CN1575750A - 稀有气体极化设备和磁共振成像系统 - Google Patents

Abstract

为了以可定量化且不失败地将处于超极化状态的稀有气体和吸入的物质输送到对象并实施成像的目的，在气囊中处于超极化状态的气态氙和吸入的物质比如氧气输送给处于关闭状态的面罩210，在隔膜上检测在呼气或吸气的过程中面罩210的内部空间中的正或负压，并基于该检测实施从内部空间排放或将氙和吸入的物质比如氧气吸入到内部空间；因此，防止了在对象1吸入之前在超极化状态中的气态氙泄漏到外部空气中并以基本恒定的流量和较高的可定量化性输送该气态氙，此外，吸入的物质比如氧气输送到对象1而不会失败，由此实现了较高的安全性。

Description

稀有气体极化设备和磁共振成像系统

技术领域

本发明涉及一种用于形成超极化状态下的稀有气体并使用该稀有气体实施成像的稀有气体极化设备和磁共振成像系统。

背景技术

近年来，通过吸入或注射在对象(患者)中吸收的超极化状态下的稀有气体比如氙(Xe)、氦(He)等以高灵敏度采集磁共振图像。为了使稀有气体处于超极化状态，运用稀有气体极化设备。

稀有气体极化设备使稀有气体同位素在高温单元中处于超极化状态，然后在高磁场环境下在盛有液体氮的恒温槽中通过稀有气体的升华仅固化在超极化状态中的稀有气体以仅提取稀有气体。经固化的稀有气体然后通过加热汽化并由对象吸收(例如参见专利文献1)。

这时，在超极化状态中的汽化的稀有气体积累在气囊、小瓶等中，然后经气囊或小瓶的出口由对象吸入。

[专利文献1]

日本专利出版物No.2000-507688(第7-19页，附图1)。

然而，在常规的技术中，由对象吸入的稀有气体和吸入的物质比如氧气的量是不确定的。具体地说，对象从气囊或小瓶的出口吸入稀有气体的方式在不同的对象之间是不同的，并且一些稀有气体泄漏到外面大气中而没有被对象吸入；因此，稀有气体和吸入的物质比如吸入的氧气的量在每次检查中都不相同。

特别是，在对象吸气时，如果仅仅吸入了包含在气囊或小瓶中的气体，则吸入的物质比如氧气是不足的，可能导致对象丧失意识。此外，吸入的超极化状态的稀有气体的量不确定的事实可能妨碍磁共振信息(比如采集的断层图像信息)的定量化。

因此，重要的是找到一种实施稀有气体极化设备和磁共振成像系统的方式，通过这种方式可定量地给对象输送处于超极化状态的稀有气体和吸入的物质而不会导致成像失败。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种实施稀有气体极化设备和磁共振成像系统，它们能够可定量化地给对象输送处于超极化状态的稀有气体和吸入的物质而不会导致成像失败。

为解决上述问题并实现该目的，根据本发明的第一方面的稀有气体极化设备的特征在于包括：使包含在混合气体中的稀有气体处于超极化状态的极化部分；从所说的混合气体中升华所说的稀有气体、提取作为固态的所说的稀有气体并汽化所说的所提取的固态稀有气体的提取部分；以及将所说的汽化的稀有气体与吸入的物质混合并将所说的气体输送到覆盖对象的呼吸器官的与外部空气的封闭的面罩部分的输送装置。

根据本发明的第一方面，极化部分使包含在混合气体中的稀有气体处于超极化状态，提取部分使稀有气体从混合气体中升华、提取作为固态的稀有气体和汽化所提取的固态稀有气体，以及输送装置将汽化的稀有气体与吸入的物质混合，并将该气体输送到覆盖对象的呼吸器官的与外部空气封闭着的面罩部分；因此，防止了在超极化状态中的稀有气体被泄漏到外部空气中，以及稀有气体连同包括氧气等的吸入的物质一起被对象吸入而不会失败，因此在超极化状态中的稀有气体可以可定量化地且安全地被输送到对象。

根据本发明的第二方面的稀有气体极化设备的特征在于：所说的吸入的物质是氧气或包含氧气的空气。

根据本发明的第二方面，即使使用封闭的面罩部分，该对象仍然继续呼吸。

根据本发明的第三方面的稀有气体极化设备的特征在于：所说的面罩部分包括与所说的对象的呼吸同步地移动的隔膜。

根据本发明的第三方面，可以检测在面罩部分里面的压力变化。

根据本发明的第四方面的稀有气体极化设备的特征在于：所说的面罩部分包括吸入所说的汽化的稀有气体和所说的吸入的物质的开关型进气阀(on-off type intake valve)。

