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HINTERGRUND
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Die Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen und Verfahren zur Polarisation von Proben zum Einsatz in der Magnetresonanzbildgebung (MRI = Magnetic Resonance Imaging).
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Die Erfindung betrifft die Kernspinresonanz-(NMR)-Analyse, und im Besonderen Kernspinmagnetresonanzbildgebung (MRI) und analytische hochauflösende NMR-Spektroskopie. MRI ist eine diagnostische Technik, die für Ärzte besonders attraktiv geworden ist, da sie nicht invasiv ist und ohne eine Belastung des zu untersuchenden Patienten mit möglicherweise schädlicher Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlung, auskommt. Analytische NMR-Spektroskopie mit hoher Auflösung kommt routinemäßig in der Bestimmung von Molekülstrukturen zum Einsatz.
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MRI und NMR-Spektroskopie mangelt es aufgrund der normalerweise sehr geringen Polarisation der Kernspins der verwendeten Proben an Empfindlichkeit. Es existieren mehrere Techniken, um die Polarisation von Kernspins in der festen Phase zu verbessern. Diese Techniken sind als Hyperpolarisationstechniken bekannt und führten zu einer Steigerung der Empfindlichkeit. In Hyperpolarisationstechniken wird eine Probe eines Bildgebungsagens, beispielsweise von C13-Pyruvat oder von einem anderen ähnlichen polarisierten metabolischen Bildgebungsagens, in den abzubildenden Patienten eingeführt oder injiziert. In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff ”polarisieren” die Modifikation der physikalischen Eigenschaften eines für eine weitere Verwendung in der MRI bestimmten festen Materials. Darüber hinaus bezeichnet der Begriff ”hyperpolarisiert” in dem hier verwendeten Sinn eine Polarisation bis zu einem Pegel, der jenen überschreitet, der bei Raumtemperatur und 1 T vorzufinden ist, wie eingehender in der
US 6 466 814 B1 beschrieben. Um das NMR-Signal für in vivo medizinische Bildgebung zu nutzen, muss die polarisierte Probe allerdings in Lösung gebracht werden, bevor sie in das Bildgebungsobjekt eingeführt wird. Darüber hinaus kann es im Falle von in vitro analytischer NMR-Spektroskopie außerdem häufig von Vorteil sein, die polarisierte feste Probe in Lösung zu bringen. Gegenwärtig werden Techniken entwickelt, die ex vivo Polarisation von hyperpolarisierten Bildgebungsagenzien vor einer Verabreichung und der Erfassung des MR-Signals verwenden. In einigen Fällen erfährt das Bildgebungsagens eine Hyperpolarisation an einem von seinem Verwendungszweck entfernten Ort, an dem MRI-Scanner. Ein Problem in Zusammenhang mit einer ex vivo Polarisation basiert darauf, dass die polarisierte feste Probe mit einem minimalen Verlust an Polarisation in Lösung gebracht und in den NMR-Magneten übertragen werden muss. Die
US 6 466 814 B1 beschreibt eine Einrichtung und ein Verfahren zum Auflösen fester polarisierter Proben. In diesem Verfahren wurde die polarisierte Probe manuell aus dem Kryostaten entnommen und innerhalb etwa einer Sekunde bei 40°C in Deuteriumoxid aufgelöst, während sie einem Magnetfeld von 0,4 T unterworfen war. Dieses Verfahren verbesserte die Polarisation um einen Faktor von bis zu 21 im Vergleich zu anderen Verfahren zur Herstellung einer Lösung, die die polarisierte Probe enthält.
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Weiter muss die NMR-Ausrüstung in gegenwärtig in Betracht kommenden Techniken, um eine Einrichtung herzustellen, die in der Lage ist, Proben mit einer hohen Polarisation zu erzeugen, mit einem in einem Magnetfeld angeordneten Tieftemperaturraum versehen sein. Zu diesem Zweck kann jeder einfache NMR-Magnet, der eine ausreichend weite Tunnelabmessung aufweist, mit einem Strömungskryostaten und Instrumentarien ausgerüstet sein, um die Herstellung von Lösungen von Molekülen mit verbesserter nuklearer Polarisation zu ermöglichen. Ein Strömungskryostat ist eine vakuumisolierte Kammer, die in den Tunnel eines Magneten eingeführt werden kann, gewöhnlich konstruiert sein kann, um einen Hohlraum mit Raumtemperatur aufzuweisen, um dadurch zu ermöglichen, die Temperatur des Hohlraums mittels eines kalten Kältemittelstroms zu senken. Der Strömungskryostat ist gewöhnlich über eine Übertragungsleitung und eine Pumpvorrichtung mit einer externen Kältemittelquelle verbunden, und der in den Strömungskryostat strömende Kältemittelstrom kühlt den Hohlraum des Magneten und erzeugt einen Tieftemperaturraum. Der Strömungskryostat kann mit Mitteln ausgerüstet sein, die geeignet sind, die Polarisation fester Proben durch vielfältige Polarisationstechniken zu ermöglichen, und er kann mit Instrumentarien für die Detektion nuklearer Signale in dem festen und gelösten Zustand ausgerüstet sein. Typischerweise ist der Tieftemperaturraum in spezifizierten Systemen für die NMR-Analyse oder Erzeugung von hyperpolarisierten Bildgebungsagenzien vorzugsweise in dem Kryostaten integriert. Gegenwärtige Hyperpolarisationsysteme und Techniken erfordern somit zusätzlich zu den zur Kühlung des Magneten in dem MRI-System erforderlichen Kältemittel Kühlungsmittel in Form eines kalten Kältemittels. Es bestehen vielfältige praktische und die Umwelt betreffende Probleme in Zusammenhang mit der Speicherung und Aufrechterhaltung von Kältemitteln. Darüber hinaus treten in klinischer Umgebung Probleme in Zusammenhang mit der Handhabung von Kältemitteln auf. Es besteht daher ein Bedarf, Wege zu finden, um den Einsatz von Kältemitteln in MRI-Systemen zu reduzieren, und es besteht somit ein Bedarf nach Hyperpolarisationsvorrichtungen und -verfahren, die mit weniger oder ohne Kältemittel auskommen.
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Die Erfindung befriedigt diesen Bedarf durch die Einrichtung und das Verfahren nach Anspruch 1 bzw. 13.
