CN1371480A - 核磁共振极化监视线圈,超极化器,及用于确定所累积的超极化惰性气体极化程度的方法 - Google Patents

核磁共振极化监视线圈,超极化器,及用于确定所累积的超极化惰性气体极化程度的方法 Download PDF

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Abstract

制造超极化惰性气体的超极化器包括一个或多个被成形从监视超极化气体在极化气体制造周期中不同制造点极化程度的机载核磁共振(NMR)监视线圈。双重对称NMR线圈邻近于光泵抽取单元被放置并且保持与辅助储器的流体联系,该储器与极化气体配送或退出的流动有流体交换。这能测量极化器上机载气体融化后的极化。替换地或附加地,NMR监视线圈被安装到光泵抽取单元的退出通道部分以给出当气体流出气体光泵抽取单元时其极化程度的更可靠的读数。另一个NMR监视线圈可被放置在邻近于一些被冻结的极化氙－129(129Xe)的低温槽中以确定被冻结气体的极化程度。

Description

核磁共振极化监视线圈，超极化器，及用于 确定所累积的超极化惰性气体极化程度的方法
                     发明领域
本发明涉及极化惰性气体收集和累积，并且更具体而言涉及在NMR及磁共振成象(“MRI”)用途中所应用的超极化气体极化程度的确定。
                     发明背景
最近已被发现极化的惰性气体能对身体的一些在此前已被生成欠满意的MRI图象的范围和区域在这个形态下生成被改进的图象。极化的氦-3(3He)和氙-129(129Xe)已被发现可能特别适合于这个目的。遗憾地是，如下面将被进一步讨论的，气体的极化状态对处理及环境条件敏感并且能，不希望有地，较快从极化状态衰变。另外，由于极化气体的敏感性，需要监视在制造的延续期间不同时刻气体的极化程度。例如，制造过程中的监视能指明在光泵抽取过程(optical pumping)(下面被描述)期间所达到的极化或者在生存周期过程的某些阶段的极化损失(以便确定极化气体剩余的可使用寿命或帮助鉴别关键的制造通路问题)。
超极化器被用于制造及累积极化的惰性气体，超吸化器人工地使某些惰性气体核(例如129Xe或3He)的极化提高到固有的或平衡的程度，即玻耳兹曼极化，以上。这种提高是需要的因为增强并加大了MRI信号的强度，使医生们能获得身体中物质的较好的图象。参见对艾伯特(Albert)等人的5,545,396号美国专利，它的公开内容特此在这里被引入供参考就象在这里被详细列举一样。
为了制造超极化气体，惰性气体一般用被光泵抽取的碱金属蒸汽例如铷(Rb)渗和。这些被光泵抽取的金属蒸汽与惰性气体的核碰撞并且通过被称为“自旋交换”的现象使惰性气体超极化。碱金属蒸汽的“光泵抽取”借助用处于碱金属第一主共振波长(如，对于Rb是795nm)的圆偏振光照射碱金属蒸汽被导致。一般地说，基态的原子变成被激发的，然后接着落回到基态。在适当的磁场(10高斯)下，原子在基态与激发态之间的轮转在几微秒内能提供原子的将近100％的极化。这种极化一般由碱金属特有的孤立价电子所携带。在有非零核自旋惰性气体的情况下，碱金属蒸汽原子能按在其中价电子的极化通过自旋相互反向的“自旋交换”被转移到惰性气体原子核的方式与惰性气体原子碰撞。
在任何情况下，在自旋交换已被完成后，超极化气体在被引入患者之前从碱金属中被分离出来(以形成无毒的、药用上可接受的产品)。遗憾地是，在收集期间或之后两个阶段超极化气体都能较快地变质或衰变(失去其超极化的状态)并因此必须被精心地处理、收集、转移、及储存。因而，超极化气体的处理是紧要的，由于超极化状态对环境和处理因素的敏感性及气体从其超极化状态的不希望有的衰变的可能性。
有些累积系统利用低温累积器使缓冲气体从极化气体分离出来并且冻结所收集的极化气体。对Driehuys等人的共同未决及共同转让的08,989,604号美国专利申请描述了低温地收集、冻结及随后融化冻结极化氙的合适的累积器及方法。这项申请的内容在这里被引入供参考，恰象在这里被详细列举一样。
按常规，极化程度在极化转变过程位置处(即，在极化器或光学单元)在超极化器设备中已被监视或者在远离超极化器的位置在极化气体从超极化器配送之后被测量。例如，对于后者，极化气体被引导到超极化器上退出或配送通道并且进入两个分离的可密封的容器，气体输送容器，例如气囊，及小的(约5立方厘米)可密封的玻璃样品容器，这个玻璃泡样品容器然后在超极化器处被密封并且随后从超极化器被运走到被远距离放置的强场(4.7T)NMR波谱学装置以确定在极化过程期间所达到的极化程度。参看J.P.Mugler、B.Drienuys、J.R.Brookeman等人的“使用超极化129氙气的MR成象和波谱学”；Preliminary HumanResults，Mag.Reson.Med.37，809-815(1997)。
一般说来，如上面所指出，通用的超极化器也可能监视在极化转变过程位置处，即在光学单元或光泵抽取室处所达到的极化程度。为了这样做，通常小的“面”NMR线圈被邻近于光泵抽取室放置以激发和检测在那里的气体并从而监视在极化转变过程期间气体的极化程度。小的面NMR线圈将取样较小体积的贴近的极化气体因而与较大的NMR线圈结构相比有较长的横向驰豫时间(T2 *)。较大顶角的脉冲能被用于从局部自旋极化取样。大角度脉冲通常将破坏局部极化，但因为被取样的体积与容器的全部尺寸相比是小的，它将基本上不影响气体的总体的极化。
一般，面NMR线圈与用于操纵NMR线圈并分析所检测信号的弱场NMR检测设备在运转上相联系。被用于在光学单元处监视极化并且记录及分析在那里伴生的NMR信号的弱场NMR检测设备的实例包括采用频率合成器的弱场波谱计、同步放大器、声频功率放大器等，以及计算机。
在任何情况下，现在已知道机载超极化器监视设备不再需要强场NMR设备，而代之以能使用弱场检测技术在比通用的强场NMR技术低得多的场强(例如，1-100G)下去完成对光学单元的极化监视。这个较低的场强相应地容许较低的检测设备运转频率，例如1-400KHz。
对于全部超极化气体样品能被放置在NMR线圈内的应用场合，绝热快通道(“AFP”)技术已被用于监视在这种类型情况下气体的极化、遗憾的是，在多数与生产有关的情况中，这种技术是不想要的。例如，为了测量在一升的患者剂量囊中的极化，就需要较大的NMR线圈及占据空间大的磁场。
新近，Saam等人已推荐特意用于在包围光学单元的温度调节烘箱内光学单元处超极化3He极化程度机载检测的低频NMR电路。参见Saam等人的“用于超极化气体的低频NMR极化计”，Jnl.of MagneticResonance 134，67-71(1998)。磁成象技术股份有限公司(“MITI”)和别的人已使用的弱场NMR装置用于机载极化测量。
然而，还需要将能有效地并可靠地确定和/或监视在制造周期中不同点极化气体的极化程度。这对用于被低温累积的129Xe的连续不断的制造方式特别重要，如上面所指出129Xe在制造周期中被冻结及融化。
                        本发明的目的和概述
鉴于上述，本发明的一个目的是提供有效地监视一些超极化气体在制造周期中不同点超极化程度的方法及装置。
本发明额外的目的是提供具有监视被低温累积的超极化气体在气体被冻结之前并在气体被融化之后极化程度装置的超极化器。
本发明的另一个目的是提供用于监视能被用于基本上连续的气体流动制造环境中的流动的超极化气体极化程度的方法及设备。
本发明的进一步目的是提供降低在光泵抽取过程期间和在光泵抽取过程之后两者监视极化气体极化程度所必须复杂性及组件数目的装置及方法。
本发明的又一个目的是提供监视被冻结的极化气体极化程度的装置。
本发明的附加目的是提供能改进低温超极化气体制造过程可预测性的装置。
本发明还有的另外目的是提供能在累积后融化期间可靠地产生极化气体足够极化程度的装置。
这些和其他的目的由本发明借助具有被成形以提供在制造周期期间多于一个点的“机载”极化监视程度信息的一个或多个NMR线圈的超极化装置被满足。在优选的实施例中，超极化器包括双重对称NMR线圈结构，它使同一个NMR线圈和检测电路将能被使用于测量在低温累积之前在光学单元中并且在低温累积融化之后在融化后样品泡中129Xe的极化。
特别是，本发明的第一个特点是以用于制造极化惰性气体的超极化器为目标。超极化器包含具有非极化气体入口通道和极化气体出口通道的光泵抽取单元及在运转上与光泵抽取单元相联系的磁场源。磁场源被成形以提供均匀的区域。超极化器还包括具有第一个和第二个相向末端的NMR线圈。第一个末端被邻近于在均匀区域内的光泵抽取单元放置。超极化器还包括与光泵抽取单元出口通道保持流体联系的低温累积器及与低温累积器有流体交换的极化气体配送通道。极化气体的退出流动通路在该低温累积器与极化气体配送出口之间延伸并且辅助储器邻近于与极化气体退出流动通路保持流体联系的NMR线圈的第二个末端放置。在超极化器运转期间，NMR线圈被成形以激发被放置在光学单元内的一些极化气体及被放置在辅助储器内的一些极化气体中的一个。最好，NMR线圈在光学单元运转期间主要监视单元中的极化，而在融化后期间，光学单元中极化消失而仅有的可测量的信号将由融化后样品泡中的极化气体引起。
在优选的实施例中，磁场源确定了均匀的区域，它包括光泵抽取单元的一部分及在光泵抽取单元下面延伸一段距离的(空间)体积。NMR线圈被设置在光泵抽取单元的底部，而NMR线圈及至少辅助储器的一部分被放置在均匀的区域内。
本发明的另一个特点是用于超极化装置的辅助储器。辅助储器被成形以其中容纳一些超极化惰性气体并且包含确定在其间气体流动通路的相向的第一个和第二个末端部分。第一个末端部分被成形以在其中截获一些超极化气体。第二个末端部分具有在其中被形成的开口并且被成形以与(超极化)气体的部分流动管线衔接。最好，第一个末端用薄壁被成形。
