽运的碱金属蒸汽混合。这些被光抽运的碱金属蒸汽与惰性气体的原子核碰撞，并通过被称为“自旋交换”的现象使惰性气体超极化。通过利用在用于碱金属的第一主要谐振的波长(例如对于Rb为795nm)处的圆偏振光照射碱金属蒸汽而产生碱金属蒸汽的“光抽运”。一般来讲，基态原子变成受激，然后接着衰减返回基态。在适度的磁场(10高斯)下，基态和受激态之间的原子的循环能够在几微秒中产生原子的接近100％的极化。一般通过碱金属的单价电子特征来实现该极化。在存在非零核自旋惰性气体时，碱金属蒸汽原子能够以下面的方式与惰性气体原子碰撞，即通过相互自旋反转“自旋交换”将价电子的极化转移至惰性气体原子核。一般来讲，如上所述，传统的超极化器包括保持于烘箱中并与激光源接通的光抽运腔，所述激光源被配置用于并适于在工作过程中将圆偏振光发射到光抽运腔中。超极化器也可以监控在极化转移处理点处、也就是在光学单元或光抽运腔处获得的极化水平。为此，典型地可以邻近光抽运腔定位小的“表面”NMR线圈，以激励和检测其中的气体，并因此在极化转移处理过程中监控气体的极化水平。请参见美国专利No.6,295,834，其进一步说明了用于光抽运单元和极化器的极化监控系统。机载超极化器监控设备不再需要高场NMR设备，但替代地能够使用低场检测技术以便以比传统的高场NMR技术低得多的场强(例如1-100G)来执行光学单元的极化监控。该较低的场强相应地允许较低的检测设备工作频率、比如1-400kHz。Saam等人已经提出低频NMR电路，特别用于在光学腔或包围单元的温度调节烘箱内部的单元处的超极化3He的极化水平的机载检测。请参见Saam等人的Low Frequency NMR Polarimeter forHyperpolarized Gases，Jnl.of Magnetic Resonance 134，67-71(1998)，因此参照结合其内容，就好像在此对其进行了完整描述一样。利用自旋交换光抽运来使目标气体极化是相对慢的过程；为了使1升极化氦气在传统尺寸的极化单元中达到或接近它的饱和极化可能花费大约10-16小时或更长。与传统上所使用的单元相比，利用较大容量的单元需要较大的烘箱、更大的激光功率以及更坚固的光学器件。因此，仍然需要能够提供极化气体的增大容量的制备的方法和系统。
技术实现思路
考虑到前面所述的内容，本专利技术的实施例提供用于提供增大数量的极化气体的超极化器、系统、方法和计算机程序产品。某些实施例涉及用于通过以下步骤来制备超极化气体的方法(a)加热光抽运单元中的目标气体，该光抽运单元具有相对的顶部和底部部分；(b)使光抽运单元中的目标气体极化；(c)引导被加热的极化气体从光抽运单元的顶部部分流出至贮存贮存器，所述贮存贮存器具有低于从光抽运单元流出的被加热的目标气体的温度的温度；以及(d)使先前被极化的气体从贮存器流入光抽运单元。其他实施例涉及用于利用光抽运碱金属经自旋交换来使目标气体极化的极化系统。该系统包括(a)具有分离的出口和入口的光抽运单元，出口存在于光抽运单元的顶部部分上；(b)与光抽运单元流体连通的贮存器腔，贮存器具有分离的出口和入口；以及(c)从光抽运单元出口延伸至贮存器入口以及从贮存器出口延伸至光抽运单元入口的循环气体流动路径，其中在操作中，在光抽运单元中使目标气体极化，并且使极化目标气体对流地从光抽运单元入口流出进入气体流动路径至贮存器腔。其他实施例涉及用于使目标气体极化的设备，包括(a)用于加热光抽运单元中的目标气体的装置，所述光抽运单元具有相对的顶部和底部部分；(b)用于使光抽运单元中的目标气体极化的装置；(c)用于使被加热的极化气体对流地从光抽运单元的顶部部分流出至贮存器的装置，所述贮存器具有低于流出光抽运腔的被加热的目标气体的温度的温度；以及(d)用于使先前被极化的气体从贮存器流入光抽运单元的装置。其他实施例还涉及一种计算机程序产品，其用于利用激光激发源来操作超极化器。使用包括与循环气体流动路径液体连通的分配阀和流量阀的循环气体流动路径，超极化器采用对流引起的从至少一个光抽运单元至至少一个贮存器的极化气体的流量排放来产生极化惰性气体。所述计算机程序产品包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有在所述介质中具体化的计算机可读程序代码。所述计算机可读程序代码包括(a)确定保持于超极化器的光抽运单元中的极化气体的极化水平的计算机可读程序代码；(b)确定保持于超极化器的贮存器中的极化气体的极化水平的计算机可读程序代码；以及(c)将光抽运单元引向光抽运目标气体以及先前被极化的目标气体的计算机可读程序代码。有利地，本专利技术能够提供超极化气体的及时增大的制备，其中贮存器能够容纳单个病人大小的量(比如0.5-2升)的极化气体，同时光抽运单元工作用于产生一批新鲜的极化空气。不像分批式的制备步骤，在操作过程中，本专利技术所提供的系统和方法能够利用尺寸类似于传统单元的极化单元如所期望的那样基本上连续地使极化气体再循环和/或分配和供给新鲜的目标气体，以提供增大数量的极化气体。上面所述的实施例的全部或所选择的操作、功能和/或结构可以被实现为如本专利技术所考虑的那样的方法、系统、计算机程序产品、组件和/或装置。在此将详细地说明本专利技术的前述和其它目的和方面。附图说明图1是可以被用于实现本专利技术的实施例的操作的方块图。图2是依据本专利技术的实施例具有光抽运单元的极化器系统的示意性说明，该光抽运单元具有用于循环极化气体的闭合循环流动路径。图3是依据本专利技术的实施例类似于在图2中示出的极化器系统、但具有位于光学单元之下的贮存器的极化器系统的示意性说明。图4是依据本专利技术的其他实施例的极化器系统的示意性说明。图5是依据本专利技术的实施例用于对流地排出的气体的计算机模块的方块图。图6是依据本专利技术的实施例为提供磁场而配置的螺线管的正视部分剖面图。具体实施例方式现在将参照附图在下文中更加全面地说明本专利技术，附图中示出了本专利技术的优选实施例。然而也可以以多种不同的形式具体化本专利技术，并且不应将本专利技术理解为局限于在此给出的实施例。相同的数字涉及贯穿全文的类似的元件。在附图中，为了清楚起见可以放大层、区域或部件。在附图中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备超极化气体的方法，包括以下步骤：加热光抽运单元中的目标气体，所述光抽运单元具有相对的顶部和底部部分；使所述光抽运单元中的目标气体极化；引导被加热的极化气体流出所述光抽运单元的顶部部分至贮存器，所述贮存器具有低于流出光抽运腔的所述被加热的目标气体的温度的温度；以及引导先前被极化的气体从所述贮存器进入所述光抽运单元中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PA切拉，
申请(专利权)人：医疗物理有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]