根据本发明的第四方面，由于面罩部分通过开关型进气阀吸入汽化的稀有气体和吸入的物质，因此可以控制汽化的稀有气体和吸入的物质的进入。

根据本发明的第五方面的稀有气体极化设备的特征在于：所说的进气阀包括调节所说的稀有气体和所说的吸入的物质的进入量的调节装置。

根据本发明的第五方面，由于进气阀通过调节装置调节稀有气体和吸入的物质的进入量，因此可以实现例如在稀有气体和吸入的物质之间的混合比的精细调节。

根据本发明的第六方面的稀有气体极化设备的特征在于：所说的进气阀包括在用于所说的吸入的物质的进口通道上防止所说的进口通道完全关闭的塞子。

根据本发明的第六方面，由于进气阀通过在进口通道上的塞子防止了用于吸入的物质的进口通道完全关闭，因此防止了在某些异常的状态下停止给对象输送吸入的物质。

根据本发明的第七方面的稀有气体极化设备的特征在于：所说的面罩部分包括从所说的对象到所说的外部空气排放呼出的物质的开关型排气阀。

根据本发明的第七方面，由于面罩通过开关型排气阀从对象排出所呼出的物质到外部空气，因此所呼出的物质比如二氧化碳可以排放而不会失败。

根据本发明的第八方面的稀有气体极化设备的特征在于：所说的输送装置响应与所说的对象的吸气同步的所说的隔膜的移位打开所说的进气阀，并响应与所说的对象的呼气同步的所说的隔膜的移位关闭所说的进气阀。根据本发明的第八方面，稀有气体和吸入的物质可以随吸气被吸入而随呼气停止，与隔膜的移位同步。

根据本发明的第九方面的稀有气体极化设备的特征在于：所说的输送装置与所说的对象的吸气同步地关闭所说的排气阀，与所说的对象呼气同步地打开所说的排气阀。

根据本发明的第九方面，在进气阀打开时排气阀关闭，以及在进气阀关闭时排气阀打开，以使稀有气体的吸入和排放可以有效地实现而不浪费。

根据本发明的第十方面的稀有气体极化设备的特征在于：所说的隔膜包括检测所说的移位的检测传感器。

根据本发明的第十方面，由于通过检测传感器隔膜检测移位，因此可以获得呼吸的电信号。

根据本发明的第十一方面的稀有气体极化设备的特征在于：所说的输送装置包括测量所说的汽化的稀有气体的流量的流量计。

根据本发明的第十一方面，由于输送装置通过流量计测量汽化的稀有气体的流量，因此可以获得关于吸入的稀有气体的量的更加详细的信息。

根据本发明的第十二方面的磁共振成像系统包括：将处于超极化状态的稀有气体输送给对象的稀有气体极化设备和采集关于吸入所说的稀有气体的所说对象的磁共振信息的磁共振成像设备，所说的磁共振成像系统的特征在于：所说的稀有气体极化设备具有将与吸入的物质混合的所说的稀有气体输送给覆盖所说的对象的呼吸器官的相对外部空气封闭着的面罩部分的输送装置；所说的输送装置具有检测所说的呼吸的检测传感器；和所说的磁共振成像设备具有基于来自所说的检测传感器的呼吸信息实施所说的采集或用于所说的采集的参数的最佳化的控制处理部分。

根据本发明的第十二方面，在稀有气体极化设备中，输送装置将与吸入的物质混合的所说的稀有气体输送给封闭着覆盖所说的对象的呼吸器官的外部空气的面罩部分；在输送装置中，检测传感器检测呼吸；以及在磁共振成像设备中，控制处理部分基于来自所说的检测传感器的呼吸信息实施采集或采集的参数的最佳化；因此，通过对象吸入的超极化状态的稀有气体的可定量化性和包括吸气的呼吸信息允许磁共振信息(比如关于对象的断层图像信息)的定量化分析，此外，可以实现包括在采集磁共振信息中的增益或带宽的参数的最佳化。