本发明的另外的特点是用于监视在两个不同位置与极化气体相联系的极化程度的双重对称NMR线圈。双重对称NMR线圈包含第一个和第二个相向的凸缘，并且居中的线圈段被放置在其中间。第一个和第二个凸缘的厚度基本上相同。
本发明还有的另一个特点是用于制造极化惰性气体的超极化器。超极化器包含具有主体及纵向延伸持有外表面的极化气体出口通道的光泵抽取单元。超极化器包括与光泵抽取单元在运转上相联系的磁场源。磁场源被成形以提供均匀的区域。超极化器还包括具有第一个和第二个相向的末端并确定通过那里的中央开口的第一个NMR线圈。第一个NMR线圈被放置在出口通道上以使出口通道的纵向延伸部分贯穿第一个NMR线圈的开口。第一个NMR线圈的第一个末端邻近于在均匀区域内的光泵抽取单元的主体被放置。在超极化器运转期间，第一个NMR线圈被成形以激发被贴近光学单元出口通道定位的一些极化气体。在优选的实施例中，超极化器包括被放置在制造周期中其他选定点的第二个和第三个NMR监视线圈。
操纵贴近光学单元出口通道被放置的NMR线圈的优选方法包括使超极化气体流过光学单元并以所期望的速率流出通道。超极化气体流最好被暂时停止或放慢并且NMR信号通过在出口通道(或分路)上的线圈被获取而气流然后被恢复。这种结构和方法能生成代表流动的超极化气体当它退出光学单元时特征的信号。
本发明的另一个特点以用于制造被光泵抽取的极化惰性气体的另一种超极化器的实施例为目标。该超极化器包含具有未极化气体入口通道和极化气体出口通道以及主体的光泵抽取单元。超极化器还包括与光泵抽取单元出口通道保持流体联系的低温累积器。低温累积器包含细长的封闭尾管，它确定用于将一些所收集的极化气体容纳在其中的极化气体收集室。气体收集室在操作上与第一个和第二个可密闭的阀相联系。低温累积器还包括低温槽，其中收集室被浸入低温槽中。低温累积器还包括被配置以提供具有邻近于低温槽中收集室均匀区域磁场的一组永久磁铁和邻近于在磁场均匀区域中管子封闭末端的低温槽中被放置的第一个NMR线圈。超极化器还包括与低温累积器保持流体联系的极化气体配送出口和从低温累积器延伸到极化气体配送出口的极化气体退出的流动通路。在超极化器运转期间，第一个NMR线圈被成形以监视在收集管的封闭末端中极化气体的极化程度。
本发明尚有的另一个特点是用于监视在制造期间极化气体极化程度的方法。该方法包括使一些惰性气体在光泵抽取室中极化并将光泵抽取室中的极化惰性气体引导到气体收集通路。具有均匀区域的磁场被提供；均匀区域最好包括至少与光泵抽取室一部分相联系的空间体积及贴近光泵抽取室的气体收集通路。第一个NMR线圈邻近于在磁场均匀区域中的气体流动通路被放置并且极化气体借助传递到第一个NMR线圈的激发信号被激发。与邻近于NMR线圈的超极化气体相联系的极化程度被测量以由此监视在邻近于极化气体流动通路的极化器区域中与极化气体相联系的极化程度。
在优选的实施例中，光泵抽取室具有主体部分和由纵向延伸的支管所确定的极化气体退出通道，并且NMR激发线圈围绕邻近于光泵抽取室主体部分的支管被放置。还可取的是该方法进一步包含将极化气体低温累积在低温累积器中，在此期间一部分极化气体被冻结而且随后接着使冻结的极化气体在配送步骤之前而在融化步骤之后融化。还可取的是在融化步骤期间或其后，被融化的极化气体数量的次要部分被引导离开超极化气体的主要部分进入贴近NMR线圈的气体流动通路。
本发明的又一个特点是以具有集成NMR线圈的超极化气体光泵抽取单元为目标。被集成的单元包括具有主体及至少一个纵向延伸支管部分的光泵抽取单元。被集成的单元还包括具有反向的第一个及第二个末端及通过其中央被形成开口的NMR线圈。第一个末端被成形以容纳在那里的一部分该纵向延伸的支管并连接到光泵抽取单元。最好，NMR线圈邻近于沿着气体退出流动通路的主体连接到主管。
本发明的额外的特点是提供用于释放在具有冷凝管收集容器及与此相联系的退出流动管道的超极化器中的融化后的被低温累积的超极化气体的方法。该方法包括低温累积在冷凝管中一些被冻结的超极化气体及监视与在冷凝管中被低温收集的气体相联系的压强的步骤。(在低温累积后，流动被停止而残留的气体被排空，并且热量被施加以启动融化。)至少一部分数量在冷凝管中的冻结的超极化气体被融化。在冷凝管中的压强被升高以响应被冻结的超极化气体从基本上冻结的样品到融化的流体样品的相变。融化的超极化流体样品作为气体从冷凝管被释放，以对与该监视步骤对应的与冷凝管相联系的预定的压强起反应。在优选的实施例中，冻结的气体直接转变为液相而释放的步骤被完成以响应超极化器中冷凝管下游阀的打开，并且融化和释放步骤两者都在超极化器上被机载完成。
有利地是，本发明能在制造期间监视极化而且甚至在配送通道处，在那里适宜于MRI患者大小的量(例如0.5-2升极化气体)被从超极化器中引出来。照这样，在为了便于运输到遥远的地点将容器从超极化器装置拆卸开之前在装运或存储前极化程度是可不费力鉴别的。被改进的机载的、制造过程中的极化监视能改进制造过程并且能方便地指示气体在一些关键点包括在配送通道处的极化程度。而且，双重对称NMR线圈能容许单个NMR线圈测量于光泵抽取过程期间在光学单元处和在制造周期中第二点，如在融化后的位置，两者的极化。另外，本发明现在使冷凝管成形以依赖于可更好地预测的标志，压强，释放被低温累积的超极化氙。因为在预定压强下被融化气体的释放较少依赖于过程的变动，例如流动速率及所收集气体的数量，而能获得更好的可预测过程，从而提供更可靠的可控制的制造性能。
本发明的上述和其他的目的及特点在这里被详细阐明。
                     附图简述
图1是根据本发明一种实施例的超极化器装置的示意图解。
图2A是根据本发明的双重对称NMR线圈的侧视图。
图2B是示意说明环绕NMR线圈圈身被缠绕并被放置在其上的电线的图2A的NMR线圈的侧视图。
图2C是图2A的上视图。
图3是根据本发明的辅助储器的放大透视图。
图3A是根据本发明的辅助储器的可替换实施例的放大透视图。
图4是根据本发明的用于具有NMR线圈及辅助储器的超极化器的部分管路布局的透视图。
图5是根据本发明的用于电动监视电路运行关系的示意图。
图6是根据本发明的具有制造过程中多个极化监视点的超极化器的可替换实施例的示意图解。
图7A是说明根据本发明一种实施例沿光学单元退出气体的流动通路被放置的NMR线圈的光学单元及NMR线圈的前视图。
图7B是说明根据本发明用于沿图6的超极化器退出流动通路放置NMR监视线圈装配方法的图7A的光学单元及NMR线圈的展示图。
图8是根据本发明的具有多点监视的超极化器的又一种实施例的示意图解。
图9是说明被低温放置的NMR激发线圈的根据本发明的超极化器的另外的实施例的示意说明。
图9A是作为如图9中所示的螺线管被成形的NMR线圈的放大示意图解。
图10是根据本发明一种实施例的被低温放置的NMR面线圈及被外部放置的永久磁铁(即，永久磁铁被放置在低温槽外部)的示意性侧截面图。
图11是根据本发明的一种实施例在冷凝管处被施加到电磁铁或螺线管的静磁保持场的前视图的示意图解。
图12是根据本发明的用于具有多个NMR线圈的超极化器的电路的示意图解。
图13说明展示直接检测自由感应衰变(FID)与典型的完全混合双通道FID比较的现有技术的检测方法的图形。
图14是根据本发明的被改进以增加电路开关装置而监视在制造周期中附加点的现有技术的NMR极化程度检测电路的示意图解。
                    优选实施例详述
本发明现在将在下文中参照附图被更充分地描述，在附图中本发明的优选实施例被展示。然而，本发明可以按许多不同的型式被体现并且应当不被认作被局限于在这里所陈述的实施例。同样的号数始终指的是同样的元件。在附图中，薄层，区域，或组件为了清楚起见可能被放大。
在下面的本发明描述中，某些术语被使用去表示某些结构相对于其他结构的位置上的关系。如在这里被使用的术语“向前”及其派生词指的是当气体混俣物通过超极化器装置时它行进的一般方向；这个术语将被意味是术语“下游”的同义语，后者经常被用在制造环境中以指明被影响到的某种材料在制造过程中比其他材料向前更远。相反，术语“向后”和“上游”及它们的派生词分别指的是与向前和下游方向相反的方向。还有，如在这里描述的，极化气体被收集、冻结、融化、并被用在MRI应用中。为了描述的容易，术语“冻结的极化气体”意指极化气体已被冻结成固态。术语“液态极化气体”意指极化气体已被或正被液化成液态。因而，尽管每个术语都包括单词“气体”，但这个单词被用于表示和描述性地跟踪通过超极化器被制造以获得极化“气体”产品的气体。因而如在这里所使用的，术语“气体”已在某些地方被使用以描述性地表明超极化惰性气体产品，并且可用变更物，例如固体、冻结的、及液体、被使用以描述该产品的状态或相。
不同的技术已被使用以累积和截获极化气体。例如Catas等人的5,642,625号美国专利描述了用于自旋极化惰性气体的大容量超极化器，以及Cates等人的第5,809,801号美国专利描述了用于自旋极化的129Xe的低温累积器。这些专利在这里被引入供参考就象在这里被详细列举一样。如在这里被使用，术语“超极化”、“极化”等意指人工地使某些惰性气体原子核的极化增强到超过固有的或平衡的程度。这样的增大是所期望的因为它使较强的图象信号能对应于物质及身体的被瞄准区域的较好的MRI图象。如本领域的技术人员所了解，超极化能借助用被光泵抽取的碱金属蒸汽的自旋交换或替换地借助亚稳定性交换被诱发。参见Albert等人的第5,545,396号美国专利。