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KURZBESCHREIBUNG
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In einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Einrichtung zur Herstellung hyperpolarisierter Proben zum Einsatz in der Magnetresonanzbildgebung (MRI) geschaffen. Die Einrichtung enthält eine kältemittelfreie Kryostatkonstruktion, die dazu dient, eine Probe eines ausgewählten Materials zu polarisieren, wobei die Kryostatkonstruktion einen zentralen Hohlraum, der dazu eingerichtet ist, evakuiert zu werden, um einen Vakuumbereich zu erzeugen, und eine Kühlungsvorrichtung aufweist, die in den zentralen Hohlraum eingesetzt ist, um eine gewählte Temperatur der Probe aufrecht zu erhalten.
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In einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen hyperpolarisierter Proben zum Einsatz in der Magnetresonanzbildgebung (MRI) geschaffen. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: Bereitstellen einer Kryostatkonstruktion, die dazu dient, eine feste Probe eines ausgewählten Materials zu polarisieren, wobei die Kryostatkonstruktion einen Hohlraum, der dazu dient, das Polarisationssubsystem aufzunehmen, wobei der Hohlraum dazu eingerichtet ist, einen Vakuumbereich zu erzeugen, und eine Kühlungsvorrichtung aufweist, die in dem Hohlraum eingeführt ist, um eine gewählte Temperatur in der Probe aufrecht zu erhalten.
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ZEICHNUNGEN
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Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher, in denen übereinstimmende Teile durchgängig mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind:
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1 veranschaulicht ein exemplarisches MRI-System und ein Polarisationssubsystem, auf die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anwendbar sind.
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2 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Systems zur Herstellung hyperpolarisierter Proben zum Einsatz in der MRI, gemäß dem gegenwärtigen Stand der Technik.
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3 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein System zur Herstellung hyperpolarisierter Proben zum Einsatz in der MRI, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein exemplarisches System 150 zur Herstellung hyperpolarisierter Proben zum Einsatz in einer MRI-Vorrichtung gezeigt, das einen Kryostaten 1 und ein Polarisationssubsystem 100 enthält, um aus einem Behälter 110 stammendes Material zu verarbeiten und im Ergebnis in hyperpolarisiertes Material zu überführen. Eine Materialzufuhrleitung 120 wird verwendet, um das hyperpolarisierte Material dem in dem MRI-Scanner 130 angeordneten Patienten 140 zu verabreichen. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, werden die hyperpolarisierten Proben in einer in vivo Bildgebungsanwendung verwendet. Es ist offensichtlich, dass hyperpolarisierte Proben auch mittels der Verfahren und Techniken erzeugt werden können, wie sie unten in Zusammenhang mit der Kernspinresonanz-(NMR)-Analyse beschrieben sind.
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In erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen kann eine feste Probe der zu polarisierenden Probe noch während sie sich in der festen Phase befindet durch ein beliebiges geeignetes bekanntes Verfahren, beispielsweise eine erzwungene Polarisation, dynamische nukleare Polarisation oder das Spinkühlanlagenverfahren polarisiert werden, während sie bei einer niedrigen Temperatur (beispielsweise unter 100 K) in einem starken Magnetfeld (beispielsweise 1–25 T) gehalten wird. Nachdem die feste Probe polarisiert ist, wird sie mit einem minimalen Verlust an Polarisation geschmolzen. Im Folgenden soll der Begriff ”Schmelzmittel” folgende Bedeutung einbeziehen: eine Vorrichtung, die in der Lage ist, eine ausreichende Energie zu erzeugen, um die feste polarisierte Probe zu schmelzen, oder um die polarisierte Probe in sonstiger Weise für eine Verabreichung an den abzubildenden Patienten in Lösung zu bringen. In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff ”fest” unter der Voraussetzung, dass das Material irgendeine Umwandlung erfordert, um einen flüssigen Zustand anzunehmen, der geeignet für die Verabreichung an einen abzubildenden Patienten ist, feste Materialien, halbfeste Materialien oder eine beliebige Kombination davon.
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Für die meisten festen Proben steigt die Relaxationsrate (Verlust an Polarisation im Falle einer Hyperpolarisierung) in Abhängigkeit der inversen Feldstärke rasch an. Folglich ist es für diese polarisierten Proben bevorzugt, dass sie während der Handhabung in einem starken Magnetfeld (beispielsweise größer als 0,1 T) gehalten werden. Es sind auch andere Ursachen für. den Verlust an Polarisation bekannt, beispielsweise plötzliche Wechsel der Magnetfeldausrichtung, starke magnetische Gradienten oder HF-Felder, und diese sollten weitestgehend vermieden werden. Das Schmelzen der polarisierten Probe kann durch unterschiedliche Verfahren gefördert werden, beispielsweise durch Ultraschall, Mikrowellenerwärmung, Laserbestrahlung, Wärmestrahlung oder -konduktion oder durch ein beliebiges sonstiges Mittel, das in der Lage ist, die für das Schmelzen der festen Probe erforderliche Energie in die Probe zu übertragen. Die funktional von der Temperatur und dem Feld abhängige Relaxationsrate ist für jede feste Probe und für jedes System lösender und gelöster Stoffe spezifisch. Es ist daher vorteilhaft, die Temperatur der Prozedur hinsichtlich einer minimalen Relaxation der zu schmelzenden tatsächlichen Probe zu optimieren. Im Allgemeinen, jedoch nicht immer, sollte das Magnetfeld so stark wie möglich sein. Der minimale Wert T1 wird während des Verfahrens im Allgemeinen mit ansteigendem Magnetfeld steigen.
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2 veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Systems gemäß dem gegenwärtigen Stand der Technik nach der
WO 02/037 132 A1 .
