ES2250175T3 - Dispositivos de transporte de gas hiperpolarizados y procedimientos de transporte asociados que utilizan imanes permanentes. - Google Patents

Dispositivos de transporte de gas hiperpolarizados y procedimientos de transporte asociados que utilizan imanes permanentes.

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ES2250175T3
ES2250175T3 ES00955362T ES00955362T ES2250175T3 ES 2250175 T3 ES2250175 T3 ES 2250175T3 ES 00955362 T ES00955362 T ES 00955362T ES 00955362 T ES00955362 T ES 00955362T ES 2250175 T3 ES2250175 T3 ES 2250175T3
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Kenton C. Hasson
William Happer
Geri T. K. Zollinger
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Medi Physics Inc
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Abstract

Una unidad de transporte (10) para transportar recipientes (30) de productos gaseosos hiperpolarizados, incluyendo: una caja (60); al menos cuatro imanes permanentes separados discretos (21A-21H) mantenidos en dicha caja (60) (60), donde dichos imanes permanentes (21A-21H) están configurados de tal manera que estén dispuestos simétricamente en relación espaciada alrededor de un eje que se extiende longitudinalmente (C) definiendo un centro entremedio para proporcionar un campo magnético con una región de homogeneidad sustancialmente centrada con respecto al eje longitudinal (C), donde cada uno de dichos imanes permanentes discretos (21A-21H) está orientado de tal manera que la dirección de campo producida por ellos sea sustancialmente perpendicular al eje central longitudinal (C); y al menos un recipiente (30) que se puede colocar en dicha caja (60) cerca de dicha región de homogeneidad, donde dicho al menos único recipiente (30) está dimensionado y configurado para contener una cantidad deproducto gaseoso hiperpolarizado.

Description

Dispositivos de transporte de gas hiperpolarizados y procedimientos de transporte asociados que utilizan imanes permanentes.
Campo de la invención
La presente invención se refiere en general al transporte de gases hiperpolarizados de un lugar a otro, tal como de un lugar de producción a un lugar de uso clínico. Los gases hiperpolarizados son especialmente adecuados para aplicaciones de formación de imágenes RM y espectroscopia.
Antecedentes de la invención
La formación de imágenes por gas inerte ("IGI") usando gases hiperpolarizados nobles es un reciente avance prometedor en las tecnologías de Formación de Imágenes por Resonancia Magnética (IRM) y espectroscopia RM. Convencionalmente, se ha usado IRM para producir imágenes excitando los núcleos de moléculas de hidrógeno (presentes en protones de agua) en el cuerpo humano. Sin embargo, se ha descubierto recientemente que los gases nobles polarizados pueden producir mejores imágenes de algunas zonas y regiones del cuerpo que hasta ahora han producido imágenes de calidad inferior a la satisfactoria en esta modalidad. Se ha hallado que el helio-3 polarizado ("^{3}He") y Xenón 129 ("^{129}Xe") son especialmente adecuados para ello. Por desgracia, como se explicará mejor más adelante, el estado polarizado de los gases es sensible a la manipulación y las condiciones ambientales y pueden decaer, indeseablemente, del estado polarizado de forma relativamente rápida.
Se puede usar varios métodos para mejorar artificialmente la polarización de algunos núcleos de gases nobles (tales como ^{129}Xe o ^{3}He) sobre los niveles naturales o de equilibrio, es decir, la polarización Boltzmann. Tal aumento es deseable porque mejora y aumenta la intensidad de señal IRM, que permite a los médicos obtener mejores imágenes de las sustancias presentes en el cuerpo. Véase la Patente de Estados Unidos número 5.545.396 concedida a Albert y otros.
A menudo se utiliza una constante de tiempo de decadencia "T1" asociada con la relajación longitudinal del gas hiperpolarizado para caracterizar la duración del tiempo que tarda una muestra de gas en despolarizarse en una situación dada. La manipulación del gas hiperpolarizado es crítica a causa de la sensibilidad del estado hiperpolarizado a factores medioambientales y de manipulación y así la posibilidad de decadencia indeseable del gas de su estado hiperpolarizado antes del uso final previsto, por ejemplo, la administración a un paciente para formación de imágenes. El procesado, transporte y almacenamiento de los gases hiperpolarizados, así como la administración del gas al paciente o usuario final, pueden exponer los gases hiperpolarizados a varios mecanismos de relajación tales como gradientes de campos magnéticos, relajación inducida en superficie, interacciones de átomos del gas hiperpolarizado con otros núcleos, impurezas paramagnéticas, y análogos.
Una forma de reducir la decadencia inducida superficialmente del estado hiperpolarizado se presenta en la Patente de Estados Unidos número 5.612.103 concedida a Driehuys y otros, titulada "Recubrimientos para producción de gases nobles hiperpolarizados". Indicado en general, esta patente describe el uso de un polímero modificado como un recubrimiento superficial en sistemas físicos (tales como un recipiente Pyrex^{TM}) que contactan el gas hiperpolarizado para inhibir el efecto de decadencia de la superficie de la cámara de recogida o unidad de almacenamiento. Otros métodos para reducir la decadencia inducida superficialmente se describen en la Solicitud de Patente de Estados Unidos, en tramitación y del mismo cesionario, número de serie 09/163.721 concedida a Zollinger y otros, titulada "Métodos de extracción de gases nobles hiperpolarizados, métodos de enmascaramiento, y recipientes de transporte asociados".
Sin embargo, surgen otros mecanismos de relajación durante la producción, manipulación, almacenamiento, y transporte del gas hiperpolarizado. Estos problemas pueden ser especialmente problemáticos al almacenar los gases o transportar el gas hiperpolarizado de un lugar de producción a un lugar (remoto) de distribución y/o uso. En el tránsito, el gas hiperpolarizado se puede exponer a muchas influencias potencialmente despolarizantes. Por lo tanto, hay que proporcionar mejores formas de transportar gases hiperpolarizados de manera que el gas hiperpolarizado no se exponga excesivamente a efectos despolarizantes durante el transporte. Se desean mejores métodos y sistemas de almacenamiento y transporte de manera que el producto hiperpolarizado pueda retener suficiente polarización para permitir la efectiva formación de imágenes a la distribución cuando se almacene o transporte distancias más largas en varias condiciones ambientales (potencialmente despolarizantes), y durante períodos de tiempo más largos desde el punto inicial de polarización de lo que ha sido viable previamente.
Hasson y otros proponen en la Solicitud de Patente de Estados Unidos número de serie 09/333.571 titulada "Recipientes de gas hiperpolarizado, Solenoides, dispositivos de transporte y almacenamiento y métodos de transporte y almacenamiento asociados" un diseño usado para proporcionar un campo homogéneo en una unidad para transportar y almacenar productos gaseosos hiperpolarizados. Esta técnica incluye una unidad de transporte duradera, segura y conveniente. Sin embargo, un generador de campo magnético dentro de la unidad de transporte usado para generar el campo de mantenimiento magnético de gas hiperpolarizado requiere potencia para operar. Durante el transporte o en almacenamiento, puede ser difícil hallar una fuente de alimentación conveniente. Además, las baterías con tiempos de duración prolongados adecuadas para transporte y almacenamiento de gas hiperpolarizado pueden ser pesadas y con frecuencia son grandes.
Aidam y otros proponen otra alternativa en WO 99/17304. Esta referencia propone configurar un recipiente blindado magnéticamente usando zapatas de polo opuestas para proporcionar una unidad para sujetar y transportar una cámara de gas polarizado. Por desgracia, el recipiente blindado se diseña de manera que requiera la extracción de una de las zapatas de polo para sacar la cámara de gas, sacrificando por lo tanto potencialmente la homogeneidad del campo. Además, las zapatas de polo se pueden dentar o magnetizar permanentemente durante el transporte y almacenamiento. Por desgracia, la deformación física de las zapatas de polo que se produce durante el transporte o uso normal puede destruir permanentemente la homogeneidad del campo magnético. Además, las zapatas de polo (que, como describen Aidam y otros, incluyen metal mu o hierro blando) pueden presentar características de histéresis. Esta histéresis puede hacer que las zapatas de polo sean magnetizadas permanentemente si se colocan junto a una fuente de campo magnético, actuando por ello como su propio imán y afectando potencialmente de forma nociva a la homogeneidad del campo magnético permanente resultante.
Se propone una tercera alternativa en las Solicitudes de Patente de Estados Unidos números de serie 08/989.604 y 09/210.020 a Driehuys y otros. En estas dos solicitudes de patente se describe un generador de campo magnético para el transporte de xenón congelado hiperpolarizado. La realización propuesta por Driehuys y otros incluye un yugo de imán relativamente pequeño y dos imanes permanentes montados uno enfrente de otro en el yugo de imán. Esta configuración produce un campo magnético con alta intensidad de campo pero homogeneidad relativamente baja. Aunque la alta intensidad de campo magnético sola puede mantener en general un estado altamente hiperpolarizado en un producto gaseoso hiperpolarizado sólido, la descongelación antes del uso produce un producto de xenón gaseoso, que después requiere típicamente que el campo sea homogéneo para reducir la probabilidad de despolarización rápida debido a relajación inducida por gradiente.
Se propone otra alternativa en DE 19742548 que describe una unidad cilíndrica de transporte.
Objetos y resumen de la invención
Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar una unidad de transporte que puede retener cantidades de gas hiperpolarizado durante períodos prolongados de tiempo, de tal manera que el gas hiperpolarizado sea suficientemente viable para producir imágenes clínicamente útiles en un punto en el tiempo separado espacial y/o temporalmente del punto de polarización.
También es un objeto de la presente invención configurar una unidad de transporte de tal manera que se pueda usar para transportar gas en un vehículo de transporte comercial y/o almacenar gas durante períodos de tiempo relativamente largos (esto último en particular para cuando no se pretende transportar el gas polarizado a distancia).
Otro objeto de la presente invención es blindar una cantidad de gas hiperpolarizado contra los eventos nocivos de despolarización inducida medioambientalmente durante el transporte y/o almacenamiento.
Un objeto adicional de la presente invención es configurar una unidad de transporte con imanes permanentes que no requiere el desmontaje para dispensar el gas hiperpolarizado de ella o para introducir gas hiperpolarizado en recipientes.
También es un objeto de la presente invención crear una unidad de transporte que es ligera, compacta y fácilmente transportable para facilitar el transporte y almacenamiento.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un generador de campo magnético o fuente que no requiere potencia externa.
Otro objeto de la presente invención es configurar una unidad de transporte para reducir la fuerza externa asociada con el choque, vibración, y/u otras colisiones mecánicas que se introducen o transmiten a recipientes de gas hiperpolarizado mantenidos dentro de la unidad de transporte.
También es un objeto de la presente invención proporcionar una unidad portátil para almacenar o transportar gas hiperpolarizado mantenido en una pluralidad de recipientes separados.
Otro objeto de la presente invención es dimensionar y configurar una unidad de transporte para proporcionar un entorno adecuado para almacenar y transportar grandes recipientes multibolo a presión de gas hiperpolarizado.
Un objeto adicional de la presente invención es configurar una unidad de transporte con unos medios fácilmente accesibles para interrogar el estado polarizado del gas polarizado mantenido en ella usando resonancia magnética nuclear (RMN), para medir la polarización del gas, o para medir la tasa de decadencia de la polarización.
Un objeto adicional de la presente invención es reducir la relajación de hiperpolarización debida a relajación de gas-gas y/o la relajación de gradiente diluyendo el gas hiperpolarizado con un gas tampón.
Estos y otros objetos se logran con la presente invención configurando una unidad de transporte con una serie de imanes permanentes relativamente ligeros dispuestos para proporcionar una región de homogeneidad para una cantidad de gas hiperpolarizado mantenida en ella. En particular, un primer aspecto de la presente invención se dirige a una unidad de transporte que incluye una caja y al menos cuatro imanes permanentes separados discretos que están configurados de tal manera que estén dispuestos en relación espaciada alrededor de un eje que se extiende longitudinalmente definiendo un centro entremedio. Los imanes permanentes proporcionan un campo magnético con una región de homogeneidad sustancialmente centrada con respecto al eje longitudinal y los imanes están orientados de tal manera que la dirección de campo que producen sea sustancialmente perpendicular al eje longitudinal. Además, la unidad de transporte incluye al menos un recipiente, dimensionado y configurado para mantener una cantidad de gas hiperpolarizado, colocado cerca de la región de homogeneidad.
En una realización preferida, los imanes permanentes separados están alargados y colocados en relación circunferencial espaciada de manera que se extiendan longitudinalmente una distancia suficiente para definir un volumen sustancialmente cilíndrico que sobresale en el espacio. En otra realización preferida, los imanes permanentes separados se colocan en relaciones circunferenciales separadas para definir un volumen esférico que sobresale en el espacio.
Otro aspecto de la presente invención se refiere a una unidad de transporte para transportar recipientes de productos gaseosos hiperpolarizados. Esta unidad de transporte incluye chapas de extremo opuestas separadas primera y segunda y una pluralidad de imanes permanentes alargados separados que tienen extremos opuestos primero y segundo. Cada uno de los imanes permanentes está colocado de manera que se extienda de forma sustancialmente lineal entre las chapas de extremo opuestas primera y segunda para proporcionar un campo magnético con una región de homogeneidad entremedio. Además, una cámara (configurada para mantener una cantidad de gas hiperpolarizado) se coloca preferiblemente entre las chapas de extremo primera y segunda dentro de la región de homogeneidad.
Preferiblemente, los imanes permanentes alargados separados se colocan en una relación circunferencial espaciada para definir un cilindro que sobresale en el espacio. En una realización preferida, la pluralidad de imanes permanentes son imanes de tira de caucho y cada imán está fijado estructuralmente a un elemento de soporte que se extiende longitudinalmente y que está unido a cada una de las chapas de extremo opuestas. Preferiblemente, los imanes están configurados para permanecer unidos fijamente a las chapas de extremo mediante los elementos de soporte durante la instalación y extracción del (de los) recipiente(s) de gas de la unidad de transporte. También se prefiere que los imanes permanentes estén sustancialmente espaciados circunferencialmente alrededor de un círculo con un centro coincidente con un eje central longitudinal que se extiende a su través. El centro del eje central longitudinal define el centro de un volumen de contención en la unidad de transporte, y una línea vertical diametral trazada a través del centro del círculo entre sus partes superior e inferior define un primer eje vertical. En esta realización preferida, los imanes alargados están orientados de tal manera que la superficie de polo norte magnético esté en una relación angular fija con el primer eje vertical. Además, se puede colocar una pluralidad de imanes complementarios en porciones de extremo de imanes alargados seleccionados para ampliar la región de homogeneidad.
Otro aspecto de la presente invención se refiere a una unidad de transporte para transportar gas hiperpolarizado usando imanes discretos. La unidad incluye al menos una cámara de gas configurada para contener una cantidad de gas hiperpolarizado, una primera pared de extremo vertical incluyendo un primer conjunto de imanes permanentes discretos separados colocados en ella, y una segunda pared de extremo vertical colocada en la unidad de transporte separada y enfrente de la primera pared para definir un volumen de recinto de gas para mantener la cámara de gas entremedio. La segunda pared vertical incluye un segundo conjunto de imanes permanentes discretos separados colocados en ella. Además, los conjuntos de imanes primero y segundo están dispuestos circunferencialmente alrededor de dos círculos correspondientes con correspondientes primeros diámetros y centros alineados en las paredes primera y segunda, respectivamente, y cada uno de los imanes discretos permanentes tiene polos norte y sur magnéticos asociados. Además, el primer conjunto de imanes está dispuesto en la primera pared de tal manera que el polo norte magnético de cada imán en el primer conjunto de imanes se dirija hacia el centro del círculo alrededor del que está dispuesto el primer conjunto de imanes, y el polo sur magnético de cada imán en el segundo conjunto de imanes se dirige hacia el centro del círculo alrededor del que está dispuesto el segundo conjunto de imanes. Cada uno de los imanes permanentes en cada uno de los conjuntos de imanes primero y segundo está dispuesto de manera que se extienda lateralmente hacia el otro una distancia menor para definir un espacio libre central con un campo de mantenimiento magnético que tiene una región de homogeneidad entremedio.