根据本发明的第十三方面的磁共振成像系统的特征在于：所说的控制处理部分与在所说的呼吸信息中指示的吸气或呼气同步地实施所说的采集。

根据本发明的第十三方面，采集关于对象的断层图像信息时，可以减小假像，更一般地，在采集磁共振信息时，可以获得稳定的信息。

根据本发明的第十四方面的磁共振成像系统的特征在于：所说的控制处理部分在自所说的同步起附加滞后时间后采集所说的信息。

根据本发明的第十四方面，通过改变滞后时间，在呼吸的任何阶段都可以采集数据。

根据本发明的第十五方面的磁共振成像系统的特征在于：所说的控制处理部分自所说的呼吸信息起对呼吸的次数计数，并基于所说的呼吸的次数实施所说的参数的最佳化。

根据本发明的第十五方面，基于对象的呼吸次数，关于对象的运动速度的信息允许为假像的减小或较高的SNR设定参数比如带宽和数据采集数。

根据本发明的第十六方面的磁共振成像系统的特征在于：所说的参数包括采集所说的磁共振信息中使用的放大器的增益。

根据本发明的第十六方面，在吸入处于超极化状态的稀有气体时的增益从预扫描最佳化。

根据本发明的第十七方面的磁共振成像系统的特征在于：所说的输送装置进一步包括测量所说的稀有气体的流量的流量计。

根据本发明的第十七方面，由于输送装置通过流量计测量稀有气体的流量，因此可以获得关于吸入的稀有气体的量的更详细的信息。

根据本发明的第十七方面的磁共振成像系统的特征在于：所说的控制处理部分基于来自所说的流量计的稀有气体信息实施所说的参数的最佳化。

根据本发明的第十八方面，由于实现通过对象吸入的稀有气体的量的详细信息，因此基于这些详细的信息可以更加精确地实施放大器的增益的调整和其它的调谐。

根据本发明，极化部分使包含在混合气体中的稀有气体处于超极化状态，提取部分使稀有气体从混合气体中升华、提取作为固态的稀有气体和汽化所提取的固态稀有气体，以及输送装置将汽化的稀有气体与吸入的物质混合，并将该气体输送到覆盖对象的呼吸器官的相对外部空气封闭的面罩部分；因此，防止了处于超极化状态的稀有气体被泄漏到外部空气中，以及稀有气体连同包括氧气等的吸入的物质一起被对象吸入而不会失败，因此处于超极化状态的稀有气体可以可定量化地且安全地被输送到对象。

通过在附图中所示的本发明的优选实施例的描述，将会清楚本发明的进一步目的和优点。

附图概述

附图1所示为磁共振成像系统的总体结构的方块图。

附图2所示为在实施例1中的稀有气体极化设备的结构的方块图。

附图3所示为在实施例1中的面罩部分的结构的附图。

附图4所示为在实施例1中的面罩部分的操作的附图。

附图5所示为在实施例中的磁共振信息和呼吸信号的附图。

附图6所示为在实施例3中的输送装置的结构的附图。

本发明的详细描述

下文参考附图现在描述根据本发明的稀有气体极化设备和磁共振成像系统的优选实施例。

(实施例1)

首先在描述根据实施例1的磁共振成像系统的总体结构。附图1所示为本发明的磁共振成像系统的总体结构的方块图。磁共振成像系统包括磁共振成像设备200和稀有气体极化设备3。

磁共振成像设备200包括磁体系统700、数据收集部分750、发射驱动部分740、梯度驱动部分730和控制处理部分800。控制处理部分800包括扫描控制部分760、数据管理部分770、显示部分780和操作部分790。

磁体系统700具有主磁场线圈部分702、梯度线圈部分706、发射线圈部分708和RF线圈部分710。这些线圈部分具有一般的圆柱形并彼此同轴地设置。躺在托架720上的对象1通过传输装置(未示)送入或送出磁体系统的基本圆柱形的内部空间(孔)中。

在这种结构中，控制信息从操作部分790输入到数据管理部分770，并将控制信息传输到扫描控制部分760，然后从扫描控制部分760传输到数据收集部分750，输出到发射驱动部分740和梯度驱动部分730。

主磁场线圈部分702在磁体系统700的内部空间中产生静止磁场。静止磁场的方向与对象1的身体轴线的方向基本平行。即，产生了一般称为水平磁场的磁场。主磁场线圈部分702例如使用超导线圈制成；然而，并不限于超导线圈，也可以使用普通导电线圈等制成。

梯度线圈部分706沿相互正交的轴线(即片层轴、相位轴和频率轴)产生使静止磁场强度形成梯度的三个梯度磁场。

发射线圈部分708在静止磁场空间中产生激励在对象1内的磁共振的射频磁场。RF线圈部分710放置在托架720上并沿对象1设置在磁体系统700的中心部分中。RF线圈部分710接收通过发射线圈部分708在对象1内激励的磁共振信号。

梯度线圈部分706连接到梯度驱动部分730。梯度驱动部分730将驱动信号发送给梯度线圈部分706以产生梯度磁场。梯度驱动部分730具有对应于在梯度线圈部分706内的三梯度线圈的三个驱动电路(未示)。

发射线圈部分708连接到发射驱动部分740。发射驱动部分740给发射线圈部分708输送驱动信号以发射RF脉冲，发射线圈部分708然后响应所发射的RF脉冲在磁体系统700的中心部分产生RF磁场以使对象1处于磁共振激励状态。

RF线圈部分710连接到数据收集部分750。数据收集部分750通过对在RF线圈部分710上所接收的接收信号采样而接收它，并将该信号作为数字信号集中。

梯度驱动部分730、发射驱动部分740和数据收集部分750连接到扫描控制部分760。起接收控制部分作用的扫描控制部分760控制梯度驱动部分730、发射驱动部分740和数据收集部分750以实施成像。