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kryostatvorrichtung
1 zum Polarisieren einer festen Probe, wobei die Vorrichtung
1 mit oben beschriebenen Mitteln zum Schmelzen fester polarisierter Proben versehen ist. Die (durch gestrichelte Linien umrandet gezeigte) Vorrichtung
1 weist in einem zentralen Hohlraum
6, der von Magnetfelderzeugungsmitteln, beispielsweise einem supraleitenden Magneten
5 umgeben ist, einen Kryostaten
2 auf, der ein Polarisationsmittel
3 enthält, beispielsweise eine Mikrowellenkammer
3a, die über einen Wellenleiter
3b mit einer Mikrowellenquelle
3c verbunden ist. Kryostate und Polarisationsmittel zum Polarisieren einer festen Probe sind hinlänglich bekannt, und deren Konstruktionen werden nicht im Einzelnen erläutert. Der Hohlraum
6 erstreckt sich bis mindestens zur Höhe eines in der Nähe des supraleitenden Magneten
5 befindlichen Bereichs P vertikal nach unten, wobei die magnetische Feldstärke ausreichend hoch, beispielsweise zwischen 1–25 T oder mehr, z. B. 3,5 T ist, um die Polarisation der Probe stattfinden zu lassen. Der zentrale Hohlraum
6 ist dicht verschließbar und kann bis zu geringen Drücken, beispielsweise Druckwerten in der Größenordnung von 1 mbar oder weniger, evakuiert werden. Ein Probeneinführungsmittel, beispielsweise ein abnehmbares Probenförderrohr
7 kann in dem Hohlraum
6 untergebracht sein, und dieses Rohr
7 kann von dem oberen Rand des Hohlraums her nach unten zu einer innerhalb der Mikrowellenkammer
3a in dem Bereich P befindlichen Position eingeführt werden. Der Bereich P wird durch flüssiges Helium auf eine Temperatur abgekühlt, die ausreichend tief ist, um Polarisation auftreten zu lassen, beispielsweise sind dies Temperaturen in der Größenordnung von 0,1–10 K. Zusätzlich ist eine (nicht gezeigte) Pumpe erforderlich, um ein Quantum oder einen gewünschten Pegel von flüssigem Helium in dem Bereich P aufrecht zu erhalten. Das Rohr
7 kann auf eine beliebige geeignete Weise an seinem oberen Ende dicht verschlossen werden, um das partielle Vakuum in dem Hohlraum
6 aufrecht zu erhalten. Ein Probenrückhaltebehälter, beispielsweise ein Probenrückhaltebecher
9, kann, vorzugsweise abnehmbar, über dem unteren Ende des Probenförderrohrs
7 befestigt sein. Dieser Becher
9 bedeckt das untere Ende des Rohrs
7 und dient dazu, jede in das Rohr
7 eingebrachte Probe aufzunehmen. Der Becher
9 ist vorzugsweise aus einem eine geringe spezifische Wärmekapazität aufweisenden leichtgewichtigen Material, beispielsweise einem geschäumten Kunststoff wie Polystyrol, oder aus einem glasartigen Werkstoff, beispielsweise Pyrex oder Polymethylmethacrylat (PMMA), hergestellt, so dass die Wärmekapazität des Bechers
9 so niedrig wie möglich ist. Ein (zur Verdeutlichung der Darstellung durch eine gestrichelte Linie gezeigtes) dicht verschließbares Helium-Einlassrohr
10 erstreckt sich von dem oberen Rand des Hohlraums
6 zu dem Grund des Bechers
9.
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Mit weiterem Bezug auf 2 wird eine Probe in dem Probenrückhaltebecher 9 in der üblichen Weise polarisiert und anschließend durch Schmelzen in eine Flüssigphase überführt. Dieser Schmelzvorgang der polarisierten Probe in dem Probenrückhaltebecher 9 wird durchgeführt, während sich die polarisierte Probe noch in der Kryostatvorrichtung 1 befindet. Dies lässt sich erreichen, indem ein Mittel zum Übertragen von Energie auf die polarisierte feste Probe bereit gestellt wird, beispielsweise Ultraschall und/oder elektromagnetische Energie, oder indem die feste polarisierte Probe mit einer warmen Fläche oder Substanz in Berührung gebracht wird. In der in 2 gezeigten Vorrichtung wird die feste polarisierte Probe in dem Probenrückhaltebecher 9 durch ein Mittel zum Übertragen von Energie auf die polarisierte feste Probe in Form eines außerhalb des Kryostaten angebrachten (nicht gezeigten) Lasers geschmolzen, der über eine optische Faser 4 elektromagnetische Strahlung auf die in dem Probenrückhaltebecher 9 befindliche Probe überträgt.
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Die Vorrichtung 1 enthält ferner ein Extraktionssubsystem 100, (das durch gestrichelte Linien dargestellt ist, um weiter unten beschriebene Komponenten einzuschließen) das dazu dient, Material aus dem Probenrückhaltebecher 9 zu extrahieren. Das zum Extrahieren von Material dienende Extraktionssubsystem 100 ist mit einem in dem Hohlraum 6 angeordneten Extraktionsrohr 11 verbunden, das sich von einer Stelle kapp oberhalb des Grundes des Probenrückhaltebechers 9 ausgehend über ein Ventil 14 zu einer Einheit für aufgelöstes polarisiertes Material 15 erstreckt. Das Ventil 14 kann manuell, oder vorzugsweise computergesteuert, geöffnet werden, um zwischen dem Extraktionsrohr 11 und der Einheit für aufgelöstes polarisiertes Material 15 eine strömungsmäßige Verbindung zu erlauben, und kann geschlossen werden, um eine solche strömungsmäßige Verbindung zu unterbinden. Die Einheit für aufgelöstes polarisiertes Material 15 weist einen hohlen Grundkörper 16 auf und kann mit Mitteln zum Beschleunigen der Auflösung von Feststoffen versehen sein, beispielsweise mit Misch-, Rühr- oder Schütteleinrichtungen 17, z. B. einem mit Schneiden 19 versehenen elektrischen Mixer. Vorzugsweise sind sämtliche Flächen, mit denen das polarisierte Material in Berührung gelangen kann, beschichtet, um zu verhindern, dass polarisierte Moleküle mit paramagnetischen Eisenkomponenten in Berührung kommen. Die Einheit für aufgelöstes polarisiertes Material 15 ist vorzugsweise von Mitteln zur Erzeugung eines Speichermagnetfeldes umgeben, beispielsweise von einem Permanentmagneten 20 oder von einem Elektromagneten. Der Ausdruck ”Speichermagnetfeld” soll beinhalten, dass die Feldstärke im Innern der Einheit für aufgelöstes Material 15 ausreichen sollte, das Material für eine Zeitdauer von wenigstens einigen Sekunden, und vorzugsweise für einige Minuten, in einem Zustand der Polarisation aufrecht zu erhalten. Die Einheit für aufgelöstes polarisiertes Material 15 kann wenigstens zum Teil mit einem Lösungsmittel 21 gefüllt sein, das geeignet ist, das Material aufzulösen. Eine Quelle für Vakuum V lässt sich mit der Einheit für aufgelöstes polarisiertes Material 15 über ein Ventil 23 strömungsmäßig verbinden, das vorzugsweise durch einen Computer 28 computergesteuert ist. Die Basis der Einheit für aufgelöstes Material weist einen Auslass 25 auf, der mit einem Ventil 27 versehen ist, das vorzugsweise computergesteuert ist, und das dazu dient, die Abfuhr des Inhalts der Einheit für aufgelöstes polarisiertes Material 15 zu steuern. Die Verwendung computergesteuerter oder in sonstiger Weise automatisierter Ventile ist bevorzugt, da dies die Zeitsteuerung des Öffnens und Schließens der zu steuernden Ventile in einer genauen und reproduzierbaren Weise erlaubt. Selbstverständlich kann eine Bedienperson eingesetzt werden, um einen Vorgang einzuleiten, beispielsweise durch Drücken einer Starttaste oder Ausgeben eines Startbefehls an einen Computer.