参看附图，图1说明优选的超极化器装置10。这是大容量装置，它被成形以基本上连续地制造并累积自旋极化的惰性气体，即在累积期间通过光学单元的气流基本上是连续的。如图所示，装置10包括气体混合物供应源12及供应调节器14。如将在下面被进一步描述的，净化器16被放置在管线上以从系统除去杂质例如水蒸汽。超极化器装置10还包括流量计18及被放置在极化器或光学单元22上游的进口阀20。光源例如激光器26(最好是二极管激光器阵列)通过各种聚焦及光分配装置24，例如透镜、平面镜等，被对准到极化器单元22内。在光学单元22内激光26被圆偏振化以光泵抽取碱金属。单元22被放置在温度调节烘箱(由双虚线示意说明)122内。另外的阀28被放置在极化单元22的下游。
如在图1中所示，下一步在管线中是冷凝管或累积器30。累积器30借助一对可脱扣的机构，例如螺纹器件或快速断开器31、32被连接到超极化器装置10。这使累积器30将能容易地被拆卸、移动或添到/从系统10。累积器30在运转上与冷源或冷冻装置42相联系。最好，并如图所示，冷源42是液态低温槽43。累积器30在下文将被更详细地讨论。
如在图1和9中所示，超极化器10还包括与系统保持联系的真空泵60。额外的控制气流或引导气体退出的阀在不同的点(如52，55所示)被示出。截流阀47邻近于“机载”的退出气体的排放孔50被放置。如将在下面进一步讨论，累积器30下游的某些阀被用来作为所收集的极化气体的“机载”融化及输送。优选的累积器或“冷凝管”在共同未决并共同授予的Driehuys等人的序列号为08/989,604的美国专利申请中被讨论，其内容在这里被引入供参考就象在这里被详细列举一样。
装置10还包括数字压强转换器54和流量调节机构57以及截流阀58。截流阀58最好控制通过整个装置10的气体流量；如在下面将被讨论的，它被用于使气流接通及断开。如将被本领域的技术人员所理解，其他的流量控制机构及设备(模似的及电子的)可在本发明的范围内被使用。
在运行中，气体混合物在气体源12被引入装置10。如在图1中所示，源12是容纳被预先混合的气体混合物的增压的气体箱。一般地描述，对于自旋交换光泵抽取系统，气体混合物被引入极化单元22上游的超极化器装置。大部分氙气混合物包括缓冲气体及贫乏数量的被瞄准为超极化的并且最好在连续流动的系统中被制造的气体。例如，为了制造超极化的129Xe，被预先混合的气体混合物是约85-98％的He(最好约85-89％的He)，约5％或更少的129Xe，及约1-10％N2(最好约6-10％)。相反，为了制造超极化的3He，约99.25％的3He及0.75％的N2的典型的混合物一般在分批作业模式的系统中被增压到8 atm或更高而且被加热并被暴露在激光源之下。在任何情况下，一旦超极化气体退出极化单元(即泵唧取室)22，它就被引导到收集或累积容器。
因而，如上面所描述，在优选的实施例中，预混合的气体混合物包括贫乏的惰性气体(该气体待被超极化)及缓冲气体的混合物。气体混合物通过净化器16并被引入极化单元22。阀20，28是与极化单元22在运转上有联系的接通/断开阀。气体调节器14最好使来自气箱源12(一般在2000磅/英寸2或136atm下运行)的压强降低到约6-10atm用于系统。因而，在累积期间，全部管道(大管道、极化单元、累积器、等)被增压到该单元的压强(约6-10atm)。在装置10中的气流通过打开阀58被启动并借助调节流量控制机构57被控制。
气体在单元22中的一般滞留时间约为10-30秒，即当通过单元22时只采取相当于10-30秒用于气体混合物被超极化。气体混合物最好在约6-10atm的压强下被引入单元22。当然，如本领域的技术人员所了解，借助能在增高的压强下运行的硬件，最好是用10atm以上的操作压强，例如约20-30atm，以加压扩展碱金属[例如铷(Rb)]并促进光频光的吸收(向上接近100％)。相反，对于小于通常线宽的激光线宽，较低的压强能被使用。极化器单元22是被容纳在被加热的室内的高压光泵抽取单元，该室有被成形以容许激光器所发射的光进入的小孔。最好，超极化器装置10通过惯用的自旋交换过程使被选定的惰性气体如129Xe(或3He)超极化。汽化的碱金属如Rb被引入极化器单元22。Rb蒸汽借助光源26，最好是二极管激光器，被光泵抽取。
装置10使用氦缓冲气体以加压扩展Rb蒸汽的吸收带宽。缓冲气体的选择是重要的因为缓冲气体—当扩展吸收带宽时—还能通过潜在地引入碱金属对缓冲气体而不是如所期望的对惰性气体的角动量损失不合乎需要地影响碱金属与惰性气体之间的自旋交换。在优选的实施例中，129Xe通过与光泵抽取的Rb蒸气的自旋交换被超极化。还可取的是，装置10使用具有大于129Xe压强许多倍压强的氦缓冲气体用于按最小化Rb的自旋毁坏的方式加压扩展。
如被本领域的技术人员所理解，Rb是易与水(H2O)反应的。因此，被引入极化器单元22的任何水或水蒸汽都能引起Rb降低对激光的吸收并减小在极化器单元22中自旋交换的数量或效率。因而，作为额外的预防措施，附加的过滤器或净化器(未被示出)可被放置在极化器单元22入口的前面，借助附加的表面积以除去这种恰恰不合乎需要的杂质的附加数量以便进一步提高极化器的效率。
超极化气体，连同缓冲气体的混合物，退出极化器单元22并进入位于累积器30底部的收集储器75。在运行中，在累积器30的下面部分，超极化气体被暴露于低于其凝固点的温度之中于是以冻结的产物100在储器75中被收集。超极化气体在有磁场的情况下被收集(以及被储存，被转运，并且最好被融化)，磁场通常在至少500高斯的量级，并且一般约2000高斯，尽管更强的场能被使用。较弱的场能潜在地、不合乎需要地增大极化气体的驰豫速率或减小其驰豫时间。如在图1中所示，磁场由被放置在低温槽中并被安装在磁轭中的永久磁铁40提供。
超极化器装置10还能利用在被加热的泵唧单元22与被致冷的冷阱或累积器30之间的出口管线中的温度变化以从累积器30上方的导管中极化气体流沉淀出碱金属。如将被熟悉本技术领域的人们所理解，碱金属能在约40℃的温度从气体流沉淀出来。装置10还能包括碱金属的回流冷凝器(未被示出)或单元后的过滤器(未被示出)。回流冷凝器使用保持在室温的竖直回流出口导管。气体通过回流导管的流速和回流出口导管的尺寸是在于使碱金属蒸汽凝结并借助重力滴回进入泵唧单元。用另一种方法，Rb过滤器能被用于在收集或累积之前从极化气体中除去过量的Rb。在任何情况下，最理想的是在递送极化气体到患者以提供无毒、无菌的或药用地可接受的物质(即适合在体内施用的物质)之前除去碱金属。
一旦所期望数量的超极化气体已被收集在累积器30中，累积器30能从装置10被拆卸或隔离。在优选的实施例中，阀28被关闭，留下单元22被增压。这使累积器30及下游的管道开始减压因为气流阀58是打开的。最好，装置10在阀28下游的部分被容许在气流阀58被关闭之前能减压到约1.5atm。在关闭气流阀58之后，阀55能被打开以排空在管道中的剩留气体。一旦出口管道被抽空，阀35和37被关闭。如果所收集的气体是待“机载”分布的，即不从装置10拆卸去累积器30，贮器，例如在图9中所示的气袋525或其他容器，能被连接到出口50。阀47能被打开以排空所连接的气袋。一旦气袋525被排空并且气体准备好去融化，阀52能被暂时关闭。这使极化气体与装置10的压强转变器区域50的接触最小化。这个区域能包括具有在极化气体上有退极化作用的材料。因而，与这个区域的长时间接触可增进极化气体的驰豫。
如果阀52未被关闭，则阀55最好被关闭以防止极化的融化气体被抽空。还可取的是在单元22下游一侧的流动通道(包括辅助储器及下面讨论的放气管线)由最小化对气体的极化状态接触诱发的去极化作用材料构成。覆盖层也能被使用例如在第5,612,103号美国专利中描述的那些，其公开内容在这里引入供参考正如在这里被详细列举一样。其他合适的材料在共同未决并共同授予的Deaton等人的序列号为09/126,448的美国专利申请中被描述。这个申请的内容也在这里引入供参考好象被详细列举一样。在“机载”融化运行中，阀37被打开以让气体外出。它然后继续通过阀47并从出口50出去。
在“被拆卸的”或“被转移的累积器”融化模式中，累积器的第一个和第二个隔离阀35、37在累积器30减压及抽空以后被关闭。累积器30的抽空使在累积器30中的任何剩留气体能被除去。留下气体在累积器30中伴随被冻结的极化气体可能影响冻结气体的热负载，可能提高冻结气体的温度并潜在地缩短驰豫时间。因而，在优选的实施例中，在减压和抽空并关闭隔离阀35、37以后，累积器30通过脱扣点31、32从装置10被拆开。
隔离阀35、37分别与主流动通道80及缓冲气体退出通道90保持联系，并且每个都能调节从那里通过的流量并且关闭相应的通路以从装置10及周围隔离累积器。在已充满的累积器30被移去以后，另一个累积器30能被容易地并较快地连接到脱扣点31、32。最好，当连接新的累积器30时，出口管道利用阀55(伴随着阀52、35、37打开)被抽空。当适当的真空被获得时(例如约100mm乇)，它一般约在1分钟左右出现，阀55被关闭。阀28然后被重开，它重新使出口管道加压到操作的单元压强。阀58然后被打开以恢复在装置10中的流动。最好，一旦流动恢复，液态氮就被施加到累积器30以继续超极化气体的收集。一般这样的转换占用约少于5分钟的量级。因而，优选的超极化器装置10被成形以提供超极化129Xe气体的连续流动用于同样物品的连续制造及累积。
                  机载光学单元后的极化监视器
在现有的极化装置中，NMR激发线圈一般被放置在烘箱122中，烘箱邻近于光学单元22(也在烘箱中)以确定由单元22中气体所达到的极化程度。另外，至少一个实验室还使用小的可密封的泡(约5cc)，泡已被充满与收集容器或剂量袋相同地点处的超极化气体样品。小泡然后被拿到分开的约4.7T的波谱计以确定与收集容器相联系的极化程度。
