ES2269163T3 - Determinacion del nivel de polarizacion de gases nobles hiperpolarizados acumulados durante la produccion. - Google Patents
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Abstract
Un hiperpolarizador para producir gases nobles polarizados, que comprende: una célula de bombeo óptico (22) que tiene un orificio de entrada de gas no polarizado y un orificio de salida de gas polarizado; una fuente de campo magnético (500) asociada de manera operacional a dicha célula de bombeo óptico, estando dicha fuente de campo magnético configurada para crear una zona de homogeneidad; un acumulador (30) en comunicación fluida con dicho orificio de salida de célula de bombeo óptico; una salida de distribución de gas polarizado (50) en comunicación fluida con dicho acumulador (30) mediante una trayectoria de flujo de salida de gas polarizado (113a, 114) que se extiende entre dicho gas polarizado (30) y dicha salida de distribución de gas polarizado (50); una bobina RMN de radiofrecuencia (100) que presenta un primer y un segundo extremo opuestos, caracterizado porque dicho primer extremo está posicionado de manera adyacente a dicha célula de bombeo óptico (22) en el interior de dicha zona de homogeneidad; y porque un depósito secundario (120) está posicionado de manera adyacente a dicho segundo extremo de bobina RMN de radiofrecuencia en comunicación fluida con dicha trayectoria de flujo de salida de gas polarizado (113a, 114) mediante una trayectoria de flujo secundario (115), en el que dicha bobina RMN de radiofrecuencia está dispuesta entre dicha célula óptica (22) y dicho depósito secundario (120) de tal manera que una cierta cantidad de gas posicionada en uno u otro de la célula óptica o del depósito secundario pueda ser excitada.
Description
Determinación del nivel de polarización de gases
nobles hiperpolarizados acumulados durante la producción.
La presente invención se refiere a la recogida y
acumulación de gases nobles polarizados, y se refiere más
particularmente a la determinación del nivel de polarización de
gases hiperpolarizados usados en aplicaciones de RNM y de formación
de imágenes por resonancia magnética ("MRI").
Se ha descubierto recientemente que los gases
nobles inertes polarizados pueden producir imágenes mejoradas por
MRI de algunas áreas y regiones del cuerpo que hasta ahora han
producido imágenes insatisfactorias en esta modalidad. Se ha
descubierto que el helio-3 ("^{3}He") y el
xenón-129 ("^{129}Xe") polarizados son
particularmente apropiados para este fin. Desgraciadamente, como se
explicará más adelante, el estado polarizado de los gases es
sensible a la manipulación y a las condiciones ambientales y puede,
de manera no deseable, degradarse a partir del estado polarizado
relativamente deprisa. Además, debido a la sensitividad de los gases
polarizados, es deseable vigilar el nivel de polarización de los
gases varias veces durante la vida útil del producto. Por ejemplo,
la vigilancia en curso puede indicar la polarización obtenida
durante el proceso de bombeo óptico (descrito más adelante) o la
polarización pérdida en algunas fases del proceso cíclico de vida
útil (para de este modo determinar la vida útil utilizable restante
del gas polarizado o para ayudar a identificar asuntos de vías de
producción críticas).
Los hiperpolarizadores se usan para producir y
acumular gases nobles polarizados. La hiperpolarización artificial
mejora la polarización de algunos núcleos de gases nobles (tal como
^{129}Xe o ^{3}He) respecto de los niveles normales o de
equilibrio, es decir, la polarización Boltzmann. Tal incremento es
deseable debido a que mejora e incrementa la intensidad de señal de
MRI, permitiendo que los médicos obtengan mejores imágenes de la
sustancia e el cuerpo. Véase la patente de los Estados Unidos
No 5.545.396 de Albert et al.
Con el fin de producir el gas hiperpolarizado,
el gas noble se mezcla típicamente con vapores de metal alcalino
bombeados ópticamente tal como rubidio ("Rb"). Estos vapores
metálico bombeados ópticamente chocan contra los núcleos del gas
noble e hiperpolarizan el gas noble a través de un fenómeno conocido
como "intercambio de espín". El "bombeo óptico" del vapor
de metal alcalino se produce irradiando el vapor de metal alcalino
con luz polarizada circularmente en la longitud de onda de la
primera resistencia principal para el metal alcalino (por ejemplo,
756 nm de Rb). Se entiende generalmente, que los átomos en estado
molido se excitan, y, por consiguiente, vuelven a degradarse en el
estado molido. Bajo un campo magnético modesto (10^{-3} T), (10
Gauss), el ciclo de los átomos entre los estados molido y excitado
puede producir aproximadamente el 100% de la polarización de los
átomos en unos pocos microsegundos. Esta polarización generalmente
es realizada por las características de electrones de una sola
valencia del metal alcalino. En presencia de gases nobles de espín
nuclear no-cero, los átomos de vapores de metal
alcalino pueden chocar con los átomos de gases nobles de manera que
la polarización de los electrones de valencia es transferida a los
núcleos de gases nobles a través de un "intercambio de espín"
por salto de espín.
En algún caso, después de realizar el
intercambio de espín, el gas hiperpolarizado se separa del metal
alcalino antes de la introducción en un paciente (para formar un
producto farmacéuticamente no tóxico). Desdichadamente, tanto
durante como después de la recogida, el gas hiperpolarizado puede
deteriorarse o degradarse relativamente deprisa (pierden su estado
hiperpolarizado) y por lo tanto, deben ser manipulados, recogidos,
transportados y almacenados con cuidado. De este modo, la
manipulación de los gases hiperpolarizados es crítica, debido a la
sensibilidad del estado hiperpolarizado a los factores ambientales y
de manipulación y al potencial para la caída no deseable del gas a
partir de su estado hiperpolarizado. A Driehuys et.
Algunos sistemas de acumulación emplean
acumuladores criogénicos para separar el gas amortiguador del gas
polarizado y para congelar el gas polarizado recogido.
De manera convencional, el nivel de polarización
ha sido vigilado al punto de proceso de transferencia de
polarización (es decir, a la célula de polarizador u óptica) en un
dispositivo hiperpolarizador o medido en un lugar alejado del
hiperpolarizador (véase, por ejemplo el documento
US-A-5 642 625 que muestra un
hiperpolarizador según el preámbulo de la reivindicación 1). Por
ejemplo, para este último, el gas polarizado es dirigido hacia una
salida u orificio de dispensación sobre el hiperpolarizador y dentro
de dos recipientes cerrables separados, un recipiente de
distribución de gas, tal como una bolsa, y un pequeño recipiente de
muestra de ampolla de vidrio cerrables (de aproximadamente 5
centímetros cúbicos). Este recipiente de muestra de ampolla de
vidrio es entonces cerrado en el lugar hiperpolarizador y a
continuación es alejado del hiperpolarizador a una unidad de
espectroscopia RMN de campo alto situado a distancia (4.7T) para
determinar el nivel de polarización conseguido durante el proceso de
polarización. Véase, J.P.Mugler, B. Driehuys, J.R. Brookeman
et al., MR Imaging and Spectroscopy Using Hyperpolarized
129Xe Gas; Preliminary Human Results, Mag. Reson Med. 37,
809-815 (1997).