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In einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Polarisieren von Proben, weist das Polarisationsverfahren für das Schmelzen einer festen Probe, die polarisiert wurde, während sie sich im festen Zustand befand, die folgenden Schritte auf: Einführen der Probe, die vorzugsweise in Form von Pulver, Körnern oder Kügelchen, um ein rasches und gleichmäßiges Schmelzen zu erleichtern, jedoch möglicherweise in Form einer Raumtemperatur aufweisenden Flüssigkeit vorliegt, am unteren Ende des Probenförderungsrohrs 7 in den Probenrückhaltebecher 9; Einführen des Probenförderrohrs 7 in den Hohlraum 6, so dass der Probenrückhaltebecher 9 in einem Magnetfeld der erforderlichen Feldstärke positioniert ist; vakuumdichtes Verschließen des Hohlraums 6 und Evakuieren desselben bis zu dessen Betriebsdruck; Polarisieren, vorzugsweise Hyperpolarisieren, der noch festen Probe; und Erzeugen von atmosphärischem Druck in dem Hohlraum 6. Danach folgen die Schritte: Aktivierung der Mittel zum Übertragen von Energie auf die polarisierte feste Probe, Übertragung von Energie, beispielsweise mittels eines Lasers und einer (nicht gezeigten) optischen Faser, auf die feste Probe, und Schmelzen der festen Probe. Optional wird ein zusätzlicher Schritt einer Analyse der polarisierten flüssige Probe durch NMR durchgeführt, beispielsweise vor ihrer endgültigen Verwendung in einer umfassenden NMR-Analyse oder bei in vivo Bildgebungsanwendungen.
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In weiteren Ausführungsbeispielen basiert eine in Betracht kommende Abwandlung auf dem Einsatz mehrerer Probenhalter in der Vorrichtung, so dass es möglich ist, mehrere Proben gleichzeitig oder nacheinander zu polarisieren, und nacheinander zu schmelzen. Es kann auch in Betracht kommen, ein System zu verwenden, bei dem mehrere Proben gleichzeitig geschmolzen und analysiert werden. Wie für den Fachmann klar, kann ein mehrere Probenhalter aufweisendes System in vielfältiger Weise gestaltet sein, beispielsweise unter Verwendung eines Karussellhalters oder eines gitterförmigen Halters.
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In einem Ausführungsbeispiel ist es möglich, eine NMR-Ausrüstung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu versehen, um eine Einrichtung herzustellen, die in der Lage ist, mittels dynamischer nuklearer Polarisation (DNP) Proben mit einer hohen Polarisation zu erzeugen. Um dies durchzuführen, muss die NMR-Ausrüstung mit einem in einem Magnetfeld angeordneten Tieftemperaturraum versehen sein. Zu diesem Zweck kann ein beliebiger einfacher NMR-Magnet, der eine ausreichend breite Tunnelabmessung aufweist, mit einem Strömungskryostaten und Instrumentarien ausgerüstet sein, wie sie nachstehend beschrieben sind, um die Herstellung von Lösungen von Molekülen mittels durch DNP verfeinerter nuklearer Polarisation zu ermöglichen. Ein Strömungskryostat ist eine vakuumisolierte Kammer, die in den Tunnel eines Magneten eingeführt werden kann, der gewöhnlich konstruiert ist, um einen Hohlraum mit Raumtemperatur aufzuweisen, um es dadurch zu ermöglichen, die Temperatur des Hohlraums mittels eines kalten Kältemittelstroms zu senken. Der Strömungskryostat ist gewöhnlich über eine Übertragungsleitung mit einer externen Kältemittelquelle verbunden, und der in den Strömungskryostaten strömende Kältemittelstrom kühlt den Tunnel des Magneten und bildet einen Tieftemperaturraum. Der Strömungskryostat kann mit unten beschriebenen Mitteln ausgerüstet sein, um die Polarisation fester Proben mittels DNP zu ermöglichen, und er kann mit unten beschriebenen Instrumentarien für die Detektion nuklearer Signale in dem festen und gelösten Zustand versehen sein. Zu beachten ist, dass der Tieftemperaturraum in spezifizierten DNP-Systemen zur NMR-Analyse oder Erzeugung hyperpolarisierter Bildgebungsagenzien vorzugsweise in den Kryostaten integriert ist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann als Beispiel für das Verfahren Schmelzen mittels eines Lasers gewählt sein. Ein Diodenlaser oder eine sonstige bekannte Laser- oder Lichtquelle mit einer Ausgangsleistung von 100 W ist eine bekanntes, im Handel erhältliches Produkt. Dies würde die Temperatur einer wässerigen Probe von 1 μl (ca. 1 mg) in 6,4 ms von 1 K auf 300 K steigern. In einem Beispiel dieser Ausführungsform gehören zu einem Verfahren zum Schmelzen einer festen Probe, die polarisiert wurde, während sie sich im festen Zustand befand, die folgenden Schritte: Die Probe, die vorzugsweise in Form von Pulver, Körnern oder Kügelchen vorliegt, um ein rasches und gleichmäßiges Schmelzen zu erleichtern, jedoch würde möglicherweise die Verwendung eines schwächeren Lasers die Dauer des Schmelzvorgangs proportional steigern. Diodenlaser sind mit einer Anzahl von Wellenlängen bei diesen Leistungspegeln erhältlich, und vorzugsweise würde die feste Probe selbst in der Lage sein, die Lichtenergie zu absorbieren, oder sie könnte mit einem absorbierenden Molekül dotiert sein, oder die an die feste Probe grenzende Fläche könnte mit einem absorbierenden Material beschichtet sein. Die Wellenlänge kann somit so ausgewählt werden, dass sie zu der Absorptionscharakteristik der festen Probe oder der diese tragenden Platte passt. Zur Erzielung einer hohen Effizienz des Schmelzvorgangs ist ein Probenplattenmaterial mit hoher Absorption der Laserenergie und mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit bevorzugt. Ein elektrisch gesteuerter Spiegel kann den Laserstrahl steuern, oder es kann alternativ, die Probe bewegt und der Laser stationär gehalten werden.