数据收集部分750的输出连接到数据管理部分770。通过数据收集部分750收集的数据输入到数据管理部分770。数据管理部分770例如使用计算机制成并具有存储器(未示)。该存储器存储用于数据管理部分770的各种类型的数据和程序。

数据管理部分770连接到扫描控制部分760。数据管理部分770是扫描控制部分760的上级并控制它。在本设备中包括断层图像信息的磁共振信息的采集通过在扫描控制部分760中执行存储在数据管理部分770的存储器中的程序的脉冲序列实施。该脉冲序列包含输出到梯度驱动部分730、发射驱动部分740和数据收集部分750的所有的控制信息的序列。

数据管理部分770将通过数据收集部分750收集的数据存储在存储器中。在该存储器中，由此形成了数据空间。该数据空间形成了二维傅立叶空间。数据管理部分770对在二维傅立叶空间中的数据执行二维反傅立叶变换以重构对象1的图像。

数据管理部分770连接到显示部分780和操作部分790。显示部分780包括图形显示器比如LCD(液晶显示器)。操作部分790包括例如具有指定装置的键盘。

显示部分780显示从数据管理部分770输出的重构的图像和几种类型的信息。操作部分790通过操作员操作并给数据管理部分770输入几种类型的指令和信息。操作员通过显示部分780和操作部分790交互地操作本设备。

RF线圈部分710包括例如用于接收在对象1内受激励的磁共振信号的鸟笼式线圈。

稀有气体极化设备3将超极化稀有气体例如同位素氙(Xe)输送给对象1。现在简要描述超极化状态。同位素铷(Rb)或氙(是稀有气体)具有核动量矩，并在施加静止磁场时，气体沿不同的能量状态分布。在正常的温度平衡状态下，同位素铷(Rb)或氙沿所有的状态基本均等地分布。相反，在大部分同位素铷或氙不成比例地存在于某一状态的状态称为超极化状态。在这种超极化状态中，可以使更多的同位素铷或氙处于磁共振现象的激发态，由此改善信号的灵敏度。

稀有气体极化设备3将处于超极化状态中的气态的氙通过连接到对象1的面罩部分210输送给对象1。对象1吸入氙，并通过肺部进入到血液。然后，可以以对对象1实施磁共振成像以较高的灵敏度成像氙。

接着，参考附图2详细地描述稀有气体极化设备3的结构。附图2所示为在稀有气体极化设备3中的几个方块的结构和方块的截面。稀有气体极化设备3包括气体输送部分50、极化部分10、捕集部分20、提取部分30、稀有气体收集部分60、输送装置4、连接极化部分10、捕集部分20和提取部分30的管40、用于连接提取部分30和稀有气体收集部分60的玻璃管70和连接稀有气体收集部分60和输送装置4的管266。在这种结构中，静止磁场B1和静止磁场B2施加给极化部分10和提取部分30，该静止磁场例如由永磁体(未示)产生。

气体输送部分50包括调节同位素铷自外部的供应的开关阀520、箱510和给极化部分10输送混合气体的金属管。箱510存储在较高的压力压缩下大致以1％、1％、98％的比例的氙同位素、氮和氦(He)的混合气体。混合的气体与在箱510的出口处的同位素铷混合，然后导入到极化部分10。

极化部分10包括单元110、炉子100和阀120。炉子100在其中包含单元110，并将单元110放在大约200℃的高温下。炉子100以圆偏振激光辐射。该激光例如由激光二极管(未示)产生并具有由包含在混合气体中的碱金属确定的波长。例如，对于铷，波长大约为795纳米。炉子100和单元110分别具有用于使激光进入单元110的玻璃窗。

阀120是一种开关阀，在气体输送部分50中产生的混合气体通过打开阀120导入到单元110中。单元110包括使混合气体与圆偏振激光相互作用的内腔和包围该内腔的内壁和外壁。例如内壁由玻璃制成，而外壁由不锈钢制成。

在暴露在圆偏振激光中的侧面上的单元110的外壁具有耐火玻璃的窗口130。通过炉子100的窗口和窗口130的圆偏振激光进入单元110，并与混合的气体作用。管40将在单元110中的混合气体通过部分20输送到提取部分30中。

捕集部分20在管40的玻璃内壁上具有致冷器21。致冷器20例如是一种绕管40的内壁输送水的冷却管。在内壁内的混合气体由此被冷却，在混合气体中的气态铷被液化并固化以消除。

提取部分30包括收集器300、恒温槽310、液氮330、升降装置320、针阀190和阀140-160。收集器300由支撑工具(未示)支撑，通过操作员可以任意地设定收集器300相对于恒温槽310的位置。

通过管40从捕集部分20向收集器300输送混合气体。收集器300的容器具有类似于单元110和管40的金属的外壁和玻璃的内壁。

收集器300和管40是可分离的，并且只有管40的内壁的玻璃管部分作为入口延伸到收集器300中。玻璃管部分具有这样的长度：在收集器300与管40连接时，玻璃管部分达到收集器300的底部，因此在管40中的混合气体直接喷射到收集器300的底部上。