Generalmente, tal como se ha expuesto
anteriormente, los hiperpolarizadores convencionales pueden también
vigilar el nivel de polarización conseguido en el punto de proceso
de transferencia de polarización, es decir, en la célula óptica o
cámara de bombeo óptico. Con el fin de llevar a cabo esto último,
típicamente se posiciona una pequeña bobina RMN de "superficie"
adyacente a la cámara de bombeo óptico para excitar y detectar el
gas en su interior y de este modo vigilar el nivel de polarización
del gas durante el proceso de transferencia de polarización. La
pequeña bobina RMN de superficie prueba un volumen menor del gas
polarizado próximo y de este modo, tendrá un mayor tiempo (T_{2}*)
de relajación transversal comparado con las configuraciones de
mayores bobinas de RNM. Un impulso de ángulo de cabeza relativamente
grande se puede usar para probar la polarización local de espín. El
gran impulso de ángulo destruirá generalmente la polarización local,
pero debido a que el volumen muestreado es pequeño comparado con la
dimensión total del recipiente, no afectará sustancialmente a la
polarización global del gas.
Típicamente, la bobina RMN de superficie está
operacionalmente al equipo de detección RMN de campo bajo que se usa
para hacer funcionar la bobina RMN y para analizar las señales
detectadas. Ejemplos de equipo de detección RMN de campo bajo
utilizado para vigilar la polarización en la célula óptica y para
registrar y analizar las señales RMN asociadas a la misma incluyen
espectrómetros de campo bajo que usan sintetizadores de frecuencia,
amplificadores de bloqueo, amplificadores de potencia de audio, y
similares, así como ordenadores.
En cualquier caso, actualmente se sabe que un
equipo de vigilancia de hiperpolarizador a bordo ya no requiere un
equipo RMN de campo alto, pero en su lugar puede utilizar técnicas
de detección de campo bajo para llevar a cabo la vigilancia de
polarización para la célula óptica a fuerza de campo mucho más
elevadas (por ejemplo, 10^{-4}, 10^{-2}T
(1-100G) que las técnicas RMN de campo alto
convencionales. Esta mayor fuerza de campo permite en consecuencia
menores frecuencias operativas de equipo de detección tal como
1-400 kHz.
Para aplicaciones donde la toda la muestra de
gas hiperpolarizado puede estar situada en el interior de la bobina
RMN, se ha utilizado un conducto rápido adiabático ("AFP") para
vigilar la polarización del gas en este tipo de situación.
Desdichadamente, en situaciones de producción más orientadas, esta
técnica no es deseable. Por ejemplo, para medir la polarización una
bolsa de dosis para paciente de un litro, se necesita una bobina RMN
relativamente grande y un campo magnético espacialmente amplio.
Más recientemente, Saam et al., han
propuesto un circuito RMN de baja frecuencia expresamente para la
detección a bordo de los niveles de polarización para el ^{3}He
hiperpolarizado en la célula óptica en el interior de horno regulado
por temperatura que encierra la célula. Véase Saam et
al., Low Frequency NMR Polarimeter for Hyperpolarized
Gases, Jnl of Magnetic Resonance 134, 67-71
(1998). Magnetic Imaging Technologies, Inc ("MITI") y otros han
utilizado aparato RMN de campo bajo para medir la polarización a
bordo.
Sin embargo, sigue habiendo una necesidad de
poder determinar eficaz y fiablemente y/o vigilar el nivel de
polarización de los gases polarizados en diversos puntos en el ciclo
de producción. Esto es particularmente importante para la modalidad
de producción. Fluente usada para ^{129}Xe acumulado
criogénicamente, que como se ha mencionado anteriormente, se congela
y se descongela durante el ciclo de producción.
A la vista de lo anterior, un objeto de la
presente invención es proporcionar procedimientos y aparatos para
vigilar eficazmente el nivel de hiperpolarización de una cantidad de
gas hiperpolarizado en diversos puntos en el ciclo de
producción.
Un objeto adicional de la presente invención es
proporcionar un hiperpolarizador con medios para vigilar el nivel de
polarización de gas hiperpolarizado criogénicamente acumulado tanto
antes de que el gas se congele como después de que el gas se
descongele.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un procedimiento y un dispositivo para vigilar el nivel
de polarización del gas hiperpolarizado fluente que se pueden
utilizar en un entorno de producción de flujo de gas constante.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un aparato y un procedimiento que reduce la complejidad
y el número de componentes necesarios para vigilar el nivel de
polarización en el gas polarizado tanto durante el procedimiento de
bombeo óptico como después del procedimiento de bombeo óptico.
Otro objeto más de la presente invención es
proporcionar un aparato para vigilar el nivel de polarización del
gas polarizado congelado.
Un objeto adicional de la presente invención es
proporcionar un aparato que puede mejorar la predecibilidad de un
procedimiento de producción de gas hiperpolarizado criogénico.
Otro objeto más de la presente invención es
proporcionar un aparato que puede producir fiablemente niveles
suficientes de gas polarizado durante la postdescongelación de
acumulación.
Estos y otros objetos están satisfechos por la
presente invención por un hiperpolarizador tal como se define en la
reivindicación 1.
En particular, un primer aspecto de la invención
está dirigido a un hiperpolarizador para producir gases nobles
polarizados. El hiperpolarizador comprende una célula de bombeo
óptico que tiene un orificio de entrada de gas no polarizado y un
orificio de salida de gas polarizado y una fuente de campo magnético
asociado operativamente a la célula de bombeo óptico. La fuente de
campo magnético está configurada para proporcionar una región de
homogeneidad. El hiperpolarizador incluye también una bobina RMN que
tiene un primer y un segundo extremo opuestos. El primer extremo
está posicionado adyacente a la célula de bombeo óptico dentro de la
región de homogeneidad. El hiperpolarizador incluye también un
acumulador criogénico en comunicación fluida con el orificio de
salida de la célula de bombeo óptico y un orificio de dispensación
de gas polarizado en comunicación fluida con el acumulador
criogénico. Una trayectoria de flujo de salida de gas polarizada se
extiende entre dicho acumulador criogénico y la salida de
dispensación de gas polarizado y un depósito secundario está
posicionado adyacente al segundo extremo de la bobina RMN en
comunicación fluida con la trayectoria de flujo de salida del gas
polarizado. Durante el funcionamiento del hiperpolarizador, la
bobina RMN está configurada para excitar uno de entre una cantidad
de gas polarizado posicionado en la célula óptica y una cantidad de
gas posicionado en el depósito secundario. Preferiblemente, la
bobina RMN vigila primariamente la polarización en la célula óptica
durante el funcionamiento de la célula, pero durante la
postdescongelación, la polarización en la célula óptica desaparece y
la única señal medible surgirá del gas polarizado en la ampolla de
postdescongelación.