本发明现在方便地提供用于机械(在极化器装置10上)与在制造周期中不同点的极化气体相联系的极化程度的测量，例如这些点可在极化单元22处也可在一个或多个预配送的及融化后的气体制造处。如在图1中所示，在优选的实施例中，(融化后的)气体退出通路113(气体退出通路用虚线图解)由冷凝管累集器30开始，向下延伸退出管线113a到阀47并随后到配送出口管线114。配送出口管线114在氙的出口50终止。窄的出气管线115与氙的出口50保持流体联系。最好，如在图1中所示，出气管线115被连接到高于氙的出口50一段距离的配送出口管线114。然而，出气管线115能用另一种方法沿着退出管线113a被放置，但最好邻近于配送出口50被放置以提供在出口50处气体极化状态的更可靠的读数。出气管线115与配送出口管线114保持流体联系并为超极化气体确定辅助的流动通路，出气管线115被成形并被定尺寸以引导少量的超极化气体到辅助储器120。
在优选的实施例中，如上所述一些极化气体被低温累积以被冻结的或冰的形式收集一些超极化的129Xe，阀35和37被关闭。被冻结的超极化气体129Xe然后被变热，最好通过施加热量并增大累积器30中的压强以使固态基本上直接转变为液相。一般，距施加热量的时刻大延迟8秒以后，氙隔离阀52被关闭而累积器30通过阀37被打开以使融化后的气体能穿过门32进入退出管线113。超极化气体然后流过阀47进入配送出口管线114并且大多数气体被引导到在氙的出口50处的收集容器。在制造周期的这部分期间，阀52能保持打开，但为了压强监视阀55最好被关闭。
最近，超极化器装置10已被重新构形以根据本发明的一个特点有潜在可能地操纵芯至更可靠的融化。如以上被讨论，以前的融化方法已提供了增大的融化后的极化程度、参看图9，在这个以前的方法中，两个冷凝管阀35、37都被关闭并且在一个或更多的阀35、37被打开释放气体之前要花费一段等候时间(一般定在约8秒)，因而在释放被融化的气体之前在临界的融化相期间增大了冷凝管30中的压强。还参见共同未决并共同授予的Driehuys等人的08/989,604号美国专利申请。然而，已发现“最佳的”保持时间或等候时段可能取决于所累积气体的数量，累积期间所采用的流动速率等而变化，因此，为了增大可靠的融化后的极化，最好超极化器装置10被成形以监视在与冷凝管30相联系的(下游的)管路中气体的压强，然后依照预先确定的压强而不是在预定的时刻释放被融化的气体。另外，最好超极化器装置10被成形以最小化在阀37与阀52之间的死容积以及压强转换器的死容积(52-54)。
在运动中，融化方法借助冷凝管阀37打开，阀47仍被关闭，阀52打开，而阀55及58仍被关闭而被执行。这种结构增加了约7.3cc的小的死容积到冷凝管30，其内部容积一般约是22cc。因而，融化速率本身通常不受结构改变的不利的影响，但现在所提供的压强监视使与控制退出冷凝管30气体相联系的阀(现在是阀47)能更可预示地并可重复地打开。也就是，在融化期间，较大部分的超极化气体直接由被冻结的固态转变成对应于在融化步骤期间在冷凝管中压强的液相。最好，预先确定的释放压强被定在约至少1大气压。在压强达到1atm以后打开阀已显示出被增进的融化后氙的释放达所累积129Xe的100-160cc。有趣的是，降低释放压强(例如到0.8atm)能引起不可靠的融化后的极化程度并且减慢极化气体退出冷凝管的速率。
尽管极化的被融化129Xe被引导进入融化后通路中的死容积(阀47下游并在阀52-55-58之间的通路)并可能在那里退极化，但一旦阀47被打开被融化的极化气体的快速释放能使少量的退极化气体进入退出通路114、114a(即一旦阀47被打开，基本上全部的被融化气体流入到阀37-47-50之间所确定的通路)。在任何情况下，即使在死容积中的退极化气体与主要的被融化的极化气体混合，与常用的收集容器相比它只是较小的容积，而全部的极化只被极小地降低。最好，如将被本领域的技术人员所理解，其他压强监视传感器和管路结构也能被使用，其中压强监视和管路被成形以使在过程的融化相期间由超极化气体所经历的死容积最小化。
在任何情况下，当超极化气体在退出管线114中流动时，气体的退出流动通路包括引导气体朝向填充点50的主流动通路114a及沿出气管线115的辅助流动通路二者。象这样，少量的超极化气体从主流动通路114被转移开进入由出气管线115及辅助储器120形成的辅助流动通路。最好，辅助储器120被定尺寸并成形以使具有最小的容积，即足够以确定可靠的极化程度的数量，它基本上不耗尽超极化气体的可用的容积。在一种优选的实施例中，辅助储器120具有约2cc的内部的自由空间容积。同样，放气管线115被成形并定尺寸以具有沿其长度的例如1/4英寸外径管道的一般有约3-4cc的最小容积。象这样，在优选的实施例中，辅助流动通路的极化测量仅使用约6cc的气体，它与在出口50处一般所收集的1升气体的容积相比是相对非实质性的容积。
在优选的实施例中，如在图1中所示，双重对称的NMR线圈100被放置以使其一个表面接触极化单元22而另一个表面接触辅助储器120。与光学单元22在运转上相联系的磁场(一般由一对亥姆霍兹线圈，例如在图9中在部件500处示意示出的那些，提供)具有在那附近被确定的均匀区域。最好，均匀区域包围极化器单元22的大部分、NMR线圈100、及至少辅助储器120a的顶部，即辅助储器120邻近于NMR线圈100的部分。有代表性的均匀区域由图1中B0所标示的虚线框被示意图解。最好，当磁场梯度能起作用使被转移的气体(即在辅助储器120中的超极化气体)退极化而潜在地引入融化后的极化的不准确测量显示时，磁场的均匀性在测量在范围内是充分的以提供超极化气体的可靠读数。
最好，对于有效的测极化测量，可取的是T2 *值超过约5ms(在脉冲被传递之后典型的静音时间约是3ms)。这意味着对于具有由“机载”的19英寸直径的亥姆霍兹线圈500所生成磁场的超极化器装置10，线圈被放置并成形以生成均匀区域，该区域由具有约2英寸的长度及约2英寸的半径中心在线圈500之间的虚拟的圆柱确定。极化器或光学单元22，其实例在图9中被示出，因而具有相应的被设计以基本上在均匀区域范围内的结构及容积。而且，磁铁装置被成形使均匀区域延伸以使它足以包括双重对称线圈100的尺度及至少辅助储器120的封闭末端。例如，具有约0.75英寸半径的极化器单元22，约0.375英寸的双重对称监视线圈100，及约0.5英寸的辅助储器120将是适当的(1.625英寸)。
在一种实施例中，如在图6中所示，由亥姆霍兹线圈500所生成的磁场的中心被移动以相对于光学单元22的中心被偏移。这个偏移由沿直线A-A的第一根磁场中心轴线被移动到更接近于NMR线圈100的由直线A’-A’所表示的第二根轴线被示意示出。这个偏移能促进磁场的结构在与NMR线圈100和/或NMR线圈150相联系的区域中足够均匀用于在那里的气体极化的更灵敏监视。
当然，辅助储器120和相联系的NMR线圈及操作电话(NMR线圈和相关的脉冲测量操作电路一起，当被放置在极化器单元22后面时能被称作“光学单元后监视系统”)同样能运转供非低温累积系统用。例如，在光泵抽取气体之后，例如在填充期间，小部分超极化气体能从气体流动通路被引导开进入辅助储器120以显示在制造周期中在填充点处[例如当通过填充通道(未被示出)填充3He进入手提式容器时]的极化程度。用另一种方法，辅助的流动通路能在制造周期中其他关键的或所期望的监视点被提供。
在优选的实施例中，如在图8中所示，辅助储器120邻近于双重对称线圈100被放置，而线圈邻近于在烘箱122中的极化器单元22被放置以使它能监视在单元22及在辅助储器(或融化后的泡)120二者中超极化气体的极化。也就是，NMR线圈100被一侧的极化器单元22与另一侧的辅助储器120夹在当中。象这样，辅助储器120最好横靠着光学单元22的底部被放置在烘箱122中。NMR线圈的引线111(例如在图2B中所示的引线106)被成形以退出烘箱122的底部并然后与检测电路100D(图5)电连接。在运行中，当使辅助储器120起作用时，最好烘箱的温度是已知的并且被控制因为根据理想气体定律所表达的关系式(PV＝nRT)在高温下氙的气体密度将被减小。例如，如果烘箱122被定在150℃，在辅助储器120中氙的密度约是室温下密度的(295K/423K或)0.70。与辅助储器120中超极化气体相联系的信号相应地被降低。因此，信号数据能用已知的烘箱122温度值被校正以反映有代表性的室温读数。
图2A和2B图解说明双重对称NMR线圈100的优选实施例。在优选的实施例中，如在图2A中所示，NMR线圈100的主体包括相对的第一个和第二个凸缘部分101、102及中央的线圈安装部分105a。主体最好由非导电材料，例如FLUOROSINT 500构成。导电线圈105被缠绕在线圈主体的中央线圈安装部分105a上。最好，约350匝美国线规30(30AWG，铜)的导线沿着中央线圈安装部分150a被缠绕。导电线圈105的线匝能用例如1/4英寸的玻璃胶带被固定在NMR线圈主体的中央线圈安装部分150a上。还可取的是被选定形成导电线圈105的导线具有约200℃的连续工作性能。这将使绕组能经受住在烘箱122内的操作温度(一般约160-200℃)。如在图2B中所示，NMR线圈100还包括一根导线106从线圈100延伸以连接到NMR极化检测电路100D(图5)。这根导线106的第一个主要部分最好作为具有较长的扭绞部分106a的一组引线被形成，扭铰部分具有约每英寸8绞的扭绞结构并且以约16英寸的伴生长度延伸。如在图2B中所示两根引线106的次要部分106b未被扭绞。次要部分最好约2英寸长(小于被扭绞长度的约20％)。在优选的实施例中，引线106的未被扭绞部分106b被剥光并用导电的金属涂层如锡被敷涂。NMR线圈100最好被成形以使线圈短管的中央安装部分105a具有约0.5英寸(1.27cm)的直径，并且具有绕出线圈105到约0.85英寸(并且一般小于1.0英寸)直径的线圈层。在优选的实施例中，NMR线圈100被成形以提供约7.0±1.0Ω的直流(DC)电阻及约2.13±0.2mH的电感，一般，NMR线圈100在约25KHz下被调谐以共振，它对应于约20,000pF的固定电容器，这给出约20的Q值。
