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用于呼吸器的磁共振成像/核磁共振兼容的超极化的气体输送阀和关联的气体输送方法

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CN1754103A
CN1754103A CN 200480005169 CN200480005169A CN1754103A CN 1754103 A CN1754103 A CN 1754103A CN 200480005169 CN200480005169 CN 200480005169 CN 200480005169 A CN200480005169 A CN 200480005169A CN 1754103 A CN1754103 A CN 1754103A
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K·博拉姆
J·戴维逊
J·博尔根
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医疗物理有限公司
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Abstract

输送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)提供气体输送阀,其中具有至少一个气体流动通道,该阀包括阀主体和保持在该阀主体内的至少一个滑阀;(b)传输先导命令流体脉冲信号到该至少一个滑阀,以将压力引导到滑阀上以促使该滑阀在阀主体内平移驱动距离;及(c)响应传输的信号打开和/或关闭该至少一个气体流动通道以将超极化的气体输送到对象。

Description

用于呼吸器的磁共振成像/核磁共振兼容的 超极化的气体输送阀和关联的气体输送方法

技术领域

本发明涉及将极化的稀有气体输送到对象,用于使用NMR分光镜检查和/或磁共振成像(”MRI”)的评价。

背景技术

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MRI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,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,这些发明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。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。

在过去,一些研究人员已经使用超极化的气体兼容的呼吸器来向对象输送极化的气体,以成像超极化的稀有气体,诸如氦和氙。例如,Hedlund等人在MR-compatible ventilator for small animals;computer comtrolled ventilation for proton and noble gasimaging,18 Magnetic Resonance Imaging,pp.753-759(2000)中说明,在他们的实验室中,呼吸器已经用于日常使用许多年。还参看,Hedlund等人的Three-dimensional MR microscopy of pulmonarydynamics,Society of Magnetic Resonance(New York,NY,1996);和Hedlund等人在Amer.Thoracic Society 1998 InternationalMeeting(Chicago,1998)提出的招贴,题名为MRI of pulmonaryairways with hyperpolarized helium;a computer-controlledventilator for imaging synchronous gas delivery in animalstudies(描述呼吸器技术)。另外,Black和合作者已经使用超极化的气体兼容的呼吸器来产生认为是曾经的第一个对天竺鼠的肺内的超极化的3He的在体图像。参看Black等人的,In vivo He-3MR imagesof guinea pig lungs,Radiology,199(3),pp.867-870(1996)。可惜的是,用于控制极化的气体的输送的阀在过去受到慢的反应时间、相对受限的流速、和/或受限的呼吸速率(大约每分钟120次呼吸(BPM))中的一个或多个的限制。

尽管上述内容,还有对提供改进的用于通气输送超极化的气体的阀配置的需要。

发明内容

本发明的实施例可以提供改进的MRI兼容的超极化的气体输送阀,其使用滑阀配置。

在特别的实施例中,该阀配置使用多个滑阀来可控制地连续地将多种气体,诸如超极化的气体和未极化的气体,输送到对象,用于吸入。该多重滑阀可以配置为可控制地在三个或更多不同的流动通道之间选择,该不同的流动通道包括允许吸入、呼出的流动通道和闭息流动通道,以及不同气体配方的输送。

在操作中,该滑阀配置可以使用压力在大约30-60psi之间的命令先导气体信号。另外,该滑阀可以配置为以相对短的响应时间对先导压力作出反应,诸如在大约50毫秒以下,并且通常在大约40毫秒内(其小于隔膜阀的响应时间的大约一半),以改变阀流动通道以将需要的气体传递到对象。在某些实施例中,阀配置为以至少150BPM,通常达到至少180BPM,并且在某些实施例中为大约200BPM或更多的呼吸作用或呼吸速率(每分钟呼吸或“BPM”)操作。因此,在某些实施例中,气体输送阀可以为具有低吸入/呼出比的高BPM提供快速的响应时间。

使用至少一个滑阀来在阀主体内驱动至少一个气体流动通道的气体输送阀可以是特别适合于在NMR分光镜检查和/或MRI成像时间期间使用的小动物呼吸器。该气体输送阀可以提供快速的响应时间,其可以特别适合于用于对象在具有低吸入/呼出比(I/E)的高BPM呼吸速率通气时的情况。I/E比为吸气时间对呼气时间,吸气为在气体提供到动物(或其它对象)期间的时间,而呼气为动物(或其它对象)呼出期间的时间。因此,高BPM,诸如大约180BPM,意味着每次呼吸持续333毫秒。20/80的I/E意味着装置具有67毫秒来将需要的潮汐体积输送到动物(或其它对象)。阀打开的速度可以是重要的,BPM越快,I%越短,并且阀必须打开并且将需要的量的气体供应到动物(或者其它对象)的时间越短。

I/E比通常在大约30/70到60/40内,但是可以在此范围以外变化,取决于需要的结果。在“正常”(未成像)呼吸期间,I/E比和BPM可以是基本上固定的。对于成像(超极化的气体)呼吸运行,BPM和I/E比可以调节为不同的,但是一旦成像运行结束,这些操作参数可以返回到“正常”呼吸参数。

还注意到,对于许多小动物物种,180BPM可以为上界,并且,在某些实施例中,呼吸器可以操作在较低速率。操作参数为动物物种/重量驱动的。例如,小鼠使用比兔子快的BPM。I/E比可以在动物之间改变,但是通常会保持在上面提及的范围内。

用于呼吸器的气体输送阀配置为将超极化的气体提供到对象并且包括:(a)阀主体,其具有在至少一个气体入口和至少一个气体出口和至少一个滑阀容器(或孔)之间延伸的至少一个气体流动通道,该至少一个气体入口中的一个与超极化的气体源流体连通;(b)至少一个滑阀构件,其设置在所述阀主体的至少一个滑阀容器中的相应的一个内,所述滑阀构件配置和定尺寸为与所述阀主体配合以选择地打开和关闭该至少一个气体流动通道;及(c)至少一个与所述滑阀容器流体连通的先导流体口。操作中,具有关联的压力和持续时间的先导流体命令脉冲信号被传输到所述先导流体口内,促使所述滑阀在预定的方向在所述阀主体容器内平移驱动距离,以由此打开和/或关闭该至少一个气体流动通道。

本发明的其它实施例涉及用于输送超极化的气体用于对象吸入的方法。该方法包括:(a)提供气体输送阀,在其中具有至少一个气体流动通道,该阀包括阀主体和保持在该阀主体内的至少一个滑阀;(b)传输先导命令流体脉冲信号到该至少一个滑阀,以将压力引导到滑阀上以促使滑阀在阀主体内平移驱动距离;及(c)响应传输的信号,打开和/或关闭该至少一个气体流动通道,以将超极化的气体输送到对象。