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In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Schmelzvorgang der polarisierten festen Probe durchgeführt, indem diese in thermischen Kontakt mit einer warmen Flüssigkeit gebracht wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel gehören zu dem Verfahren die Schritte: Injizieren oder Einführen der Probe als eine Flüssigkeit (die anschließend, beispielsweise in dem Kryostaten, tiefgefroren wird) oder als einen fließfähigen Feststoff, beispielsweise Pulver, Granulat, usw., in einen Probenaufnahmeraum in einer Kapillare. Optional kann der Probenaufnahmeraum von einer Magnetspule umgeben sein. Die Kapillare kann in den Kryostaten eingeführt werden, und die Probe kann, wie oben beschrieben, tiefgefroren und polarisiert werden. Nach der Polarisation kann ein Volumen heißer Flüssigkeit durch das Kapillarrohr in den Probenaufnahmeraum injiziert werden, und die feste Probe rasch geschmolzen werden. Alternativ könnte der Probenaufnahmeraum von einem Mittel zum Übertragen von Energie auf die polarisierte feste Probe in Form einer Kammer oder Rohrschlange, die sich mit einer heißen Flüssigkeit füllen lässt, umgeben sein und sich mit dem Mittel in thermischer Berührung befinden. Auf diese Weise kann die polarisierte Probe durch Wärmeenergie geschmolzen werden, die von der heißen Flüssigkeit über die Wände der Kammer oder der Spule in den Probenaufnahmeraum übertragen wird. Eine Verdünnung der Probe ist auf diese Weise vermieden. Vorzugsweise wird die injizierte Flüssigkeit auch als ein Mittel zur Anpassung der Empfindlichkeit für die Magnetspule dienen. Die geschmolzene polarisierte Probe kann vor Ort analysiert werden oder sie kann alternativ aus der Kapillare in einen gesonderten Spektroskopie- oder Bildgebungsbereich gespült werden.
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Während die Erwärmung mittels eines Lasers und heißer Flüssigkeit beschrieben wurde, kann ein beliebiges Energieübertragungsverfahren genutzt werden, und es ist in der Tat eine Kombination von Quellen zum Übertragen thermischer Energie auf die Probe möglich. Beispielsweise könnte das Laserschmelzen durch ein elektrisches Wärmeelement unterstützt werden. Es ist von Bedeutung, dass der Schmelzvorgang für den Kernspin auf einer Zeitskala von Tl (oder vorzugsweise weniger) geschieht. Der Verlust an Polarisation während des Schmelzvorgangs sollte weniger als 99%, vorzugsweise weniger als 90%, und sogar eher bevorzugt weniger als 10%, betragen, und diese verschiedenen Pegel von Verlust an Polarisation können reproduzierbar durch Anpassen der Geschwindigkeit des Schmelzvorgangs der polarisierten festen Probe erreicht werden. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass die Zufuhr von Energie zu der Probe geregelt wird, um den flüssigem Zustand der Probe nach dem Schmelzen aufrecht zu erhalten, so dass eine Bildgebung an der geschmolzenen Probe durchgeführt werden kann.
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In dem Tieftemperaturraum können ein Probenhalter und eine geeignete Mikrowelleneinrichtung angeordnet sein, um eine Mikrowellenbestrahlung der Probe durchzuführen. Die Mikrowelleneinrichtung kann eine Hornantenne oder (wie in 2 gezeigt) eine an dem Ende eines Wellenleiters befestigte Kammer sein, oder sie kann auf einem Satz von Fabry-Perot-Spiegeln oder beliebigen sonstigen Mikrowellenbestrahlungseinrichtungen basieren. Die Mikrowelleneinrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, als eine Resonanzkammer für Mikrowellen zu wirken, um die Stärke des Mikrowellenfeldes in der Mikrowelleneinrichtung zu steigern. Für die niedrigere Frequenzen (unterhalb von etwa 200 GHz) können zweckmäßigerweise Wellenleiter verwendet werden, um die Wellen zu der Bestrahlungseinrichtung zu führen. Die Geometrie und die Abmessungen des Wellenleiters sind gewählt, um Mikrowellenverluste zu reduzieren. Vorzugsweise ist der Wellenleiter konstruiert, um eine möglichst geringe Wärmebelastung des Tieftemperaturraums zu erhalten, und er kann beispielsweise unter Verwendung von versilbertem dünnwandigem rostfreiem Stahl hergestellt sein. Es könnten auch gewellte Wellenleiter verwendet werden. Bei höheren Frequenzen können quasioptische Verfahren genutzt werden, und die Mikrowelle kann mittels Linsen und Spiegeln geführt werden. Die Mikrowelleneinrichtung weist vorzugsweise Öffnungen auf, um einen problemlosen Austausch von Proben und eine wirkungsvolle Kühlung der Proben zu ermöglichen. Die Mikrowellen werden von einem geeigneten Mikrowellenoszillator erzeugt, beispielsweise einem IMPATT-Diodenoszillator oder einem mittels IMPATT verstärkten Gunn-Oszillator oder einem BWO oder dergleichen. Weiter kann der Mikrowellenoszillator ein integraler Bestanteil der zur Bestrahlung der Probe dienenden Resonanzeinrichtung sein. Auf diese Weise kann die die Mikrowellen erzeugende aktive Vorrichtung physikalisch in dem Magneten in der Nähe der Probe angeordnet sein, wodurch Übertragungverluste reduziert würden.