En una realización preferida, la fuente de campo
magnético define una región de homogeneidad que incluye una parte de
la célula de bombeo óptico y un volumen (espacial) que se extiende a
lo largo de una distancia por debajo de la célula de bombeo óptico.
La bobina RMN está posicionada sobre una parte inferior de la célula
de bombeo óptico, y la bobina RMN y al menos una parte del depósito
secundario están posicionadas dentro de la región de
homogeneidad.
Un procedimiento preferido de funcionamiento de
una bobina RMN posicionada cerca del orificio de salida de la célula
óptica, incluye hacer fluir el gas hiperpolarizado a través de la
célula óptica y fuera del orificio a una velocidad deseada. El flujo
de gas hiperpolarizado preferiblemente se detiene o ralentiza
temporalmente y una señal RMN es llevada a través la bobina al
orificio de salida (o brazo) y se reanuda entonces el flujo. Esta
configuración y este procedimiento pueden generar una señal que es
representativa del gas hiperpolarizado fluente cuando sale de la
célula óptica.
Otro aspecto más de la presente invención es un
procedimiento para vigilar el nivel de polarización de gas
polarizado durante la producción, como se ha definido en la
reivindicación 9.
En una realización preferida, la cámara de
bombeo óptico tiene una parte de cuerpo primario y un orificio de
salida de gas polarizado definido por una patilla que se extiende
longitudinalmente, y la bobina de excitación RMN está posicionada
alrededor de la patilla adyacente a la parte de cuerpo primario de
la cámara de bombeo óptico. Igualmente se prefiere que el
procedimiento comprenda, además, la acumulación criogénica del gas
polarizado en un acumulador criogénico durante la cual una parte del
gas polarizado se congela y a continuación se descongela en gas
polarizado congelado antes de la etapa de dispensación y después de
la etapa de descongelación. Se prefiere igualmente que durante o
después de la etapa de congelación, una parte menor de la cantidad
de gas polarizado descongelado sea aleja de una parte mayor del gas
hiperpolarizado dentro de la trayectoria del flujo de gas próxima a
la bobina RMN.
Ventajosamente, la presente invención puede
vigilar la polarización durante la producción e incluso en el
orificio de dispensación donde ese dirigen fuera del
hiperpolarizador cantidades dimensionadas de paciente MRI (tales
como 0,5-2 litros de gas polarizado). De este modo,
el nivel de polarización durante el transporte o antes del
almacenamiento es fácilmente inidentificable antes de que el
recipiente sea amoviblemente liberado de la unidad de
hiperpolarizador para un transporte cómodo a un lugar lejano. La
vigilancia de polarización en curso a bordo mejorada puede mejorar
la producción e indicar convenientemente el nivel de polarización de
gas en diversos puntos clave que se incluyen en el orificio de
dispensación. Además, la bobina RMN de doble simetría puede
permitir que una única bobina RMN mida la polarización tanto en la
célula óptica durante el procedimiento de bombeo óptico como en un
segundo punto en el ciclo de producción, tal como en una posición de
postcongelación.
Además, la presente invención configura ahora un
dedo frío para liberar xenón hiperpolarizado criogénicamente
acumulado dependiente de una presión de indicador más predecible.
Debido a que la liberación del gas descongelado a una presión
predeterminada es menos dependiente de las variaciones del
procedimiento tal como los caudales y las cantidades recogidas de
gas, se puede obtener un procedimiento más predecible,
proporcionando por lo tanto una capacidad de producción controlable
de manera más fiable.
Los objetos anteriores y otros objetos y
aspectos de la presente invención son explicados en detalle en la
presente memoria descriptiva.
La figura 1 es una ilustración esquemática de un
aparato hiperpolarizador según una realización de la presente
invención.
La figura 2A es una vista lateral de una bobina
RMN de doble simetría
La figura 2B es una vista lateral de la bobina
RMN de la figura 2A que ilustra esquemáticamente el hilo eléctrico
enrollado alrededor y posicionado sobre el cuerpo de bobina RMN.
La figura 2C es una vista superior de la figura
2A.
La figura 3 es una vista en perspectiva ampliada
de un depósito secundario.
La figura 3A es una vista en perspectiva
ampliada de una realización alterantiva de un segundo depósito.
La figura 4 es una vista en perspectiva de una
disposición de tuberías para un hiperpolarizador con una bobina RMN
y un depósito secundario según la presente invención.
La figura 5 es un diagrama esquemático para una
relación operacional de un circuito eléctrico de vigilancia según la
presente invención.
La figura 6 es una ilustración esquemática de
una realización alternativa de un hiperpolarizador con múltiples
puntos de vigilancia de polarización en curso según la presente
invención.
La figura 7A es una vista frontal de una célula
óptica y una bobina RMN que ilustra la bobina RMN posicionada a lo
largo de la trayectoria de salida de flujo de gas de la célula
óptica.
La figura 7B es una vista de despiece de la
célula óptica y de la bobina RMN de la figura 7A que ilustra un
procedimiento de fabricación para posicionar una bobina de
vigilancia de RNM a lo largo de la trayectoria de salida de flujo
del hiperpolarizador de la figura 6.
La figura 8 es una ilustración esquemática de
otra realización más de un hiperpolarizador con vigilancia
multipuntos según la presente invención.
La figura 9 es una ilustración esquemática de
una realización adicional de un hiperpolarizador según la presente
invención que ilustra una bobina de excitación RMN criogénicamente
posicionada.
La figura 9A es una ilustración esquemática
ampliada de la bobina RMN configurada como una bobina de solenoide
como se muestra en la figura 9.
La figura 10 es una vista esquemática en sección
lateral de una bobina de superficie RMN criogénicamente posicionada
e imanes permanentes exteriormente posicionados (es decir, imanes
permanentes posicionados en el exterior del baño criogénico).
La figura 11 es una ilustración esquemática de
una vista frontal de un campo magnético estático de mantenimiento
aplicado a un electroimán o bobina de solenoide en el dedo frío.
La figura 12 es una ilustración esquemática de
una vista frontal de un circuito eléctrico para un hiperpolarizador
con múltiples bobinas RMN según la presente invención.
La figura 13 es un gráfico que ilustra
procedimiento de detección de la técnica anterior que muestra una
comparación de un FID de detección directa con un FID típico de dos
canales mezclados.
La figura 14 es una ilustración esquemática de
un circuito de detección de nivel de polarización por RMN de la
técnica anterior modificado para añadir un medio de conmutación de
circuito para vigilar puntos adicionales en el ciclo de
producción.
La presente invención será descrita ahora más
detalladamente, a continuación con referencia a las figuras anexas,
en las cuales se muestran realizaciones preferidas de la invención.