其它实施例涉及用于使用呼吸器和关联的气体输送阀来输送超极化的气体的计算机程序产品。该气体输送阀使用多个保持在该阀内的单独地可驱动的滑阀限定多个可选择的气体流动通道,每个滑阀定位在阀内,使得其与至少一个相应的先导气体口流体连通。该计算机程序产品包括计算机可读取的存储媒介,计算机可读取的程序代码体现在该媒介中。该计算机可读取的程序代码包括:(a)计算机可读取的程序代码,其确定哪个气体配方要被通过气体输送阀输送用于对象吸入,气体选择包括至少一种超极化的气体、至少一种未极化的气体、和结合的超极化的气体和未极化的气体的混合物;(b)计算机可读取的程序代码,其确定是否将气体输送阀配置为用于吸入、呼出或闭息操作;及(c)计算机可读取的程序代码,其传输先导命令脉冲信号到每个滑阀以驱动相应的滑阀到达在阀主体内的需要的操作位置,以由此打开和/或关闭需要的气体流动通道并且通过其中输送需要的气体。

其它实施例涉及用于将超极化的气体输送到通气的对象的设备,该对象经历NMR分光镜检查和/或MRI评价。该设备包括:(a)气体输送阀,其中具有至少一个气体流动通道,该阀包括阀主体和保持在该阀主体内的至少一个滑阀;(b)工具,其用于传输先导命令流体脉冲信号到该至少一个滑阀,以将压力引导到该滑阀上,以促使该滑阀在阀主体内平移驱动距离;及(c)工具,其用于响应传输的信号,基于该滑阀在阀主体内的位置,打开和/或关闭该至少一个气体流动通道,以将超极化的气体输送到对象。

在某些实施例中,本发明可以提供对双动的滑阀的相对快速的驱动,使用单一的先导空气脉冲来驱动阀内的滑阀,允许先导压力随后在从吸入向呼出切换的交替的先导空气脉冲之间被释放。该滑阀可以在压力响应轮廓或曲线的上升(初始部分)期间被驱动。如本发明所预期的,上述实施例的所有或选择的操作、功能和/或配置可以作为方法、系统、计算机程序产品、组件和/或装置实现。

本发明的前述的和其它目的和方面在这里详细地解释。

附图说明

图1为可以根据本发明的实施例实现的操作的方框图。

图2A和2B为根据本发明的实施例的滑阀的示意图,该滑阀配置为响应先导气体操作以限定两个可选择的气体流动通道中的相应的一个。

图3为根据本发明的实施例的具有多个滑阀的气体输送阀的剖视图。

图4A-4H为根据本发明的实施例的三滑阀配置的不同的阀位置的示意图。

图5示出了本发明的三个滑阀部件。

图6A-6C为使用隔膜配置的现有技术的气体输送阀的示意图。

图7为压力作为时间(毫秒)的函数的曲线图,示出了对于现有技术的气体输送阀的隔膜配置的响应曲线。

图8为示出了根据本发明的实施例切换滑阀的响应曲线的压力对时间(毫秒)的曲线图。

图9为根据本发明的实施例的用于控制使用超极化气体输送阀输送超极化的气体的操作顺序的系统的方框图,该超极化的气体输送阀具有适合于NMR/MRI应用的滑阀设计。

具体实施方式

现在,在下文中将参考附图更加完全地描述本发明,其中附图中示出了本发明的优选的实施例。然而,本发明可以以许多不同的形式具体化,并且不能解释为被在这里描述的实施例限制。在全文中,相同的数字指示相同的元件。为了清晰,在图中,层、区域或部件可以扩大。在图中,除非另外描述,虚线指示可选择的特征。

在接下来对本发明的描述中,一些术语可以用于指示一些结构相对于其它结构的位置关系。如在这里使用的术语“向前”及它的派生词指示当目标气体或目标气体混和物运动通过超级化器系统时的总的行进方向;此术语与术语“下游”是同意的,术语“下游”通常用于制造的环境来指示某一正在被处理的材料沿该制造过程比其它材料更远。相反地,术语“向后”和“上游”及它的派生词指示分别与向前和下游的方向相反的方向。

同样,如在这里描述的,极化的气体被生产和采集及可以在特定的实施例中,被冻结、解冻、被单独使用和/或与其它成分结合使用,用于MRI和/或NMR分光镜检查应用。为了易于描述,术语“冻结的极化的气体”意味着极化的气体已经被冻结为固态。术语“液体极化的气体”意味着极化的气体已经被或者正在被液化成为液体状态。因此,虽然每个术语包括词“气体”,此词用于指定和描述地跟踪通过超极化器生产以获取极化的“气体”产品的气体。因此,如在这里使用的,术语“气体”或者“目标气体”已经用于某些地方来描述地指示超级化的稀有气体产品,并且可以与诸如“固体的”、“冻结的”和“液体的”等修饰语一起使用,来描述该产品的状态或物相。如同样在这里使用的,术语“极化的气体”包括至少一种感兴趣的极化的气体(诸如,但不限于,3He和/或129Xe),并且可以包括一种或更多其它成分,诸如其它载体、混和或缓冲气体。此外,术语“极化”、“极化器”、“极化的”和类似术语可以与术语“超级化”、“超级化器”、“超级化的”和类似术语可交换地使用。

本发明预期的气体输送阀可以用于任何用于目标对象的呼吸器系统,并且是超极化的气体兼容的,用于NMR和/或MRI过程。根据本发明的“对象”可以为任何动物对象,并且优选地为哺乳动物对象(例如,人类、犬科的动物、猫科的动物、牛科动物、公山羊、绵羊科动物、马科的动物、啮齿动物、猪科的动物、和/或兔科的动物)。术语“小动物”包括小鼠、大鼠、天竺鼠、狗、猫、猴子、猪和兔子。

已经使用各种各样的技术来积累和捕获极化的气体。例如,Cates等人的美国专利No.5,642,625描述了用于自旋交换极化的稀有气体的高容量超级化器,并且Cates等人的美国专利No.5,809,801描述了用于自旋极化的129Xe的低温的累积器。如在这里使用的,术语“超级化”、“极化”和类似术语可交换地使用,并且意味着人工提高某些稀有气体原子核的极化,超出自然的或平衡的水平。这样的增加是需要的,因为其允许更强的成像信号,对应物质和身体的目标区域的更好的NMR分光镜检查和/或MRI图像。如本领域中的普通技术人员已知的,超级化可以通过与光抽吸的碱金属蒸汽自旋交换来产生,或者供替换地通过亚稳态交换来产生。参见Albert等人的美国专利No.5,545,396。

现在参考图1,提供了具有带有多个滑阀以及多个可选择的气体流动通道的阀主体的超极化的气体输送阀(块100)。滑阀设置在阀主体内以与气体流动通道流体连通。滑阀可以响应脉冲气体(通常为空气)信号,以单独地操作以运动到在阀主体内的相应的打开位置,以选择地触发(和/或停用)多个气体流动通道中的至少一个。该多个气体流动通道可以通过引导脉冲先导气体来驱动,以导致相应的滑阀在打开和关闭位置之间平移,以由此打开和关闭气体流动通道(块110)。超极化的气体在NMR和/或MRI时间或过程期间通过由在阀主体内的滑阀位置限定的气体流动通道来输送到对象(块120)。