此外，收集器300在它的上部部分具有排放剩余气体的排气口和到稀有气体收集部分60的连接端口。排气口例如通过金属管与开关型的阀160和针阀190连接。针阀190具有用于分离入口和出口并带有针孔的隔板。收集器300因此在针阀190的入口侧上保持高压并在阀160打开之后在出口侧上保持大气压。

恒温槽310包括例如杜瓦瓶，并在其中存储液氮330以冷却收集器300。此外，恒温槽310安装在升降装置320上以使在升降装置320上移时收集器300浸在液氮330中，并且在升降装置320下移时收集器300和液氮330分离。

稀有气体收集部分60通过阀150和玻璃管70与收集器300连接，该部分60包括气囊600和开关阀170和180。气囊600可从开关阀170上取下并在所提取的处于超极化状态的气态氙由对象吸入时使用。

输送装置包括面罩部分210、管272、箱262和阀180。通过管266从气囊600向输送装置4输送稀有气体，它又将该稀有气体输送到面罩部分210。箱262在其中存储包含空气、氧气等吸入的物质，并通过打开阀280将吸入的物质输送到面罩部分210中。应该注意，管272优选由除了金属之外的材料制成以使它不引起去极化。

附图3所示为说明面罩部分210的使用和详细结构的附图。附图3(A)所示为连接到对象1的面罩部分210。面罩部分210连接到对象1的头部以通过带子等覆盖对象1的呼吸器官(即鼻子和嘴)。

附图3(B)所示为连接到对象1的面罩210的截面图。面罩210包括侧壁270、隔膜220、海绵230、阀250和260、调节装置259、可移动杠杆240和检测传感器290。侧壁270和隔膜220具有弓形结构，并带有隔膜220的底部，与隔膜220相对的开口侧与包括鼻子和嘴的对象1的面部紧密接触。

侧壁270的开口侧具有海绵230以改善与对象1的面部的密封。由侧壁270、隔膜220和对象1的面部包围的内部空间由此相对外部空气密封。用于侧壁270的材料是重量轻、耐变形的材料比如塑料，用于隔膜220的材料是弹性材料比如橡胶片。因此，在对象1的呼吸使面罩210的内部空间在相对外部空气的正和负压之间交替时，隔膜220响应正和负压变形。

侧壁270与阀250和260连接。起排气阀作用的阀250放置在从内部空间到外部空气的孔中在外部空气一侧的侧壁270上，并通过弹簧251从外部空气一侧与侧壁270紧密接触。管266和272从延伸过侧壁270的孔通过调节装置259导入到内部空间。侧壁270具有塞子261、起进气阀作用的阀160和在到内部空间的管266和272的出口上可移动的杠杆240。

调节装置259是一种控制管266和272的管内流量的控制阀，并通过以打开和关闭之间的中间状态设置的阀控制稀有气体和吸入的物质的混合比或绝对量。

可移动杠杆240响应隔膜220的变形移动起进气阀作用的阀260并打开和关闭到内部空间的管266和272的出口。可移动杠杆240是在侧壁270上固定的两个分支的交叉点上具有旋转中心的V-形杠杆，从旋转中心延伸的两个分支中的一个分支与隔膜220的表面接触，另一个分支形成了阀260连接到其中的表面。

塞子261放置在阀260和到内部空间的管272的出口之间。塞子261保持在稍稍打开的状态以使在阀260关闭管272的出口时吸入的物质比如氧气不被切断。因此防止了对象1在某些异常的情况下缺乏氧气。

隔膜220具有检测传感器290。对于检测传感器290，变形传感器比如应力计可以使用。检测传感器290通过导线(未示)连接到扫描控制器部分760，与对象1的呼吸同步的电信号发送给扫描控制器部分760。

现在描述根据本发明的稀有气体极化设备3和输送装置4的操作。首先简要描述在收集器300中提取处于超极化状态下的同位素氙的操作。在实施提取操作中，升降装置320上移以将收集器300浸在液氮330中，将水注入在捕集部分20中的恒温槽21中以使捕集部分20处于操作状态，圆偏振激光朝单元110发射，包含单元110的炉子100的内部空间达到大约200℃的温度，大约10mT(特斯拉)的静磁场B1施加到极化部分10，大约0.2T的静磁场施加到提取部分30。

然后，阀520、120、140和160打开，阀150关闭。包含在气体输送部分50上产生的同位素铷的混合气体因此被导入到单元110中。

在单元110中，在混合气体中的同位素铷吸收辐射的圆偏振激光并使其处于超极化状态，在这种超极化状态下大部分铷同位素都处于高能量状态。然后，在超极化状态中的铷同位素通过公知的自旋交换传递现象将超极化状态传递给在混合气体中的同位素氙。同位素氙因此处于超极化状态，在该超极化状态中大部分同位素氙处于高能量状态。