Preferiblemente, la unidad de transporte también incluye una caja, donde la caja está espaciada una distancia de separación predeterminada (preferiblemente al menos aproximadamente 2 pulgadas (5,08 cm)) del perímetro de la cámara de gas que contiene un volumen principal del gas hiperpolarizado. La unidad de transporte también incluye preferiblemente un tercer conjunto complementario de imanes dispuestos de manera que estén espaciados circunferencialmente alrededor de un tercer círculo que tiene un segundo diámetro, donde el conjunto de imanes complementarios está colocado entremedio de los conjuntos de imanes primero y segundo. Preferiblemente, el segundo diámetro es mayor que el primer diámetro. Los imanes en el conjunto complementario de imanes tienen un polo norte y un polo sur, y el polo norte de los imanes complementarios está orientado apuntando normal al plano definido por el tercer círculo y en la dirección de un plano definido por el primer círculo.
Otro aspecto de la presente invención se refiere a un método de fabricar un volumen de campo magnético de forma cilíndrica. Este método implica enrollar una hoja magnética flexible en un primer cilindro hueco de tal manera que los extremos se toquen. Después, se aplica un campo magnético a la hoja magnética flexible configurada cilíndricamente que posteriormente se desenrolla. Finalmente, la hoja magnética flexible se vuelve a enrollar en un segundo cilindro hueco de tal manera que los extremos se toquen, y de tal manera que los lados se inviertan, es decir, el lado que estaba dentro del primer cilindro hueco se coloca para definir el lado exterior del segundo cilindro hueco. W094 14175 describe métodos para la fabricación de imanes cilíndricos.
Un aspecto adicional de la presente invención se refiere a una unidad de transporte para transportar una cantidad de gas hiperpolarizado usando un cilindro magnético hueco para generar un campo de mantenimiento para una cámara de gas hiperpolarizado. La unidad de transporte incluye al menos un recipiente para contener gas hiperpolarizado, una capa de material flexible que tiene una magnetización aplicada, donde la capa flexible está configurada como un cilindro que tiene polos magnéticos norte y sur y una intensidad de campo magnético. La capa de material flexible define un campo de mantenimiento magnético homogéneo para el recipiente y encaja dentro de una caja.
Preferiblemente, la caja está configurada y dimensionada de manera que esté a al menos 2 pulgadas (5,08 cm) de las paredes del recipiente de gas. Además, el material flexible es magnetizado de tal manera que la dirección del norte magnético varíe alrededor de la circunferencia del cilindro. El cilindro también incluye una superficie continua representada por una pluralidad de puntos adyacentes trazados en el espacio. En cada punto en el cilindro flexible hay una dirección de norte magnético y un primer eje vertical que intersecta el punto. Además, cada punto tiene un segundo eje vertical asociado que se extiende diametralmente para bisecar superficies superior e inferior opuestas del cilindro. El cilindro flexible está configurado preferiblemente de tal manera que en cualquier punto un primer ángulo entre la dirección de norte magnético y el primer eje vertical sea el doble de la magnitud de un segundo ángulo entre el segundo eje vertical y una línea en el punto del centro del segundo eje diametral.
La presente invención es ventajosa porque permite que el gas hiperpolarizado resista el traslado de un lugar de producción a un lugar de uso remoto en un estado hiperpolarizado que todavía es capaz de producir imágenes clínicamente útiles en el lugar remoto. Para hacerlo, la presente invención blinda el gas contra nocivos campos magnéticos del ambiente externo creando al mismo tiempo su propio campo de mantenimiento interno para el gas hiperpolarizado sin precisar una fuente de alimentación externa o interna. Ventajosamente, este campo de mantenimiento incluye imanes permanentes, que son ligeros y fáciles de fabricar. Además, el campo de mantenimiento magnético no tiene que ser perturbado para introducir o sacar una cámara de gas, lo que permite ventajosamente que el campo de mantenimiento magnético soporte varias cámaras de gas a un tiempo sin efectos nocivos en las cámaras restantes en el campo de mantenimiento cuando se saque una.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en perspectiva parcial cortada de una unidad de transporte según la presente invención. Como se representa, la figura 1 ilustra la unidad de transporte con una cámara de gas con válvula y una disposición de imanes permanentes de tira según una realización de la presente invención.
La figura 1A es una vista en perspectiva de la unidad de transporte representada en la figura 1 que ilustra la unidad de transporte en una posición cerrada (encerrando la cámara de gas en su interior) según la presente invención.
Las figuras 1B-1D son vistas en perspectiva de disposiciones alternativas de imanes permanentes en tira según la presente invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva cortada ampliada del conjunto de imanes permanentes y la cámara de gas representada en la figura 1.
La figura 2A es una vista en perspectiva despiezada de un imán de tira y estructura de soporte de imanes según la presente invención.
La figura 2B es una vista despiezada de una realización alternativa de un imán de tira y conjunto de soporte de imanes según la presente invención.
La figura 2C es una vista desde arriba de un imán permanente y conjunto de canales mostrando el imán de tira y soportes de imán montados en las chapas de extremo según la presente invención.
La figura 3 es una vista frontal esquemática del conjunto de imanes permanentes representado en las figuras 1 y 2 ilustrando la dirección de los polos de imán según la presente invención.
La figura 3A es una ilustración esquemática de un mapa de campo indicando la dirección del campo magnético para cada una de las tiras de imán en el conjunto de tiras de imanes permanentes representado en las figuras 1 y 2.
La figura 4 es una vista en perspectiva de un conjunto alternativo de imanes permanentes según la presente invención.
La figura 5 es una vista frontal esquemática del conjunto de imanes permanentes de la figura 4, ilustrando la dirección de los polos de imán según la presente invención.
La figura 5A es una vista en perspectiva despiezada de imanes permanentes de tira provistos de imanes primario y secundario y su canal de soporte asociado según la presente invención.
La figura 5B es una vista en perspectiva despiezada de una configuración alternativa de imanes permanentes y su canal de soporte asociado según la presente invención.
Las figuras 6 y 6A son vistas en perspectiva de conjuntos de imanes permanentes configurados para transportar múltiples recipientes de productos gaseosos hiperpolarizados según la presente invención.
La figura 7 es un gráfico de un campo magnético generado por un solo conjunto homogéneo de imanes permanentes (línea de trazos) y un campo magnético generado por un conjunto de imanes permanentes dispuestos para proporcionar mayor intensidad magnética (línea continua) en los extremos según la presente invención.
La figura 8 es una vista en perspectiva de una unidad de transporte abierta para dispensar gas hiperpolarizado después del almacenamiento o transporte en una estación de atraque según la presente invención.
La figura 9 es una vista frontal cortada de un conjunto de imanes permanentes según la presente invención.
La figura 10 es una vista lateral esquemática de la realización ilustrada en la figura 9, mostrando la dirección del campo magnético y la colocación de los imanes permanentes individuales asociados según la presente invención.
La figura 11 es una vista en perspectiva de otro conjunto de imanes permanentes según la presente invención.
La figura 11A es una ilustración esquemática de la dirección del campo magnético para los imanes permanentes dispuestos según la figura 11 según la presente invención.
La figura 12 es una vista en perspectiva esquemática de una disposición de imanes permanentes que se aproxima a una envuelta esférica magnetizada dispuesta como se representa en la figura 11 según la presente invención.
Las figuras 13 y 13A-C son vistas en perspectiva de una hoja de imán flexible magnetizada y configurada para proporcionar un campo de mantenimiento magnético cilíndrico según la presente invención.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
La presente invención se describirá ahora de forma más completa con referencia a los dibujos anexos, en los que se representan realizaciones preferidas de la invención. Sin embargo, esta invención se puede realizar de muchas formas diferentes y no se deberá interpretar limitada a las realizaciones aquí expuestas; más bien, estas realizaciones se ofrecen de manera que esta descripción sea exhaustiva y completa, e indique completamente el alcance de la invención a los expertos en la materia. Números análogos se refieren a elementos análogos en todos ellos. En las figuras, las capas y regiones pueden estar exageradas para mayor claridad.
Para facilitar la explicación, el término "gas hiperpolarizado" se usará para describir un gas hiperpolarizado solo, o un gas hiperpolarizado que contacta o combina con uno u otros varios componentes, gaseosos, líquidos o sólidos. Así, el gas hiperpolarizado descrito en la presente memoria puede ser una composición/mezcla de gases hiperpolarizados (preferiblemente no tóxica de tal manera que sea adecuada para introducción in vivo) de tal manera que el gas hiperpolarizado se pueda combinar con otros gases y/u otros componentes inertes o activos. Además, en el sentido en que se usa aquí, el término "gas hiperpolarizado" puede incluir un producto en el que el gas hiperpolarizado se disuelve o combina con otro líquido o gas (tal como un fluido portador) o procesa de tal manera que se transforme a un estado sustancialmente líquido, es decir, un "gas líquido polarizado". Así, aunque el término "gas hiperpolarizado" incluye la palabra "gas", esta palabra se utiliza para nombrar e indicar de forma descriptiva el gas noble que se polariza mediante un hiperpolarizador para obtener un producto "gaseoso" polarizado. En resumen, en el sentido en que se usa aquí, el término "gas" se ha usado en algunos puntos para indicar de forma descriptiva un gas hiperpolarizado que puede incluir uno o varios componentes y que puede estar presente en una o varias formas
físicas.
Antecedentes-Hiperpolarizazión
Se han empleado varias técnicas para polarizar, acumular y capturar gases polarizados. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos número 5.642.625 concedida a Cates y otros describe un hiperpolarizador de alto volumen para noble gas de espín polarizado y la Patente de Estados Unidos número 5.809.801 concedida a Cates y otros describe un acumulador criogénico para ^{129}Xe de espín polarizado. En el sentido en que se usa aquí, los términos "hiperpolarizar" y "polarizar" se utilizan de forma intercambiable y significan mejorar artificialmente la polarización de algunos núcleos de gases nobles sobre los niveles naturales o de equilibrio. Tal aumento es deseable porque permite señales de formación de imágenes más intensas correspondientes a mejores imágenes IRM de la sustancia en una zona deseada del cuerpo. Como conocen los expertos en la materia, la hiperpolarización puede ser inducida por intercambio de espín con un vapor de metales alcalinos bombeado ópticamente, o alternativamente por intercambio de metastabilidad. Véase la Patente de Estados Unidos número 5.545.396 concedida a Albert y otros. Los metales alcalinos capaces de actuar como compañeros de intercambio de espín en sistemas ópticamente bombeados incluyen cualquiera de los metales alcalinos. Los metales alcalinos preferidos para esta técnica de hiperpolarización incluyen Sodio-23, Potasio-39, Rubidio-85, Rubidio-87 y Cesio-133.
Alternativamente, el noble gas puede ser hiperpolarizado usando intercambio de metastabilidad. (Véase por ejemplo, Schearer, L. D., Phys Rev, 180:83 (1969); Laloe, F., Nacher, P. J., Leduc, M., y Schearer L. D., AIP ConfProx #131 (Workshop on Polarized ^{3}He Beams and Targets) (1984)). La técnica de intercambio de metastabilidad implica bombeo óptico directo, por ejemplo, de ^{3}He sin necesidad de un metal alcalino intermediario. Dado que este proceso funciona mejor a bajas presiones (0-10 Torr), se utiliza un compresor para comprimir normalmente el ^{3}He después del paso de hiperpolarización.
Independientemente del método de hiperpolarización usado, una vez que el mecanismo activo ya no está en vigor, la polarización del gas decaerá inevitablemente hacia su valor térmico de equilibrio, que es esencialmente cero. La presente invención está configurada para operar con cualquier técnica de hiperpolarización y no se limita a operar con ninguna máquina, método, o gas particular.
Procesos de relajación de gas polarizado
En la mayoría de las circunstancias, la polarización sin equilibrio "P(t)" de un gas decae según
1.0dP(t)/dt = -P(t)/T_{1}
La tasa general de decadencia (1/T_{1}) se puede expresar como la suma de tasas de varios mecanismos:
2.01/T_{1}=(1/T_{1})_{Gas} + (1/T_{1})_{Superficie} + (1/T_{1})_{IEM} + (1/T_{1})_{Gradiente}
Relajación de interacción de gas
El primer térmico de decadencia "(1/T_{1})_{Gas}" representa la despolarización de los núcleos de gases nobles al interactuar entre sí y también puede incluir interacción de los átomos con impurezas gaseosas tales como oxígeno. Así, la preparación esmerada de sistemas de contención, transferencia y extracción de gas es importante para obtener buenas duraciones de polarización, como se explicará mejor a continuación. Ejemplos de métodos y aparatos adecuados de extracción de gas se describen en la Solicitud de Patente de Estados Unidos, en tramitación y del mismo cesionario, número de serie 09/163.721, titulada "Métodos de extracción de gases nobles hiperpolarizados, métodos de enmascaramiento, y recipientes de transporte asociados".
Incluso en la ausencia de otros mecanismos de relajación, las colisiones entre átomos idénticos de gas polarizado imponen un límite superior fundamental a la duración T_{1} alcanzable. Por ejemplo, los átomos de ^{3}He se relajan mediante una interacción dipolo-dipolo durante colisiones de ^{3}He-^{3}He, mientras que los átomos de ^{129}Xe se relajan mediante interacción de rotación de espín N-I (donde N es el momento angular molecular e I designa la rotación de espín nuclear) durante colisiones ^{129}Xe-^{129}Xe. En cualquier caso, dado que ambos procesos tienen lugar durante colisiones de noble gas-gas noble, ambas tasas de relajación resultantes son directamente proporcionales a la densidad numérica (T_{1} es inversamente proporcional a la densidad numérica). A un bar de presión, el tiempo de relajación teórico máximo T_{1} de ^{3}He es aproximadamente 750 horas, y para ^{129}Xe el tiempo de relajación correspondiente es de aproximadamente 56 horas. Véase Newbury y otros, Gaseous ^{3}He-^{3}He Magnetic Dipolar Spin Relaxation, 48 Phys. Rev. A., Nº 6, p. 4411 (1993); Hunt y otros, Nuclear Magnetic Resonance of ^{129}Xe in Natural Xenon, 130 Phys Rev. P. 2302 (1963).
Sin embargo, las cantidades relativamente pequeñas de gas hiperpolarizado diluido con gases tampón de bajo momento magnético (tal como nitrógeno o argón) pueden aumentar considerablemente la T_{1} de la mezcla (en comparación con la T_{1} del gas puro hiperpolarizado a la misma presión) a pesar de las altas presiones. Esto es debido a que el gas tampón tiene un momento magnético bajo y por lo tanto no contribuye sustancialmente a los mecanismos de relajación gas-gas. El gas tampón actúa además para disminuir la interacción de núcleos de gas hiperpolarizado potencialmente despolarizantes disminuyendo la concentración del gas hiperpolarizado (por dilución). Además, como se describe más adelante, empaquetar pequeñas cantidades de gas hiperpolarizado con gas(es) tampón a altas presiones totales (debido a dilución de gas tampón) puede disminuir más la difusión de los átomos de gas hiperpolarizado, disminuyendo por ello los efectos de la relajación de gradiente magnético debido a inhomogeneidades de campo
magnético.