在某些实施例中,先导气体信号可以具有在大约10-40毫秒之间的脉冲长度,并且通常在大约20-30毫秒之间(块105)。先导气体信号可以提供为气体流,该气体流的压力在大约30-60psi之间。气体输送阀可以配置为以预定的吸入、呼出和闭息顺序操作(块112)。气体输送阀可以配置为通气单独的超极化的气体、在现场与选择的未极化的气体结合的超极化的气体、和单独的未极化的气体。可以通过滑阀在阀主体内的位置来导致在现场结合。滑阀可以通过与脉冲的先导气体信号关联的先导压力曲线的陡的上升沿驱动(块108)。气体输送阀可以适合于适应或在至少150BPM的呼吸速率输送,通常达到至少大约180BPM(块122)。在某些实施例中,气体输送阀可以适应至少大约200BPM(峰值吸气)的呼吸速率。

图2A和2B示出了气体输送阀10的一个实施例。气体输送阀10具有主体10b,主体10b具有限定了至少一个气体流动通道(该气体流动通道或多个通道通常用特征10f表示)的通路和用于滑阀20的容器10r。虽然示出为一个滑阀和两个不同的气体入口(分别用于气体A和气体B),可以串行和/或并行地使用多个滑阀,以实现不同的气体流动通道选项。另外,阀主体和滑阀可以配置为用于单一的气体的“开-关”操作,以输送或阻止单一的气体(通常为超极化的气体)和/或打开和关闭该单一的气体流动通道(没有示出),以受控制地输送到对象用于吸入。如下面将要讨论的,气体输送阀10也可以配置为在吸入、呼出、和/或闭息通气操作之间选择。

再次参考图2A,如图所示,滑阀20包括头20h和杆部分20s。阀主体容器10r包括先导气体口41、43,每个定位在容器10r的滑阀头部分10c的相反的侧上,以便分别面对滑阀头的相反的侧20h1、20h2。为了易于讨论,在接下来的描述中,术语“先导空气”将代替“先导气体”使用。然而,要注意,虽然通常使用空气作为先导气体,根据需要也可以使用其它气体来驱动滑阀。此外,其它流体,包括液体,也可以在某些应用中用于驱动滑阀,虽然气体信号通常会提供更快的传输。

操作中,先导空气被引导进入口43或41,并且将压力施加到滑阀头20h的相应的面上。增加和减少先导空气压力可以调节速度(分别是更快和更慢)。来自先导空气的逆着滑阀头20h的压力促使滑阀20远离先导空气输入口平移。该平移将滑阀杆20s定位在阀主体10b内的不同的操作的和/或无效的位置。操作中,响应先导气体传输进入滑阀头的阀主体腔,滑阀20平移(前后)以打开和关闭选择的气体流动通道。用于滑阀头20h的容器10r定尺寸和配置为使得滑阀的头20h可以平移需要的行程距离“S”以打开和关闭一个或多个气体流动通道。

图2A示出了先导空气被引导进入在滑阀头的外部面20h2上的口43,以促使滑阀20行进其行程长度“S”以定位滑阀头的内部面20h1靠着容器周界10P。该行程平移定位杆20s的不同的部分与气体出口35流体连通。如图所示,杆20s包括两个气体通道部分20s1和20s2,每个被密封件38夹在中间。密封件38定尺寸和配置为存在于沿滑阀行进通道在不同的位置形成在阀主体内的凹进处38r内。密封件38可以为O型圈或其它适合的密封剂构件,其由抑制去极化的材料形成,可以在选择的气体流动通道接合期间封闭杆部分20s1、20s2的相反的部分。如本领域中的普通技术人员可以理解的,也可以使用其它密封构造,诸如通过配置该阀主体和杆以密封地可匹配地接合在需要的位置。在图2A中,滑阀20在这样的位置,在该位置中部分20s1定位为使得气体通道入口33与出口35流体连通,以打开气体通道“A”以通过气体输送阀10输送气体A。气体通道A或B通常为用于供应超极化的气体(诸如超极化的稀有气体,包括但不限于,超极化的129Xe或3He)。

图2B示出了先导空气被引导进入口41,滑阀头的外部面20h2平移以位于靠着阀主体容器10r的周界10p。此运动定位杆部分20s2靠近出口35,以允许口31与气体出口35通过滑阀杆20s流体连通,以打开气体通道B和关闭气体通道A。

要注意,虽然在图2A和2B中示出为仅具有两个气体流动入口(31,33),也可以使用其它数量的阀主体气体口(一个或三个、四个或更多)。此外,杆20s可以重新配置为同时释放气体A和气体B(结合的),或者输送其它气体。因此,可以添加另外的阀口以允许串行或并行地进出口。另外,如本领域中的普通技术人员可以理解的,滑阀头20h可以配置为具有其它行程模式,使得滑阀头20h的表面不需要停在靠着阀主体容器的周界10p以驱动需要的气体流动通道10f。

在某些实施例中,滑阀为双动的滑阀,其允许单一的先导空气脉冲驱动该阀以导致滑阀20运动到需要的位置并且打开或关闭选择的气体流动通道。先导压力可以在交替先导空气脉冲以从“吸入”向“呼出”“切换”滑阀20之间被释放到大气。滑阀的驱动(前后)打开和/或关闭一个或多个气体通道。该驱动可以例如如在图8中所示的发生在先导压力曲线的陡的上升沿期间。该上升沿操作与传统的隔膜66阀配置(例如,参看图6A-6C)相反,传统的隔膜66阀配置通常在响应曲线的下降沿的部分内的后面驱动该隔膜运动到其操作的位置。示例性的隔膜压力响应曲线在图7中示出。因此,滑阀驱动和气体通道打开和/或关闭的滑阅配置压力在压力响应周期内比隔膜阀发生的早。

图8示出了先导信号的长度或脉冲持续时间通常小于大约30毫秒,滑阀驱动延迟为大约40毫秒或更短。对于吸入或呼出的先导信号的响应延迟可以是相同的。如图所示,吸入和呼出的先导压力可以基本上相同。滑阀驱动响应相对快速(小于大约50毫秒,并且通常小于大约40毫秒)并且以小于与如图7中所示的传统的隔膜阀配置关联的延迟的一半的时间动作。该滑阀可以用在大约30-60psi之间的响应压力驱动。

先导空气回路的体积可以为了快速响应来确定尺寸,通过优化体积、口直径和类似参数来提供减小的滑阀行程周期。在某些实施例中,滑阀行程可以为大约0.125英寸,先导回路体积可以为大约每英寸管0.00306立方英寸。例如,对于180英寸的管线,先导回路体积可以为大约0.5508立方英寸。先导口直径可以为大约0.0625英寸。滑阀头尺寸可以为大约0.625英寸(直径)。在某些实施例中,滑阀头定尺寸为具有在大约0.05-0.45平方英寸之间的面积。滑阀可以配置为重量小于大约1克。