此后，在单元110中的混合气体导入到捕集部分20中，在捕集部分20中恒温槽21通过液化或固化降低混合气体的温度以消除铷同位素。

然后将在捕集部分20中的混合气体通过管40导入到收集器300中。混合的气体通过管40的延伸管直接喷射到收集器300的底部。由于收集器300的底部浸在恒温槽310的液氮330中并大致处于液氮温度，因此在喷射的混合气体中的同位素氙通过升华作用固化为氙冰。

在混合气体中的其它成分比如氦气和氮气没有固化，通过针阀190从收集器300中排放它们。在从箱510输送混合气体以累积氙冰的同时连续地进行这种过程。

接着，描述将累积在收集器300中的处于超极化状态的氙气排出到气囊600的操作。在实施排出操作过程中，阀520、120、140、160和180都关闭，阀150和170都打开，升降装置320下移，在恒温槽310中的液氮330不与收集器300接触。

由于收集器300不与液氮330接触，因此呈现高温状态。这时，存在于收集器300的底部的处于超极化状态中的氙冰通过升华汽化，所汽化的同位素氙通过玻璃管从阀150导入到气囊600并累积在其中。这种情况一直维持直到在收集器300的底部存在的氙冰耗尽。

累积在气囊600中的起极化状态的氙气然后输送到连接到对象1的面罩210。这时，阀150关闭而阀170和180打开。因此，在气囊600中处于超极化状态的气态氙逐渐输送到面罩210中。此外，箱262的阀280打开，因此吸入的物质比如包含在箱262中的氧气同时导入到面罩210中。导入到面罩210的氙和吸入的物质如氧气的量通过调节装置259调节。

接着，参考附图4描述在对象1呼吸时面罩210的操作。附图4所示为对象1与面罩210连接的截面图。对象1的呼吸分为将空气吸入到肺部的吸气状态和将空气从肺部排放的呼气状态。

附图4(A)所示为在对象1的呼吸处于吸气状态时面罩210的操作的附图。因为对象1的吸气，面罩210的内部空间相对于外部空气处于负压下。因此，隔膜220变形以朝对象1推。这时，固定在侧壁270上的可移动杠杆240与隔膜220的变形同步地旋转，打开阀260。在维持吸气状态的同时，在超极化状态下的气态氙和吸入的物质比如氧从打开的阀260以基本恒定的流量输送。因为内部空间相对于外部空气处于负压下，因此阀250借助于弹簧251的作用从外部对侧壁270的推力关闭。

此外，由于这时面罩210的内部空间相对于对象1的吸气的一个循环的量具有较小的体积，因此含有从阀260输送的氧气等吸入的物质和稀有气体大部分由对象1吸入。因此，从自管256输送的稀有气体由对象1吸入而没有泄漏，通过对象1吸入的稀有气体的量主要由调节装置259确定。

附图4(B)所示为在对象1的呼吸处于呼气状态时面罩210的操作的附图。因为对象1的呼气，面罩210的内部空间相对于外部空气处于正压。因此，隔膜220变形以在与对象1相反的方向推。这时，固定在侧壁270的侧壁上的可移动杠杆240与隔膜220的变形同步地移动直到阀260关闭，此后停止并保持关闭状态。此外，因为内部空间处于正压，阀250通过弹簧251的压力朝外推，将在内部空间中含有对象1的二氧化碳等的呼出气体排放。

如上文所描述，在实施例1中，在气囊600中处于超极化状态的气态氙和吸入的物质比如氧气输送给处于密闭状态的面罩210，在隔膜220上检测在呼气或吸气的过程中面罩210的内部空间中的正或负压，并基于该检测实施从内部空间排放或将氙和吸入的物质比如氧气吸入到内部空间；因此，防止了在对象1吸入之前处于超极化状态的气态氙泄漏到外部空气中并以基本恒定的流量和高可定量化性输送该气态氙，此外，吸入的物质比如氧气输送到对象1而不会失败，确保了高安全性。

(实施例2)

在实施例1中，在隔膜220与对象1的呼气和吸气同步地变形并通过连接到隔膜220的检测传感器290检测呼吸的同时，使用所检测的信号来定量化地分析所采集的图像信息。实施例2解决了基于在以可定量化性输送的处于超极化状态的氙的信息和这种呼吸的检测信号分析磁共振信号。

由于在面罩210周围的稀有气体极化设备3的硬件结构和磁共振成像设备200与附图1-3中的相同，因此在此省去了对它们的描述。

附图(5A)所示为通过检测传感器290所检测的实例性呼吸信号，该信号与对象1的呼吸同步。在具有较高的信号值的呼吸信号区中，对象1处于吸气状态，而在具有较低的信号值的呼吸信号区中，对象1处于呼气状态。应该注意，在呼气状态对象1的身体运动比在吸气状态中的身体运动慢，并且呼气状态比吸气状态继续时间长。