Por desgracia, otros procesos de relajación tales como relajación superficial, interferencia electromagnética (IEM), y relajación de gradiente magnético también pueden evitar la realización de los tiempos de relajación teóricos. Por consiguiente, cada uno de estos mecanismos son importantes al manipular gases hiperpolarizados y cada uno es tenido preferiblemente en cuenta para prolongar el tiempo de relajación general para permitir tiempos de almacenamiento o tránsito consistentemente más largos para el transporte y la comercialización exitosos de gases hiperpolarizados.
\newpage
Relajación inducida superficialmente
El término (1/T_{1})_{superficie} en la ecuación 2.0 representa el mecanismo de relajación inducido superficialmente. Por ejemplo, se ha considerado históricamente que las colisiones de ^{129}Xe y ^{3}He gaseosos con las paredes del recipiente ("relajación superficial") dominan la mayoría de los procesos de relajación. Para ^{3}He, la mayor parte de los tiempos de relajación más largos conocidos se ha logrado en recipientes de vidrio especiales que tienen baja permeabilidad a helio y bajo contenido de hierro. Véase por ejemplo Fitzsimmons y otros, Nature of surface induced spin relaxation of gaseous He-3, 179 Phys. Rev., Nº 1, p. 156 (1969). La Patente de Estados Unidos número 5.612.103 de Driehuys y otros describe usar recubrimientos para inhibir la relajación de espín nuclear inducida superficialmente de gases hiperpolarizados nobles, especialmente ^{129}Xe. Igualmente, la Solicitud de Patente de Estados Unidos, en tramitación y del mismo cesionario, número de serie 09/126.448 de Deaton y otros y su Solicitud de Patente de Estados Unidos relacionado, número de serie 09/334.400 de Zollinger y otros describen materiales preferidos de superficie de contacto de gas y espesores asociados, junta tórica, válvula o materiales de sellado y/o recubrimientos que son inocuos para el estado polarizado del gas, es decir, que pueden inhibir mecanismos de relajación inducidos por superficie/contacto.
Interferencia electromagnética
El mecanismo de relajación expresado por el término (1T_{1})_{IEM} es la relajación inducida por campos electromagnéticos dependientes del tiempo. En efecto, IEM puede destruir potencialmente el estado hiperpolarizado del gas (IEM es especialmente problemática si es coherente con la frecuencia de resonancia magnética). Por desgracia, IEM puede ser generada por fuentes relativamente comunes. Por ejemplo, IEM es generada típicamente por el motor de un vehículo, líneas de alto voltaje, estaciones de potencia y otras entidades de transporte de corriente. Como tales, el transporte desde el lugar de producción de gas hiperpolarizado puede exponer el gas hiperpolarizado a estas fuentes de relajación indeseables que, a su vez, pueden reducir drásticamente la duración de polarización del gas transportado.
Los campos fluctuantes son especialmente nocivos si son coherentes con la frecuencia de resonancia magnética. Por ejemplo, suponiendo un escenario severo de un campo oscilante altamente coherente, la velocidad de relajación puede ser comparable a la frecuencia Rabi:
2.1(1/T_{1})_{IEM} \approx \gamma H_{AC}/2
Aquí, "\gamma" es la razón giromagnética de los espines, y "H_{AC}" es la magnitud del campo fluctuante transversal. Un campo resonante H_{AC} de solamente 1 \muG puede producir relajación a una escala de tiempo de orden 100 segundos para ^{3}He. Por otra parte, si el campo es fluctuante aleatoriamente, la velocidad de relajación viene dada por
2.2(1/T_{1})_{IEM} = \gamma^{2}<H_{AC}{}^{2}>\tau_{c}/(1-1-\omega^{2}\tau_{c}{}^{2})
donde "\tau_{c}" es el tiempo de autocorrelación de las fluctuaciones, "\omega" es la frecuencia Larmor de los espines, y "<H_{AC}^{2}>" es el valor medio del cuadrado del componente de campo transversal fluctuante. En el caso de fluctuación aleatoria, la velocidad se puede suprimir incrementando \omega (que es proporcional a la intensidad de campo de mantenimiento), en particular si \omega\tau_{c} >1. En cualquier caso, la velocidad de relajación se puede suprimir reduciendo la magnitud de la interferencia H_{AC}.
Gradientes de campo magnético
La relajación de gradiente magnético expresada por el término (1/T_{1})_{Gradiente} está asociada con la relajación atribuida a la exposición de los gases hiperpolarizados nobles a campos magnéticos estáticos no homogéneos. Indicado en términos generales, cuando los átomos de gas polarizado se difunden o pasan a través de un campo magnético no homogéneo, experimentan un campo dependiente del tiempo, que puede despolarizar los átomos hiperpolarizados. Por ejemplo, a presiones típicas (es decir, aproximadamente 1 bar), la velocidad de relajación atribuida a un gradiente de campo magnético estático se puede expresar por la ecuación siguiente:
2.3(1/T_{1})_{Gradiente}=D (|\nabla B_{X} |^{2}+|\nabla B_{y}|^{2})/B_{Z}{}^{2}
donde "B_{Z}" es el componente primario del campo magnético estático, "\nablaB_{X}" y "\nablaB_{y}" representan los gradientes de los componentes de campo transversales, y "D" es el coeficiente de difusión de los átomos polarizados a través del gas. Por ejemplo, para ^{3}He puro a 1 bar de presión, el coeficiente de difusión D = 1,9 cm^{2}/s. En el campo magnético terrestre (un campo magnético estático de aproximadamente 0,5 G (0,00005 T)), un gradiente de campo transversal de 5 mG/cm (5x10^{-7}T/cm) puede producir una velocidad de relajación (1/T_{1})_{Gradiente} de aproximadamente 1,9x10^{-4} s^{-1} (es decir, un T_{1} de aproximadamente 1,5 horas). En contraposición, en un campo de 5 Gauss (0,0005 T) (en contraposición a un campo de 0,5 Gauss (0,00005 T)), el mismo gradiente de 5 mG/cm (5x10^{-7}T/cm) producirá típicamente un T_{1} de aproximadamente 150 horas. Así, una homogeneidad de campo magnético del orden de 10^{-3} cm^{-1} es deseable para hacer la relajación de gradiente tolerable a estas presiones. Alternativamente, son aceptables gradientes más altos si el ^{3}He es presurizado a al menos varios bares de presión, o se mezcla alternativamente con otro gas tal como nitrógeno o argón para restringir la difusión, es decir, disminuir el coeficiente de difusión. Como apreciarán los expertos en la materia, durante el transporte, es deseable evitar campos magnéticos no homogéneos, por ejemplo, evitar objetos ferromagnéticos próximos. Por ejemplo, se desea maximizar, en la medida de lo posible, la distancia espacial entre el gas hiperpolarizado y los objetos que pueden producir fuertes campos magnéticos y/o gradientes de campo magnético.
Blindaje
La presente invención reconoce que, a no ser que se tomen precauciones especiales, la relajación debida a campos magnéticos externos (estáticos y/o dependientes del tiempo) puede dominar todos los demás mecanismos de relajación. Como se ha explicado anteriormente, ambos gradientes en el campo estático y campos magnéticos oscilantes (baja frecuencia) experimentados por el gas hiperpolarizado pueden producir una relajación significativa.
Ventajosamente, la presente invención emplea un campo de mantenimiento magnético estático aplicado (externamente) para proteger sustancialmente el gas hiperpolarizado contra los efectos despolarizantes atribuidos a uno o varios de los gradientes de IEM y campo durante el transporte. La presente invención emplea un campo de mantenimiento magnético que eleva la frecuencia Larmor del gas hiperpolarizado por encima de la región de ruido (1/f), es decir, la región donde la intensidad de ruido electromagnético ambiente es típicamente alta (este ruido es típicamente inferior a aproximadamente 5 kHz). Además, el campo de mantenimiento magnético de la presente invención también se selecciona preferiblemente de tal manera que eleve la frecuencia del gas hiperpolarizado a un nivel superior a las frecuencias asociadas con grandes vibraciones acústicas (estas vibraciones acústicas son típicamente inferiores a aproximadamente 20 kHz). Como se explicará a continuación, la frecuencia incrementada asociada con el campo de mantenimiento magnético aplicado permite ventajosamente que una unidad de transporte tenga mayor efectividad de blindaje electromagnético para un grosor de caja dado (la caja usada para mantener el gas hiperpolarizado durante el transporte). La profundidad del forro "\delta" de un material protector conductor es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la frecuencia. Así, a 25 kHz, una profundidad ejemplar preferida del forro para aluminio es aproximadamente 0,5 mm, en comparación con aproximadamente 2,0 mm a 1,6 kHz.
Preferiblemente, el campo de mantenimiento magnético de la presente invención se selecciona de manera que cualesquiera fluctuaciones relacionadas con campos externos sean de magnitud pequeña en comparación con la intensidad del campo de mantenimiento; de esta forma el campo de mantenimiento puede minimizar la respuesta del gas hiperpolarizado a relajación impredecible inducida por gradiente de campo estático externo. Esto se puede realizar aplicando al gas hiperpolarizado un campo de mantenimiento magnético colocado cerca que sea suficientemente intenso y homogéneo de manera que minimice la impredecible relajación relacionada con el campo estático aplicado externamente durante el transporte. Un campo de mantenimiento suficientemente homogéneo incluye preferiblemente (aunque sin limitación) un campo de mantenimiento magnético que tiene una homogeneidad del orden de aproximadamente al menos 10^{-3} cm^{-1} sobre la parte central del campo de mantenimiento (es decir, la parte del campo que se extiende alrededor de un volumen principal del gas hiperpolarizado). En el ejemplo anterior, si se aplicase un campo homogéneo de 10 G (0,001 T), se produciría el mismo gradiente de 5 mG cm^{-1} (5x10^{-7}T/cm) en lugar de T_{1} = 600 h. Más preferiblemente, la homogeneidad del campo de mantenimiento magnético es aproximadamente al menos 5x10^{-4} cm^{-1} sobre aproximadamente una región en el espacio que se aproxima a una esfera de tres pulgadas (7,62 cm) de diámetro. Además, la unidad de transporte 10 de la presente invención incluye y proporciona un campo de mantenimiento magnético que está colocado, dimensionado, y configurado con relación al gas hiperpolarizado de tal manera que también minimice los efectos de la despolarización de campo magnético oscilante o IEM. El efecto despolarizante de IEM se bloquea preferiblemente (sustancialmente) aplicando el campo de mantenimiento magnético cerca del gas de manera que la frecuencia resonante del gas hiperpolarizado se desplace a una frecuencia predeterminada. Preferiblemente, la frecuencia predeterminada se selecciona de tal manera que caiga por encima o fuera de la anchura de banda de campos dependientes del tiempo predominantes producidos por fuentes de alimentación o suministro eléctrico.
Alternativamente, o además, la interferencia externa se puede proteger colocando un blindaje metálico sustancialmente continuo o contenedor de envío que tenga al menos una capa formada de un material conductor tal como metal alrededor del recipiente de gas hiperpolarizado. El grosor preferido del blindaje se refiere a la constante de desintegración espacial de una onda electromagnética o profundidad del forro "\delta". La profundidad del forro "\delta" a una frecuencia angular "\omega" viene dada por \delta = c/(2\pi\sigma\omega)^{1/2}, donde "\mu" es la permeabilidad magnética y "\sigma" es la conductividad eléctrica del material. A frecuencias operativas preferidas (aproximadamente 24 kHz), la longitud de onda de radiación Larmor es larga (\sim10 km), y es mucho más grande que el tamaño del recipiente.
La efectividad de blindaje también depende de la geometría del recipiente así como del grosor del blindaje. Para un conductor esférico fino de radio "a" y grosor "t", el factor de blindaje "F" para longitudes de onda \lambda>>a viene dado aproximadamente por
2.4F=(1 +(2at/3\delta^{2})^{2})^{1/2}
Es interesante que la efectividad de blindaje aumenta a medida que aumenta el tamaño (típicamente el radio) del blindaje. Por lo tanto, se prefiere que el contenedor de envío o caja metálica usada para blindar o rodear el gas hiperpolarizado se configure para definir un volumen interno que sea suficiente para proporcionar mayor efectividad de blindaje. Expresado de forma diferente, como se representa en la figura 1, se prefiere que las paredes que definen la caja 63A, 63B, 63C y 63E estén espaciadas una distancia predeterminada "D" con relación a la posición del recipiente de gas 30. En una realización preferida, la distancia "D" es al menos 5,08 cm (2 pulgadas) del volumen principal de la cámara de gas 33. Más preferiblemente, la distancia "D" es al menos 10,2 cm (4 pulgadas), e incluso más preferiblemente, al menos 17,8 cm (7 pulgadas). Preferiblemente, el recipiente 30 se coloca en la caja de la unidad de transporte 10 de tal manera que la distancia lineal "L" desde el centro de la porción de volumen principal de la cámara de gas 33 a la pared más próxima de la caja dividida por el radio de la cámara 33 defina una relación L/R que sea al menos 2, más preferiblemente al menos 3, y muy preferiblemente al menos 5.
Alternativamente, o además, la unidad de transporte se puede configurar con al menos una capa formada a partir de material magnéticamente permeable de aproximadamente 0,5 mm de grosor, tal como acero ultra bajo en carbono, hierro dulce, o metales mu (en virtud de su mayor permeabilidad magnética). Sin embargo, estos materiales pueden influir considerablemente en el campo magnético estático y, como apreciarán los expertos en la técnica, se deben diseñar consiguientemente de manera que no afecten adversamente a la homogeneidad.
Independientemente de la profundidad del forro de los materiales usados para formar la caja del contenedor de envío (tipos de materiales y número de capas), la aplicación de un campo de mantenimiento magnético homogéneo cerca del gas hiperpolarizado puede contribuir a minimizar la despolarización del gas en virtud de disminuir la profundidad del forro 8, que es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la frecuencia. Además, contribuye a hacer que la frecuencia resonante del gas esté fuera de la anchura de banda de campos CA comunes. Se prefiere que la frecuencia resonante del gas hiperpolarizado se eleve de tal manera que sea superior a aproximadamente 10 kHz, y más preferiblemente que se eleve de tal manera que esté entre aproximadamente 20-30 kHz. Expresado de forma diferente, se prefiere que, para el blindaje, el campo de mantenimiento magnético aplicado tenga una intensidad de campo de aproximadamente 2 a 35 Gauss (0,0002-0,0035 T). Es más preferible que para ^{129}Xe, el campo de mantenimiento magnético sea preferiblemente al menos aproximadamente 20 Gauss (0,002 T); y para ^{3}He, el campo de mantenimiento magnético es preferiblemente al menos aproximadamente 7 Gauss (0,0007 T).