再次参考图2A,滑阀可操作地与两个先导阀“V”(一个与先导口41流体连通,并且另一个与先导口43流体连通)关联。该两个先导阀可以为电动的、三通的、常闭的电磁阀。在命令先导脉冲信号已经传输到需要的滑阀(或多个滑阀)以后,发送该命令先导脉冲的常闭的先导阀可以排气到大气,使得当其被驱动以推动滑阀回到其以前的位置时,该命令先导压力不提供对相反的先导空气的阻力,该命令先导脉冲信号通常为在大约20-30毫秒之间的脉冲,但是通常在大约40毫秒以下。双动的滑阀配置可以操作为使得先导压力始终作用,以提供偏置机构,以在先导脉冲信号传输以后导致滑阀20返回到中立的或正常的操作位置。空气始终被引导到另一个的一侧以偏置滑阀的位置,而不需要使用弹簧构件。在其它的实施例中,可以使用极化友好的弹簧(由有弹性的非铁磁性的金属或弹性体材料形成)来帮助偏置滑阀,使其在先导命令信号(没有示出)传输以后返回到需要的位置。

阀主体及其内部部件可以由选择为能够抑制超极化的气体去极化(诸如,由于归因于气体与其相互作用的衰减)的一种或多种材料形成和/或涂覆。还建议可以抑制去极化的诸如溶胶凝胶涂层、舍重氢的聚合体涂层、金属膜涂层和其它涂层的涂层和非磁性的材料。参看,例如,美国专利申请No.09/485,476和美国专利No.5,612,103和6,423,387,其内容好像完全地在这里叙述般的作为参考加入。例如,阀主体和/或部件可以由以下材料形成,诸如但不限于,铝、TEDLAR、特氟纶、聚四氟乙烯、迭尔林(乙缩醛)和类似材料。需要小心地通过提供平滑的表面光洁度,并且减小O型圈的数量或者选择O型圈的材料来减小摩擦以减小摩擦源。另外,阀主体可以以这样的公差制造,其提供了足够的密封并且还提供了在滑阀和阀主体容器之间的减小的摩擦。因此,阀主体孔光洁度、O型圈压缩和润滑剂都可以考虑以减小摩擦源。

图3示出了具有阀主体10b的阀10,阀主体10b限定了三个滑阀容器10r,每个分别用于容纳滑阀20A、20B、20C中的一个。对气体A输入阀10的控制通过定位为控制与外部气体A源流体连通的气体口133的第一滑阀20A来控制。阀主体10b限定了在用于滑阀20A和20C的滑阀容器之间流体连通延伸,同时对于用于滑阀20B的滑阀容器延伸的气体流动通道135。滑阀20A具有两个操作的位置,A1和A2。在示出的A1位置中(滑阀头20h存在于靠着在滑阀腔10c的最外面的部分的周界10p),允许气体A从用于滑阀20A的滑阀容器行进,通过流动通道135进入用于滑阀20C的滑阀容器,并且从出口235出去。阀主体10b限定了出口235,出口235用于将气体传导到对象用于吸入,并且在呼出时传导来自对象的气体。适合的气体导管,没有示出,预期将气体运载去往和来自阀10的适合的口。

类似地,气体B从外部源且通过气体B输入口31去往出口235的流动通过第二滑阀20B的定位来控制。第二滑阀20B也具有两个操作的位置,B1和B2。阀主体10b限定了在用于滑阀20B的滑阀容器和开口进入用于滑阀20C的滑阀容器的孔37之间流体连通延伸的第二延长的流动通道35。理想地,孔37定位得与来自用于滑阀20A的滑阀容器的流动通道135的开口端相反,然而它们可以不同地排列,或者甚至共同地延伸。滑阀20A和20B的滑阀部分20s1、20s2的定位可以调节为允许气体B被单独地输出或者与气体A结合,如在下文中将对于图4A-4H进一步描述的。第二滑阀20B示出为在位置B2内,在该位置,气体B输入口31从流动通道35隔离,并且允许气体A一路通过到出口235。当滑阀20B在位置B1内时,气体B将能够行进通过流动通道35和离开出口235。

第三滑阀20C配置为控制阀10的吸入和呼出配置。同样地,第三滑阀20C具有入位置和出位置。阀主体10b限定了与用于滑阀20C的滑阀容器10r流体连通的出口235和236。第三滑阀20C的位置与关联的阀容器10r合作,以根据需要,在滑阀20C在入(或吸入)位置时,引导从对于滑阀部分20s2流动并且从出口235出去,或者在滑阀20C在出(或呼出)位置时,从出口235,对于滑阀部分20s1并且从出口236出去。在图3中示出的气体流动通道通过从气体A输入口133向阀10吸入出口135延伸的浓阴影示出,其被驱动以通过通气吸入口135排出气体A(单独)。

尽管在图3中示出了流动通道35和135,认为流动通道35和135在图3中示出的视图的平面外延伸,本发明预期阀主体10b还限定了先导空气口(没有示出),用于引导空气靠着滑阀20A、20B、20C的滑阀头的任一侧,其也定位在视图的平面外。这些先导空气口可以配置为结合在图2A和2B中描述的口41和43的特征。一对相反的先导空气口如需要地向每个滑阀头20h的相反的面提供先导空气。用于这样的口的阀门组理想地定位在阀主体10b外,虽然这样的阀也可以结合到阀主体10b内。本发明还预期每个滑阀可以由单一的先导空气口作用,其引导空气靠着每个滑阀头20h的一个面,以在第一方向将滑阀运动到其第一位置,并且将空气引出每个滑阀的孔10C,以促使滑阀在相反的方向行进到其第二位置。供替换地,相反的先导空气口可以协调作用以主动地促使空气进入孔10C或从孔10C出去,以便推进滑阀到需要的位置。

图5特别地示出了图3中的,并且一般地为本发明的三个滑阀20。图5还示出了每个滑阀20的滑阀部分20s1、20s2,以及滑阀头20h和垫片38,其密封地接合阀主体10b,用于引导从其中流过。

图4A-4H示出了根据本发明的实施例,可以用于提供通气呼吸输出和/或输入的选择的三滑阀配置的不同的阀位置的例子。为了讨论的目的,气体A可以描述为超极化的气体,并且气体B为未极化的气体。操作中,可以使用相反的配置。术语“闭息”意味着一种或多种气体被保持在肺内持续闭息时间,以促进生物吸收气体和/或允许比正常呼吸更强的超极化的气体信号。闭息持续时间可以在5-30秒之间。

如图所示和下面进一步描述的,阀10可以被驱动以适应或提供(a)气体“A”吸入;(b)气体“B”吸入;(c)气体“A”+气体“B”吸入;(d)呼出;(e)部分的呼出和闭息;(f)气体“A”吸入和闭息;(g)气体“B”吸入和保持;及(h)气体“A”+气体“B”吸入和闭息。可以调节阀滑阀配置以提供这些通气呼吸输入/输出中的全部或选择的部分,并且可以使用更少或更多数量的滑阀和/或相应的滑阀部分以及不同的进出口配置,以提供需要的呼吸输出/输入。