从数据管理部分770该到扫描控制器部分760的脉冲序列被顺序地解码和执行。这时，脉冲序列与来自检测传感器290的呼吸信号同步地执行。在附图5(A)所示的实例性呼吸信号的情况下，例如通过阈值或峰值检测来检测吸气周期，脉冲序列和数据收集的执行在自吸气周期起滞后时间Td之后实施。例如通过确定多个滞后时间Td，可以观察从吸入处于超极化状态的氙的吸气周期开始的如下的过程的时间变化：对象1对氙的吸收、氙在血液中的溶解和在整个身体中的扩散。

附图5(B)代表作为滞后时间Td的函数从对象1接收的RF信号的三维频谱强度。三个轴代表滞后时间Td、频谱频率的差值Δf和频谱强度，该曲线显示在每个滞后时间Td上频谱随增加的滞后时间变化。

在该图中，指示在肺部作为气体存在的在超极化状态中氙的气相信号和溶解在血液中在超极化状态中的氙的液化信号具有不同的频谱，并且被分别观测。随着滞后时间Td的增加，氙扩散到整个身体，气相信号和溶解信号的强度逐渐降低。这时，作为气体吸入到肺部的氙通过气泡吸入到血液中，沿着滞后时间Td的时间轴在气相信号中首次出现峰值，然后在溶解相信号中。由于吸入到肺部的氙可以被定量化地估计，因此关于气相信号和溶解信号的信息可以收集并被可定量化地分析。

如上文所述，在实施例2中，检测传感器290检测吸气周期，在自吸气周期起滞后时间Td后执行脉冲序列以收集数据，因此，可以实现与对象1的呼吸的阶段同步的数据收集，并且可以动态地且可定量化地跟踪随着时间吸收在对象1中的在超极化状态下的氙的过程。

此外，仍然在实施例2中，但改变滞后时间Td以动态地跟踪频谱强度的变化，滞后时间Td可以固定以采集具有减小的假像的稳定的断层图像信息。从附图5(A)中可以看出，呼气状态比吸气状态更长并具有更小的身体运动。因此，在使用在超极化状态下的氙采集断层图像信息中，具有减小的运动假像的断层图像信息可以通过将滞后时间Td设置在呼气状态中的时间位置实现。

此外，仍然在实施例2中，参考如在附图5(A)所示的对象1的呼吸信号执行脉冲序列，从呼吸信号中可以获得关于呼吸的次数的信息，并基于呼吸的次数信息使脉冲序列最佳化。在这种最佳化中，带宽、矩阵大小等都可以根据呼吸的次数的信息设置以减小假像或改善SNR(信号噪声比)。

此外，仍然在实施例2中，与如附图5(A)中所示的对象1的呼吸信号同步地执行脉冲序列，可以将在脉冲序列的执行时的呼吸信号作为附加信息附加到磁共振信号的收集数据中。因此，基于在数据收集滞后的呼吸信号可以将数据选择或图像处理应用到所收集的数据。

(实施例3)

虽然在实施例1中在超极化状态的氙和吸入的物质比如氧气输送到面罩210以实现具有可定量化性的氙的供应，但是还可以给传输气态氙的管266提供流量计以进一步改善可定量化性，并在使用在超极化状态中的氙进行数据收集中使该参数比如增益最佳化。

附图6所示为根据实施例3的输送装置5的附图。磁共振成像设备200和在稀有气体极化设备3中的气体输送装置50、极化部分10、捕集部分20、提取部分30和稀有气体收集部分60都与在附图1和2中所示的相同，因此在此省去了对它们的详细描述。

在附图6中的输送装置5包括面罩部分210、管272、箱262、阀280和流量计44。面罩部分210、管272、箱262和阀280与输送装置4的相同，在此省去了对它们的详细描述。流量计44连接到管266，它测量流入气囊600中的稀有气体的流量。所测量的流量连同来自面罩210的呼吸信号一起发送给扫描控制器部分760。

流量计44可以是例如通过使用孔板(orifice plate)并确定在孔板上的压差而简单地获得流量的流量计。然而，流量计44优选由非磁性材料制成。此外，流量计44所设置的位置可以是在阀280和面罩部分210之间的任何位置。

接着，描述输送装置5和扫描控制器部分760的操作。输送装置5首先通过连接到对象1的面罩210测量呼吸信号，通过流量计44测量氙的流量。扫描控制器部分760接收这些信号并从呼吸信号计算呼吸周期。此外，由此从呼吸周期和氙的流量中计算通过对象1吸入的氙气的量。

由于最大接收的信号与通过对象1所吸入的处于超极化状态的氙气的量大致成比例地增加，因此事先实验地确定比例系数。从通过对象1吸入的气体的量和实验地确定的比例系数中确定最大所接收的信号的近似幅值。