Unidad de transporte
Con referencia a la figura 1, se ilustra una unidad de transporte 10 según una realización preferida de la presente invención. Como se representa, la unidad de transporte 10 incluye una cámara de almacenamiento de gas 30 y un generador de campo magnético 20, que proporciona un campo de mantenimiento magnético B_{H} para el gas hiperpolarizado. Como se representa en la figura 2, el generador de campo magnético 20 incluye una pluralidad de tiras de imán permanente alargadas 21A-21H y una estructura de soporte, incluyendo elementos de soporte 22A-22H, chapas de extremo 25A, 25B, y barras 26A-26D. El conjunto de imanes permanentes 20 y la unidad de transporte 10 se configuran y dimensionan para recibir al menos una cámara de almacenamiento de gas hiperpolarizado 30. Preferiblemente, la unidad de transporte 10 y las tiras magnéticas 21A-21H están dispuestas de tal manera que el volumen principal de la cámara 33 esté sustancialmente dentro de una región de homogeneidad 21M (preferiblemente de aproximadamente 10-3 cm^{-1} o mejor) definida por el campo magnético B_{H} generado por el conjunto de imanes permanentes 20.
Como se representa en la figura 1, la unidad de transporte 10 incluye preferiblemente una carcasa o caja metálica sustancialmente no ferromagnética 60 que tiene una profundidad predeterminada del forro dimensionada apropiadamente para proporcionar el blindaje deseado, y que incluye una porción inferior 60B y otra superior 61A. Como también se muestra, la parte superior 61A se abre para facilitar el acceso fácil al orificio de salida 31 y la válvula 32 de la cámara de gas 30. Se prefiere que la unidad de transporte 10 esté configurada con una cantidad mínima de materiales ferromagnéticos en o dentro de la unidad de transporte 10 (es decir, que esté sustancialmente libre de materiales ferromagnéticos que no estén destinados a crear el campo de mantenimiento homogéneo B_{H}). En el sentido en que se usa aquí, el término "transporte" se utiliza para describir la unidad; sin embargo, apreciarán los expertos en la técnica que la presente invención también se puede usar para almacenar una cantidad de producto gaseoso hiperpolarizado. Como tal, el término "unidad de transporte" incluye una unidad que se puede usar como una unidad de almacenamiento, una unidad de transporte, o como una unidad de almacenamiento y transporte.
Como se representa en la figura 1, la parte superior 61A de la caja está articulada a la parte inferior de la caja 60B, que define un volumen de recinto 65. Preferiblemente, como se representa en la figura 1, el volumen de recinto 65 se define por una disposición contigua de cuatro paredes laterales verticales 63A-63D (63D representada en la figura 1A) conectadas por una pared inferior 63E y una tapa 61A. Así, como se representa en la figura 1A, cuando la parte superior 61A está cerrada, la caja 60 rodea la cámara de gas 30 y otros componentes montados dentro (tal como el conjunto de imanes permanentes 20).
Como se representa en la figura 1A, la porción superior 61A incluye preferiblemente retenes 200A, 200B que enganchan con componentes correspondientes 210A, 210B colocados en la pared exterior de la porción inferior de la caja 60B para fijar la parte superior 61A a la parte inferior 60B cuando la parte superior 61A esté cerrada (es decir, preferiblemente durante el transporte y almacenamiento). También preferiblemente, la caja tiene al menos un asa 220 para facilitar la transportabilidad. Preferiblemente, la caja 60 y, en efecto, toda la unidad de transporte 10, está configurada de manera que sea inocua a la polarización (sustancialmente desprovista de materiales paramagnéticos y ferromagnéticos) de tal manera que la unidad de transporte 10 no introduzca significativas reducciones en el nivel de polarización del gas hiperpolarizado.
Indicado en general, dado que el escape electromagnético es proporcional a los agujeros o aberturas en la caja 60, se prefiere que (como se representa en la figura 1A) la caja exterior 60 de la unidad de transporte 10 defina un cuerpo sustancialmente continuo (sin agujeros) para minimizar la entrada de ondas electromagnéticas dentro de la caja 60. Alternativamente, la caja 60 puede estar asociada de forma operativa con un blindaje metálico adicional de alta permeabilidad magnética que rodee o abarque la(s) cámara(s) de gas 30. Naturalmente, la caja 60 puede incluir agujeros. Preferiblemente, sin embargo, los agujeros se colocan o forman en la caja 60 de tal manera que estén asociados de forma operativa con una envoltura protectora o cierre hermético (no representado) para proporcionar a la caja suficiente integridad para minimizar la pérdida de polarización atribuida a ella.
Preferiblemente, las partes inferior y superior de la caja 60B, 61A incluyen al menos una capa de un metal conductor eléctrico que tiene una profundidad suficiente del forro para obtener por ello uno o varios de blindaje contra la radiación electromagnética externa, protección física, y soporte del recipiente de gas durante el transporte. Alternativamente, o además, los componentes de la caja 60 que definen el volumen de recinto 65 (tal como las paredes inferiores 63A-63E y superior 61A) incluyen al menos una capa de material magnéticamente permeable para proporcionar blindaje electromagnético adicional, blindaje magnético CC, y/o un retorno de flujo. Ventajosamente, cuando múltiples unidades de transporte están colocadas adyacentes una a otra (en almacenamiento, por ejemplo), un retorno de flujo alrededor del generador de campo magnético minimiza los efectos nocivos en el campo de mantenimiento magnético interno B_{H} (y por lo tanto el gas hiperpolarizado) producidos por el campo de mantenimiento magnético en cualquier unidad de transporte contigua 10.
Preferiblemente, como se representa en la figura 4, la unidad de transporte 10 incluye una chapa frontal 40 que estabiliza y soporta la cámara de gas 30 en la región homogénea 21M del campo de mantenimiento magnético B_{H}. Más preferiblemente, como se representa, la chapa frontal 40 también está dimensionada y configurada para soportar un conector eléctrico que se extiende hacia arriba 45 para una bobina RMN 75. Este conector de bobina RMN 45 permite que el estado del producto gaseoso hiperpolarizado en la cámara de gas 30 sea interrogado en posición (sin sacar el producto gaseoso hiperpolarizado de la región de alta homogeneidad del campo magnético 21M). Es deseable la comprobación en tiempo real sin precisar manipulación y posible exposición a influencias despolarizantes para determinar la viabilidad del gas hiperpolarizado, por ejemplo durante el transporte y/o almacenamiento y justo antes del uso. Como también se muestra, la cámara de gas 30 incluye un orificio de salida 31 y una válvula 32 en comunicación de fluido con el volumen principal de la cámara de gas 33. Ventajosamente, la chapa frontal 40 también permite acceder a la válvula 32 y el orificio de salida 31 sin precisar la extracción de la cámara de gas 30 del campo magnético.
En una realización preferida, después de la distribución a una posición deseada, la válvula 32 se abre y el gas hiperpolarizado se libera de la cámara de gas 30 mediante el orificio de salida 31 mientras la cámara de gas 30 propiamente dicha permanece capturada en la caja sustancialmente cerrada 60 (figuras 1 y 1A) dentro de la región homogénea 21M del campo magnético B_{H}. La caja 60 puede añadir protección adicional al personal en la zona de liberación de gas porque la caja 60 rodea una porción sustancial de la cámara de gas 30, proporcionando por ello un blindaje físico contra la liberación no planificada o la rotura inoportuna de la cámara propiamente dicha (incluyendo típicamente un vidrio de aluminosilicato) y que se transporta típicamente a presión. Otros detalles de la cámara de gas preferida 30 se explicarán a continuación.
En su posición operativa preferida, como se representa en las figuras 2 y 4, la cámara de gas 30 está dispuesta en la configuración de campo de mantenimiento de imanes permanentes 20 de tal manera que la porción esférica o principal 33 de la cámara de gas 30 esté colocada en la zona de alta homogeneidad 21M dentro del conjunto de imanes permanentes 20. La colocación se puede fijar suspendiendo la cámara de gas 30 de la chapa de soporte 40 (figura 4) y/o colocando una plataforma no conductora inocua para el gas 24 o base y/o soporte 24A debajo de la cámara de gas 30 (figura 2).
En otra realización preferida se puede usar una bandeja 630, como se representa en la figura 6A, para soportar la(s) cámara(s) de gas 30'. Aunque la figura 6A ilustra las cámaras de gas 30' como recipientes elásticos en la bandeja 630, también se puede colocar cámaras rígidas en una bandeja similar (no representada). Como con todos los materiales colocados cerca del gas hiperpolarizado, mantenidos dentro de las cámaras de gas 30, 30', los materiales de la bandeja 630 se deben elegir para minimizar los efectos nocivos en la polarización del gas. Preferiblemente, como se representa con líneas de trazos en la figura 2, la cámara de gas 30 está dispuesta en su soporte 24A de tal manera que descanse en una empaquetadura inocua para el gas hiperpolarizado 50 que actúa como material amortiguador de vibración para contribuir a aislar la cámara de gas 30 de la exposición excesiva a vibración durante el transporte. Además, la empaquetadura puede soportar la bobina RMN 75 en la cámara de gas 30 (es decir, mantenerla en posición y aislarla sustancialmente contra la traslación).
Como se representa en la figura 4, cuando la cámara 30 se suspende del soporte de cámara 40, el material de empaquetadura 50 se extiende preferiblemente hacia arriba con seguridad y apretadamente alrededor del vástago capilar 35 para contribuir a amortiguar y aislar la cámara 30 durante el transporte. Cuando se utilizan múltiples cámaras, se prefiere que el material de empaquetadura 50 esté colocado entre cámaras adyacentes 30 para minimizar también el daño de la cámara infligido por cámaras contiguas durante el transporte (figura 6). En cualquier caso, se prefiere que la(s) cámara(s) de gas 30 se soporten fijamente en la región homogénea 21M, puesto que la homogeneidad del campo de mantenimiento magnético es determinada espacialmente (variable espacialmente). Así, la traslación de la cámara de gas 30 puede dar lugar a que el gas hiperpolarizado quede expuesto potencialmente a una región no homogénea, pudiendo reducir por lo tanto la duración polarizada del producto gaseoso hiperpolarizado.
Volviendo a la figura 2, en una realización preferida, el conjunto de imanes permanentes 20 incluye una pluralidad de tiras de imán permanente alargadas 21A-21H dispuestas en una configuración cilíndrica que se extiende lateralmente para generar un campo de mantenimiento magnético estático aplicado sustancialmente homogéneo. Los imanes permanentes adecuados incluyen "tiras magnéticas de gran fuerza" (piezas números HF0416 y HF1632) que se pueden adquirir de Magnet Applications con sede en Horsham, PA. Naturalmente, también se puede utilizar otras configuraciones de imanes como apreciarán los expertos en la técnica. Por ejemplo, en las figuras 1 y 1A, se utiliza una configuración cilíndrica de 8 imanes. Sin embargo, como se representa en la figura 1D, se puede usar imanes adicionales interdispersados en una configuración cilíndrica (que producen típicamente un campo más homogéneo). Alternativamente, como se representa en las figuras 1B y 1C, también se puede utilizar menos imanes dispuestos en una relación espacial similar para definir un volumen cilíndrico en el espacio.
Como se representa en la figura 2, los imanes permanentes 21A-21H usados son preferiblemente tiras magnéticas flexibles lineales alargadas. Los imanes flexibles se fabrican en general embebiendo un material permanentemente magnetizado en un medio de soporte flexible de tal manera que el material magnetizado esté "atrapado" en la orientación de polos preferida, produciendo el campo deseado. Los materiales preferidos para el medio de soporte incluyen caucho y otros elastómeros y polímeros, de manera que el material propiamente dicho no contribuya de forma nociva al campo magnético producido por el material magnetizado embebido. Preferiblemente, los imanes son magnetizados con un polo por superficie, lo que significa que una sola superficie del cuboide que se extiende la longitud del imán es norte magnético, mientras que la superficie opuesta es sur magnético (21A_{1}, 21A_{2}, figura 2A). Como apreciarán los expertos en la técnica, como se representa en la figura 2B, se puede usar un conjunto de imanes, cada uno con una fracción de la intensidad deseada, orientados de tal manera que tengan campos complementarios (es decir, el polo norte de un imán contacta el polo sur del imán adyacente) en lugar de un solo imán de la intensidad deseada. En otros términos, en lugar de usar un solo imán de la intensidad deseada, se puede montar una pluralidad (representada como cuatro imanes de un cuarto de la intensidad deseada) para producir un campo equivalente deseado.
Como se representa en la figura 2, en una realización preferida, el conjunto de imanes permanentes 20 incluye un soporte 24 para la cámara de gas 30 de tal manera que el volumen principal 33 de la cámara de gas 30 esté colocado en la región homogénea del campo magnético 21M (designada por línea de trazos). Como se representa, el soporte 24 es un estante que soporta una copa de soporte de cámara 24A que está dimensionada y configurada para recibir una porción de la cámara de gas 30 de tal manera que la cámara 30 esté colocada sustancialmente dentro de la región homogénea del campo magnético 21M. Más preferiblemente, el material de empaquetadura 50 está colocado en la copa de soporte de cámara 24A para retener la cámara 30 dentro de la copa de soporte de cámara 24A y para proteger la cámara 30 contra el choque y la vibración excesivos que se pueden producir durante el transporte. Los materiales preferibles para el material de empaquetadura 50 incluyen espuma, tejido, y otro aislamiento. Alternativamente, la cámara 30 también se puede soportar por la parte superior y/o los lados (tal como se representa en las figuras 4 y 6A).
Además, en una realización preferida, como se representa en la figura 3A, las tiras de imán 21A-21H se orientan en direcciones diferentes. Las flechas cortas perpendiculares a los imanes 21A-21H ilustran la dirección del campo magnético de cada uno de los imanes 21A-21H. Como se representa, el campo magnético producido por cada una de las tiras de imán 21A-21H es sustancialmente perpendicular a un eje central longitudinal "C" a lo largo de la longitud de las tiras de imán 21A-21H. Como se representa en la figura 3, se utiliza un ángulo "\theta" trazado entre un eje vertical que se extiende a través del centro de la sección transversal de cada imán 21A-21H (representado como eje "V_{1}") y una línea trazada en la dirección en la que mira el norte magnético de imán (representada como "M_{N}") para describir una orientación de campo magnético preferida. Igualmente, se utiliza un ángulo "\varphi" trazado entre un eje vertical "V_{0}" trazado diametralmente entre la parte superior e inferior del círculo alrededor del que están dispuestas las tiras de imán permanente 21A-21H y un vector trazado en la posición del centro del imán desde el centro del eje vertical V_{0} (representado como "M_{P}") para poner el imán en una posición circunferencial preferible. En una realización preferida, como se ilustra en la figura 3, la relación angular/alineación espacial preferida entre \theta y \varphi se define como \theta = 2\varphi.
En otra realización preferida, representada en las figuras 4 y 5, las tiras de imán 21A-21H están orientadas alternativamente de forma diferente. Como se representa en la figura 5, cada tira de imanes 21A-21H se gira desde la figura 3 alrededor del centro del eje V_{0} aproximadamente 22,5º y cada tira de imanes 21A-21H se gira alrededor de su propio centro transversal (es decir, el origen de M_{N} en la figura 3) aproximadamente 45º. Notablemente, la combinación de estas dos rotaciones mantiene la relación \theta = 2\varphi. También se puede emplear otras rotaciones y orientaciones, pero se prefiere mantener la relación angular (\theta = 2\varphi).