La presente invención, sin embargo, puede realizarse de diferentes
formas y no debería interpretarse como limitada a las realizaciones
expuestas en la presente memoria descriptiva. Los números iguales se
refieren a elementos iguales a lo largo de toda la memoria. En los
dibujos, las capas, las regiones o los componentes pueden ser
exagerados por motivos de claridad.
En la descripción de la siguiente presente
invención, algunos términos son empleados para referirse a la
relación de posición de algunas estructuras respecto de otras
estructuras. Tal como se usa en la presente memoria descriptiva, el
término "de avance" y los derivados del mismo se refieren a la
dirección general de desplazamiento de la mezcla de gas cuando se
mueve a través de la unidad de hiperpolarizador; se entiende que
este término es sinónimo del término "corriente abajo" que se
usa a menudo en los entornos de fabricación para indicar que algún
material que es seguido se encuentra más alejado en un procedimiento
de fabricación que otro material. Inversamente, el término "hacia
atrás" y "corriente arriba" y los derivados de los mismos se
refieren a las direcciones opuestas, respectivamente, las
direcciones de avance y la de corriente abajo. Igualmente tal como
se ha descrito en la presente memoria descriptiva, los gases
polarizados son recogidos, congelados, descongelados y utilizados en
aplicaciones de MRI. Para facilitar la descripción, el término
"gas polarizado congelado" significa que el gas polarizado ha
sido congelado en un estado sólido. El término "gas polarizado
líquido" significa que el gas polarizado ha sido o está siendo
licuado en un estado líquido. De este modo, aunque cada término
incluye la palabra "gas", esta palabra se usa para denominar y
designar descriptivamente el gas que es producido por un
hiperpolarizador para obtener un producto de "gas" polarizado.
De este modo, tal como se usa en la presente memoria descriptiva, el
término "gas" se ha usado en algunos lugares para indicar
descriptivamente un producto de gas noble hiperpolarizado y se puede
usar con modificadores tales como sólido, congelado y líquido para
describir el estado o fase de ese producto.
Se han empleado diversas técnicas para acumular
y capturar gases polarizados. Por ejemplo la patente de los Estados
Unidos N 5.642.625 de Cates et al., describe un
hiperpolarizador de gran volumen para gas noble polarizado en espín
y la patente de los Estados Unidos Nº 5.809.801 de Cates et
al., describe un acumulador criogénico para ^{129}Xe
polarizado en espín.
Tal como se usa en la presente memoria
descriptiva, los términos "hiperpolarizar", "polarizar" y
similares, significan mejorar artificialmente la polarización de
algunos núcleos de gases nobles respecto de los niveles naturales o
de equilibrio. De este modo es deseable un incremento porque permite
señales de creación de imagen más fuertes que corresponden a mejores
imágenes de MRI de la sustancia y un área seleccionada del cuerpo.
Como es conocido por los expertos en la técnica, la
hiperpolarización puede ser inducida por intercambio de espín con un
vapor de metal alcalino bombeado ópticamente o alternativamente por
intercambio de metaestabilidad. Véase Albert et al.,
Patente de los Estados Unidos Nº 5.545.396.
En referencia a los dibujos, la figura 1 ilustra
una unidad de hiperpolarizador 10 preferida. Es una unidad de gran
volumen que está configurada para producir y acumular gases nobles
polarizados en espín de manera sustancialmente continua, es decir,
el flujo de gas a través de la célula óptica es sustancialmente
continuo durante la acumulación. Como se muestra, la unidad 10
incluye un suministro de mezcla de gas noble 12 y un regulador de
suministro 14. Un purificador 16 está posicionado en la línea para
retirar impurezas tales como vapor de agua del sistema tal como se
explicará más adelante. La unidad 10 de hiperpolarizador también
incluye un caudalómetro 18 y una válvula de entrada 20 posicionada
corriente arriba de un polarizado o célula óptica 22. Una fuente de
luz óptica tal como un láser 26 (preferiblemente un sistema de láser
de diodo) está dirigido dentro de la célula 22 de polarizador a
través diversos medios de enfoque y de distribución de luz 24, tales
como lentes, espejos y similares. El láser 26 está polarizado
circularmente para bombear ópticamente metales alcalinos en la
célula 22. La célula 22 está posicionada en el interior de un horno
regulado en temperatura (ilustrado esquemáticamente por una doble
línea de puntos) 122. Una válvula adicional 28 está posicionada
corriente debajo de la célula 22 de polarizador.
A continuación, como se muestra en la figura 1,
hay un dedo frío o acumulador 30. El acumulador 30 está conectado a
la unidad de hiperpolarizador 10 por un par de mecanismos amovibles
tales como miembros roscados o desconexiones rápidas 31, 32. Esto
permite que el acumulador 30 sea separado, retirado, o añadido
fácilmente, a y del sistema 10. El acumulador 30 está asociado
operacionalmente a una fuente fría o medio de refrigeración 42.
Preferiblemente, y como se muestra, la fuente fría 42 es un baño
criogénico líquido 43. El acumulador 30 será explicado más en
detalle más adelante.
Como se muestra en las figuras 1 y 9, el
hiperpolarizador 10 también incluye una bomba de vacío 60 que está
en comunicación con el sistema. Se muestran válvulas adicionales
para controlar el flujo el y el gas de salida directa en diversos
puntos (mostrados como 52, 55). Una válvula de control 47 está
posicionada adyacente a una llave 50 de gas de salida "a
bordo". Algunas de las válvulas corriente abajo del acumulador 30
se usan para la descongelación "a bordo" y el suministro del
gas polarizado recogido como se describirá más adelante.
La unidad 10 incluye también un transductor 54
de presión digital y medios 57 de control de flujo junto con una
válvula de control 58. La válvula de control 58 controla
preferiblemente el flujo de gas a través de toda la unidad 10; se
usa para abrir y cerrar la llave del flujo de gas, como se
describirá más adelante. Como es entendido por los expertos en la
técnica, otros mecanismos de control del flujo, y dispositivos
(analógicos y electrónicos) pueden ser usados dentro del alcance de
la presente invención.
En funcionamiento, una mezcla de gas es
introducida dentro de la unidad 10 en la fuente de gas 12. Como se
muestra en la figura 1, la fuente 12 es un depósito de gas
presurizado que contiene una mezcla de gases premezclados.
Generalmente descrita, para sistemas ópticamente bombeados de
intercambio de espín, se introduce una mezcla de gas dentro del
aparato hiperpolarizador corriente arriba de la célula 22 de
polarizador. La mayor parte de las mezclas de gas xenón incluyen un
gas amortiguador así como una pequeña cantidad del gas seleccionado
para la hiperpolarización y se producen preferiblemente en un
sistema de flujo continuo. Por ejemplo, para producir ^{129}Xe
hiperpolarizado, la mezcla de gases premezclados es de
aproximadamente el 85-98% de He (preferiblemente
aproximadamente el 85-89% de He), aproximadamente el
5% o menos de ^{129}Xe y aproximadamente el 1-10%
de N_{2} (preferiblemente aproximadamente el
6-10%). Por el contrario, para producir ^{3}He
hiperpolarizado, una mezcla típica de aproximadamente el 99,25% de
^{3}He y el 0,75% de N_{2} se presuriza a 0,81 MPa o más y se
calienta y se expone a la fuente óptica de luz láser, típicamente en
un sistema de modo por lotes. En cualquier caso, una vez que el gas
hiperpolarizado sale de la célula de polarizador (es decir, la
cámara de bombeo) 22, se dirige a un recipiente de recogida o
acumulación.