图4A示出了该三滑阀提供气体“A”+气体“B”吸入的操作的位置。图4B示出了气体“A”输出在吸入闭息位置。图4C示出了用于气体“A”吸入的滑阀的位置。图4D示出了用于呼出的滑阀位置。图4E示出了滑阀在用于气体“B”吸入和保持的位置。图4F示出了用于气体“A”阻塞的滑阀的位置并且图4G示出了呼出保持配置。图4H示出了气体“A”+气体“B”保持配置。

阀滑阀位置和操作的顺序可以是自动的并且通过计算机控制程序来控制。阀滑阀20A、20B、20C的驱动或先导,可以通过计算机控制程序通过六(6)个电动三通常闭电磁阀驱动。适合的电磁阀的例子包括,C1ippard EC-#M-12V,Cincinnati,OH,和MAC 42A-AMP-000-GDDB-1BE,Wixom,MI。在某些实施例中,给出命令驱动单独的滑阀到需要的位置。该命令引发20-30毫秒的先导命令脉冲信号传输到单独的滑阀。单一的命令脉冲切换滑阀到需要的位置。在脉冲以后,常闭的电磁阀排气到大气,使得当其被驱动以推动滑阀回到其以前的位置时,用于该滑阀的先导压力不产生对相反的先导气体(空气)的不适当的阻力。

超极化的气体可以为超极化的稀有气体,诸如3He和/或129Xe。该未极化的气体可以为未极化的气体的混合物。可以选择未极化的气体以抑制超极化的气体的去极化,并且还可以对于生物兼容性选择该未极化的气体。适合的未极化的气体的例子包括,但不限于,氮、氙和氦。

阀主体10b(图4)可以配置为保持多个单独的可操作的滑阀紧密靠近。该阀滑阀或平移部件可以配置为使得相邻的容器的中心线分开小于1英寸,并且,在某些实施例中,分开大约0.5英寸。在操作期间,阀可以配置为减小需要用于在输出到对象的气体之间切换的呼吸周期的数量。另外,滑阀配置为使得对于吸入的一种或多种气体的死体积可以减小。死体积为在气体将要达到对象以前,在阀内需要被充满气体的体积。该体积越小,在阀内“浪费”的气体越少。当分配超极化的气体时,减小死体积是特别理想的,因为超极化的气体从源到对象充满流动通道的体积,并且任何残存在死体积内的极化的气体可以变成未极化的或者衰变到不合需要的极化水平,并且必须在下一次极化的呼吸时,适合地极化的气体可以达到对象之前置换。在某些实施例中,对于气体输送阀的死体积可以为大约0.445毫升。在特别的实施例中,死体积甚至可以更小,诸如在大约0.223毫升的量级。

如本领域中的普通技术人员可以理解的,本发明可以具体化为方法、数据或信号处理系统、或计算机程序产品。因此,本发明可以采取完全的硬件实施例的形式、完全的软件实施例的形式或结合软件和硬件方面的实施例的形式。此外,本发明可以采取在计算机可使用的存储媒介上的计算机程序产品的形式,具有计算机可使用的程序代码工具体现在该媒介中。任何适合的计算机可读取的媒介可以被使用,包括硬盘、CD-ROM、光存储装置或磁存储装置。

该计算机可使用的或计算机可读取的媒介可以为,例如但不限于,电子的、磁的、光的、电磁的、红外的或半导体的系统、设备、装置或传播媒介。该计算机可读取的媒介的更特定的例子(不是穷举的列表)可以包括以下媒介:具有一个或更多线的电连接,便携式的计算机磁盘,随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),可擦可编程只读存储器(EPROM或快速存储器),光纤,和便携式的光盘只读存储器(CD-ROM)。注意该计算机可使用的或计算机可读取的媒介甚至可以是纸或程序可以打印在其上的另一种适合的媒介,因为通过,例如,光学扫描纸或其它媒介,随后编译、解释或如果必要的话以适合的方式另外处理,并且随后存储在计算机存储器中程序可以被电子地捕获。

用于实现本发明的操作的计算机程序代码可以用面向对象的程序设计语言编写,诸如Java7、Sma11talk、Python或C++。然而,用于实现本发明的操作的计算机程序代码也可以用传统的程序性的程序设计语言编写,诸如“C”程序设计语言或者甚至汇编语言。该程序代码可以完全地在使用者的计算机上执行、部分地在使用者的计算机上执行、作为孤立的软件包执行、部分地在使用者的计算机上并且部分地在远程计算机上或者完全在远程计算机上执行。在后面的情况中,该远程计算机可以通过局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到使用者的计算机,或者该连接可以连接到外部的计算机(例如,通过互联网,使用互联网服务提供商)。

图9为数据处理系统的示例性的实施例的方框图,示出了根据本发明的实施例的系统、方法和计算机程序产品。处理器310通过地址/数据总线348与存储器314通讯。处理器310可以为任何市场上可以购买到的或定制的微处理器。存储器314是包含用于实现数据处理系统305的功能的软件和数据的存储器装置的全部层次的代表。该存储器314可以包括但不限于下面的类型的装置:高速缓冲存储器、只读存储器、可编程序的只读存储器、可擦可编程只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、快速存储器、静态随机存取存储器和动态随机存取存储器。

如在图9中所示,存储器314可以包括用于数据处理系统305的几种类别的软件和数据:操作系统352;应用程序354;输入/输出(I/O)装置驱动程序358;用于选择地驱动滑阀350的远程控制定序模块;和数据356。数据356可以包括通气操作数据362,通气操作数据362可以从通气系统获得并且/或者可以为来自NMR分光镜检查或MRI系统320的NMR或MRI数据。阀10可以特别适合于超极化的气体通气输送的NMR/MRI过程。如本领域中的普通技术人员可以理解的,操作系统352可以为任何适合于与数据处理系统一同使用的操作系统,诸如来自Armonk,NY的International Business MachinesCorporation的OS/2、AIX或OS/390,来自Redmond,WA的MicrosoftCorporation的WindowsXP、WindowsCE、WindowsNT、Windows95、Windows98或Windows2000,来自Palm,Inc的PalmOS;来自AppleComputer的MacOS,UNIX、FreeBSD或Linux、专有的操作系统或专用的操作系统,例如,用于嵌入式数据处理系统。

I/O装置驱动程序358通常包括通过应用程序354通过操作系统352可访问的软件程序,来与诸如I/O数据口、数据存储356和某些存储器314部件和/或图像采集系统320的装置通讯。该应用程序354为说明程序,该程序实现数据处理系统305的各种各样的特性,并且优选地包括至少一个应用,该应用支持根据本发明的实施例的操作。最后,数据356代表由应用程序354、操作系统352、I/O装置驱动程序358和其它可以存在于存储器314中的软件程序使用的静态和动态的数据。