Como se representa en la figura 4, un resultado de estas rotaciones es que hay un lugar conveniente del que suspender la cámara 30. En lugar de tener una sola tira de imanes en la parte superior, la configuración alternativa permite que un soporte de cámara/chapa frontal 40 cabalgue sobre las dos tiras de imán superiores (ahora sustancialmente planas o a nivel) (21A, 21 B) como se representa en la figura 4. Esta orientación facilita el soporte de la cámara 30 porque las dos tiras de imán 21A, 21B pueden proporcionar estabilidad estructural adicional a la cámara de gas 30 en esta orientación. La porción o volumen principal mayor de la cámara, donde reside el bolo principal de gas 33, está más hacia abajo (muy cerca del centro del volumen de recinto 65 y dentro de la región de homogeneidad 21M). Además o alternativamente, se puede utilizar un soporte superior similar pasa suspender la cámara 30 en otras configuraciones de imanes. Por ejemplo, en la orientación de imanes representada en la figura 2, el segundo nivel de tiras magnéticas de la parte superior (21B, 21C) puede soportar una placa similar 40 y una cámara 30 como la ilustrada en la figura 4.
En otra realización preferida, como se representa en la figura 5A, se añaden tiras magnéticas secundarias más pequeñas 28A-28P (28C-28P no representadas) en la dirección y a lo largo de porciones superiores de cada una de las tiras magnéticas primarias 21A-21H. Como se representa, las tiras secundarias 28A, 28B se colocan en cada extremo de cada tira de imanes para compensar la caída de la intensidad del campo magnético cerca de las paredes de extremo de la caja 63A, 63C (en las porciones de extremo de la forma cilíndrica), de tal manera que su campo magnético coincida con el de las tiras magnéticas primarias 21A-21H (es decir, el norte magnético de la tira secundaria 28A-28P contacta el sur magnético de la tira primaria 21A-21H en la que está). Dado que se coloca preferiblemente una tira secundaria 28A-28P en cada extremo de cada tira primaria magnética 21A-H respectivamente, hay preferiblemente al menos el doble de tiras magnéticas secundarias 28A-28P que tiras magnéticas primarias 21A-H. Cada una de estas tiras magnéticas secundarias 28A-28P constituye preferiblemente menos de aproximadamente 25% de la longitud de las tiras primarias 21A-21H. Más preferiblemente, cada una de las tiras magnéticas secundarias 28A-28P constituye preferiblemente menos de 20% de la longitud de las tiras primarias 21A-21H. Muy preferiblemente, cada una de las tiras secundarias 28A-28P constituye menos de 10% de la longitud de las tiras primarias 21A-21H.
Preferiblemente, la intensidad de campo magnético de cada una de dichas tiras secundarias 28A-28P también es sustancialmente inferior a la de las tiras primarias 21A-21H. Preferiblemente, las tiras secundarias 28A-28P tienen una intensidad de campo magnético de menos de aproximadamente 50% de las tiras primarias 21A-21H. Más preferiblemente, las tiras secundarias 28A-28P tienen menos de aproximadamente 35% de la intensidad de campo magnético de las tiras primarias 21A-21H. Muy preferiblemente, las tiras secundarias 28A-28P tienen aproximadamente 25% o menos de la intensidad de campo magnético de las tiras primarias 21A-21H.
Como se representa en la figura 7, las tiras magnéticas secundarias 28A-28P colocadas en los extremos de las tiras magnéticas primarias alargadas 21A-21H como se ha descrito anteriormente pueden aumentar sustancialmente el volumen de alta homogeneidad 21M proporcionado por la disposición de imanes permanentes. La curva inferior de puntos de la figura 7 muestra la intensidad de campo magnético a lo largo del eje longitudinal C (figura 2) de un conjunto de imanes permanentes 20 solamente con tiras magnéticas primarias 21A-21H como se ha descrito anteriormente. La curva superior en línea continua ilustra la intensidad de campo magnético a lo largo del eje longitudinal C del campo de mantenimiento magnético B_{H} con tiras magnéticas secundarias 28A-28P que constituyen menos de aproximadamente 10% de la longitud de las tiras magnéticas primarias 21A-21H y donde cada una tiene aproximadamente 25% de la intensidad magnética de las tiras magnéticas primarias 21A-21H.
Como apreciarán los expertos en la técnica, también se puede añadir imanes adicionales (terciarios, cuaternarios, etc) al conjunto de imanes permanentes 20 para aumentar más la región de homogeneidad 21M. Los imanes adicionales, en una realización preferida, son de menor longitud y de menor intensidad de campo magnético que los imanes primarios 21A-21H y secundarios 28A-28P.
Además, como observarán los expertos en la técnica y como se representa en la figura 5B, en lugar de añadir tiras magnéticas más pequeñas de menor intensidad a las porciones de extremo de los imanes primarios, se puede hacer estructuras equivalentes que utilicen tiras de imán de mayor intensidad 28A', 28B' que la de los imanes primarios 21A-21H y aproximadamente la misma longitud que los imanes secundarios 28A-28P. Usando estas tiras 28A', 28B' como sustitutos de las tiras de imán compuestas primarias 21A-21H y secundarias 28A-28P, y usando tiras magnéticas primarias más cortas 21A'-21H', se puede hacer un conjunto de imanes equivalente 20. En otros términos, un solo imán de la intensidad combinada de los imanes primarios 21A-21H y secundarios 28A-28P puede sustituir al agregado de los dos imanes cerca de los extremos de la caja 63A, 63C.
En una realización preferida, los imanes primarios 21A-21H están dispuestos como se representa en la figura 2. Las dimensiones adecuadas de los imanes son ½ x ½ x 29 ½ pulgadas (aproximadamente 1,25 x 1,25 x 75 cm) para imanes 21A-21H, con los polos norte y sur perpendiculares a dos superficies opuestas de ½ x 29 ½ pulgadas (aproximadamente 1,25 x 75 cm), tal como 21A_{1}, 21A_{2} (figura 2A). Como se representa, los imanes primarios 21A-21H están dispuestos de tal manera que el centro de la sección transversal de los imanes esté colocado circunferencialmente como se representa en la figura 2 en un círculo con un radio "r" de aproximadamente 8 pulgadas (aproximadamente 20 cm). Estos imanes 21A-21H pueden estar colocados preferiblemente en ángulos estructurales, barras, u otras extrusiones estructurales de tal manera que los imanes se soporten (es decir, se evite el pandeo) y mantengan en una alineación sustancialmente lineal para minimizar las desviaciones o variaciones de un lado a otro.
Como se representa en la figura 2A, en una realización más preferida, los imanes 21A-21H se colocan dentro de canales 22A-22H para soporte. En una realización preferida, los canales 22A-22H se forman de aluminio (tal como ¾ x ¾ x 1/8, 30 pulgadas (aproximadamente 1,9 x 1,9 x 0,3 cm, 76 cm) de largo. En otra realización preferida, los canales 22A-22H son de plástico.
En la realización representada en la figura 4, las tiras magnéticas 21A-21H son de ¼ x ¼ x 35 pulgadas (aproximadamente 0,6 x 0,6 x 88,9) de largo, con los polos magnéticos norte y sur orientados perpendiculares a dos caras opuestas (es decir una superficie superior y otra inferior) ¼ x 35 pulgadas (aproximadamente 0,6 x 88,9 cm), tal como 21A_{1}, 21A_{2} (figura 2A). En una realización preferida, los centros de la sección transversal de los imanes están dispuestos en un círculo con unos radios de 5 pulgadas (aproximadamente 12,5 cm). Como en la otra realización preferida, los imanes 21A-21H se soportan por medios mecánicos (canal, barra, ángulo) 22A-22H. Como en todas las disposiciones de imanes permanentes, el radio "r" del círculo alrededor del que están dispuestos los imanes (21A-21H, 28A-28P) y/o la longitud, anchura, y grosor de los imanes se puede alterar para incrementar o incluso optimizar la región de alta homogeneidad para la(s) cámara(s) de gas 30 usada(s).
Como se representa en la figura 2, en una realización preferida, la alineación estructural y la estabilidad de las tiras de imanes permanentes 21A-21H se mantienen mediante unión a paredes verticales de extremo o chapas de extremo 25A, 25B y barras 26A-26D. Las chapas de extremo 25A, 25B sirven para colocar los imanes 21A-21H y canales correspondientes 22A-22H en la posición espacial deseada con respecto a los otros imanes así como para mantener la orientación deseada del campo magnético de cada imán. En otros términos, la unión de los imanes primarios individuales 21A-21H a las chapas de extremo 25A, 25B sirve para fijar "r", "\theta" y "\varphi" (figuras 3 y 5). Las paredes de extremo o placas terminales 25A, 25B no tienen que ser un elemento único por lado, ni tienen que ser planas. Así, en el sentido en que se usa aquí, el término "pared de extremo" o "chapa de extremo" describe uno o varios soportes estructurales asociados con el conjunto de imanes permanentes 20 usados para mantener una posición del imán con respecto a los otros imanes 21A-21H. En una realización preferida, como se representa en las figuras 2, 2C y 3, los canales 22A-22H son ligeramente más largos que los imanes permanentes 21A-21H. Además, las chapas de extremo 25A, 25B tienen ranuras por las que deslizan los canales 22A-22H. Dado que las ranuras en las chapas de extremo 25A, 25B no son suficientemente grandes para que el conjunto de imanes/canales encaje, las tiras de imán 21A-21H son retenidas con sujeción en posición entre las chapas de extremo 25A, 25B. Como se representa en la figura 2C, los extremos de las tiras de imanes permanentes más cortas 21A-21H pueden contactar así la superficie interior de las chapas de extremo 25A, 25B (es decir, los lados más próximos a la(s) cámara(s) 30) mientras que los extremos externos de los canales 22A-22H están a nivel con la superficie exterior de las chapas de extremo 25A, 25B (mostradas con líneas de trazos).
En otra realización preferida, como se representa en las figuras 4 y 5, los canales 22A-22H son sustancialmente de la misma longitud que las tiras magnéticas primarias 21A-21H. Con esta realización, los agujeros formados en las chapas de extremo 25A, 25B están dimensionados de manera que sean suficientemente grandes para acomodar los imanes 21A-21H y los canales 22A-22H. Como se representa en la figura 4, para contribuir a mantener los conjuntos de imanes 21A-21H/canales 22A-22H en posición (para evitar el deslizamiento), se prefiere la adición de una tercera y una cuarta chapa de extremo 25C, 25D junto a y en el exterior de las chapas de extremo 25A, 25B (es decir, en el lado exterior de chapas de extremo 25A, 25B, lejos de la cámara 30). Las chapas de extremo tercera y cuarta 25C, 25D son sustancialmente sólidas (es decir, no tienen agujeros ni para los imanes 21A-21H ni para los canales 22A-22H).
Como se representa en la figura 4, se puede usar elementos estructurales adicionales para alinear los imanes que definen el campo de mantenimiento B_{H}. Barras transversales de soporte 26A-26D sirven para fijar la distancia entre las chapas de extremo 25A, 25B y para mantener toda la disposición de imanes permanentes 20. En una realización preferida, unas abrazaderas 27 como las representadas en la figura 4 pueden servir para incrementar la estabilidad estructural. Como se ilustra en la figura 4, estas abrazaderas 27 fijan un canal 22A-22H a su canal contiguo adyacente, incrementando por ello la rigidez estructural y la integridad del conjunto completo 20.
Los materiales y los elementos estructurales se eligen preferiblemente de tal manera que se minimice el peso de la unidad de transporte 10 y cualquier efecto despolarizante en el gas hiperpolarizado contenido en la cámara de gas 30. Como tales, las barras 26A-26D (figura 2) son preferiblemente huecas y los materiales elegidos para los elementos estructurales (ángulo, canal 22A-22H, barras 26A-26D, chapas de extremo 25A-25D) incluyen preferiblemente un material no despolarizante ligero, estructuralmente resistente, tal como plástico, aluminio, o titanio.
El campo magnético neto B_{H} del conjunto de imanes permanentes 20 se configura preferiblemente de manera que coincida predominantemente con el campo magnético terrestre. Dado que la dirección inversa del campo afecta adversamente al estado del gas hiperpolarizado (es decir, se produce despolarización), esta orientación puede prolongar considerablemente la duración del gas hiperpolarizado. La orientación del campo magnético neto de manera que coincida predominantemente con el campo magnético terrestre minimiza los efectos adversos en el gas hiperpolarizado al sacarlo o introducirlo en la unidad de transporte 10.
Además, para evitar mejor la innecesaria despolarización del gas debida a cambios de dirección de campo magnético, unos orificios de acceso de extremo 29 como los representados en las figuras 2 y 3 facilitan la extracción y colocación fáciles de la cámara 30 en la región homogénea del campo magnético 21M sin tener que mover el recipiente 30 por una región de cambio de dirección del campo y sin tener que desmontar el conjunto de imanes permanentes 20. Es ventajoso poder mantener intacto el conjunto de imanes permanentes 20 de manera que la extracción de gas se pueda producir en cualquier lugar independientemente del campo ambiente, para minimizar efectos adversos en el estado hiperpolarizado del gas, y facilitar la conveniencia operativa. Este orificio de acceso 29 se puede cubrir con otro panel para encerrar la cámara de gas 30, o el conjunto de imanes permanentes 20 se puede introducir dentro de una caja adicional (no representada).
También son posibles configuraciones alternativas para imanes permanentes dispuestos para proporcionar un campo de mantenimiento magnético B_{H} que se aproxima a un volumen cilíndrico que sobresale en el espacio, manteniendo sustancialmente la relación \theta=2\varphi descrita anteriormente. Por ejemplo, como se representa en las figuras 13 y 13A, se puede embeber una lámina flexible 550S con material magnetizable 550 que después se configura (enrolla) en forma cilíndrica y orienta con el lado 555 en la superficie interior y 556 en la superficie exterior. Preferiblemente, el cilindro 550C se forma por contacto sin solapar los extremos de la lámina flexible 550S. Se aplica un campo magnético intenso B_{0} 551 para magnetizar el material mientras la lámina de material flexible 550S se mantiene en la configuración cilíndrica, creando un cilindro magnético 550C (con magnetización como se indica con las flechas pequeñas). Si el cilindro magnético 550C se abre después de nuevo en forma de hoja como se representa en la figura 13B, y después se enrolla en la dirección contraria como se representa en la figura 13C, con el lado 555 en el exterior y el lado 556 en el interior, se puede formar un cilindro 550C' con la relación de magnetización angular \theta=2\varphi deseada (la magnetización se representa por la dirección de las flechas pequeñas). Ésta es otra forma alternativa de aproximación a un volumen cilíndrico magnético que sobresale en el espacio usando una estructura flexible de imanes permanentes. Por lo tanto, el cilindro magnético resultante 550C' puede colocarse en una caja 60 como el generador de campo magnético 20.
Mientras que las disposiciones cilíndricas de imanes permanentes descritas anteriormente son muy efectivas para producir un campo magnético homogéneo, otras disposiciones de imanes permanentes también pueden proporcionar un campo magnético con suficiente homogeneidad para transportar y almacenar gas hiperpolarizado. Tal disposición implica la aproximación a una geometría de envuelta esférica con imanes discretos.
Como muestra Coey, J. M. D., en Rare-earth Iron Permanent Magnets, se puede analizar el campo magnético producido por una envuelta continua magnetizada (es decir, un imán esférico hueco). Para una envuelta esférica con diámetro externo "b" y un diámetro interno "a", dentro de la envuelta, el campo magnético B es homogéneo con una magnitud de
2.5B = \frac{16\pi M}{3} ln \left(\frac{b}{a}\right)
donde "M" es la intensidad de campo escalar de la envuelta magnetizada.