De este modo, como se ha descrito anteriormente,
en una realización preferida, la mezcla de gases premezclados
incluye una mezcla de gas noble pobre (el gas a hiperpolarizar) y
gas amortiguador. La mezcla de gases es pasada a través del
purificador 16 e introducida dentro de la célula 22 de polarizador.
Las válvulas 20, 28 son válvulas de activación/desactivación
asociadas operacionalmente a la célula 22 de polarizador. El
regulador 14 de gas reduce preferiblemente la presión de la fuente
del depósito de gas 12 (funcionando típicamente a 13,8 MPa entre
aproximadamente 0,61-1,01 MPa. El flujo en la unidad
10 es activado abriendo la válvula 58 y es controlado ajustando los
medios 57 de control de flujo.
El tiempo de residencia típico del gas en la
célula 22 es de aproximadamente 10.30 segundos, es decir, la mezcla
de gases tarda del orden de 10-30 segundos en
hiperpolarizarse mientras se mueve a través de la célula 22. La
mezcla de gases es introducida preferiblemente dentro de la célula
22 a una presión de aproximadamente 0,61-1,01 MPa.
Por supuesto, como es sabido por los expertos en la técnica, con un
equipo capaz de funcionar a mayores presiones, se prefieren
presiones operacionales de más de 1,01 MPa, tal como aproximadamente
2,01-3,03 MPa, para aumentar la presión del metal
alcalino (tal como rubidio ("Rb") y facilitar la absorción de
(aproximadamente hasta el 100%) de la luz óptica. Por en contrario,
para anchuras de línea láser inferiores a las anchuras de línea
convencionales, se pueden emplear presiones inferiores. La célula 22
de polarizador es una célula de bombeo óptico de alta presión
alojada en una cámara calentada con aberturas configuradas para
permitir la entrada de la luz láser emitida. Preferiblemente, la
unidad 10 de hiperpolarizador hiperpolariza un gas noble
seleccionado tal como ^{129}Xe (o ^{3}He) por un procedimiento
de intercambio de espín convencional. Un metal alcalino vaporizado
tal como Rb es introducido dentro de la célula de polarizador 22. el
vapor de Rb es bombeado ópticamente por una fuente 26 de luz óptica,
preferiblemente un láser de diodo.
La unidad 10 emplea gas amortiguador de helio
para aumentar la presión de la anchura de banda de absorción del
vapor de Rb. La selección de un gas amortiguador es importante
porque el gas amortiguador, mientras aumenta el ancho de banda de
absorción, puede también afectar de manera indeseable el intercambio
de espín del gas noble-metal alcalino introduciendo.
Potencialmente una pérdida de momento angular respecto del gas
amortiguador en lugar de respecto del gas noble deseado. En una
realización preferida, ^{129}Xe es hiperpolarizado a través de
intercambio de espín con el vapor de Rb bombeado ópticamente. Se
prefiere también que la unidad 10 use un gas amortiguador de helio
con una presión varias veces mayor que la presión de ^{129}Xe para
aumentar la presión de una manera que minimice la destrucción de
espín del Rb.
Como apreciarán los expertos en la técnica, el
Rb es reactivo con H_{2}O. Por lo tanto, cualquier agua o vapor de
agua introducido en la célula 22 de polarizador puede hacer que el
Rb pierda absorción de láser y reduzca la cantidad o la eficiencia
del intercambio de espín en la célula 22 de polarizador. De este
modo, como una precaución adicional, se puede posicionar un filtro o
purificador suplementario antes de la entrada de la célula 22 de
polarizador con un área de superficie suplementaria para retirar
incluso cantidades adicionales de esta impureza indeseable para
aumentar, además, la eficacia del polarizador.
El gas hiperpolarizado, junto con la mezcla de
gases amortiguadores, sale de la célula 22 de polarizador y entra en
un depósito de recogida 75 situado en el fondo del acumulador 30. En
funcionamiento, en la parte inferior del acumulador 30, el gas
hiperpolarizado es expuesto a temperaturas inferiores a su punto de
congelación y es recogido en forma de producto congelado 100 en el
depósito 75. El gas hiperpolarizado es recogido (así como
almacenado, transportado y preferiblemente descongelado) en
presencia de un campo magnético, generalmente del orden de al menos
0,05 Tesla y típicamente aproximadamente 0,2 Tesla, aunque se pueden
usar campos superiores. Los campos inferiores pueden incrementar
potencialmente de manera no deseable la velocidad de relajación o
reducir el tiempo de relación del gas polarizado. Como se muestra en
la figura 1, el campo magnético es proporcionado por imánense 40
permanentes posicionados en el baño criogénico y dispuestos
alrededor de una culata magnética
41.
41.
La unidad 10 de hiperpolarizador también puede
aprovechar el cambio de temperatura en la línea de salida entre la
célula 22 de bombeo calentada y la trampilla fría refrigerada o
acumulador 30 para precipitar el metal alcalino a partir de la
corriente de gas polarizado en el conducto por encima del acumulador
30. Como apreciará el experto en la técnica, el metal alcalino puede
precipitar fuera de la corriente de gas a temperaturas de
aproximadamente 40ºC. La unidad 10 puede también incluir un
condensador de reflujo de metal alcalino (no mostrado) o un filtro
postcélula (no mostrado). El condensador de reflujo emplea un
conducto de salida de reflujo vertical que se mantiene a temperatura
ambiente. La velocidad del flujo de gas a través del conducto de
reflujo y la dimensión del conducto de salida de reflujo es tal que
el vapor de metal alcalino se condensa y gotea dentro de la célula
de bombeo por la fuerza de la gravedad. Alternativamente, un filtro
de Rb puede ser usado para retirar el exceso de Rb del gas
hiperpolarizado antes de la recogida o la acumulación. En cualquier
caso, es deseable retirar el metal alcalino antes de suministrar gas
polarizado a un paciente PATRA proporcionar una sustancia no tóxico,
estéril o farmacéuticamente aceptable (es decir, una que es
apropiada para administración in vivo).
Una vez que se ha recogido una cantidad deseada
en el acumulador 30, el acumulador 30 puede ser separado o aislado
de la unidad 10. en una realización preferida, la válvula 28 está
cerrada, dejando la célula 22 presurizada. Esto permite que el
acumulador 30 y la cañería corriente abajo empiecen a
despresurizarse debido a que la válvula de flujo 58 está abierta.