虽然本发明例如参考用于在气体输送阀中选择地驱动滑阀的定序模块350来说明,其为图9中所示的应用程序,如本领域中的普通技术人员可以理解的,也可以使用其它配置,同时仍得益于本发明的教示。例如,定序模块350也可以结合到操作系统352、I/O装置驱动程序358或其它这样的数据处理系统305的逻辑分配。因此,本发明不应该解释为限制于图9中所示的配置,其企图包括能够实现在这里描述的操作的任何配置。

在某些实施例中,定序模块350包括用于定时需要的吸入气体的输送的计算机程序代码,并且可以包括用于跟踪分配的超极化的气体的极化水平数据的代码。模块350可以指示操作的开始,该操作可以自动地定序滑阀来以需要的每分钟呼吸速率输出,并且可以自动地基于感测到的被通气的对象的活动或基于临床医生的输入,通过增加或降低先导命令脉冲信号的压力来调节速率。

I/O数据口可以用于在数据处理系统305和NMR数据采集系统320或其它计算机系统、网络(例如,互联网)或其它通过处理器控制的装置之间传输信息。这些部件可以为传统的部件,诸如那些用于许多传统的数据处理系统的,其可以根据本发明配置来如这里描述般的操作。

虽然本发明例如参考特别的程序、功能和存储器的分配来说明,本发明不应该解释为限制于这样的逻辑分配。因此,本发明不应该解释为限制于图9的配置,而是企图包括能够实现在这里描述的操作的任何配置。

在这里的图中的某些的流程图和方块图示出了根据本发明的检测室估计工具的可能的实现的结构、功能性和操作。在这点上,在流程图或方块图中的每个块代表代码的模块、段落、或部分,其包括一个或多个可执行的指令,用于实现特定的逻辑功能。某些流程图和方块图示出操作超极化器或其部件的方法,以根据本发明的实施例生产极化的气体。在这点上,流程图或方块图中的每个块代表代码的模块、段落或部分,其包括一个或多个可执行的指令,用于实现特定的逻辑功能。应该注意,在一些供替换的实现中,在块中记录的功能可以发生得与图中所记录的顺序不同。例如,示出为连续的两个块实际上可以基本上同时执行,或者该块可以有时以相反的顺序执行,这取决于有关的功能。

前述的为对本发明的说明,并且不解释为对其限制。虽然已经描述了本发明的一些示例性的实施例,本领域中的普通技术人员可以容易地理解,在不本质上偏离本发明的新的教示和优势的情况下,对示例性的实施例的许多修改是可能的。因此,所有这样的修改企图包括在如权利要求书中限定的本发明的范围内。在权利要求书中,使用的方法加功能项目企图覆盖在这里描述的结构,作为执行叙述的功能,并且不仅覆盖结构上的等价物,还覆盖等价的结构。因此,应该理解,前述的为对本发明的说明,并且不解释为限制于披露的特定的实施例,并且对披露的实施例的修改,以及其它实施例,企图包括在后附的权利要求书的范围内。本发明通过接下来的权利要求书限定,权利要求书的等价物包括在其中。

Claims (67)

