用于超极化的气体的多室极化器系统技术方案

生产超极化的气体的方法、系统、组件、计算机程序产品和装置，通过：（ａ）提供多个室（３０），每个具有相应的量的目标气体保持在其中；（ｂ）以要求的顺序极化在室内和／或来自室的目标气体以提供分别的批的极化的气体；（ｃ）当极化水平下降到预定的值以下时，再极化保持在该室的至少一个内的以前极化的目标气体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于NMR和磁共振成像(“MRI”)应用中的极化的稀有气体的生产。
技术介绍
已经发现，极化的惰性稀有气体可以产生对身体的某些范围和区域的改进的MR I图像，其以前以此方法产生不够令人满意的图像。已经发现，极化的氦-3(“3He”)和氙-129(“129Xe”)特别适合于此目的。可惜的是，如下面将进一步讨论的，气体的极化状态对处理和环境状况敏感，并且可以不合需要地相对快速地从极化状态衰变。使用超极化器来生产和积累极化的稀有气体。超极化器人工地增强某些稀有气体原子核(诸如129Xe或3He)的极化，超过自然的或平衡的水平，即玻尔兹曼极化。这样的增加是合乎需要的，因为其增强并且增加了MRI信号强度，允许医师获得对身体内的物质的更好的图像。参看美国专利No.5,545,396；5,642,625；5,809,801；6,079,213和6,295,834；特此，这些专利技术的披露内容好像完全地在这里叙述般的作为参考加入。为了产生超极化的气体，稀有气体通常与光抽吸的碱金属蒸汽混和，诸如铷(“Rb”)。这些光抽吸的金属蒸汽与稀有气体的原子核碰撞并且通过已知为“自旋交换”的现象来超极化该稀有气体。碱金属蒸汽的“光抽吸”通过使用在该碱金属的第一主要谐振的波长(例如，对于Rb为795nm)循环极化的光来照射该碱金属蒸汽来产生。一般来说，基态原子变成激发的，随后衰变回到基态。在适度的磁场(10高斯)下，原子在基态和激发态之间的循环可以在几个微秒内产生原子几乎100％的极化。此极化通常由碱金属的单独的价电子的特性实现。在存在非零的原子核自旋稀有气体时，碱金属蒸汽原子可以与稀有气体原子以这样的方式碰撞，其中，价电子的极化通过相互的自旋翻转“自旋交换”传输到稀有气体原子核。一般来说，如以上指出的，传统的超极化器包括保持在炉中并且与激光源连通的光抽吸腔室，该激光源配置和定位为在操作中向光抽吸腔室内发射循环极化的光。该超极化器还可以监控在极化传输过程点实现的极化水平，即，在光室或光抽吸腔室。为了这样做，通常，小“表面”NMR线圈定位得邻近光抽吸腔室以激发和检测其中的气体，并且从而在极化传输过程期间监控气体的极化水平。参考美国专利No.6,295,834，其中进一步描述了用于光抽吸室和极化器的极化监控系统。无论如何，现在已知，机载的超极化器监控仪器不再需要高-场NMR仪器，而是可以使用低-场检测技术，来在比传统的高-场NMR技术低得多的场强(例如，1-100G)用于执行对光室的极化监控。此较低场强允许对应的较低检测仪器操作频率，诸如1-400kHz。新近，Saam等人已经提出了低-频率NMR电路，特别地用于机载的对于在围绕该室的温度调节炉内的光腔室或室处的超极化的3He的极化水平的检测。参看Saam等人的Low Frequency NMR Polarimeter for HyperpolarizedGases，Jnl.of Magnetic Resonance 134，67-71(1998)，特此，其内容好像完全地在这里叙述般的作为参考加入。其它已经使用低-场NMR设备用于机载极化测量。使用自旋交换光抽吸极化目标气体是相对慢的过程1升的批量的气体达到或接近其饱和极化可能使用大约10个小时。在自旋交换完成以后，在施用到病人以前，该超极化的气体通常与碱金属分开(以形成无毒的药用上可以接受的产品)。可惜的是，在生产期间和/或在采集期间和以后，该超极化的气体可以相对快速地衰退或衰变(失去其超极化的状态)并且因此必须被小心地处理、采集、运输和存储。在医学上对于极化的气体的需求增加的同时，需要可以提供体积增加的极化的气体的生产来以这样的方式适合生产需求的方法和系统，其可以提供极化的气体的可靠供给，该极化的气体可以在要求使用的时间获得，以促进医院或病房对关联的仪器(MRI或NMR系统)的时序安排。