Sin embargo, el gas hiperpolarizado no se puede colocar fácilmente en una envuelta esférica sin afectar de forma sustancialmente nociva al campo magnético dentro de la envuelta. Además, fabricar tal envuelta magnetizada puede ser difícil y caro. Alternativamente, sin embargo, es posible la aproximación a una envuelta esférica usando imanes discretos permanentes. Los diseños basados en aproximaciones de geometría esférica son más ventajosos que la envuelta esférica magnetizada porque las aproximaciones de envuelta esférica pueden ser más fáciles de fabricar y pueden permitir la introducción y extracción de una cámara llena de gas hiperpolarizado sin afectar al campo magnético.
La figura 12 ilustra una forma en que se puede colocar imanes discretos permanentes de tal manera que definan un volumen esférico "S" que sobresale en el espacio. Se colocan tres aros de imanes C_{1}, C_{2} y D de tal manera que estén en un volumen esférico que sobresalga en el espacio. Cada aro no ecuatorial C_{1}, C_{2} de "q" imanes (250-257, 260-267) tiene un ángulo de colatitud "\theta_{k}", con imanes espaciados uniformemente alrededor del aro no ecuatorial C_{1}, C_{2}. Supóngase también que cada imán se bascula lejos del eje de simetría (representado en la figura 12 como "A") un ángulo "2\theta_{k}" y entonces se puede elegir \theta_{k} de tal manera que el potencial magnético resultante 1 esté representado por la ecuación:
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50 
\vskip1.000000\baselineskip
donde "M" es el momento magnético para un imán discreto, "Y_{im}" es una armónica esférica y "C_{im}" es un coeficiente determinado por la colocación de los imanes. Por lo tanto, el campo magnético a lo largo del eje z de "n" pares de aros es
2.7H_{0} = 2nqM(4/3)
Los ángulos de colocación óptimos \theta_{k} para "n" pares de aros se determinan por los salientes z_{1}= cos\theta_{1} z_{2} = cos\theta_{2} ... Zn = cos\theta_{n}. Z_{k} (y por lo tanto \theta_{k}) se pueden determinar por el conjunto de "n" ecuaciones simultáneas:
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1 
\newpage
Por ejemplo, para "n" = 2, la solución al par de ecuaciones simultáneas da:
z_{1} = \left[\frac{1}{3} + \frac{2\sqrt{5}}{15}\right]^{1/2}
(2.9)z_{2} = \left[\frac{1}{3} + \frac{2\sqrt{5}}{15}\right]^{1/2}
Además, para "2n" aros el potencial magnético medio "\Phi" por imán, cuando "n" se aproxima al infinito es
2.10\Phi \rightarrow -4z/3 \ para \ |z|<1
Por consiguiente, una realización preferida para una disposición alternativa de imanes permanentes está configurada para representar sustancialmente o aproximarse a una geometría esférica como se representa en la figura 9. Este generador de campo magnético 20 se puede montar con imanes permanentes tal como imanes de disco identificados por el número de pieza D00150350Z, NdFeB 1''x0,375'' N-35 que se puede adquirir de Tridus International, en Paramount, CA. Como se representa, la cámara 30 está colocada de nuevo en el centro en un campo magnético B_{H} creado por una disposición de imanes permanentes. Soportes de imanes cuboides 250-257 y 260-267 (261, 263, y 265 no representados) para cada imán permanente 250A-257A y 260A-267A (261A, 263A, y 265A no representados) orientan los imanes circunferencialmente espaciados y mantienen el ángulo deseado 2\theta_{k} (figura 10). Chapas de extremo 226 y 227 colocan también y sujetan positivamente cada soporte de imán permanente 250-257 y 260-267 en su lugar y orientación adecuados. La figura 10 ilustra tal placa 227 por el lado. Aquí, se representa la orientación de cada soporte de imán permanente 250-257 y el respectivo imán permanente 250A-257A (representado como los discos o cilindros cortos en la figura 9), dentro de cada soporte de imán permanente 250-257. Como muestra la figura 10, los imanes 250A-257A y los soportes de imán 250-257 están dispuestos de manera que estén espaciados a igual distancia alrededor de la circunferencia de un círculo, cuyo radio es r_{1}. Además, como se representa, los imanes están orientados de tal manera que el norte magnético apunte hacia dentro, hacia el centro del círculo alrededor del que están dispuestos (mostrado en los imanes 250A y 25 7A en la figura 9 e ilustrado por "A" en la figura 10) y por lo tanto el sur magnético apunta hacia fuera (ilustrado por "B" en la figura 10). Como se representa en la figura 10, la chapa de extremo 226 está configurada igual que la chapa de extremo 225, con imanes 260A-267A (261A, 263A, y 265A no representados) y soportes de imán 260-267 (261, 263, y 265 no representados) dispuestos igualmente alrededor de un círculo con radio r_{1}. Para la placa 226, el sur magnético apunta hacia dentro (representado por el imán 260A en la figura 9 y "A" en la figura 10) y el norte magnético apunta hacia fuera ("B" en la figura 10).
En una realización preferida, como se representa en la figura 9, dos conjuntos de imanes opuestos 226S, 227S, teniendo cada uno ocho imanes de disco de una pulgada (2,54 cm), están dispuestos igualmente alrededor de un círculo (un total de dieciséis imanes). Cada círculo tiene un radio de aproximadamente 6 pulgadas (15 cm), donde los círculos de cada conjunto de imanes 226S, 227S están alineados en planos paralelos separados aproximadamente 10-5/8 pulgadas (27 cm). Los imanes están dispuestos de tal manera que cada imán tenga un imán diametralmente opuesto dentro de su conjunto de imanes 226S, 227S (a través del mismo aro en el que cae) así como un imán correspondiente directamente a través en el otro aro separado. Los imanes están dispuestos de tal manera que sus campos sean paralelos a la respectiva placa de extremo 226, 227 en la que residen. También se prefiere que los componentes estructurales (soportes de imán 250-257, 260-267, chapas de extremo 226, 227, 293) incluyan aluminio. Los campos magnéticos de todos los imanes se orientan como se representa en la figura 9 y se ha descrito anteriormente.
Además, como se representa en la figura 9, la cámara 30 descansa sobre o en un soporte 290 de manera que su posición se mantenga en la región central y por lo tanto homogénea del campo de mantenimiento magnético B_{H}. Además, una bobina RMN 75, conectada a un ordenador mediante un cable 375 está colocada ventajosamente junto a la cámara de manera que puedan tomarse mediciones de polarización no invasivas en cualquier momento, como se ha descrito anteriormente.
En una realización preferida, la cámara 30 también se soporta en la región de homogeneidad 21M por material de empaquetadura aislante de vibraciones 50 mostrado por la línea de trazos en la figura 9.
En una realización preferida, la unidad de transporte 10' también incluye medios de blindaje. Chapas estructurales 226, 227, 292, y 293 pueden actuar como un blindaje magnético si se configuran, dimensionan y/o colocan apropiadamente como se describe en la sección de blindaje anterior. Sin embargo, también se puede añadir blindaje adicional, tal como un metal de alta permeabilidad que también puede actuar como un retorno de flujo. La adición de metal de alta permeabilidad también puede compensar los efectos de borde del campo de imán permanente, si se diseña apropiadamente como apreciarán los expertos en la técnica. Ventajosamente, con el diseño ilustrado en la figura 9, un usuario puede sacar fácilmente la cámara 30 del campo magnético de la unidad de transporte sin perturbar sustancialmente o alterar el campo magnético.
Como se representa en la figura 11, también se puede añadir imanes adicionales a la disposición de imanes de la figura 9. Una tercera placa 380 sujeta imanes adicionales 385-400 en posición para incrementar la homogeneidad y la intensidad del campo magnético. De nuevo, los imanes adicionales 385-400 en la tercera placa 380 están dispuestos preferiblemente circunferencialmente en un círculo con un radio "r_{2}", como se representa en las figuras 11 y 12. En una realización preferida, la tercera placa 380 está colocada de tal manera que el centro del aro de imanes 385-400 esté situado exactamente en el centro del campo magnético B_{H} (y preferiblemente en el centro de la cámara 30 si se mantiene una cámara única, o en el centro de una pluralidad de cámaras si se mantiene más de una cámara). Por lo tanto, usando las ecuaciones 2.6 a 2.8, el "tercer aro" ecuatorial (representado como D en la figura 12) hace de dos aros de "q" imanes cada uno directamente encima de otro a \theta_{k} = 90º y así tiene el doble de imanes (2q) en comparación con los aros de imanes no ecuatoriales descritos anteriormente. Además, preferiblemente la relación r_{1}/r_{2} (siendo r_{1} el radio del círculo en el que se disponen los conjuntos de imanes no ecuatoriales 226S, 227S (que se representan colocados en las chapas de extremo 226 y 227 en la figura 10)) es aproximadamente 0,4 a 0,8, y es más preferiblemente de aproximadamente 0,6. El norte magnético de cada uno de los imanes 385-400 en la chapa central 380 está orientado preferiblemente apuntando hacia una chapa de extremo 227 como se representa en las figuras 11, 11A y 12.
En una realización preferida, dos conjuntos de imanes opuestos 226S, 227S de ocho imanes están dispuestos alrededor de círculos de 12 pulgadas (aproximadamente 30 cm) de diámetro. Los conjuntos de imanes opuestos están espaciados preferiblemente aproximadamente 15-1/8 pulgadas (aproximadamente 38,4 cm) y los polos se orientan como se ha descrito anteriormente. Además, se coloca un tercer conjunto de dieciséis imanes en un círculo ecuatorial (es decir, directamente centrado transversalmente entre los dos primeros conjuntos de imanes) cuyo radio es de aproximadamente 9-3/8 pulgadas (23,4 cm). Los imanes ecuatoriales se orientan paralelos a las chapas de extremo (perpendiculares a los imanes no ecuatoriales), con los campos orientados como se representa en las figuras 11, 11A y 12, y todos los componentes estructurales (soportes de imán 250-257, 260-267, chapas de extremo 226, 277, 292, 293) incluyen aluminio u otro material no magnético.
Naturalmente, el diseño antes descrito se puede dimensionar y configurar para crear un campo de mantenimiento magnético con una región de homogeneidad para rodear sustancialmente una o varias cámara(s) que se transportan y/o almacenan. Imanes adicionales (más aros y/o más imanes por aro) pueden hacer más homogéneo el campo B_{H} generado, aunque menos imanes pueden reducir el tamaño de la región de homogeneidad 21M. Preferiblemente, al configurar la aproximación de imanes esféricos, el diseño está dispuesto de tal manera que incluya aros con un número igual de imanes por aro 226S, 227S (a excepción de aros ecuatoriales, como se ha descrito anteriormente) colocados a ángulos \theta_{k} y basculados a un ángulo 2\theta_{k} lejos del eje de simetría representado por una línea trazada central y paralela a las paredes 226, 227 que mantienen los aros de imán.
Como se ha indicado anteriormente, los materiales del dispositivo se deben elegir de tal manera que minimicen la actividad despolarizante del gas. Por lo tanto, todas las chapas 226, 227, 292, 293, 380, etc, el soporte de cámara 290, y los soportes de imán 250-257 y 260-267 se componen preferiblemente de un material no magnético tal como aluminio o plástico. Preferiblemente, para minimizar el peso, se deberá elegir un material de baja densidad y alta resistencia para dichos componentes.
Cámara de gas
Preferiblemente, la cámara de gas 30 está configurada para proporcionar una cantidad clínicamente útil de gas hiperpolarizado que se puede suministrar convenientemente a un punto final en un volumen de dosis única inocua para el usuario (pero naturalmente también puede estar configurada para proporcionar cantidades de dosis múltiples o parciales) de gas hiperpolarizado. En una realización preferida, la cámara de gas 30 es una cámara esférica de 100-200 cm^{3} de gas. Para ^{3}He se prefiere que la cámara de gas 30 esté a una presión de aproximadamente 4-12 atmósferas de presión total, y más preferiblemente presurizada a aproximadamente 5-11 atmósferas de presión total. La presurización de una cámara de gas de dimensiones apropiadas puede permitir que el gas hiperpolarizado se libere a través del orificio de salida 31 puesto que la presión actúa para igualar con condiciones ambientales. Así, abriendo meramente la válvula 32, el gas hiperpolarizado se puede dirigir a un paciente o un sistema de administración a paciente con mínima manipulación (y por ello mínima interacción potencialmente despolarizante). Alternativamente, el gas hiperpolarizado se puede dividir y/o diluir en un lugar de polarización o en un segundo lugar alejado del lugar de polarización a varias bolsas de administración a paciente con cámaras expansibles para transporte y distribución (adicionales). Las paredes de las bolsas de cámara expansible se pueden pulsar para expulsar la mezcla de gases que contienen, requiriendo un mínimo de equipo de extracción.
Se deberá observar que para ^{3}He hiperpolarizado, a aproximadamente 10 atm de presión, el T_{1} teórico debido a interacciones con otros núcleos hiperpolarizados es aproximadamente 75 horas. Presiones sustancialmente más altas permiten enviar más producto gaseoso en el recipiente y reducir la sensibilidad del gas hiperpolarizado a la relajación de gradiente, pero la relajación por colisión gas-gas puede ser más predominante. En contraposición, para ^{129}Xe, se prefiere que la presión de gas sea aproximadamente 10 atm o menos, porque las presiones más altas pueden reducir drásticamente el tiempo de relajación esperado del ^{129}Xe hiperpolarizado (es decir, a 10 atm, el T_{1} es 5,6 horas). Sin embargo, como se ha descrito anteriormente, la dilución del gas noble hiperpolarizado con una segunda sustancia de bajo momento magnético puede disminuir considerablemente la velocidad de relajación debido a las interacciones gas-gas a altas presiones.
En una realización preferida de la presente invención, como se representa en las figuras 1 y 4, la cámara de gas 30 incluye un vástago capilar 35 que está dimensionado y configurado para minimizar la salida de átomos de gas hiperpolarizado del volumen esférico y actúa para mantener la mayor parte del gas hiperpolarizado lejos de la válvula 32. Más específicamente, el capilar está dimensionado de tal manera que la relación del volumen de cuerpo principal al volumen capilar, multiplicado por el tiempo de difusión de ^{3}He (a presión de llenado) para que sea el doble de la longitud del capilar, es sustancialmente mayor que el T_{1} deseado. Como tal, una porción principal del gas hiperpolarizado permanece en la región de mayor homogeneidad dentro del conjunto de imanes permanentes 20 donde está mejor protegido contra los efectos despolarizantes durante el transporte. Preferiblemente, el vástago capilar 35 incluye aproximadamente un diámetro interno de 1,0 mm y tiene una longitud que es suficiente para permitir la colocación correcta de la esfera dentro de la región de homogeneidad en el conjunto de imanes permanentes 20. En la realización preferida del conjunto de imanes permanentes 20 descrito anteriormente, el vástago capilar 35 es de aproximadamente 4 pulgadas (10 cm) de largo. Como tal, para una cámara de gas 30 con una esfera de tres pulgadas (aproximadamente 7,6 cm) de diámetro, el vástago capilar 35 es preferiblemente más largo que el de la porción de sujeción de esfera (cuerpo) 33 de la cámara de gas 30. También preferiblemente, el diámetro interno del vástago capilar 35 es suficientemente pequeño para ralentizar el movimiento de los átomos hiperpolarizados con relación a la válvula 32, manteniendo por ello una porción sustancial del gas hiperpolarizado en el volumen esférico 33 y así dentro de la región de alta homogeneidad 21M.