第一和第二个凸缘部分101、102相对于中央线圈部分105a具有“双重对称”(即，它们被同样地定尺寸并成形)。有利的是，NMR线圈100的双重对称结构使同样的NMR线圈100及同样的NMR极化检测电路100D能被用于测量在制造周期中两个不同点处气体的极化，即，在超极化器装置10中两个不同位置处；在与贴近配送出口50的气体相联系的极化器单元22及极辅助器120处。象这样，在运行中，在优选的实施例中，第一个凸缘部分101的上面被暴露的平面圆周表面100a被放置以接触光学单元而第二个凸缘部分102的下面被暴露的圆周表面100b被放置以接触辅助储器120。
在优选的实施例中，两个凸缘部分101、102具有小于约0.1英寸(2.54mm)的较小或较薄的宽度，并且更可取的是小于约0.063英寸(1.6mm)。这种小或薄的对称凸缘部分结构能容许线圈的导电部分105将更靠近在NMR线圈100的两个凸缘101、102旁边的超极化气体被放置，NMR线圈100约0.250英寸(约0.63cm)高，如图所示，NMR线圈100还包括通过那里所形成的开口103。用另一种方法，开口103在这个体积中能被充填或作为固态非导电材料被实体形成。
图3图解说明辅助储器120(也被描述性地叫做为低温累积用途的融化后泡)的优选实施例。如图所示，辅助储器120包括封闭的末端部分121，它被成形以在那里截获超极化气体。如在图1中所示，在超极化器装置10上的适当位置，封闭的末端部分121被放置以面向NMR线圈101b的邻近于的接触面。封闭的末端121最好具有薄壁表面部分被成形，即该部分被成形以接触NMR线圈100。最好，封闭末端121由约1-2mm厚的硼硅酸玻璃(PYREX)构成。当然，辅助储器120的气体接触面(和/或相联系的管线或管路)能用表面电阻材料被涂敷或由不同的材料(例如象Deaton等人的09/126,448号美国专利申请中所描述的高纯度聚合物)被构成的以提高T1，金属薄膜表面也可被使用，但应注意它们被成形得充分薄以防止信号的退化和强度的减弱。
图3图解说明作为基本上为平面表面的封闭末端部分121，并且最好被成形以搁靠在NMR线圈100的底部。然而，熟悉本技术领域的人们将理解到本发明并不被限制在那里。例如，图3A图解说明用于辅助储存器120’的替代结构。它以圆环形放置的竖立边缘121P使封闭的末端成形。这个边缘被成形并定尺寸以容纳NMR线圈100底部凸缘的外径在那里。这种结构能提供与线圈100的容易的对准。NMR线圈100的精确的对准及可靠的可重复定位在被增长的制造建筑时能改进跨越多个超极化器校准的准确性及可再现性并且还能便于在磁场中线圈的更加可重复的替换。
辅助储器120还包括第二个末端122，它被成形以沿着出气通路115连接到超极化器装置10的管路。辅助储器120还包括纵向延伸的中央部分。辅助储器120包括通道124，它确定了约3-4cc的自由容积并且它被打开以使气体能从那里流过到封闭的末端121。由于出气管线115及辅助储器120具有超极化气体的接触表面，最好它们被成形以最小化被接触诱导的退极化，即，壁和阀。O形环等由对极化支持的材料或金属构成。参看Driehuys等人的第5,612,103号美国专利；还参看共同未决并共同转让的序列号09/126,448专利申请。其公开内容在这里被引入供参考就象在这里被详细列举一样。在优选的实施例中，辅助储器120被成形具有被接触诱发的驰豫的表面，该驰豫长于约10秒，更好长于约30秒，并且最好长于约2.0分钟，以容许有充分的时间去收集NMR信号并获得极化的读数。
图4图解说明用于本发明的超极化器装置10的优选实施例的管路的透视图。如图所示，NMR线圈100邻近于极化器单元22的横向地中间底部被放置(但当然能用另一种方法被放置只要它在适当的均匀磁场内)。MNR线圈100被放置在极化器单元22中间的一个末端上而辅助储器120在另一个末端上。
图5图解说明用于为本发明的NMR线圈100的优选的机载极化监视实施例的电动的方框图布局。如图所示，单个整体的NMR检测电路100D能被使用以通过NMR线圈100监视在制造周期期间气体的极化程度，就是，在光学(极化器)单元22P处的极化程度及辅助储器120P处极化气体的极化程度。这种结构使同样的NMR线圈、同样的电路及电缆能监视两个气体位置，这个专用的电路100D能消除操作所需要的电缆的切换及脉冲参数的调节。对于在沿制造通路另外的位置被放置的额外的NMR线圈，例如在累积后的区域中、配送前的区域中、或在沿超极化器装置10中退出流动通路113P的位置处，人们能机械地或电动地切换电缆或其他操作电路以着眼于所期望的位置(例如在图14中如302S所示)。例如，在固态129Xe(冻结的)的情况下，如下面将被进一步讨论的，不同的NMR电路可被用于驱动较高频率的激发脉冲。
通常，如在图13的下部图形所示，NMR使用外差作用或自差作用技术使所接收的信号与相同频率的载体混合。在运行中，如将被本领域的技术人员所理解的，这些技术给出和及差频。然而，除非正交(2通道)检测方案被使用而且信号在分析以前是被傅立叶变换(FT)的，能造成不准确的信号测量，特别是在低的差频下，低的差频一般是停留在线圈的带宽响应之内以及使核接近其共振频率脉动所需要的。当试图分析信号和计算极化时这可能是成问题的。
图14图解说明已被改进增加了电路开关装置302S的适当的现有技术的NMR检测电路100D。一般地描述，NMR检测电路100D使用弱场波谱计或发送器302T，它包含电源310、脉冲发生器300、及发送放大器302。发送/接收线(111)将线图100连接到发送器302T及接收器305R二者。所示的接收器305R包括接收放大器305及计算机309并且还可能包括过滤器307。如还被示出，NMR检测电路100D最好还包括二极管门209以根据NMR检测电路的运行模式引导信号从发送器到线圈100或从线圈100到电路100D的接收器部分。在一种实施例中，电路100D能使用包括峰到峰检测器的简单的接收器分析器，峰到峰检测器把峰值检测转化为极化程度及简单的显示或示波器的输出(它不要求计算机估算或测量极化)。
最好，NMR检测电路100D被成形以避免去混合所接收信号的需要。代之以，所接收的信号通过自由感应衰变(FID)直接被放大、过滤并分析。这种直接的FID分析容许非综合的单通道信号检测并有益地减小了信号分析电路的复杂性[无复杂的傅立叶变换(FT)的]。图13示出直接检测方法与典型的完全混合(双通道FID)的图形比较。原来的FID频率是75.1KHz而相联系的T2*是5.16ms。完全混合的FID频率是200Hz。完全混合的FID的两个通道都低估了信号的峰到峰的振幅。进一步解调谐能形成更多的振荡但信号强度能被降低，因为激发脉冲离开自旋的共振更远被施加。直接检测FID方法容许直接在NMR线圈及自旋共振时操作。许多振荡出现在相移之前以致峰到峰的振幅的更准确的测量能被完成。
极化正比于能使用指示器或较便宜的峰值检测电路被分析的FID的峰到峰的振幅。在这个优选方法中，许许多多周期按直接检测的模式在由于T2 *插入造成衰减之前出现。从而，这种直接检测方法比起常规的完全混合的FID测量来更准确。另外，由于消除了对自差法的要求，人们能直接在线圈的响应共振上操作，这也为改进准确性创造了条件。当然，如那些本领域的技术人员所了解，其他测极化的结构也能被使用。参看例如Saam等人的“用于超极化气体的低频NMR极化计”，Jnl.of Mag.Res.，134，pp.67-71(1998)。
如在图14中所示，最好NMR检测电路100D使用热载流子肖特基二极管门209，它具有0.25V的导电电压。这种类型的二极管门能减小畸变(在NMR中标准的二极管门是具有约0.6V的1N914A二极管)，这还能使NMR线圈在激发以后的截止时间减小到约0.2ms，因而使FID能比其他用于超极化器装置的监视系统约早3.5ms被采样，还将指出使用二极管门能引入信号泄漏问题。二极管门209包括被并联的具有相反极性的两个二极管。在运行中，二极管中的一个经常在导通(假定电压高于二极管的压降)而不考虑电压的正负。如果电压低于二极管的压降，则两个二极管进行断路并阻止任何信号通过(即充当守门人)。如在图14中所示，二极管门209进行把小信号(具有低于二极管压降的信号)从线圈100输送到接收器305R而不返回进入发送器302T。然而，在脉冲(在电压比二极管压降高很多时)传输期间，二极管门209表现得象到线圈100的导体。
如在图14中还被指出，NMR检测电路100D最好使用单个的固定电容器230用于调谐相应的NMR线圈电路200，NMR线圈电路200一般通过把电容器“C”与激发线圈(它具有伴生的电感“L”)并联放置被“调谐”。线圈电路在频率“f”共振因此能正在或接近那个频率处增强对信号的响应，同时也表现出在其频率带宽外降低对噪音的响应。在典型的NMR电路中，可调电容器的串联/并联组合被用于谐振使电路共振并具有约50欧姆的阻抗(一般被要求用于高频操作)。这种类型的电容器结构可能要求频繁和仔细的调节以保证与合适的调谐电路一样。因而，最好单个的、高精确的、固定值的电容器在NMR检测电路100D中被使用以调谐在这里所描述的NMR线圈。这还通过在NMR检测电路100D中使用二极管门209及低操作频率(约1-400KHz)被完成。