1.一种用于配置为向对象供应超极化的气体的呼吸器的气体输送阀,该气体输送阀包括:阀主体,其具有延伸在至少一个气体入口和至少一个气体出口和至少一个滑阀容器之间的至少一个气体流动通道,该至少一个气体入口中的一个与超极化的气体源流体连通;至少一个滑阀构件,其设置在所述阀主体的所述至少一个滑阀容器中的相应的一个内,所述滑阀构件配置和定尺寸为与所述阀主体配合以选择地打开和关闭该至少一个气体流动通道;及至少一个与所述滑阀容器流体连通的先导流体口,其中,操作中,具有关联的压力和持续时间的先导流体命令脉冲信号被传输进入所述先导流体口,由此促使所述滑阀在所述阀主体容器内在预定的方向平移驱动距离,以打开和/或关闭该至少一个气体流动通道。
2.根据权利要求1所述的气体输送阀,其中,阀主体在其中具有多个可控制地可选择的不同的气体流通通道,每个具有关联的气体入口,所述气体入口中的一个与超极化的气体源流体连通,并且所述气体入口中不同的一个与未极化的气体源流体连通,其中该滑阀构件包括多个间隔分离的杆部分,具有密封构件设置在其间,并且其中滑阀在阀主体内的位置使得杆部分中的相应的一个对准气体入口和气体出口中的相应的一个,以打开相应的气体流动通道,以输送从对准的气体入口提供的超极化的气体或未极化的气体到气体出口到对象。
3.根据权利要求1所述的气体输送阀,其中,该滑阀包括滑阀头和延长的杆。
4.根据权利要求3所述的气体输送阀,其中,在阀主体内的滑阀容器包括轴向长度比滑阀头的轴向长度长的滑阀头部分,并且其中该容器滑阀头部分的长度限定了滑阀的行程驱动平移距离。
5.根据权利要求4所述的气体输送阀,其中,该至少一个先导流体口为两个流体先导口,每个定位在该滑阀容器部分的相反的侧,以便在操作期间接近滑阀头的主表面的相应的一个。
6.根据权利要求5所述的气体输送阀,其中,先导流体口为先导气体口,所述阀还包括配置为提供具有小于大约40毫秒的持续时间的先导命令脉冲信号的先导气体源。
7.根据权利要求6所述的气体输送阀,其中,先导命令脉冲信号产生滑阀压力响应曲线,在该滑阀压力响应曲线中,从先导命令脉冲信号的开始到压力响应曲线的最大量测量到的延迟小于大约50毫秒。
8.根据权利要求7所述的气体输送阀,其中,滑阀压力响应曲线具有上升的初始部分,其上升到大约30-60psi之间。
9.根据权利要求8所述的气体输送阀,其中,操作中,滑阀响应滑阀压力响应曲线的上升的初始部分,在阀主体内行进行程驱动距离。
10.根据权利要求1所述的气体输送阀,其中,阀主体的至少一个气体流动通道为多个不同的气体流动通道,其中,该阀主体包括多个间隔分离的滑阀容器和对应数量的滑阀,每个滑阀容器包括两个与先导气体源流体连通的先导口,并且其中相应的滑阀配置为响应传输到其的先导命令脉冲信号来选择地打开和关闭在阀主体内的气体流动通道,以便可控制地串行地或同时地从气体输送阀输出多种不同的气体。
11.根据权利要求10所述的气体输送阀,其中,该阀能够操作以便适应达到大约150呼吸每分钟的通气速率。
12.根据权利要求10所述的气体输送阀,其中,该阀能够操作以便适应达到大约180呼吸每分钟的通气速率。
13.根据权利要求10所述的气体输送阀,其中,该阀能够操作以便适应达到大约200呼吸每分钟的通气速率。
14.根据权利要求10所述的气体输送阀,其中,该阀主体和滑阀构件配置为提供气体流动通道,用于通气呼吸吸入输入和/或接收呼出输出,至少包括:(a)超极化的气体A吸入;(b)呼出;(c)超极化的气体A吸入和保持。
15.根据权利要求10所述的气体输送阀,其中,该阀主体和滑阀构件配置为提供通气吸入输入和/或接收呼出输出,至少包括:(a)超极化的气体A吸入;(b)未极化的气体B吸入;(c)超极化的气体A和未极化的气体B的结合的吸入;(d)呼出;(e)部分呼出和保持;(f)超极化的气体A吸入和保持;(g)气体B吸入和保持;及(h)超极化的气体A和气体B的结合的吸入和保持。
16.根据权利要求10所述的气体输送阀,其中,该多个滑阀为三个滑阀。
17.根据权利要求16所述的气体输送阀,其中,该三个滑阀彼此流体连通,并且其中该气体通道出口为用于从该阀输送选择的气体的共同的吸入口。
18.根据权利要求17所述的气体输送阀,其中,该阀还包括配置为排出呼出呼吸的呼出口。
19.根据权利要求10所述的气体输送阀,其中,该阀主体包括靠近该出口的呼出口,其中该多个容器和滑阀包括,第一容器和对应的第一滑阀,其设置为靠近该呼出口和出口,从第一滑阀间隔分离并且与第一滑阀流体连通的第二容器和第二滑阀,第二容器具有气体入口B以在操作中供应未极化的气体B,和从第一和第二滑阀间隔分离并且与第二滑阀流体连通的第三容器和第三滑阀,第三滑阀具有气体入口A以在操作中供应超极化的气体A,并且其中到第一容器的气体入口为从第二和第三容器的出口的任一个或全部。
20.根据权利要求1所述的气体输送阀,其中,该超极化的气体源包含超极化的3He。
21.根据权利要求1所述的气体输送阀,其中,该超极化的气体源包含超极化的129Xe。
22.根据权利要求10所述的气体输送阀,其中,气体流动通道包括第一吸入气体流动通道、第二呼出气体流动通道和第三闭息气体流动通道,其中的每个为可以远程选择的气体流动通道。
23.根据权利要求22所述的气体输送阀,其中,该滑阀和阀主体设置为允许超极化的气体、未极化的气体或超极化的气体和未极化的气体的结合从该吸入和/或闭息气体流动通道输出。
24.根据权利要求6所述的气体输送阀,其中,该滑阀在第一和第二操作位置之间往复,所述阀还包括两个常闭的电磁阀,一个可操作地与先导流体口和先导气体源中的每个关联,该电磁阀配置为控制滑阀在第一和第二位置之间驱动,其中,操作中,在命令先导脉冲信号通过选择的先导口中的一个传输到滑阀头以促使该滑阀从第一位置平移到第二位置以后,与选择的先导口关联的相应的常闭的先导阀排气到大气,使得在滑阀头容器部分内的先导压力减小,以在该阀滑阀被驱动以推动该滑阀回到其第一位置时,限制干扰来自其它先导口的相反的先导气体信号。
25.根据权利要求24所述的气体输送阀,还包括具有计算机程序代码的计算机模块,其远程地控制到相应的滑阀的先导命令信号的顺序,以驱动滑阀并且自动地打开和关闭在阀主体内的需要的气体流动通道,来以需要的超极化的气体和未极化的气体的顺序通气。
26.根据权利要求1所述的气体输送阀,其中,该阀由抑制超极化的气体去极化的材料制造和/或涂覆。
27.根据权利要求26所述的气体输送阀,其中,该阀主体为铝。
28.根据权利要求19所述的气体输送阀,还包括多个从阀主体向外延伸的导管以限定多个气体流动通道,该多个导管包括两个用于在阀主体内的每个滑阀头容器部分的两个先导气体流动通道导管,至少一个超极化的气体导管从超极化的气体源延伸到在阀主体内的对应的气体入口,和至少一个未极化的气体导管从未极化的气体源延伸到在阀主体内的对应的气体入口。
29.根据权利要求28所述的气体输送阀,其中,该滑阀头的面积在大约0.05-0.45平方英寸之间。
30.根据权利要求28所述的气体输送阀,其中,先导气体命令信号流动通道的体积定尺寸为在大约0.00306立方英寸每英寸先导气体命令导管线长度的量级。
31.根据权利要求1所述的气体输送阀,其中,该阀配置和定尺寸为用于小动物通气。
32.一种用于向对象输送超极化的气体的方法,其包括:提供气体输送阀,在其中具有至少一个气体流动通道,该阀包括阀主体和至少一个保持在阀主体内的滑阀;传输先导命令流体脉冲信号到该至少一个滑阀,以将压力引导到滑阀上,以促使滑阀在阀主体内平移驱动距离;及响应传输的信号,基于该滑阀在阀主体内的位置,打开和/或关闭该至少一个气体流动通道,以将超极化的气体输送到对象。
33.根据权利要求32所述的方法,其中,滑阀包括滑阀头和滑阀杆,并且阀主体包括具有滑阀头腔的滑阀容器,其中,操作中,滑阀配置为可滑动地在该滑阀容器内往复,使得滑阀头行进以接触滑阀头腔的相反的第一和第二侧,当在第一驱动位置内时为第一侧,当在第二驱动位置内时为第二侧,其往复定位该滑阀杆在不同的操作位置。