Preferiblemente, se permite que la parte de la unidad 10 corriente
debajo de la válvula 28 se despresurice a aproximadamente 0,151 MPa
antes de que la válvula de flujo se cierre. Después de cerrar la
válvula de flujo 58, la válvula 55 se puede abrir para evacuar el
gas restante en el colector. Una vez que la cañería de salida es
evacuada, las válvulas 35 y 37 se cierran. Si el gas recogido ha de
ser distribuido "a bordo", es decir sin retirar el acumulador
30 de la unidad 10, un receptáculo tal como una bolsa 525 u otro
recipiente como se muestra en la figura 9, puede ser fijado a la
salida 50. La válvula 47 se puede abrir para evacuar la bolsa
fijada. Una vez que la bolsa 525 es evacuada y el gas está listo
para descongelarse, la válvula 52 puede opcionalmente cerrarse. Esto
minimiza el contacto del gas polarizado con la región 59 del
transductor de presión de la unidad 10. Esta región puede incluir
materiales que tienen un efecto de despolarización sobre el gas
polarizado. De este modo, los tiempos de contacto prolongados con
esta región pueden favorecer la relajación del gas polarizado.
Si la válvula 52 no está cerrada, entonces la
válvula 55 se cierra preferiblemente para prevenir la evacuación de
gases polarizados descongelados. Se prefiere también que los canales
de flujo sobre el lado corriente debajo de la célula 22 que incluye
el depósito secundario y la línea de purgado explicado más adelante)
se forman a partir de materiales que minimizan el efecto de
despolarización inducida por contacto sobre el estado polarizado del
gas. Se pueden usar también revestimientos como los descritos en la
patente de los Estados Unidos Nº 5.612.103.
En la operación de descongelación "a bordo"
la válvula 37 se abre para dejar salir el gas. A continuación pasa a
través de la válvula 47 y sale por la salida 50.
En el modo de descongelación "separado" o
"acumulador transportado", la primera y segunda válvulas 35, 37
del acumulador se cierran después de la despresurización y la
evacuación del acumulador 30. La evacuación del acumulador 30
permite que cualquier gas residual en el acumulador 30 sea retirado.
Dejar gas en el acumulador 30 con el gas polarizado congelado puede
contribuir a que la carga caliente sobre el gas congelado, eleve
posiblemente la temperatura del gas congelado y acorte
potencialmente el tiempo de relajación. De este modo, en una
realización preferida, después de la despresurización y evacuación y
el cierre de las válvulas de aislamiento 35, 37, el acumulador 30 se
desconecta de la unidad 10 por los puntos de liberación 31, 32.
Las válvulas de aislamiento 35, 37 están en
comunicación con el canal 80 de flujo primario y el canal 90 de
salida de gas de amortiguación respectivamente y cada una puede
ajustar la cantidad de flujo a través de la misma así como cerrar
las trayectorias respectivas para aislar el acumulador de la unidad
0 y el entorno. Después de que el acumulador lleno 30 es retirado,
otro acumulador 30 puede ser fácil y relativamente rápidamente
fijado a los puntos de liberación 31, 32. Preferiblemente, cuando la
fijación del nuevo acumulador 30, el colector de salida es evacuado
usando la válvula 55 (con las válvulas 52, 35, 37 abiertas). Cuando
se consigue un vacío apropiado (tal como aproximadamente 100 mm
Torr) que se produce típicamente en aproximadamente un minuto más o
menos, la válvula 55 está cerrada. La válvula 28 entonces se vuelve
a abrir, lo cual vuelve a presurizar el colector de salida a la
presión de célula operacional. La válvula 58 a continuación se abre
para reanudar el flujo en la unidad 10. Preferiblemente, una vez
reanudado el flujo, se aplica nitrógeno líquido al acumulador 30
para seguir la recogida del gas hiperpolarizado. Típicamente tal
cambio asume la orden de menos de aproximadamente cinco minutos. De
este modo, una unidad 10 de hiperpolarizador preferida está
configurada para proporcionar un flujo continuo de gas de ^{129}Xe
hiperpolarizado para una producción continua y la acumulación del
mismo.
En las unidades de polarización anteriores,
típicamente una bobina de excitación RMN estaba posicionada en el
horno 122 adyacente a la célula óptica 22 (también en el horno) para
determinar el nivel de polarización conseguido por el gas en la
célula 22. Además, al menos un laboratorio ha utilizado también una
pequeña ampolla de vidrio cerrable (alrededor de 5centímetro
cúbicos) que se llenaba con una muestra de gas hiperpolarizado en el
mismo punto que el recipiente de recogida o bolsa de dosis. La
pequeña ampolla era llevada entonces a un espectrómetro 4,7 T
separado para determinar el nivel de polarización asociada al
recipiente de recogida.
La presente invención proporciona ahora de
manera conveniente una medición de nivel de polarización a bordo (en
la unidad 10) de hiperpolarizador) asociada al gas polarizado en
diversos puntos en el ciclo de producción, tal como tanto en la
célula 2 de polarizador como en uno o más puntos de predispensación
y producción de gas de postcongelación. Como se muestra en la figura
1, en una realización preferida, la trayectoria de salida 113 de gas
(de postcongelación) (la trayectoria de salida de gas ilustrada en
la línea de puntos) empieza en el acumulador 30 de dedo frío, se
extiende bajo la línea de salida 113a. Hasta la válvula 47 y a
continuación hasta la línea de salida de dispensación 114. La línea
114 de salida de dispensación termina en la salida 50 de xenón. Una
pequeña línea 15 de purga está en comunicación fluida con la salida
50 de xenón. Preferiblemente, como se muestra en la figura 1, la
línea de purga 115 está conectada a la línea 114 de salida de
dispensación a una distancia por encima de la salida 50 de xenón.
Sin embargo, la línea de purga 115 puede estar posicionada
alternativamente a lo largo de la línea 113a de salida, pero está
preferiblemente posicionada adyacente a la salida 50 de dispensación
para proporcionar una indicación más fiable del estado polarizado
del gas en la salida 50. La línea de purga 115 está en comun9icación
fluida con la línea 114 de salida de dispensación y define una
trayectoria secundaria de flujo para el gas hiperpolarizado, estando
la línea 115 de purga configurada y dimensionada para dirigir una
pequeña cantidad de gas hiperpolarizado hacia el depósito secundario
120.
En una realización preferida, una cantidad de
gas hiperpolarizado está acumulada criogénicamente como se ha
descrito anteriormente para recoger una cantidad de ^{129}Xe
hiperpolarizado en forma congelada o de hielo. Las válvulas 35 y 37
están cerradas. El gas de ^{129}Xe hiperpolarizado congelado se
calienta a continuación, preferiblemente aplicando calor e
incrementando la presión en el acumulador 40 de manera que el sólido
transiciona sustancialmente de manera directa hacia la fase líquida.