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Die NMR-Detektion ist besonders im Falle analytischer Anwendungen erwünscht. Für andere Anwendungen erzeugt die NMR-Detektion optional einen Messwert der nuklearen Polarisation. Die NMR-Detektionsspule konnte auf einer beliebigen Konstruktion, beispielsweise einer Magnetspule, basieren oder sattelförmig gestaltet sein. Für gewöhnlich ist die Spule (Induktivität) mittels eines Kondensators auf die NMR-Frequenz abgestimmt, und mit der charakteristischen Impedanz der Verkabelung abgeglichen. Die NMR-Spule könnte bei mehreren Frequenzen abgestimmt und abgeglichen sein, um die interessierenden Kerne von mehr als einem Kerntypus zu detektieren. Die Kondensatoren könnten in dem Tieftemperaturraum in der Nähe der Spule angebracht sein. Dies würde es ermöglichen, die höchsten Q-Werte zu erhalten. Falls die Anordnung der Kondensatoren in der Nähe der Spule undurchführbar sein sollte, könnten sie außerhalb des Tieftemperaturraums angeordnet und über eine Übertragungsleitung mit dem Tieftemperaturraum verbunden sein. Die Übertragungsleitung könnte ein koaxiales, verdrilltes, bandförmiges oder ein beliebiges sonstiges Kabel sein. Die Wahl wird ein Kompromiss zwischen der Wärmebelastung des Tieftemperaturraums und der Signaldämpfung sein. Es könnten auch mehrere Spulen in Betracht gezogen werden. Diese könnten für zwei NMR-Frequenzen abgestimmt sein und würden eine doppelte Resonanz-NMR (Entkoppelung, Kreuzpolarisation, usw.) ermöglichen, die sowohl in der festen als auch in der flüssigen Phase auszuführen wäre. Diese würde außerdem die gleichzeitige Detektion mehrerer Kerne ermöglichen. Das Spektrometer müsste in diesem Fall mehrere Empfänger aufweisen. Optional könnte das NMR-Signal der unterschiedlichen Kerne sequentiell erfasst werden. Um die Analyse mehrerer Proben in einer kurzen Zeitspanne zu erlauben, kann ein (nicht gezeigtes) Probenkarussell zum Transport von Proben vorgesehen sein. Darüber hinaus kann das Schmelzen der festen Probe durch optische Mittel erfasst werden, um eine reproduzierbare NMR-Analyse durchzuführen. Dies kann unter Verwendung optionaler, innerhalb oder außerhalb der NMR-Analysekammer angeordneter optischer Fotodetektionsmittel überprüft werden. Da einige der interessierenden Kerne möglicherweise sehr kurze T1-Werte aufweisen, kann es wichtig sein, die Analyse sicherzustellen, sobald der Schmelzvorgang vollendet ist. Es ist daher bevorzugt, über Mittel zu verfügen, die hinsichtlich einer koinzidenten Anregung/Detektion sämtliche interessierende Kerne konstruiert sind. Falls der NMR-Detektionsschaltkreis gekühlt wird, wird ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis erzielt. Außerdem ist eine Kühlung des Signalverstärkers häufig von Vorteil. Der Signalverstärker kann daher in der Nähe des NMR-Detektionsschaltkreises, und vorzugsweise in dem Tieftemperaturraum positioniert sein. Supraleitende Spulen und SQUID-Detektoren sind weitere verfügbare Vorrichtungen, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kryostatkonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Einrichtung zur Herstellung hyperpolarisierter Proben zum Einsatz in der MRI eine Kryostatkonstruktion 200 auf, die zur Herstellung der hyperpolarisierten Proben aus einem festen Material dient. Die Kryostatkonstruktion 200 weist einen Hohlraum 6 auf, und der Hohlraum 6 ist dazu eingerichtet, evakuiert zu werden, um eine Vakuumumgebung zu erzeugen, wie es mit Bezug auf 2 beschrieben ist. Der Hohlraum 6 dient außerdem dazu, das Probenförderrohr 7 aufzunehmen, das wiederum den Probenrückhaltebecher 9 enthält, der zum Aufnehmen von polarisiertem Material, vorzugsweise hyperpolarisiertem Material, dient. Eine Kühlungsvorrichtung 210 ist in den Hohlraum 6 eingeführt und in unmittelbarer Nähe des Probenförderrohrs 7 angeordnet, um eine gewählte Temperatur in dem Polarisationssubsystem aufrecht zu erhalten. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Verfahren und Techniken zum Polarisieren eines festen Materials identisch mit den oben gemäß 2 beschriebenen Verfahren, und die Erläuterungen, die den in jeder Figur auftretenden Bezugszeichen entsprechen, sind identisch. Allerdings weist die Kryostatkonstruktion 200 in diesem, in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel keinen mit einer Kühlflüssigkeit, z. B. flüssigem Helium oder einer sonstigen, ähnlichen Beriebskühlflüssigkeit gefüllten Bereich innerhalb des Hohlraums 6 auf, sondern enthält eine Kühlungsvorrichtung 210, die in den Hohlraum 6 oder optional in das Vakuum des Kryostaten in der Nähe des Öffnungsrohrs 6 eingeführt ist. Die Kühlungsvorrichtung 210 kann eine Pulsrohrkälteerzeugungs-(PTR = Pulse-Tube Refrigeration)-Vorrichtung sein, die auch unter der Bezeichnung ”Kühlkopf” oder ”Kühlfinger” bekannt ist und nachstehend im Allgemeinen als ein in den Hohlraum 6 eingeführter ”Kühlfinger” 210 bezeichnet wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Kühlfinger eine nur einen Zustand aufweisende PTR-Vorrichtung. Der Kühlfinger 210 dient dazu, in dem Kryostaten eine ausgewählte Temperatur, beispielsweise unterhalb von etwa 1,2 K, aufrecht zu erhalten, um als ein Polarisationsmittel zu wirken, so dass die gewünschte Temperatur und die physikalischen Eigenschaften des polarisierten Materials für dessen Verwendungszweck in der mittels des MRI-Systems durchgeführten Bildgebung aufrecht erhalten bleiben. Der Kühlfinger 210 ist konstruiert, um eine PTR-Einheit und eine Rohrkonstruktion aufzunehmen, die eine im Allgemeinen vertikale Orientierung aufweist, um in den Hohlraum 6 eingeführt zu werden. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Kühlfinger 210 vertikal in den zentralen Hohlraum 6 eingeführt, und er wird in vertikaler Orientierung und in einer Vakuumumgebung betrieben. Der Kühlfinger 210 ist aus Materialien aufgebaut, die ausgewählt sind, um eine Kühlleistung von unterhalb etwa 1,2 K, d. h. eine Temperatur zu erzeugen, die es ermöglicht, die Probe für eine weitere Verwendung in MRI-Anwendungen bei der erforderlichen Temperatur zu halten. Gegenwärtig verfügbare Kühlfingerkonstruktionen, die für vielfältige Zwecke genutzt werden, basieren im Allgemeinen auf Seltenerdmaterial, beispielsweise Nd. Nd ist allerdings stark hygroskopisch, schwierig zu handhaben und sein cp-Wert reicht nicht aus, um Temperaturen unterhalb von 2 K zu erzielen. Mit der Entwicklung von GAP (Gadoliniumaluminiumperowskiten) und GOS (Gadoliniumaluminiumsulfat) und anderen einen hohen cp-Wert aufweisenden keramischen Regeneratormaterialien lassen sich gegenwärtig mittels einer He3 verwendenden zweistufigen 4-K-PTR-Einheit Tieftemperaturen bis zu 1,4 K erzielen. Ähnliche Materialien mit hohem cp-Wert werden erfolgreich in Entmagnetisierungskälteerzeugungs-(ADD)-Systemen verwendet. Wünschenswerterweise enthält die Rohrkonstruktion des Kühlfingers 210 Regeneratormaterialien, die beispielsweise aus der Gruppe ausgewählt sind, zu der gehören: magnetische Regeneratormaterialien, Keramikoxidregeneratormaterialien und keramische Materialien mit einem hohen cp-Wert. Zu anderen Materialien, die eine hohe spezifische Wärme bei Temperaturen unterhalb von 4 K aufweisen, gehören: beispielsweise cp: in J/cm3K für GGG, GGG (Gd3Ga5O12) bei 0,5 K, DAG (Dy3Al5O12) bei 2,5 K, DAP (DyAlO3) bei 3,5 K, GAP (GdAlO3) bei 3,8 K, sowie TbGaO3, TbAlO3, TbFeO3, HoAlO3, ErAlO3, YbAlO3 und sonstige Seltenerd-Orthoaluminate mit einem cp-Wert unterhalb von 4 K.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Basistemperatur des Kühlfingers 210 bevorzugt kleiner als 1,2 K und kann beispielsweise Gd1,5Al0,5O3 als das Regeneratormaterial aufweisen, das im Falle einer vollständigen Ausbeute in der Lage ist, cp-Spitzenwerte zwischen 1,5 K und 3,5 K zu liefern. Eine weitere Leistungssteigerung kann erzielt werden, indem die hinlänglich bekannte Ventilzeitsteuerung des Gasstroms an dem Kühlfinger unter Verwendung unterschiedlicher Öffnungsabmessungen oder durch Nadelventile optimiert wird. Darüber hinaus kann ein (nicht gezeigter) hocheffizienter Wärmetauscher für den Temperaturbereich 1 bis 2 K verwendet werden, um die Kühlleistung der in dem Kühlfinger 210 enthaltenen PTR-Vorrichtung weiter zu verbessern. Tiefere Temperaturen von unterhalb 1 K werden erzielt, indem dem unteren Ende des Kühlfingers eine allgemein bekannte supraflüssige Vortex-Kühlstufe hinzugefügt wird, wie sie von De Waele in der Fachzeitschrift Applied Physics, Ausgabe 1. August 2005, unter dem Titel ”The Superfluid Vortex Cooler” beschrieben ist. Mittels der Vorrichtung von De Waele wurden Tieftemperaturen der gekapselten Vorrichtung von bis zu 0,87 K erzielt.
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Indem weiter auf 3 eingegangen wird, umfasst die Kryostatkonstruktion 200 zur Herstellung hyperpolarisierter Proben ferner eine erste oder Vorkühlstufe 220 und eine zweite Kühlstufe 230, die in der Nähe des Kühlfingers 210 angeordnet sind. Darüber hinaus umfasst die Kryostatkonstruktion 200 zusätzlich eine als die Basis der Kühleinrichtung dienende Kühlplatte 240 und ein intermediäres Kühlungsverbindungselement 250, das zwischen der ersten Kühlstufe 220 und der zweiten Kühlstufe 230 angeordnet ist. Jede Komponente wird im Folgenden eingehender beschrieben.
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In einem Ausführungsbeispiel wird die erste oder Vorkühlstufe 220 mittels der Kühlleistung des Magnetkühlsystems 260 des NMR-Systems erzielt, und die Kühlung wird auf die Kühlfinger 210 übertragen. Das Magnetkühlsystem 260 kann ein (mit Gifford-McMahon-Kolben betriebener Kühler) 4K-GM oder eine vergleichbare Vorrichtung sein, oder von der Pulsrohrkühlerbauart sein, um dem Kühlfinger einen ersten Pegel einer Kühltemperatur zu verleihen. Das Magnetkühlsystem 260 umfasst ferner einen zum Antrieb des Kühlsystems dienenden (nicht gezeigten) externen Kompressor mit einer Leistung von 2 kW oder darüber. Der Kühlfinger 210 wird auf diese Weise auf einer um den Umfang angeordneten Fläche vorgekühlt. Die erforderliche Vorkühltemperatur ist nicht feinstufig und kann um +/–20 K variieren, ohne die Kühlfingerleistung, d. h. die Temperatur an der unteren Spitze des Kühlfingers, zu beeinträchtigen.
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Die zweite Kühlstufe 230 umfasst den Bereich zwischen der Kühlplatte 240 und dem intermediären Kühlungsverbindungselement 250 und erzeugt die zusätzliche Kühlleistung, die die die Leistung der Vorkühl- oder ersten Kühlstufe 220 übersteigt, um der Probe 9 für ihren Verwendungszweck die gewünschte Temperatur von beispielsweise etwa 1,2 K zu verleihen. Falls gewünscht, kann ein intermediäres thermisches Verbindungselement von dem Magnetkühlsystem 260, das etwa 4 K aufweist, zum Pulsrohrkühlerkühlfinger 210 gemacht werden, um eine zusätzliche Vorkühlstufe und im Bedarfsfall eine Vorkühlung der Probe bereitzustellen.