34.根据权利要求33所述的方法,其中,滑阀杆包括第一和第二部分,每个部分通过围绕该滑阀杆的周界定位的密封构件分开,其中,在第一驱动位置,第一部分与阀主体内的气体吸入出口和第一气体入口流体连通以限定第一气体流动通道,并且其中,在第二驱动位置,第二部分与阀主体内的气体吸入出口和第二气体入口流体连通。
35.根据权利要求32所述的方法,其中,执行传输步骤以提供持续时间在大约10-40毫秒之间的先导命令气体脉冲信号。
36.根据权利要求32所述的方法,其中,执行传输步骤以提供持续时间在大约20-30毫秒之间的先导命令气体脉冲信号。
37.根据权利要求32所述的方法,还包括基于传输的信号产生滑阀压力响应曲线,其中,在该滑阀压力响应曲线中,从传输的脉冲信号的开始到响应曲线的最大量测量到的延迟小于大约40毫秒,并且其中,滑阀压力响应曲线的峰值压力小于大约60psi。
38.根据权利要求37所述的方法,其中,滑阀在压力响应曲线的上升部分期间被驱动。
39.根据权利要求33所述的方法,还包括重复所述传输和打开和/或关闭步骤,并且在重复该传输步骤以前将在该阀内的先导气体排气到大气。
40.根据权利要求32所述的方法,其中,滑阀基于单一传输的先导命令脉冲信号驱动。
41.根据权利要求32所述的方法,其中,气体输送阀在其中具有多个可选择的气体流动通道,包括吸入通道、呼出通道和闭息通道,其中阀主体包括多个滑阀,其中,执行传输步骤以单独的传输先导命令气体信号到每个相应的滑阀,以促使该滑阀在阀主体内平移驱动距离,并且其中气体流动通道的打开和/或关闭响应传输的信号自动地执行。
42.根据权利要求41所述的方法,其中,气体输送阀配置为适应在峰值吸气达到大约200呼吸每分钟的速率。
43.根据权利要求41所述的方法,其中,气体输送阀配置为适应在峰值吸气达到大约180呼吸每分钟的速率。
44.根据权利要求41所述的方法,其中,气体输送阀配置为选择地输送单独的超极化的气体、单独的未极化的气体、和/或在阀主体内结合的超极化的气体与未极化的气体。
45.根据权利要求32所述的方法,其中,传输和打开和/或关闭步骤在NMR分光镜检查和/或MRI成像时间期间执行。
46.根据权利要求32所述的方法,其中,该阀配置为用于小动物通气。
47.根据权利要求32所述的方法,还包括通过增加和/或减小传输的先导命令脉冲信号的压力来调节滑阀的平移速度。
48.根据权利要求32所述的方法,其中,超极化的气体包括超极化的129Xe。
49.根据权利要求32所述的方法,其中,超极化的气体包括超极化的3He。
50.一种用于使用呼吸器和关联的气体输送阀输送超极化的气体的计算机程序产品,该气体输送阀使用保持在该阀内的多个单独地可驱动的滑阀来限定多个可选择的气体流动通道,每个滑阀定位在该阀内,使得其与至少一个相应的先导气体口流体连通,该计算机程序产品包括:计算机可读取的存储媒介,计算机可读取的程序代码体现在所述媒介中,所述计算机可读取的程序代码包括:计算机可读取的程序代码,其确定哪个气体配方要被通过气体输送阀输送以用于对象吸入,气体选择包括至少一种超极化的气体、至少一种未极化的气体、和超极化的气体和未极化的气体结合的混合物;计算机可读取的程序代码,其确定是否将气体输送阀配置为用于吸入、呼出或闭息操作;及计算机可读取的程序代码,其传输先导命令脉冲信号到每个滑阀以驱动相应的滑阀到达在阀主体内的需要的操作位置,以由此打开和/或关闭需要的气体流动通道并且通过其中输送需要的气体。
51.根据权利要求50所述的计算机程序产品,其中,滑阀包括滑阀头和延长的滑阀杆,其中,该阀包括两个先导口,用于每个定位在阀主体内的滑阀,使得该两个口与定位在它们中间的滑阀头彼此面对,每个先导口可操作地与相应的常闭的电磁阀关联,并且其中,所述计算机程序产品还包括计算机可读取的程序代码,其确定传输先导命令信号通过哪个先导空气口以促使该滑阀在需要的驱动方向行进。
52.根据权利要求50所述的计算机产品,还包括计算机可读取的程序代码,其驱动阀滑阀以在以下通气操作之间选择,至少包括:(a)超极化的气体吸入;(b)呼出;(c)超极化的气体吸入和保持。
53.根据权利要求50所述的计算机程序产品,还包括计算机可读取的程序代码,其可控制地驱动阀滑阀以在以下通气操作之间选择,至少包括:(a)超极化的气体吸入;(b)未极化的气体吸入;(c)超极化的气体和未极化的气体的结合的吸入;(d)呼出;(e)部分呼出和保持;(f)超极化的气体吸入和保持;(g)未极化的气体吸入和保持;及(h)超极化的气体和未极化的气体的结合的吸入和保持。
54.根据权利要求50所述的计算机程序产品,还包括计算机可读取的程序代码,用于增加和/或减少命令先导信号脉冲的压力,以由此增加或减少该滑阀的响应驱动时间。
55.根据权利要求52所述的计算机程序产品,还包括计算机可读取的程序代码,其以这样的方式驱动滑阀:允许先导压力在交替先导气体脉冲之间从靠近每个滑阀的阀主体释放到大气,以由此从吸入向呼出气体流动通道切换。
56.根据权利要求54所述的计算机程序产品,其中,计算机程序代码自动地调节其速率以适应达到在峰值吸入至少150呼吸每分钟的速率。
57.根据权利要求54所述的计算机程序产品,其中,计算机程序代码自动地调节其速率以适应达到在峰值吸入至少大约180呼吸每分钟的速率。
58.根据权利要求54所述的计算机程序产品,其中,计算机程序代码自动地调节其速率以适应达到在峰值吸入至少大约200呼吸每分钟的速率。
59.根据权利要求50所述的计算机程序产品,其中,超极化的气体为超极化的稀有气体,并且其中未极化的气体为选择的生物相容的未极化的气体,其抑制该超极化的气体的去极化。
60.根据权利要求50所述的计算机程序产品,其中,计算机可读取的程序代码引导先导气体源传输持续时间小于大约40毫秒并且压力小于大约60psi的先导命令脉冲信号,该计算机可读取的程序代码传输先导命令脉冲信号到每个滑阀以驱动相应的滑阀到阀主体内的需要的操作位置。
61.根据权利要求60所述的计算机程序产品,其中,计算机程序代码引导先导源传输持续时间在大约20-30毫秒之间的先导命令气体脉冲信号。
62.根据权利要求60所述的计算机程序产品,其中,从传输的先导气体脉冲信号的开始小于40毫秒的时间内,滑阀被驱动。
63.一种用于输送超极化的气体到通气的对象的设备,其包括:气体输送阀,其中具有至少一个气体流动通道,该阀包括阀主体和至少一个保持在该阀主体内的滑阀;用于传输先导命令流体脉冲信号到该至少一个滑阀以将压力引导到该滑阀上以促使该滑阀在阀主体内平移驱动距离的工具;及用于响应传输的信号,基于该滑阀在阀主体内的位置打开和/或关闭该至少一个气体流动通道以将超极化的气体输送到对象的工具。
64.根据权利要求63所述的设备,其中,滑阀包括滑阀头和滑阀杆,并且该阀主体包括具有滑阀头腔的滑阀容器,其中,操作中,该滑阀配置为在滑阀容器内往复,使得滑阀头行进以接触滑阀头腔的相反的第一和第二侧,当在第一驱动位置内时为第一侧,当在第二驱动位置内时为第二侧,其往复定位该滑阀杆在不同的操作位置。
65.根据权利要求64所述的设备,其中,滑阀杆包括第一和第二部分,每个部分通过围绕该滑阀杆的周界定位的密封构件分开,其中,在第一驱动位置,第一部分与阀主体内的气体吸入出口和第一气体入口流体连通以限定第一气体流动通道,并且其中,在第二驱动位置,第二部分与阀主体内的气体吸入出口和第二气体入口流体连通。
66.根据权利要求63所述的设备,其中,用于传输的工具配置为提供持续时间在大约10-40毫秒之间的先导命令气体脉冲信号。
67.根据权利要求63所述的设备,其中,滑阀保持在阀内,使得响应传输的先导命令信号,该滑阀基于传输的信号来产生滑阀压力响应曲线,其中,在该滑阀压力响应曲线中,从传输的脉冲信号的开始到响应曲线的最大量测量到的延迟小于大约40毫秒,并且其中在该压力响应曲线的上升部分期间,滑阀被驱动。
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