Típicamente, después de aproximadamente un retardo de ocho segundos
a partir del tiempo de aplicación de calor, la válvula 52 de
aislamiento de xenón se cierra y el acumulador 30 se abre por la
válvula 37 para permitir que el gas postcongelado entre en la línea
de salida 113 a través de la compuerta 32. El gas hiperpolarizado
fluye entonces a través de la válvula 47 dentro de la línea 114 de
salida de dispensación y la mayor parte del gas es dirigida hacia un
recipiente de recogida a la salida 50 de xenón. Durante esta parte
del ciclo de producción, la válvula 52 puede permanecer abierta,
pero se prefiere que la válvula 55 esté cerrada para vigilar la
presión.
Recientemente, la unidad 10 de hiperpolarizador
ha sido reconfigurada para funcionar con congelaciones incluso
potencialmente más fiables según un aspecto de la presente
invención. Tal como se ha explicado anteriormente, los
procedimientos de congelación anteriores han proporcionado mayores
noveles de polarización de postcongelación. En referencia a la
figura 9, en este procedimiento anterior, ambas válvulas 35, 37 de
dedo frío estaban cerradas y se empleó un tiempo de espero
(típicamente establecido en aproximadamente 8 segundos) antes de que
una o más de las válvulas 35, 37 se abriera para liberar el gas,
incrementando de este modo la presión interna en el dedo frío 30
durante la fase de congelación crítica antes de liberar el gas
congelado. Sin embargo, se ha descubierto que el tiempo de
mantenimiento "óptimo" o periodo de espera puede variar
dependiendo de la cantidad de gas acumulado, el caudal utilizado
durante la acumulación y similares. Por lo tanto, con el fin de
incrementar la polarización de postcongelación fiable, se prefiere
que la unidad 10 de hiperpolarizador esté configurada para vigilar
la presión del gas en la cañería (corriente abajo) asociada al dedo
frío 30 y a continuación para liberar el gas congelado a una presión
predeterminada en lugar de a un tiempo preestablecido. Además, se
prefiere que la unidad 10 de hiperpolarizador esté configurada para
minimizar los volúmenes muertos como el volumen muerto del
transductor de presión (52-54).
En funcionamiento, el procedimiento de
congelación se realiza con la válvula 37 de dedo frío abierta, la
válvula 47 todavía cerrada, la válvula 52 abierta, y las válvulas 55
y 58 todavía cerradas. Esta configuración añade un pequeño volumen
muerto de aproximadamente 7,3 centímetros cúbicos hacia el dedo frío
30, cuyo volumen interno es típicamente de aproximadamente 20
centímetros cúbicos. De este modo, la propia velocidad de
congelación no está generalmente afectada por el cambio de
configuración, pero la vigilancia de la presión ahora proporcionada
permite una apertura más predecible y repetible de la válvula
asociada al control del gas que sal del dedo frío 30 (ahora válvula
47). Es decir, durante la congelación, una parte principal del gas
hiperpolarizado transiciona directamente desde un sólido congelado
en una fase líquida que corresponde a la presión en el dedo frío
durante la etapa de congelación. Preferiblemente, la presión de
liberación predeterminada está establecida en aproximadamente al
menos 0,1 MPa. La apertura de la válvula después de que la presión
alcance 0,101 MPa ha mostrado una liberación de postcongelación
mejorada de xenón para 100-600 centímetros cúbicos
de ^{129}Xe acumulado. De manera interesante, la reducción de la
presión de liberación (tal como a 0,08 MPa) puede introducir niveles
de polarización de postcongelación no fiables y ralentizar la
velocidad a la cual sale el gas polarizado del dedo frío.
Aunque el ^{129}Xe congelado polarizado es
dirigido dentro del volumen muerto en una trayectoria de
postcongelación (la trayectoria corriente debajo de la válvula 47 y
entre las válvulas 52-55-58) y se
puede despolarizar en el interior del mismo, la liberación rápida
del gas polarizado congelado una vez que la válvula 47 está abierta
es tal que un poco de gas despolarizado entra en la trayectoria de
salida 114, 114a (es decir, una vez que la válvula 47 abre,
sustancialmente todos los flujos de gas congelados dentro de la
trayectoria definida entre las válvulas
37-47-50). En cualquier caso,
incluso si el gas despolarizado en volúmenes muertos se mezcla con
el gas congelado polarizado primario, es un volumen relativamente
pequeño comparado con los volúmenes típicos de recogida a los que la
polarización total se reduce normalmente.
En cualquier caso, puesto que el gas
hiperpolarizado fluye en la línea 114 de salida, la trayectoria de
flujo de salida de gas incluye tanto una trayectoria 114a de flujo
primario que dirige el gas hacia el punto de llenado 50, y una
trayectoria de flujo secundario a lo largo de la línea de purga 115.
Por lo tanto, una pequeña cantidad del gas hiperpolarizado es
desviada a distancia de la trayectoria de flujo primario 114 dentro
de la trayectoria de flujo secundario 120. Preferiblemente, el
depósito secundario 120 está dimensionado y configurado de manera
que tiene un volumen mínimo, es decir, una cantidad suficiente para
determinar un nivel de polarización fiable que no merme el volumen
utilizable de gas hiperpolarizado. En una realización preferida, el
depósito secundario 120 tiene un volumen interno de espacio libre de
aproximadamente 2 centímetros cúbicos. Igualmente, la línea de purga
115 está configurada y dimensionada para tener un volumen mínimo a
lo largo de su longitud tal como un tubo de diámetro exterior de 6,4
mm que tiene típicamente aproximadamente un volumen interior de
3-4 centímetros cúbicos a lo largo de su longitud.
De este modo, en una realización preferida, la medición de
polarización de la trayectoria de flujo secundario utiliza
únicamente aproximadamente 6 centímetros cúbicos de gas, un volumen
relativamente insustancial comparado con l volumen típico de 1 litro
de gas recogido en la salida 50.
En una realización preferida, como se muestra en
la figura 1, una bobina 100 RMN de doble simetría está posicionada
de tal manera que una superficie entra en contacto con la célula 22
de polarizador mientras que la otra está en contacto con el depósito
secundario 120. Un campo magnético asociado operacionalmente a la
célula 22 óptica (proporcionada típicamente por un par de bobina de
Helmholtz tal como las mostradas esquemáticamente la figura 9 como
elemento 500) tiene una región de homogeneidad definida por la
misma. Preferiblemente, la región de homogeneidad envuelve una parte
principal de la célula 22 de polarizador, la bobina 100 RMN y al
menos una parte superior del depósito 120a secundario adyacente a la
bobina RMN 100. Una región típica de homogeneidad es ilustrada
esquemáticamente por la ventana de línea de puntos, designada como
B_{0} en la figura 1. Preferiblemente, la homogeneidad es
suficiente en la región de medición para permitir una lectura fiable
del gas hiperpolarizado, ya que gradientes de campo magnético pueden
actuar para despolarizar el gas desviado (es decir, el gas
hiperpolarizado en el depósito secundario 120), introduciendo
potencialmente una representación de medición imprecisa de la
polarización de postcongelación.