流动通路的监视线圈
图6图解说明具有两个分离的NMR线圈100、150的替代的超极化器装置10、如在图7A中所示，第二个NMR线圈150被有益地沿极化器或光学单元后的流动通路122或邻近单元的退出管道22b放置。这种定位当气体退出单元22时能提供气体的更可靠的极化程度，而不是由一般被安装在光学单元中央部分下方的NMR线圈按常规被监视的极化程度。虽然通用的结构在不流动时能给出好的读数，但在流动期间，与当气体最终流出光学单元的退出通道时它应当获得的极化程度相比，越过线圈的气体一般并未被充分极化。因而，邻近于极化器单元出口22b的NMR线圈150的位置当气体退出极化器单元22时能给出与气体流动相匹配的NMR信号程度，并且象这样，能为到达这个过程流动点的气体的极化程度提供被改进的制造控制测量参数。尽管在优选实施例中所示的是借助氙的基本连续流动的光学单元22，但这种流动通路监视对借助间歇模式的超极化器(一般被用于制造超极化的3He)当然也能被使用。这能容许在配送之前方便的NMR线圈测量，但在邻近于极化器单元22的气体退出流动通路中。
图7B图解说明用于包括在邻近于单元主体的单元退出支管22b上这种监视线圈150的制作技术。如将被本领域的技术人员所理解，极化器单元22一般由熟练的熔融玻璃制作技工制作。因而，一般玻璃主体被成形然后支管在那里被组成以形成光学单元22。为了沿玻璃主体119B邻近于退出通道22b放置NMR线圈150，通用的制作过程能如在图7B中所示被改变。在这种方法中，玻璃主体119B被形成并且支管的上面部分119L(上面部分和下面部分119L1、119L2确定退出支管122)被形成(被吹制)。接着，NMR线圈150在被部分形成的支管119L1上滑动并被放置以延伸到包括被扩展的分段及管路附件28的支管119L2的下部之上，以提供如在图7A中所示的光学单元NMR监视线圈150。用另一种方法，NMR线圈150可在退出口区域被连接到单元主体并且单个完整的支管122能被连接或从那里被引出(未被示出)。
NMR监视线圈150最好被成形具有中心开口，其尺寸将被定为稍大于支管221的外径以便NMR线圈150能在支管上滑过并邻近于光学单元主体被放置，同时还被定尺寸并成形待牢固地贴着那里被卡住。玻璃主体119B和支管119L1、119L2能由PYREX构成。用另一种方法，主体和支管可由基本上非顺磁的并且非导电的材料，例如铝硅酸盐等，构成。
在运行中，最好对于沿单元22退出流动支路被放置的NMR线圈150，当极化测量信号在NMR线圈150中被获得对超极化气体的流动被暂时停止或放慢以在FID信号被获得的同时保持贴近NMR线圈150的极化气体的足够数量。例如，氙气以所期望的流动速率流过极化器单元22并且从退出通道22b中出来。阀可被暂时关闭以停止从退出通道22b出来的极化气体的流动。通过在出口支管150上的NMR线圈接收NMR信号，并重新启动极化气体的流动。这个流动中断的时间始末最好要短，例如低于10秒。当然，出气管线(未被示出)也可被设置与退出通道22b保持流体联系并被用于引导少量的极化气体到在超极化器的均匀磁场区域内制造过程中的测量NMR线圈[例如双重对称NMR线圈或另外的分离的NMR线圈(未被示出)]用于制造过程中的流量读数，因而对可靠的流动通路测量不需要流动被中止。用另一种方法，NMR线圈150可紧靠在单元本身上并且相对于单元被成形并定尺寸以在气体接近单元出口时提供关于气体极化的可靠的信息。当然，其他的流动通路NMR线圈结构也能被使用，例如其他的管路或阀结构，以引导并截获在流动通路中的足够数量气体而测量在流动通路中气体的极化。有利的是，代表气体极化特征的信号信息考虑了更精确的过程参数调节(例如在光学单元的运转中)及适时的过程信息。
虽然图6图解说明了具有NMR监视线圈150和双重对称线圈100两者的超极化器10’，但本发明并不被局限在那里。例如，超极化器10’能替换地被成形只具有出口支管NMR监视线圈150，和/或具有在空间上被转移待安装到沿光学单元退出支管不同位置处的NMR监视线圈150。
低温监视
图8还图解说明根据本发明的超极化器装置10”的另外一个实施例。在这个实施例中，超极化器装置10”包括低温监视线圈175。如图所示，这个监视线圈175最好被放置在超极化器装置10”中以监视所收集的，即被冻结的(结冰的)极化气体的极化。因为这个监视线圈175可能被暴露在极端的条件(深冷的温度)之中，最好NMR线圈175由适合于上述条件的实体及导线材料构成。合适的导线的一个实例是热塑塑料覆盖的铜导线，其他合适的材料包括Ultem、Nylatron、或Torlon聚合物等。当然，导线的电阻在低温下将被减小，于是NMR检测电路100D”最好被成形以计及温度所诱发的变化。导线的较低的电阻率可能改进这个电路的Q值，但是如本领域的技术人员所理解，当与在弱场应用中导线间的电容(它支配电路的Q值)相比，较低的电阻率一般是非实质性的。也就是说，与一般用于强场应用中线圈上的少数线匝相比(那里Q值可能由导线的电阻率支配)，本发明的NMR线圈使用了许多匝(一般100-300)。
低温NMR监视线圈175能按若干方式被成形。在一种实施例中，如在图9中所示，NMR线圈175作为螺线管被成形，它环绕冷凝管30的收集室被放置。如在图9A中所示，NMR线圈175作为螺线管175a被成形(与在图10中所示的面线圈类型175b不同)以围绕冷凝管30外面的下部或收集室本身缠绕。最好，螺线管175a能被成形并定尺寸以延伸且贴近到冷凝管的外面以使它基本上贴近整个冰的储器或收集室的存储区域(即，冻结气体被放置的区域)。
如本领域的技术人员所熟知，为了NMR测量的恰当的操作，磁场源最好被成形以生成对与相应的NMR线圈的脉动相联系的场的方向横向取向(垂直的或正交的)磁场。因此，为了NMR测量与低温NMR线圈175在运转上相联系的磁场源(或是永久磁铁40或是电磁铁40’)被成形以生成适当取向的磁场并在有足够的均匀度。
图9图解说明作为一组永久磁铁40的用于低温NMR线圈175的磁场源，然而，磁场源也能作为电磁铁或螺线管400被成形并且被放置在容纳被冻结气体的冷凝管30的下部附近并在空间上与冷凝管的中间在那里被分离。在运行中，磁场源(例如在图9中如永久磁铁40及在图11中如电磁铁400所示)的大小最好被成形以生成基本上确定的或恒定的至少约500G的低强度磁场以合129Xe的共振频率约为589KHz。在信号测量/检测电路中提供约300pF的电容以使所收集的被冻结的气体共振，最好线圈175a被成形具有约0.24mH或较小的电感。而且，因为磁场基本上是确定的，最好测量或检测电路与可变电容的某些量值是可调谐的以调节调谐与被冻结的129Xe的拉莫尔频率一致。在优选的实施例中，基于低温的线圈175a及相关联的检测电路被成形具有电容，它包括的0-100pF的可调谐量值、和由捆绑及架线所引起的约100pF、以及约100pF的固定电容器。最好，NMR线圈175a被定尺寸以使它覆盖(延伸散布)整个被冻结的129Xe的收集区域。例如，具有约2cm的绕组长度及约1cm的半径的NMR线圈175a可能是合适的。在这个实例中，导线约220匝将提供约0.24mH的电感。
在运行中，所施加的静磁场(B0)被取向垂直于或正交于由NMR线圈所提供的NMR线圈的射频(RF)场(B1)。因而，如果B0是横向的，则B1是轴向的，或者如果B0时轴向的，则B1是横向的。为了明了，轴向是指与竖立的冷凝管30(在图10和图11中在应有的位置被示出)平行或共线的方向。
在优选的实施例中，为了生成横向的磁场B0，一对相对的陶质磁体如上面所描述的被使用，而相应的B1因而是轴向的并且通过作为螺线管被成形的NMR线圈175a被施加。然而，正如本领域的技术人员所了解，电磁铁线图40’(例如亥姆霍兹线圈对)也能被成形以生成横向的静磁场B0。另外可用的方法是使用横向取向的螺线管用于静磁场而如在图11中示意示出的用与NMR线圈175a相联系的轴向取向的B1。提供合适的轴向场的电磁铁结构包括较大的螺线管(例如20-30cm长及10cm直径)用于B0及与NMR线圈B1相联系的小的螺线管(例如2cm长及2cm直径)。
在常用的低温累积器中，环绕被冻结累积的极化气体的典型的磁场强度由生成较弱的场而且不特别均匀磁场的永久磁铁结构提供。由此所生成的均匀性适合于被冻结的气体，它对磁场梯度不特别敏感，但遗憾的是，过去所使用的永久磁铁结构对灵敏和/或精确的NMR测量通常不够均匀。关于低温永久磁铁轭的更多细节，参看例如Cates等人的5,809,801号美国专利及Driehuys等人的编号08/989,604的美国专利申请。
因此，在如图10中所示的优选实施例中，当永久磁铁结构随同低温NMR线圈监视器175被使用时，最好永久磁铁结构40’被改进以适合应用于低温槽43的外部。可取的是，永久磁铁结构40’被定尺寸并成形以生成1-2000高斯的磁场，更可取的是约50-1000高斯，而且愈加更可取的是约500-1000高斯。还可取的是磁场具有足以延伸跨越低温部分下部的均匀区域。最好，均匀度足够高以使梯度所诱发的T2 *长于冰的T2，例如，长于约1ms，它是与固态129Xe在77K相联系的固有的T2。参看Yen等人的“在固态和液态氙中129Xe的核磁共振”Phys·Rev.131，269-275(1963)。
最好，为了获得足够的均匀度，永久磁铁结构40被成形具有在体格上相对于过去被用于低温冷凝管累积的更大的磁铁组合。例如，一种结构是使用具有跨越杜氏瓶或液体低温槽容器被隔开8cm间距的20cm直径磁极的磁铁(圆形面)，它能提供约500高斯具有围绕所需要区域足够均匀度的场。用不同的方式表达，一组分量的永久磁铁40跨越杜瓦瓶或低温槽容器43的外壁对着另一组被放置以使沿直径相对的永久磁铁40具有沿直径约8cm(3英寸)的间距。用另一种方法，永久磁铁40可以是一系列较强场的陶质磁体(后者能增强由其所生成的场强)。