技术实现思路
由前述看来，本专利技术的实施例提供超极化器、系统、方法和计算机程序产品来“在要求时”提供有用的剂量的极化的气体。本专利技术的另一个目的为提供自动的超极化器，其可以在具有不同水平的极化衰变的不同可选的容器中，生产多个量的极化的气体。本专利技术的另一个目的为提供系统和方法，其可以生产、存储和如果极化水平证明这样的再极化时，再极化目标气体。本专利技术的再一个目的为提供紧凑的极化器单元，其对占地面积的需求减小，且可以在临床器材内极化和分配气体。本专利技术的另一个目的为提供室和/或安装配置，其可以在磁保持场内的极化器系统内保持目标气体。这些和其它目的在本专利技术中通过这样的超极化器系统和其它关联的方法、计算机程序产品和装置来实现，该系统可以生产多个可选择的可极化的目标气体的量(批)。本专利技术的特别的实施例涉及用于生产超极化的气体的方法。该方法包括(a)使用，或者换句话说，提供多个室，在每个室中保持相应的量的目标气体；(b)以要求的顺序极化(连续地和/或两个或更多同时地)在该室内和/或来自该室的目标气体，以提供分别批的极化的气体；及(c)再极化保持在该室的至少一个内的以前极化的目标气体。该方法还可以包括在监控周期期间监控在该室内的每个批的极化的目标气体的极化水平，并且当极化水平降到预定的值的水平以下时引导该再极化步骤。在某些实施例中，在监控周期期间，在室的至少一个内的极化的目标气体的极化衰变周期相对于在其它室内的极化的目标气体不同。即，在室内的气体随着时间衰变。然而，在室的至少一个内的气体可以不衰变，因为当极化衰变在其它室内发生时，该至少一个室内的气体可以再极化(因此其极化增加)。不同的室可以每个具有不同的衰变周期，和/或不同的其极化到达不合需要的低水平的时间。其它实施例涉及用于提供超极化的稀有气体的方法，包括(a)使用，或者换句话说，提供基本上为圆筒形的螺线管，来产生磁保持场，该螺线管具有延长的腔和关联的轴向的中心线，定位该螺线管，使得该轴向的中心线在具有垂直的和水平的分量的有角度的偏移方向延伸；并且(b)在该螺线管的腔内保持一定量的极化的气体。该方法还可以包括分配一定量的极化的气体，使得气体基本上轴向地传输出螺线管的腔到分配口，和/或在螺线管的腔内定位多个室，每个室配置为能够保持一定量的极化的气体(虽然在某些操作中，选择的一些室可以为空的或未使用的)。其它实施例涉及用于生产极化的气体的超极化器系统。该系统包括(a)多个室，每个配置为保持一定量的保持在其中的目标气体，其中室的至少一个为配置为在自旋交换极化期间保持目标气体的光抽吸室；(b)光学系统，其包括配置为产生循环极化的光的光源，在操作期间，该循环极化的光选择地传输到该至少一个光抽吸室；(c)磁场源，其定位和配置为产生覆盖该多个室的磁保持场；(d)控制器，其配置为指示光学系统的操作并且定序室内的目标气体的极化；以及(e)极化强度监控系统，其与每个室和控制器连通，该监控系统配置为确定每个室中的目标气体的极化水平。操作中，控制器可以考虑由监控系统提供的极化水平数据，来选择地指示对以前极化的目标气体的再极化(连续的和/或同时自旋加快多个室)并且定序来自每个室的一批目标气体被极化和/或再极化的顺序和定时，使得在完全操作的状态时，该超极化器适合于保持多个不同批的极化的目标气体。至少其中的两个批，并且在某些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产超极化的气体的方法，其包括以下步骤：提供多个室，每个室具有保持在其中的相应的量的目标气体；以要求的顺序极化在室内和／或来自室的目标气体，以提供分别的批的目标气体；及当极化水平降低到预定的值以下时，再极化保 持在室的至少一个内的以前极化的目标气体。

【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：I内尔逊，S卡德莱塞克，J诺尔斯，E卡瓦基，K博拉姆，J戴维逊，
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]