基于最大所接收信号的幅值，将在没有吸入氙气的预扫描下设置的放大器增益校正到最佳值。

如上文所述，在实施例3中，流量计44连接到在输送装置5中的管266，与来自检测传感器290的呼吸信号一起测量氙气的精确流量，因此可以精确地预计通过对象1所吸入的氙气的量，并通过这种预计可以实现放大器的增益最佳化，由此使SNR最佳。

在不脱离本发明的精神范围的前提下可以构造出许多不同的实施例。应该理解的是本发明并不限于在说明书中所描述的特定的实施例，而是以所附加的权利要求来限定。

附图1

对象1

稀有气体极化设备3

磁共振成像设备200

面罩部分210

磁体系统700

主磁场线圈部分702

梯度线圈部分706

发射线圈部分708

RF线圈部分710

托架720

梯度驱动部分730

发射驱动部分740

数据收集部分750

扫描控制部分760

数据管理部分770

显示部分780

操作部分790

控制处理部分800

附图2

稀有气体极化设备3

输送装置4

极化部分10

捕集部分20

低温箱21

提取部分30

管40

气体输送部分50

稀有气体收集部分60

玻璃管70

炉70

单元110

阀120

窗口130

140-180：阀

针阀190

面罩部分210

箱262

管266

管272

阀280

收集器300

恒温槽310

液氮330

升降装置320

箱510

阀520

气囊600

圆偏振激光

磁场B1

磁场B2

排气口

氙冰

铷

附图3(A)

对象1

面罩210

隔膜220

阀250

调节装置259

管266

侧壁270

管272

附图3(B)

对象1

面罩210

隔膜220

海绵230

可移动杠杆240

阀250

弹簧251

调节装置259

阀260

塞子261

侧壁270

检测传感器290

来自箱262

来自气囊600

附图4(A)

对象1

面罩210

隔膜220

可移动杠杆240

阀250

阀260

侧壁270

来自箱262

来自气囊600

附图4(B)

对象1

面罩210

隔膜220

可移动杠杆240

阀250

阀260

侧壁270

来自箱262

来自气囊600

附图5(A)

信号值

时间

吸气周期

呼气

吸气周期

呼气

吸气周期

(B)

灵敏度

Td(滞后时间)

Δf(谐振频率之差)

溶解相信号

气相信号

附图6

输送装置4

流量计44

面罩210

箱262

管266

阀280

到扫描控制器部分760

来自气囊600

Claims (10)

1.一种稀有气体极化设备，包括：

使包含在混合气体中的稀有气体处于超极化状态的极化部分；

从所说的混合气体中升华所说的稀有气体、提取作为固态的所说的稀有气体并汽化所说的所提取的固态稀有气体的提取部分；以及

将所说的汽化的稀有气体与吸入的物质混合并将所说的气体输送到相对外部空气封闭的覆盖对象的呼吸器官的面罩部分的输送部分。

2.权利要求1所述的稀有气体极化设备，其中所说的吸入的物质是氧气或包含氧气的空气。

3.权利要求2所述的稀有气体极化设备，其中所说的面罩部分包括与所说的对象的呼吸同步地移动的隔膜。

4.权利要求3所述的稀有气体极化设备，其中所说的面罩部分包括吸入所说的汽化的稀有气体和所说的吸入的物质的开关型进气阀。

5.权利要求4所述的稀有气体极化设备，其中所说的进气阀包括调节所说的稀有气体和所说的吸入的物质的进入量的调节部分。

6.一种磁共振成像系统包括：

将处于超极化状态的稀有气体输送给对象的稀有气体极化设备，和

采集关于吸入所说的稀有气体的所说对象的磁共振信息的磁共振成像设备，所说的磁共振成像系统的特征在于：

所说的稀有气体极化设备具有将与吸入的物质混合的所说的稀有气体输送给覆盖所说的对象的呼吸器官的相对外部空气封闭的面罩部分的输送部分；

所说的输送部分具有检测所说的呼吸的检测传感器；和

所说的磁共振成像设备具有基于来自所说的检测传感器的呼吸信息实施所说的采集或用于所说的采集的参数的最佳化的控制处理部分。

7.权利要求6所述的磁共振成像系统，其中所说的控制处理部分与在所说的呼吸信息中指示的吸气或呼气同步地实施所说的采集。

8.权利要求7所述的磁共振成像系统，其中所说的控制处理部分在自所说的同步起附加的滞后时间后实施所说的采集。

9.权利要求6-8中任一权利要求所述的磁共振成像系统，其中所说的控制处理部分自所说的呼吸信息起对呼吸的次数计数，并基于所说的呼吸的次数实施所说的参数的最佳化。

10.权利要求9所述的磁共振成像系统，其中所说的参数包括采集所说的磁共振信息中使用的放大器的增益。

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