如在图10中所示，永久场的圆形面磁铁40能被结构上的轭401定位和/或能包括磁通的回路。如将被熟悉本技术领域的人们所理解，磁通回路能增大这种装置的场强，同时还最小化来自杂散磁通的干扰。磁通回路能作为软铁材料被成形。用另一种方法，代替轭401，磁铁40它们自己能被固定到低温容器或瓶42的外面容纳低温槽42或另外被支撑以提供所期望的空间间隔或定位。当然，如将被本领域的技术人员所理解，其他的磁铁几何结构也能被用于提供合适的磁场强度及均匀度。
图10还图解说明累积器及磁铁组合230。累积器30由被放置在低温槽43上的支承平台210支承磁铁被隔开距离“D”并被放置到低温槽43的外面。如上面所讨论，对于具有约20cm直径的圆形面磁铁间距“D”至少约8cm。一对平板215从支承平台210纵向延伸并连接到支承组合275的底，该组合被定尺寸以支承NMR线圈175b去接触累积器30的收集储器75的底以提供所期望的磁场到被收集的极化气体。如图所示，累积器30包括支承接触部分211，它被成形以搁靠在支承平台210上并且具有被横向延伸以压住收集储器75顶部的支承部件215a。在任何情况下，累积器30最好被浸入在低温槽43中以使储器75及管子的约3-6英寸被浸没。如果被浸没在液氮中，外套管的外壁及储器75的外壁将约为77K。氙的凝固点大约是160K。因而，刚一退出主流动通路80，极化气体就冲击冷的表面并冻结在储器75中而缓冲气体通过退出通道90(未被示出)退出累积器。储器75可包括表面涂层以协助防止由极化气体与上述物的接触所引起的驰豫。图11图解说明NMR线圈175c用另一种方法作为螺线管型激发线圈被成形并被放置，它延伸累积器泡或储器75约长度“L”，并最好被成形以接触或延伸紧贴近到储器75的上述物的外部(被低温浸没部分)。
图9图解说明具有多点极化监视系统的超极化器装置10。这种实施例包括邻近于光学单元22及辅助储器120被放置的第一个NMR线圈100，邻近于光学单元出口22被放置的第二个NMR监视线圈150，及被放置以监视被冻结气体极化的第三个低温NMR监视线圈175。图9还图解说明连接到配送出口50的被抽空的袋或容器525及与贴近气体配送通道50的退出气体流动通路保持流体联系的辅助流动通路115。图12示意图解说明用于多NMR线圈监视系统的超极化器检测电路。
虽然特别适合于被低温累积的129Xe，但即时的多重或双重极化监视方法也能成功地被使用在与其他超极化惰性气体如3He一起使用的超极化器上。
最好，本发明的NMR线圈100、125、175是高精密的NMR线圈。也就是说，最好NMR线圈按可靠的和基本上一贯的方式被设计并制造(例如对可调的公差及可控的制造过程，最好按6sigma制造标准)。这使超极化器能建立校定标准，它对于超极化器上特殊位置跨越替换组件是基本上相同的。
运行
与超极化气体的纵向驰豫时间相联系的衰变常数“T1”经常被用于描述气体样品在给定的情况下退极化所花费的时间长度。如上面所指出，超极化气体的处理是关键性的，由于超极化状态对环境及处理因素的敏感性及到所计划的最终使用，即递送到患者用于成象，之前气体从其超极化状态的不希望有的衰变的潜力。处理、运输及储存超极化气体-以及将气体递送到患者或终端用户-能使超极化气体暴露于不同的衰减机制之中，这些机制例如磁场梯度，接触诱发的衰减、超极化气体原子与其他核的相互作用、顺磁杂质等。
现在参看图14，一般地描述，被选定的RF激发脉冲(预先确定频率、振幅及持续时间的)从脉冲发生器300通过放大器302穿过一组二极管门209被传递到面线圈100。被传递的激发脉冲局部地激发超极化气体(或被冻结的气体)样品250。电路100D可包括开关装置302S(电动的、机械的、或程序/软件支配的开关)以在制造周期中被不同设置的检测线圈之间切换。对开关装置302S替代的或附加的为高频被冻结的测量的发送器302T电路可被使用。当然，替代的接收器电路或与此相联系的附加部件也能被使用(未被示出)。
超极化气体250响应激发脉冲而诱发应答信号，它通过放大器305(有选择地被过滤)返回到接收器305R，并随后到计算机策动的综合信号分析器309。因而，对应于气体对脉冲响应的应答信号被接收。所接收的信号被分析(最好是峰到峰，直接的FID检测)以确定超极化气体的极化。合适的是，相对非复杂的分析不需要计算机或复杂的信号处理器，而能替代使用峰值检测器分析电路。
最好，激发脉冲是具有对应于磁场强度及特定超极化气体所选定的脉冲时间及频率的RF脉冲。最好，被用于3He气相的频率是75KHz(伴随约23.4G的静磁场)或更高(伴随在磁场强度上连带的改变)。替代地可取的频率约是24KHz，伴随对气态129Xe可取的频率也是约24KHz(伴随冻结相的频率被提高，即比气体的激发脉冲频率更高的频率)。因而，24KHz能被用于129Xe及3He两者。因为与129Xe相比3He具有较大的磁矩(2.7倍)，在相同的频率下用于3He的磁场一般较弱。因而，对于24KHz，最好约20(20.4)G的场被用于129Xe而约7(7.5)G的场被用于3He。129Xe的共振频率按1.18KHz/G的已知比率正比于场强；因而，如所指出，对于20G的场，频率约是24KHz而对于500G的场用于气态氙的合适的频率约是600KHz。用于129Xe冰(冻结相的气体)的可取的较高的检测频率与T1在500G较长的事实有关。因此，对于多点过程监视的超极化器，NMR检测电路100D(图12)最好被成形以传递第一个脉冲在第一个频率(f1)用于线圈100、125，而在第二个较高的频率用于被放置在冰中的NMR线圈175。在任何情况下，RF脉冲生成振荡的磁场，它使一小部分超极化气体(即3He或129Xe)的核误对准离开它们的静磁场的直线对准位置。被误对准的核开始以与它们相联系的拉莫尔频率(对应于脉冲频率)进动。进动的自旋在NMR线圈100中诱发电压。电压被反向接收(一般被放大)而且该信号是FID信号。这个信号初始的峰到峰在电压正比于极化(使用已知的校准常数)。Seam等人包括更多的借助一种方法去确定校准标准的讨论，参看Seam等人的上术论文。
最好，在这里所讨论的NMR线圈的实施例100、150、175的每一个包括输入/输出线例如单个的共轴信号线(操纵传递/接收二者)111(图8)，它与检测电路100D(图14)的发送器302T及接收器302R两部分在运转上相联系。在运行中，脉冲发生器309将最好被成形以为冰提供被升高的信号频率并运转识别冰的T2 *将超过气体的T2 *被降低。
本发明的激发脉冲被选定以使当最小限度地退极化时它能可靠地确定极化程度。最佳的脉冲电压依赖于若干因素。最好，对于被冻结收集的超极化气体的测量，NMR线圈175a被成形以围绕基本上全部在冷凝管30中所收集的被冻结的(冻结相的)超极化气体。在运行中，许多具有极其小的触发相角的脉冲被用于激发被冻结的气体。如在这里所使用的，“极其小”意思是指小于约5度的脉冲角，并且最好在约1-2度的范围内。极其小的脉冲触发相角使对气/冰的测量信号的退极化作用最小化。这起因于在与激发脉冲相联系的触发相角与被保持的极化之间的关系。每脉冲触发相角的信号正比于脉冲角(θ)的正弦，而被保持的极化正比于脉冲触发相角(θ)的余弦。例如，对于约2度的脉冲触发相角，θ的余弦是0.994。因此，即使10个2度触发相角的脉冲被取作样品，这应该使样品留下约99.3％的原来的极化而极小限度地影响与超极化的被冻结气体未被测量的极化相联系的原来的信号强度。因而，极其小的触发相角是可取的因为人们能期待来自被冻结或结冰的超极化气体的具体的信号，并且即使以这样小的触发相角信号也比较强，由于存在超极化及固体的高密度(固相提供超过气相约1000倍的增大的密度)两方面。在约589KHz的频率并使用具有约0.24mH电感的220匝线圈175a，如在用于上述NMR线圈175a(图9A)的优选实施例中所讨论的，使用1V的脉冲在冻结的样品中将提供2度的角发相角。
上述内容是作为本发明的例证而不被认为是它的限制。虽然本发明的少数示范性的实施例已被描述，但本领域的技术人员将容易地理解到在示范性的实施例中许多变更是可能的，而并不实质地违反本发明的新颖的主张及优点。因此，所有这些变更如在权利要求中所确定的将被规定为包括在本发明的范围内。在权利要求中，装置加功能的条款是用来覆盖作为完成所讲述功能的在这里被描述的结构，以及不仅结构上的等价物而且等价的结构。因此，待理解的是上述内容是作为本发明的例证而不被认为是对所公开的具体实施例的限制，并且对所公开的实施例的变更以及其他的实施例将被规定为包括在所附加的权利要求的范围内。本发明由下列权利要求伴随在那里所包括的权利要求的等价物被确定。

Claims (40)

1.用于制造极化惰性气体的超极化器，它包含：
具有非极化气体入口通道及极化气体出口通道的光泵抽取单元；
在运转上与该光泵抽取单元相联系的磁场源，该磁场源被成形以提供磁场的均匀区域；
具有第一个和第二个反向末端的NMR线圈，该第一个末端邻近于在该均匀区域内的该光泵抽取单元被放置；
与该光泵抽取单元出口通道保持流体联系的低温累积器；
与该低温累积器保持流体联系的极化气体配送出口；
在该低温累积器与该极化气体配送出口之间延伸的极化气体退出流动管线；
在邻近于与该极化气体退出流动通路保持流体联系的该NMR线圈第二个末端被放置的辅助储器，
其中该NMR线圈被成形以使在该超极化器运行期间，该NMR线圈激发被放置在该光学单元和该辅助储器中之一的一些极化气体。