Como también se ha explicado anteriormente, aunque la unidad de transporte 10 blinda o protege el gas hiperpolarizado contra gradientes de campo magnético estático y IEM, la velocidad de relajación superficial asociada con el recipiente, la(s) válvula(s), y otros componentes en contacto con gas hiperpolarizado puede afectar de forma nociva a la duración de polarización del gas hiperpolarizado. Como tal, en particular para ^{3}He hiperpolarizado, se prefiere que la cámara de gas 30 incluya primariamente un material de aluminosilicato. Se ha demostrado que los materiales de aluminosilicato tienen largos tiempos de relación superficial. La cámara de gas 30 se pueda fabricar de GE 180^{TM}, aunque, naturalmente, se puede usar otros aluminosilicatos. Se utiliza típicamente un vidrio de transición para unir la válvula de borosilicato (Pyrex®) 32 a la cámara de gas de aluminosilicato 30. Una válvula adecuada 32 para uso en las cámaras de gas 30 es la pieza número 826460-0004 que se puede adquirir de Kontes, de Vineland, NJ. Las válvulas 32 se pueden modificar además para recubrir o sustituir las impurezas paramagnéticas o ferromagnéticas, o se pueden tratar o acondicionar para quitar o minimizar la cantidad de materiales impuros o despolarizantes que se coloquen cerca del gas hiperpolarizado. Un vidrio de transición adecuado incluye vidrio de uranio. Alternativamente, se puede usar otros materiales inocuos para la polarización, tales como metales de alta pureza o polímeros con superficies metalizadas, polímeros y análogos. "Alta pureza" en el sentido en que se usa aquí significa materiales que están sustancialmente libres de materiales paramagnéticos o ferrosos. Preferiblemente, los materiales metálicos incluyen menos de 1 parte por millón de impurezas paramagnéticas o ferrosas (tales como hierro, níquel, cromo, cobalto y análogos). En una realización preferida alternativa, la cámara de gas 30 puede ser una bolsa elástica que tiene una superficie o capa superficial de película metálica que se forma a partir de uno o una combinación de un metal de alta pureza tal como oro, aluminio, indio, zinc, estaño, cobre, bismuto, plata, niobio, y sus óxidos. Descripciones adicionales de materiales y recipientes de hiperpolarización preferidos, juntas tóricas y análogos se incluyen en la Solicitud de Patente de Estados Unidos, en tramitación, número de serie 09/126.448 titulada "Recipientes para gases hiperpolarizados y métodos asociados" y la Solicitud de Patente de Estados Unidos relacionada, en tramitación y del mismo cesionario, número de serie 09/334.400, como se explica anteriormente bajo la sección Relajación superficial.
También se prefiere que la cámara de gas 30 se configure como una esfera porque tiene una geometría que minimiza la relación de área superficial/volumen y así la relajación por contacto inducida superficialmente. Además, una forma esférica en general maximiza la relación del volumen de la cámara a la región de alta homogeneidad de campo magnético.
En otra realización preferida, la unidad de transporte 10 y el correspondiente conjunto de imanes permanentes 20 se configuran en al menos dos tamaños diferentes. Un primer tamaño se diseña para transportar grandes cantidades de gas en una sola cámara de gas 30 configurada para mantener múltiples dosis de gas hiperpolarizado o fluido ("recipiente multibolo") (figura 2). Una segunda unidad de transporte dimensionada 10 está configurada para transportar una o varias dosis de uso único (preferiblemente una pluralidad de bolsas o recipientes de dosis única, como se representa en las figuras 6 y 6A) de sustancias o formulaciones hiperpolarizadas a lugares remotos de tal manera que haya suficiente polarización en un lugar remoto para poder obtener imágenes clínicamente útiles. Los recipientes puede ser rígidos o elásticos, como se representa en las figuras 6 y 6A, respectivamente.
El recipiente multibolo se utiliza para dispensar las formulaciones deseadas, concentraciones, y/o mezclas del gas hiperpolarizado (con o sin otras sustancias, líquidos, gases (tal como nitrógeno), o sólidos) a un lugar remoto. El recipiente multidosis puede ser la cámara de polarización o celda de polarización óptica propiamente dicha. Naturalmente, se puede usar una sola unidad de transporte dimensionada (o incluso la misma unidad de transporte) para transportar el gas hiperpolarizado a los lugares segundo y tercero, es decir, la segunda unidad de transporte puede estar dimensionada y configurada de la misma manera que la primera unidad de transporte, si se desea. Alternativamente, la primera unidad de transporte puede ser más grande que la segunda, o la segunda puede ser más grande que la primera, dependiendo de cómo se distribuye el gas hiperpolarizado y de la forma, el tamaño, y el número de los segundos recipientes colocados para transporte desde el segundo lugar.
En otra realización preferida, la cámara de gas 30 en el medio del campo de mantenimiento magnético es la misma cámara usada para hiperpolarizar el gas. Con esta realización, el método preferido de obtener el gas sería hiperpolarizar gas en un polarizador en una cámara óptica, liberar la cámara óptica del polarizador, poner la cámara óptica de polarización en la región homogénea del campo magnético 21M, transportar y/o almacenar el gas hiperpolarizado en la unidad de transporte 10, dispensar (y diluir, si es necesario) el gas hiperpolarizado de la cámara 30, y usarlo, según se desee. Es preferible utilizar la cámara de polarización como una cámara durante el transporte porque el proceso puede proporcionar mejores rendimientos de gas hiperpolarizado.
Supervisión portátil (Bobina RMN/Polarimetría)
Preferiblemente, la unidad de transporte 10 está asociada de forma operativa con un sistema de supervisión de polarización que está configurado para supervisar el nivel de polarización del gas hiperpolarizado en la cámara de gas 30. Ventajosamente, tal sistema se puede usar en tránsito o en un lugar de evaluación deseado. Por ejemplo, antes de liberar el gas de la unidad de transporte 10, el sistema de supervisión puede adquirir una señal correspondiente al nivel de polarización del gas hiperpolarizado en la unidad de transporte 10 y así indicar la viabilidad del gas antes de la distribución o en una estación receptora en el punto de uso. Esto puede confirmar ("inspeccionar" fiablemente) el producto y garantizar que el producto cumple la especificación de compra antes de la aceptación en el lugar de uso.
El sistema de supervisión de polarización también se puede utilizar con la unidad de transporte 10 para evaluar las fluctuaciones del campo de mantenimiento magnético durante el transporte. Además, el sistema de supervisión puede compensar mediciones de polarización subóptimas obtenidas debido a condiciones externas o internas. Esto es muy importante para configuraciones de imanes permanentes, porque la magnitud de la respuesta de gas hiperpolarizado a un pulso RF es dependiente de la frecuencia (es decir, dependiente de la frecuencia de la respuesta del gas hiperpolarizado). Además, la frecuencia de la respuesta del gas hiperpolarizado es dependiente de la intensidad del campo. Puesto que la intensidad del campo magnético generado de imanes permanentes no se puede cambiar fácilmente para compensar cambios impuestos por fuentes externas, esta técnica alternativa de compensación es crucial para obtener mediciones de polarización exactas del gas hiperpolarizado en la unidad de transporte 10. Detalles adicionales de un sistema y métodos de supervisión adecuados para realizarlo se explican en la Solicitud de Patente de Estados Unidos, en tramitación y del mismo cesionario, número de serie 09/334.341, titulada "Sistema portátil de supervisión de gas hiperpolarizado, productos de programas informáticos y métodos relacionados".
Como se representa en la figura 4, la unidad de transporte 10 incluye preferiblemente una bobina de transmisión/recepción RMN 75, que está colocada de tal manera que contacte (con seguridad o firmemente) la pared exterior de la cámara de almacenamiento 30 donde reside la mayor parte del gas 33. Como conocen los expertos en la materia, la "cara" de la bobina RMN está orientada de manera que sea perpendicular a las líneas del campo magnético. La bobina RMN 75 incluye una línea de entrada/salida 375 que está asociada de forma operativa con un circuito de polarimetría RMN y un ordenador (típicamente un dispositivo informático portátil externo 500, como se representa en la figura 1A). Preferiblemente, la unidad de transporte 10 incluye un puerto de acceso de ordenador 300 que está asociado de forma operativa con la bobina RMN 75 mediante el mamparo coaxial BNC 275. La bobina RMN 75 se puede usar con el sistema de supervisión para evaluar el nivel de polarización del gas hiperpolarizado usando una técnica de evaluación sustancialmente no destructiva.
Alternativamente o además del sistema de supervisión (portátil), la unidad de transporte 10 se configura preferiblemente para atracar convenientemente en una estación de calibración de lugar (remoto) 500, como se representa en la figura 8. Como se describe en general, como se representa en la figura 8, la detección de polarización se puede llevar a cabo en una estación de calibración 500 que usa preferiblemente un espectrómetro RMN de campo bajo para transmitir pulsos RF a bobinas superficiales 75 colocada cerca de la muestra de gas hiperpolarizado. El espectrómetro vuelve a recibir posteriormente al menos una señal de la bobina RMN 75 correspondiente al gas hiperpolarizado. La señal es tratada y visualizada 565 para determinar el nivel de polarización del gas hiperpolarizado (preferiblemente esta lectura se toma mientras el gas se contiene en la cámara de gas 30 dentro de la unidad de transporte 10).
Como se representa, la estación de calibración 500 incluye preferiblemente un conjunto de bobinas Helmholtz 552 (preferiblemente de aproximadamente 24 pulgadas (61 cm) de diámetro) para proporcionar un campo magnético bajo y otra bobina RMN de superficie externa (no representada). La bobina RMN de superficie adicional está dimensionada preferiblemente y configurada a aproximadamente 1 pulgada (2,5 cm) de diámetro y con aproximadamente 350 vueltas. La bobina RMN de superficie está configurada para recibirse en una plataforma no metálica 170 y se dispone de manera que esté sustancialmente a nivel con la superficie superior de la plataforma de modo que sea capaz de contactar un vaso de administración de paciente 575. Además, la bobina RMN se coloca preferiblemente en el centro de las bobinas Helmholtz 552. El término "campo bajo" en el sentido en que se usa aquí incluye un campo magnético bajo de aproximadamente 100 Gauss (0,01 T). Preferiblemente, la estación de calibración 500 está configurada con una intensidad de campo de aproximadamente 5-40 Gauss (0,0005-0,004 T), y más preferiblemente una intensidad de campo de aproximadamente 20 Gauss (0,002 T). Por consiguiente, el rango de frecuencias de señal ^{3}He correspondiente es aproximadamente 16 kHz-128 kHz, con una frecuencia preferida de aproximadamente 24 kHz. Igualmente, el rango de frecuencias de la señal de ^{129}Xe es de aproximadamente 5,9 kHz-47 kHz, con una frecuencia de señal preferida de aproximadamente 24 kHz.
Preferiblemente, después de liberarse de la cámara 30, el gas hiperpolarizado se contiene en un recipiente de administración a paciente 575 que está colocado en la superficie superior de la bobina de superficie (no representada) y sustancialmente en el centro de las bobinas Helmholtz 552. Como se describe en general, en la operación, se transmite un pulso RF seleccionado (de frecuencia, amplitud y duración predeterminadas) desde el dispositivo RMN 501 a la bobina de superficie (no representada). Alternativamente, la estación de calibración 500 se puede usar para transmitir el pulso RF seleccionado dentro de la unidad de transporte 10 mediante un cable 553. En cualquier caso, la frecuencia de pulsos RF corresponde a la intensidad de campo del campo magnético y el gas particular, cuyos ejemplos se han observado anteriormente. Este pulso RF genera un campo magnético oscilante que desalinea una pequeña fracción de los núcleos de ^{3}He o ^{129}Xe hiperpolarizados de su alineación de campo magnético estático. Los núcleos desalineados comienzan a preceder a su frecuencia Larmour asociada (correspondiente a frecuencia de pulsos). Los espines precedentes inducen un voltaje en la bobina de superficie que se puede procesar para representar una señal 565. El voltaje se recibe de nuevo (típicamente amplificado) en el ordenador y la señal encaja en una configuración sinusoidal exponencialmente decadente. Como se representa, la señal visualizada 565 es la transformada Fourier de la señal recibida. El voltaje inicial de pico a pico de esta señal es directamente proporcional a la polarización (usando una constante de calibración conocida). El ordenador 500' puede calcular después el nivel de polarización y generar fechas y horas calculadas de uso preferido asociadas con los niveles de polarización deseados. Como reconocerán los expertos en la materia, también se puede emplear otros métodos de calibración o determinación de nivel de hiperpolarización y permanecer dentro de los métodos de identificación y calibración del producto o determinación de la caducidad de uso del producto contemplados por la presente invención. Por ejemplo, detectando el diminuto campo magnético generado por los espines de ^{3}He polarizados, se puede determinar un nivel de polarización asociado.
En una realización alternativa, las unidades de transporte 10, 10' incluyen una pluralidad de cámaras de gas 30, 30' (figuras 6, 6A) y cada cámara de gas 30, 30' incluye preferiblemente una bobina RMN individual que está colocada junto a cada cámara de gas dentro del conjunto de imanes permanentes de la unidad de transporte 10, 10'. Se prefiere además que en cada cámara de gas 30 se pueda supervisar individualmente (excitar individualmente) el nivel de hiperpolarización y en cada medición de cada cámara de gas 30 se compensan individualmente las fluctuaciones de campo. Como se representa en las figuras 6 y 6A, la unidad de transporte 10 se puede configurar con un solo conjunto de imanes permanentes que está dimensionado y configurado para rodear una pluralidad de cámaras de gas 30. Al colocar los recipientes 30 dentro de las unidades de transporte (unidades de recipientes de gas únicas o múltiples), la orientación de cuello se puede orientar en direcciones diferentes. Además, aunque las unidades de transporte representadas en las figuras 6 y 6A ilustran recipientes de gas yuxtapuestos, la presente invención no se limita a ello. Por ejemplo, la unidad de transporte se puede configurar para incluir una pluralidad de cámaras 30 que se apilan longitudinalmente con vástagos capilares que se extienden en las mismas direcciones o en direcciones contrarias (no representadas). Como se representa en las figuras 6 y 6A, las cámaras utilizadas en las unidades de transporte pueden ser, aunque sin limitación, cámaras de gas de vidrio. Además, como se ha indicado anteriormente, las dimensiones de la unidad de transporte de imanes permanentes se pueden cambiar para acomodar el tamaño, número y tipo deseados (es decir, elástica o rígida) de las cámaras que haya que transportar o almacenar.
Lugar de producción central; Lugar de uso remoto
El uso de un lugar remoto de producción de polarización requiere típicamente T_{1} más largos con relación a un aparato de polarización in situ para permitir tiempos adecuados de envío y transporte. Sin embargo, un polarizador situado en el centro puede reducir el equipo y los costos de mantenimiento asociados con una pluralidad de unidades in situ colocadas en cada lugar de formación de imágenes y las unidades de transporte de la presente invención pueden permitir tiempos de transporte más largos con tiempos T_{1} más largos que los logrados convencionalmente. En una realización preferida, una unidad polarizadora de producción (no representada) genera el gas polarizado en un lugar de producción. La cámara de gas 30 está en comunicación de fluido con la unidad polarizadora de tal manera que la unidad polarizadora produzca y dirija el gas polarizado a la cámara de gas 30. Preferiblemente, la cámara de gas 30 se mantiene en la unidad de transporte caja 60 (figura 1A) durante el paso de llenado. Después de capturar una cantidad suficiente de gas hiperpolarizado en la cámara de gas 30, se cierra la válvula 32 (la cámara de gas 30 está sellada) y si la cámara 30 ya no está colocada en el campo magnético (o las cámaras, si se llenan simultáneamente múltiples cámaras de gas), se coloca en la región homogénea del campo magnético 21 M. El gas hiperpolarizado está protegido contra los gradientes magnéticos parásitos dentro de la unidad de transporte 10 hasta y después de la distribución a un lugar de uso situado a distancia. Cuando se desee, el gas hiperpolarizado se puede dirigir o liberar de la cámara de gas 30 y dispensar a un paciente mediante algún sistema de administración a paciente (temporalmente limitado a su tiempo de uso final) de tal manera que el estado hiperpolarizado del gas en distribución sea suficiente para producir imágenes clínicas útiles.