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Die Kühlplatte 240 ist an der Basis der Komponenten angeordnet und kann auf den folgenden, in hohem Maße elektrisch leitfähigen Materialien, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, basieren. Das Kühlungsverbindungselement 250 bildet ein Verbindungselement zu dem Magnetkühlsystem 260 und kann falls gewünscht abnehmbar und biegsam sein. Da die PTR-Vorrichtung keinen sich bewegenden Kolben enthält, ist die am unteren Ende der PTR-Kühlfingerspitze angeordnete Kühlplatte keinerlei Schwingungen ausgesetzt.
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Eine weitere Verbesserung der Betriebscharakteristik des Pulsrohrkühlers, z. B. die Ventilzeitsteuerung an dem (nicht gezeigten) externen Antriebssystem des PTR-Kühlfingers kann dazu beitragen, diese Temperatur zu erreichen. Die optimale Ventilzeitsteuerung und Frequenz wird für diesen Kühlfinger auf der Grundlage von 4 Variablen eingestellt, die optimiert werden können (Eingangs-/Ausgangsleistung des Regenerators und Eingangs-/Ausgangsleistung der PTR).
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Wie oben erwähnt, basiert der Kühlfinger 210 auf zwei Rohren, die in dem Vakuumraum in unmittelbarer Nähe des zentralen Hohlraums 6 oder optional in dem Hohlraumrohr 6 selbst angeordnet sind. Das in dem Regeneratorrohr des Kühlfingers verwendete keramische Material mit hohem cp-Wert kann ohne Leistungsverschlechterung in der Nähe des Magnettunnels angeordnet sein. Das benachbarte Pulsrohr ist leer und pulsiert lediglich mit gasförmigem He3.
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Folglich gestattet die Verwendung des Kühlfingers 210 in diesem Ausführungsbeispiel ein kältemittelfreies Polarisatorsystem im Gegensatz zu einem ”feuchten” Polarisatorsystem, und weist einige Vorteile auf: Es wird in vertikaler Orientierung betrieben und es wird lediglich unter Vakuum betrieben. Eine Verschlechterung der Kühlleistung des Kühlfingers, beispielsweise, wenn der Kühlfinger in einer Heliumgas-Umgebung betrieben wird, kann daher ausgeschlossen werden. Das heiße obere Ende des Kaltfingers, von wo aus die aus dem Kühlfinger extrahierte, lediglich wenige Watt aufweisende Wärme abgeleitet werden muss, erfordert gewöhnlich einen mit Schlitzen ausgebildeten Wärmetauscher oder eine im Handel erhältliche Aluminiumrippen-Konstruktion, wie sie verwendet wird, um elektronische Instrumente ohne die Erfordernis einer externen zwangsbelüfteten Luftkühlung zu kühlen. Dies gestattet außerdem die physische Trennung des Antriebssystems von dem oberen Ende der PTR-Vorrichtung, was zu einem hinlänglich bekannten ”aufgeteilten” Antriebssystem führt. Dieses Antriebssystem, gewöhnlich ein durch einen Schrittmotor oder einen synchronen Antrieb betätigtes Drehventil, kann an jeder geeigneten Position rund um das OVC (Outer Vacuum Case = äußere Vakuumgehäuse) des Polarisatorsystems angeordnet sein. An dem Zwischenabschnitt ist bei dem Kühlfinger von dem benachbarten 4-K-GM-Kühler oder dem 4-K-PTR-Kühler außerdem ausreichend Kühlung verfügbar, um die Gesamtleistung des Kühlfingers zu maximieren, ohne die Kühlleistung des 4-K-GM-Kühlers oder 4-K-PTR-Kühlers zu schmälern. Das thermische Verbindungselement zu dem GM-Kühler kann robust und zuverlässig konstruiert sein, ist jedoch dennoch abnehmbar und nachgiebig, falls es gewünscht ist.
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Vorteilhafterweise weisen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Reihe von Vorteilen auf. Beispielsweise ist die Kryostatkonstruktion weiter vereinfacht und einem Anwender wird kein Hantieren mit kryogenen Flüssigkeiten abverlangt, was von besonderer Bedeutung ist, falls sich das System in einer Klinikanlage befindet. Darüber hinaus wird ein plötzlicher Energieabfall aufgrund eines Übergangs des Magneten in den Normalzustand den Kühlfinger nicht beeinträchtigen, und es würde kein Heliumgas entweichen oder verloren gehen. Außerdem tritt aufgrund der Abwesenheit des He-II-Behälters kein Helium-II-Kriechen auf. Noch ein weiterer Vorteil basiert darauf, dass auf thermische Schalter und auf eine Sorptionspumpe sowie andere Komponenten, die erforderlich sind, um tiefe Temperaturen bis zu 1,2 K zu erzielen, verzichtet werden kann, was die Konstruktion vereinfacht und den Platzbedarf hinsichtlich einer ultrakompakten NMR-Einheit auf ein Minimum reduziert, und außerdem Geräuschquellen verringert. Beispielsweise fügte der Kühlfinger dem System keinerlei zusätzliche Geräusche hinzu, und es können GM- und PTR-Hybrid- oder PTR- und PTR-Hybrid-Vorrichtungen nebeneinander verwendet werden. Von dem Kühlfinger werden keine Schwingungen induziert, da der Kontakt des GM der ersten Stufe nachgiebig konstruiert sein kann, falls ein GM als das Magnetkühlsystem auszuwählen ist. Es ist außerdem ausreichend Raum für eine vorübergehende Wärmestationierung der Probe längs des Pyruvatpfads vorhanden. Die Wärmestationierung könnte an der Verbindungselementplattform zwischen der ersten Kühlstufe 220 des 4-K-GM-Kühlers 260, bei einer intermediären 4-K-Stufe und schließlich auf der Kühlplatte in der Nähe der Spitze des Kühlfingers 210 stattfinden. In dem Kompressor wird bevorzugt He3 verwendet. Das für die 2-kW-Kompressorfüllung erforderliche Volumen von He3 ist jedoch gering.
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Während im Vorliegenden lediglich spezielle Merkmale der Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurden, erschließen sich dem Fachmann viele Abwandlungen und Veränderungen. Es ist daher selbstverständlich, dass die beigefügten Patentansprüche sämtliche Abwandlungen und Veränderungen abdecken sollen, die in den wahren Schutzbereich der Erfindung fallen.