2.根据权利要求1的超极化器，其中该磁场源确定磁场的均匀区域，它包括该光泵抽取单元的一部分和在该光泵抽取单元下方延伸一段距离的体积，并且其中该NMR线圈被放置在该光泵抽取单元的底部，以及其中该NMR线圈和至少该辅助储器的一部分被放置在该均匀区域内。
3.根据权利要求1的超极化器，其中该辅助储器具有第一个开口的末端和被封闭的反向的第二个末端，并且被成形以截获在其中的少量代表性容积的超极化气体，并且其中该被封闭的第二个末端与该NMR线圈第二个末端被靠紧接触放置。
4.根据权利要求3的超极化器，其中该低温累积器被成形以累积在冻结相的极化气体并以融化后的气相释放气体，并且其中该辅助储器被成形以接收来自该气体退出流动通路的一些融化后的极化气体并将融化后的气体样品放置在邻近于该NMR线圈第二个末端的该辅助储器中，
5.根据权利要求3的超极化器，其中该辅助储器被封闭的第二个末端具有与该NMR线圈第二个末端接触的基本上为平面的薄壁表面部分。
6.根据权利要求1的超极化器，该超极化器另外包含一些超极化气体，并且其中该极化气体包含超极化的129Xe。
7.根据权利要求1的超极化器，它另外包含在运转上与该NMR线圈相联系的NMR极化检测电路，并且其中该NMR检测电路被成形以检测对应于在该光学单元和该辅助储器两者中极化气体的激发。
8.根据权利要求1的超极化器，其中该光泵抽取单元具有中心部分，并且其中该磁场源被成形以使该均匀区域纵向偏移该光学单元中心部分一段距离。
9.用于超极化器装置被成形以在其中容纳一些超极化惰性气体的辅助储器，它包含：
具有反向的第一个和第二个末端以确定在其间气体流动通路的主体，该第一个末端部分被成形以在其中截获一些超极化气体，该第二个末端部分具有一开口在其中被形成，该第二个末端被成形在超极化器运行期间与超极化器衔接，从而当与超极化器中一部分气体流动管线连接时使超极化气体能在其中流动。
10.根据权利要求9的辅助储器，其中该第一个末端被成形具有薄壁部分。
11.根据权利要求10的辅助储器，其中该储器被定尺寸以具有小于约5立方厘米的内部自由空间。
12.用于监视与在两个不同区域中极化气体相联系的极化程度的双重对称NMR线圈，它包含：
具有第一个和第二个相对的凸缘以及在其间被放置的中间线圈安装部分的线圈主体；
被成形具有围绕该中间线圈安装部分被放置的多匝的线圈，其中该第一个凸缘具有第一种厚度而该第二个凸缘具有第二种厚度，并且该第一种和第二种厚度基本上是相同的，并且其中该NMR线圈被成形以监视与一些超极化惰性气体相联系的极化程度。
13.用于制造极化惰性气体的超极化器，它包含：
具有主体和有外表面的纵向延伸的极化气体出口通道的光泵抽取单元；以及
具有第一个和第二个反向末端并确定通过那里的中心开口的第一个NMR线圈，该第一个NMR线圈被放置在该出口通道上以使该出口通道纵向延伸通道的一部分延伸通过该第一个NMR线圈的开口，该NMR线圈的第一个末端邻近于该光泵抽取单元的该主体被放置，
其中该第一个NMR线圈被成形以使在该超极化器运行期间该第一个NMR线圈激发贴近该光学单元出口通道被定位的一些极化气体。
14.根据权利要求13用于制造极化气体的超极化器，其中该光泵抽取单元包含从该出口通道分离开来的非极化气体入口通道，并且该超极化器另外包含极化气体配送出口及从该光学单元出口通道延伸到该极化气体配送出口的退出流动通路，以及其中该超极化器另外包含在运转上与该光泵抽取单元相联系的磁场源，该磁场源被成形以提供磁场的均匀区域。
15.根据权利要求14的超极化器，它另外包含被放置在该光学单元出口通道及该配送出口中间的低温累积器。
16.根据权利要求15的超极化器，它另外与包含在该低温累积器及该配送出口中间的该退口流动通路保持流体联系的辅助储器。
17.根据权利要求14的超极化器，其中该均匀的磁场区域有一个中心，以及其中该光泵抽取单元主体也有一个中心，并且其中该磁场中心是纵向偏离该主体的。
18.根据权利要求16的超极化器，它另外包含具有反向的第一个和第二个侧面的第二个NMR线圈，该第二个NMR线圈一个侧面接触该光学单元的主体而另一个侧面接触该辅助储器被放置。
19.根据权利要求16的超极化器，其中该低温累积器包括封闭的收集末端、低温液槽及被安置在该低温槽中的一组永久磁铁，并且其中该超极化器另外包含贴近该收集末端被放置在该低温槽中的第三个NMR线圈。
20.用于制造光泵抽取极化惰性气体的超极化器，它包含：
具有非极化气体入口通道和极化气体出口通道及主体的光泵抽取单元；
与该光泵抽取单元出口通道保持流体联系的低温累积器，它包含：
确定用于在其中容纳一些被收集的极化气体的极化气体收集室的细长的末端封闭的管子，该气体收集室在运转上与第一个和第二个可封闭的阀相联系；
低温槽，其中该收集室被浸入在该低温槽中；
磁场源被安排以提供具有邻近于该低温槽中的该收集室的均匀区域的磁场；
邻近于该磁场均匀区域中该管子的封闭末端的该低温槽中被放置的第一个NMR线圈；
与该低温累积器保持流体联系的极化气体配送出口；以及
从该低温累积器延伸到极化气体配送出口的极化气体退出流动通路，
其中该第一个NMR线圈被成形以使在该超极化器运行期间，该第一个NMR线圈监视与贴近该收集管的封闭末端所容纳的被收集的极化气体相联系的极化程度。
21.根据权利要求20的超极化器，该超极化器另外包含邻近于该光泵抽取单元主体被放置的第二个NMR线圈。
22.根据权利要求21的超极化器，它另外包含邻近于该第二个NMR线圈被放置并与该极化气体退出流动通路保持流体联系的辅助储器，其中该第二个NMR线圈被成形以使在该超极化器运行期间该第二个NMR线圈激发被定位在该光学单元中的一些极化气体以及被定位在该辅助储器中的一些极化气体，它们对应于在制造周期期间在超极化器中极化气体的位置。
23.根据权利要求20的超极化器，其中该第一个NMR线圈作为围绕该低温累积器外面的一部分纵向延伸的螺线管被成形。
24.根据权利要求20的超极化器，该低温槽包含带有外壁并在其中容纳一些低温液体的容器，并且其中该磁场源是一组永久磁铁，它在邻近于该收集室的该低温槽容器的外壁周围延伸以使该永久场磁铁不被浸入在该低温槽内的液体中。
25.根据权利要求20的超极化器，其中该磁场源是电磁铁。
26.监视超极化惰性气体在其制造期间极化程度的方法，它包含步骤：
使一些惰性气体在光泵抽取室中极化；
将在光泵抽取室中的极化惰性气体引导到气体收集通路；
提供具有均匀区域的磁场，均匀区域包括至少与光泵抽取室的一部分相联系的空间体积和贴近光泵抽取室的气体收集通路；
将邻近于气体流动通路的第一个NMR线圈放置在磁场的均匀区域中；
通过将激发信号传递到第一个NMR线圈激发极化气体；以及
测量与邻近于NMR线圈的超极化气体相联系的极化程度从而监视与邻近于极化气体流动通路的极化器区域中极化气体相联系的极化程度。
27.根据权利要求26的方法，其中光泵抽取室有主体部分及由纵向延伸的支管确定的极化气体退出通道，并且其中NMR激发线圈围绕邻近于光泵抽取室的主体部分的支管被放置。
28.根据权利要求26的方法，它另外包含使磁场均匀区域取向的步骤以使其中心纵向偏离光泵抽取室的中心部分而更靠近光泵抽取室的底部延伸。
29.根据权利要求26的方法，其中该方法另外包含步骤：
低温累积在低温累积器中的极化气体，其中该极化气体的一部分被冻结；以及
在该配送步骤之前和该融化步骤之后接着使该被冻结的极化气体融化。
30.根据权利要求26的方法，其中该融化步骤期间或之后，被融化的极化气体数量的次要部分被引导离开超极化气体的主要部分进入贴近NMR线圈的气体流动通路。
31.根据权利要求26的方法，其中惰性气体是129Xe并且其中在激发步骤中激发被融化极化气体的次要部分以提供在该融化步骤以后超极化气体的有代表性的极化程度。
32.根据权利要求26的方法，其中NMR线圈在运转上与NMR检测电路相联系，并且其中相同的NMR线圈被用于确定在光泵抽取单元中和在该融化步骤之后超极化气体的极化。
33.具有集成的NMR线圈的超极化气体光泵抽取单元，它包含：
具有主体和至少一个纵向延伸支管部分的光泵抽取单元；以及
具有反向的第一个和第二个末端及通过其中心被形成的开口的NMR线圈，该开口被定尺寸并被成形以容纳通过那里的该纵向延伸支管的一部分。
34.根据权利要求33的超极化气体光泵抽取单元，其中该光泵抽取单元包括两个纵向延伸的支管部分，一个与气体入口通道相联系而一个与气体退出通道相联系，并且其中该NMR线圈围绕与该退出通道相联系的该支管部分被放置。
35.根据权利要求34的超极化气体光泵抽取单元，其中NMR线圈邻近于该主体被放置。
36.根据权利要求35的超极化气体光泵抽取单元，它另外包含被定位在该光泵抽取单元中的一些129Xe。
37.用于从与退出流动通路管路在运转上相联系的冷凝管收集容器释放融化后被低温累积的超极化气体的方法，它包含步骤：
低温累积在冷凝管中作为被冻结样品的一些超极化气体；
监视与容纳在冷凝管中被低温收集的超极化气体样品相联系的压强；
融化至少一部分数量在冷凝管中被冻结的超极化气体样品；
增大冷凝管中的压强以促进超极化气体从基本上被冻结的样品变成被融化的流体样品的相变；以及
在该监视步骤期间响应与冷凝管相联系的预定压强从冷凝管中以气体形式释放被融化流体的超极化样品。
38.根据权利要求37的方法，其中在该融化步骤期间该超极化气体的主要部分从被冻结的固体样品直接转变为对应于该冷凝管中压强的液相，并且其中该释放步骤是为响应在超极化器中冷凝管下游阀的打开的。
39.根据权利要求37的方法，其中该融化和释放的步骤都在该超极化上被机载完成。
40.根据权利要求37的方法，其中该超极化气体样品包含超极化的129Xe。
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