Preacondicionamiento del recipiente
Preferiblemente, debido a la susceptibilidad del gas hiperpolarizado al oxígeno paramagnético como se ha indicado anteriormente, la cámara de gas 30 se preacondiciona para extraer contaminantes. Es decir, se trata para reducir o sacar los gases paramagnéticos, tal como oxígeno, de dentro de la cámara y de las paredes del recipiente. Para recipientes hechos con sustratos rígidos, como Pyrex^{TM}, se puede conectar bombas de vacío UHV en el recipiente para extraer el oxígeno. Alternativamente, para recipientes rígidos y/o elásticos (tal como recipientes bolsa de polímero), se puede usar una bomba de vacío preliminar que es típicamente más barata y más fácil que el proceso basado en bomba de vacío UHV. Preferiblemente, para recipientes bolsa elásticos, la bolsa se trata con varios ciclos de purga/bombeo. Preferiblemente esto se lleva a cabo mediante bombeo a o menos de 40 mtorr por minuto, y dirigiendo después gas tampón limpio (UHP) (tal como nitrógeno de Grado 5) al recipiente a una presión de aproximadamente una atmósfera o hasta que la bolsa esté inflada sustancialmente. A continuación se reduce la presión parcial de oxígeno en el recipiente. Esto se puede hacer con vacío, pero se prefiere hacerlo con nitrógeno. Una vez que el oxígeno realice el desequilibrio de presión parcial a través de las paredes del recipiente, se desgaseará para restablecer el equilibrio. Las solubilidades típicas del oxígeno son del orden de 01-05; así, 95-99% del oxígeno atrapado en las paredes pasará a una fase gas. Antes del uso, se rarifica el recipiente, quitando así de forma inocua el oxígeno gaseoso. A diferencia de los recipientes rígidos convencionales, los recipientes bolsa de polímero pueden continuar desgasificándose (los gases atrapados pueden migrar a causa de los diferencias de presión entre la superficie exterior y la superficie interior) incluso después de los ciclos iniciales de purga/bombeo. Así, se deberá procurar minimizar este comportamiento, especialmente cuando el llenado final no se realice temporalmente con el preacondicionamiento del recipiente. Preferiblemente, se dirige una cantidad de gas de relleno limpio (UHP) a la bolsa (para igualar sustancialmente la presión entre la cámara y las condiciones ambientales) y se sella para el almacenamiento para minimizar la cantidad de desgasificación adicional que se puede producir cuando la bolsa se almacena y expone a condiciones ambientales. Esto deberá estabilizar sustancialmente o minimizar toda desgasificación adicional del polímero o materiales de las paredes del recipiente. En cualquier caso, el gas de relleno se saca preferiblemente (rarifica) antes del llenado final con el gas hiperpolarizado. Ventajosamente, el recipiente de la presente invención se puede reprocesar económicamente (purgar, limpiar, etc) y reutilizar para el envío de cantidades adicionales de gases hiperpolarizados.
También se prefiere esterilizar el recipiente o bolsa antes de introducir en él el producto hiperpolarizado. En el sentido en que se usa aquí, el término "esterilizar" incluye limpiar los recipientes y las superficies de contacto de tal manera que el recipiente esté suficientemente limpio para inhibir la contaminación del producto de manera que sea adecuado a efectos médicos y medicinales. De esta forma, el recipiente esterilizado permite administrar un producto hiperpolarizado sustancialmente estéril y no tóxico para introducción in vivo en el paciente. Los métodos adecuados de esterilización y limpieza son conocidos por los expertos en la materia.
Con la invención antes descrita, se puede hiperpolarizar un gas noble en un lugar en grandes cantidades y distribuir y diluir en lugares remotos conservando al mismo tiempo niveles de polarización clínicamente útiles del gas en un lugar de formación de imágenes. Ventajosamente, esta invención es ligera, compacta y no requiere potencia ni ninguna otra entrada externa, lo que la hace más adecuada para transporte y almacenamiento. También ventajosamente, la unidad de transporte descrita en esta invención no se tiene que desmontar (poniendo en peligro, por lo tanto, potencialmente la homogeneidad) del campo magnético para introducir y/o sacar una cámara de gas del campo. Esta característica es ventajosa para transportar múltiples dosis de gas, durante lo que el desmontaje del campo magnético para sacar una sola dosis podría afectar de forma nociva a las dosis que queden en el campo magnético.
Lo anterior es ilustrativo de la presente invención y no se ha de interpretar como limitación de la misma. Aunque se han descrito unas pocas realizaciones ejemplares de esta invención, los expertos en la materia apreciarán fácilmente que muchas modificaciones son posibles en las realizaciones ejemplares sin apartarse materialmente de las nuevas ideas y ventajas de esta invención. Por consiguiente, se pretende que tales modificaciones sean incluidas dentro del alcance de esta invención definida en las reivindicaciones. En las reivindicaciones, las cláusulas de medios-más-función pretenden cubrir las estructuras aquí descritas que realizan la función expuesta y no sólo equivalentes estructurales sino también estructuras equivalentes. Por lo tanto, se ha de entender que lo anterior es ilustrativo de la presente invención y no se ha de interpretar como limitado a las realizaciones específicas descritas, y que se pretende que las modificaciones de las realizaciones descritas, así como otras realizaciones, sean incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones anexas. La invención se define por las reivindicaciones siguientes.

Claims (18)

1. Una unidad de transporte (10) para transportar recipientes (30) de productos gaseosos hiperpolarizados, incluyendo:
una caja (60);
al menos cuatro imanes permanentes separados discretos (21A-21H) mantenidos en dicha caja (60) (60), donde dichos imanes permanentes (21A-21H) están configurados de tal manera que estén dispuestos simétricamente en relación espaciada alrededor de un eje que se extiende longitudinalmente (C) definiendo un centro entremedio para proporcionar un campo magnético con una región de homogeneidad sustancialmente centrada con respecto al eje longitudinal (C),
donde cada uno de dichos imanes permanentes discretos (21A-21H) está orientado de tal manera que la dirección de campo producida por ellos sea sustancialmente perpendicular al eje central longitudinal (C); y
al menos un recipiente (30) que se puede colocar en dicha caja (60) cerca de dicha región de homogeneidad, donde dicho al menos único recipiente (30) está dimensionado y configurado para contener una cantidad de producto gaseoso hiperpolarizado.
2. Una unidad de transporte (10) según la reivindicación 1, donde dichos imanes permanentes separados (21A-21H) están alargados y colocados en relación circunferencial espaciada de manera que se extiendan longitudinalmente una distancia suficiente para definir un volumen sustancialmente cilíndrico que sobresale en el espacio.
3. Una unidad de transporte (10) según la reivindicación 1, donde dichos imanes permanentes (21A-21H) se colocan en relación circunferencial separada para definir un volumen esférico que sobresale en el espacio.
4. Una unidad de transporte (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, donde dicha caja (60) incluye cuatro paredes verticales (63A-63D), y donde dicho al menos único recipiente (30) está configurado de tal manera que una porción principal de dicho depósito (30) esté separada espacialmente una distancia predeterminada de cada uno de dichas cuatro paredes verticales (63A-63D).
5. Una unidad de transporte (10) según la reivindicación 1, donde la caja (60) incluye chapas de extremo opuestas separadas primera y segunda, y donde los al menos cuatro imanes discretos (21 A-21 H) incluyen una pluralidad de imanes permanentes alargados separados (21A-21H) que tienen extremos opuestos primero y segundo, estando colocado cada uno de dicha pluralidad de imanes permanentes (21 A-21 H) de manera que se extienda linealmente entre dichas chapas de extremo opuestas primera y segunda para proporcionar un campo magnético con una región de homogeneidad entremedio; y donde el al menos único recipiente (30) está colocado entre dichas chapas de extremo primera y segunda dentro de dicha región de homogeneidad.
6. Una unidad de transporte (10) según la reivindicación 5, donde dicha pluralidad de imanes permanentes alargados separados (21A-21H) se colocan en relación circunferencial espaciada para definir un volumen cilíndrico sobresaliente en el espacio.
7. Una unidad de transporte (10) según la reivindicación 6, donde cada uno de dicha pluralidad de imanes permanentes alargados (21A-21H) está fijado estructuralmente a un elemento de soporte que se extiende longitudinalmente unido a cada una de dichas chapas de extremo opuestas y donde cada uno de dicha pluralidad de imanes (21A-21H) está configurado para permanecer unido fijamente a dichas chapas de extremo mediante dichos elementos de soporte durante la instalación y extracción de dicho al menos único recipiente de gas (30) de dicha unidad de trans-
porte.
8. Una unidad de transporte (10) según la reivindicación 5, donde dichos extremos primero y segundo de dichos imanes permanentes alargados (21A-21H) se mantiene posicionalmente en alineación y unidos a una respectiva de dichas chapas de extremo primera y segunda de tal manera que, según se ve desde un extremo, un perímetro trazado a través del centro de cada uno de dichos imanes alargados (21A-21H) en cada chapa de extremo defina un círculo con sustancialmente el mismo radio y un eje común central que se extiende entre dichas chapas de extremo primera y segunda, y donde cada uno de dichos imanes alargados (21A-21H) están espaciados alrededor de la circunferencia de dicho círculo, por lo que dichos círculos se proyectan a lo largo de la longitud de dichos imanes alargados (21A-21H) para definir un perímetro exterior en el espacio que tiene una forma que se extienden cilíndricamente asociada con el campo magnético generado por ellos.
9. Una unidad de transporte (10) según la reivindicación 5, incluyendo además una pluralidad de imanes complementarios colocados en porciones de extremo de imanes alargados seleccionados y dispuestos para ampliar la región de homogeneidad.
\newpage
10. Una unidad de transporte (10) según la reivindicación 1, donde dicha caja (60) incluye:
una primera pared de extremo vertical (227) incluyendo un primer conjunto de imanes permanentes discretos separados (250A-257A) colocados en ella;
una segunda pared de extremo vertical (226) colocada en dicha unidad de transporte separada y enfrente de dicha primera pared (227) para definir un volumen de recinto de gas para mantener dicho recipiente de gas (30) entremedio, incluyendo dicha segunda pared vertical (226) un segundo conjunto de imanes permanentes discretos separados (260A-267A) colocados en ella;
donde dichos conjuntos de imanes primero y segundo están dispuestos circunferencialmente alrededor de dos círculos correspondientes con correspondientes primeros diámetros y centros alineados en dichas paredes primera y segunda (227, 226), respectivamente;
donde cada uno de dichos imanes permanentes discretos (250A-257A, 260A-267A) tiene un polo norte magnético y sur asociados; y
dicho primer conjunto de imanes (250A-257A) está dispuesto en dicha primera pared (227) de tal manera que el polo norte magnético de cada imán (250A-257A) en dicho primer conjunto de imanes (250A-257A) se dirija hacia el centro del círculo alrededor del que está dispuesto dicho primer conjunto de imanes (250A-257A), y el polo sur magnético de cada imán en dicho segundo conjunto de imanes (260A-267A) se dirige hacia el centro del círculo alrededor del que está dispuesto dicho segundo conjunto de imanes (260A-267A); y
donde dichos imanes permanentes (250A-257A, 260A-267A) en cada uno de dichos conjuntos de imanes primero y segundo (250A-257A, 260A-267A) están dispuestos de manera que se extiendan lateralmente una hacia el otro una distancia menor para definir un espacio libre central con un campo de mantenimiento magnético que tiene una región de homogeneidad entremedio.
11. Una unidad de transporte (10) según la reivindicación 10, incluyendo además paredes verticales tercera y cuarta y partes superior e inferior opuestas que junto con dichas paredes primera y segunda definen una caja metálica (60), y donde dicha caja (60) está espaciada una distancia de separación predeterminada del perímetro del recipiente de gas (30) que contiene un volumen principal de dicho gas hiperpolarizado.
12. Una unidad de transporte (10) según la reivindicación 10, donde dichas paredes primera y segunda se colocan dentro de una caja estructural (60), y donde dicha caja (60) está configurada de manera que esté espacialmente separada una distancia de separación predeterminada del perímetro del recipiente de gas (30) que contiene un volumen principal de dicho gas hiperpolarizado.
13. Una unidad de transporte (10) según la reivindicación 10, incluyendo además un tercer conjunto complementario de imanes (385-400) dispuestos de manera que esté espaciado circunferencialmente alrededor de un tercer círculo que tiene un segundo diámetro, donde dicho conjunto de imanes complementarios está colocado entremedio de dichos conjuntos de imanes primero y segundo (250A-257A, 260A267A).
14. Una unidad de transporte (10) según la reivindicación 11, donde dicho segundo diámetro es mayor que dicho primer diámetro.
15. Una unidad de transporte (10) según la reivindicación 12, donde imanes incluyendo dicho conjunto complementario de imanes (385-400) tienen un polo norte y un polo sur asociado, y donde dicho polo norte de dicho imán complementario apunta normal al plano definido por dicho tercer círculo y en la dirección de un plano definido por dicho primer círculo.
16. Un método de fabricar una unidad de transporte según cualquiera de las reivindicaciones 1-15, donde los imanes permanentes están embebidos en una lámina flexible (550S), formando dicha lámina flexible un volumen de campo magnético de forma cilíndrica, incluyendo dicho método los pasos de:
enrollar una hoja magnética flexible (550S) en un primer cilindro hueco de tal manera que los extremos se toquen pero no se solapen;
aplicar un campo magnético a la hoja magnética flexible configurada cilíndricamente;
desenrollar la hoja magnética flexible; y
volver a enrollar la hoja magnética flexible en un segundo cilindro hueco de tal manera que los extremos se toquen pero no se solapen, y de tal manera que el lado (555) que estaba dentro de dicho primer cilindro hueco esté en el lado exterior de dicho segundo cilindro hueco.
17. Un método según la reivindicación 16, donde dicha hoja magnética de material flexible es magnetizada de tal manera que la dirección del norte magnético varíe alrededor de la circunferencia de dicho cilindro.
18. Un método según la reivindicación 17, donde dicho cilindro flexible (550S) incluye una superficie continua representada por una pluralidad de puntos adyacentes trazados en el espacio
donde cada punto en dicho cilindro flexible tiene una dirección de norte magnético asociado;
donde cada uno de dicha pluralidad de puntos tiene un primer eje vertical asociado que intersecta dicho punto;
donde dicho cilindro flexible tiene un eje vertical asociado que se extiende diametralmente bisecando superficies superior e inferior opuestas del cilindro; y
donde dicho cilindro flexible está configurado de tal manera que, en cualquier punto, un primer ángulo entre dicha dirección de norte magnético y dicho primer eje vertical sea aproximadamente dos veces la magnitud de un segundo ángulo entre dicho segundo eje vertical y una línea a dicho punto desde el centro de dicho segundo eje diametral.
ES00955362T 1999-08-11 2000-08-02 Dispositivos de transporte de gas hiperpolarizados y procedimientos de transporte asociados que utilizan imanes permanentes. Expired - Lifetime ES2250175T3 (es)

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