Preferiblemente, para mediciones de polarimetría
efectiva, se prefiere que el valor T_{2}* supere en
aproximadamente 5 ms (el tiempo mudo típico después del impulso se
transmite in aproximadamente 3 ms). Esto significa que para una
unidad 10 de hiperpolarizador con un campo magnético generado por
bobinas 500 de Helmholtz bordo de diámetro de 48 centímetros, las
bobinas están posicionadas y configuradas para generar una región de
homogeneidad que está definida por un cilindro virtual que tiene una
longitud de aproximadamente 5,1 centímetros y un radio de
aproximadamente 5,1 centímetros centrado entre las bobinas 500. La
célula 22 de polarizador u óptica, un ejemplo de cual se muestra en
la figura 9, tiene de este modo una configuración correspondiente y
un volumen que está destinado a ajustarse sustancialmente dentro de
la región de homogeneidad. Además, el medio de imanes está
configurado para extender la región de homogeneidad de manera que
sea suficiente para incluir las dimensiones de la bobina 100 de
doble simetría y al menos el extremo cerrado del depósito 120
secundario. Por ejemplo, una célula 22 de polarizador con un radio
de aproximadamente 1,9 cm, una bobina 100 de vigilancia de doble
simetría RMN de aproximadamente 0,95 cm, y el depósito secundario
120 de aproximadamente 1,27 cm sería apropiado (4,13 cm).
En una realización, como se muestra en la figura
6, el centro del campo magnético generado por las bobinas 500 de
Helmholtz es deslazado para ser desviado respecto del centro de la
célula 22 óptica. Este desvío se muestra esquemáticamente por un
primer eje central de campo magnético a lo largo de la línea
A-A respecto de un segundo eje desplazado más cerca
de la bobina 100 RMN indicada por la línea de eje
A'-A'. El desvío puede facilitar la configuración
del campo magnético para que sea suficientemente homogéneo en la
región asociada a la bobina 100 RMN y/o la bobina 150 RMN para una
vigilancia más sensible de la polarización del gas en la misma.
Evidentemente, el depósito secundario120 y la
bobina RMN asociada y el circuito operativo (juntos, una bobina RMN
y el circuito operativo de medición de impulsos relacionado), cuando
están posicionados después de la célula 22 de polarizador pueden ser
descritos como un"sistema de vigilancia postóptica" que también
funciona para sistemas de acumulación no criogénica. Por ejemplo,
después del bombeo óptico del gas, tal como durante el llenado, una
pequeña parte de un gas hiperpolarizado puede ser alejado de la
trayectoria de flujo de gas dentro del depósito secundario 120 para
indicar el grado de polarización en el punto de llenado en el ciclo
de producción (tal como cuando se llena de ^{3}He por un orificio
de llenado (no mostrado) dentro de un recipiente portátil).
Alternativamente, una trayectoria de flujo secundario puede ser
proporcionada en otros puntos de vigilancia críticos o deseados en
el ciclo de producción.
En una realización preferida, como se muestra en
la figura 8, el depósito secundario 120 está posicionado adyacente a
la bobina 100 RMN de doble simetría que está posicionada adyacente a
la célula 22 de polarizador en el horno 122 de manera que pueda
vigilar la polarización del gas hiperpolarizado tanto en la célula
22 como en un depósito secundario (o ampolla de postcongelación)
120. Es decir, la bobina 100 RMN está emparedada entre la célula 22
de polarizador por un lado u el depósito secundario 120 por el otro
lado. De este modo, el depósito secundario 120 está preferiblemente
posicionado en el horno 122 al lado de la parte inferior de la
célula 22 óptica. Los conductores 111 de la bobina RMN (tal como el
conductor 106 mostrado en la figura 2B) están configurados para
salir de la parte inferior del horno 122 y a continuación conectarse
eléctricamente a un circuito de detección 100D (figura 5). En
funcionamiento, cuando está activado el depósito secundario 120, se
prefiere que la temperatura del horno sea coincida y controlada
porque a altas temperaturas la densidad del gas de xenón se reducirá
según la relación expresada por la ley ideal de los gases (PV =
nRT). Por ejemplo, si el horno 122 está establecido en 150ºC, la
densidad de xenón en el depósito secundario 120 es de
aproximadamente (295K/423K o 0,70) de la densidad de temperatura. La
señal asociada al gas hiperpolarizado en el depósito secundario 120
se reduce en la misma medida. Por lo tanto la señal de datos puede
ser corregida los valores conocidos de temperatura del horno 122
para reflejar una lectura representativa de la temperatura
ambiente.
Las figuras 2A y 2B ilustran una realización
preferida de una bobina 100 RMN de doble simetría. En una
realización preferida, como se muestra en la figura 2A, el cuerpo de
la bobina 100 RMN incluye una primera y una segunda parte en
oposición 101, 102, y una parte central 105a de recepción de la
bobina. El cuerpo está preferiblemente formado por un material no
conductor tal como FLUOROSINT 500. La bobina conductora 105 está
enrollada alrededor de la parte central de recepción de bobina 105a
del cuerpo de bobina. Preferiblemente, alrededor de 350 vueltas de
hilo (de cobre) AWG de 30 está enrollado alrededor de la parte 150a
central de recepción de bobina. Las espiras del hilo 105 de la
bobina conductora pueden fijarse sobre la parte 105a central de
recepción de bobina del cuerpo de bobina RMN tal como cinta de
vidrio de 6,4 mm. Se prefiere también que el hilo que forma la
bobina conductora 105 sea seleccionado para tener aproximadamente un
rango de servicio continuo de 200ºC. Esto permitirá que el bobinado
resista las temperaturas operacionales en el interior del horno 122
(típicamente alrededor de 160-200ºC). Como se
muestra en la figura 2B, la bobina RMN 100 también incluye una
longitud de hilo 106 que se extiende desde a bobina 100 para
conectarse a un circuito 100D de detección de polarización RMN
(figura 5). Una primera parte de esta longitud de hilo 106 está
preferiblemente formada como un conjunto de conductores que tiene
una parte principal retorcida 106A que tienen una configuración
retorcida de aproximadamente 3 espiras por centímetro y que se
extiende con una longitud asociada de aproximadamente 41
centímetros. Como se muestra también en la figura 2B, una parte
menor 106B de los dos conductores 106 no está retorcida.
Preferiblemente, la parte menor es inferior a aproximadamente el 20%
de la longitud retorcida). En una realización preferida, la parte no
retorcida 106B de los conductores 106 está desnuda y recubierta con
un recubrimiento metálico conductor tal como estaño. La bobina 100
RMN está preferiblemente configurada de tal manera que la parte 105
central de recepción del cuerpo de bobina tiene aproximadamente un
diámetro de 1,27 cm con las capas de bobina que se bobinan sobre la
bobina 105 con aproximadamente un diámetro de 2,16 cm (y típicamente
inferior a 2,54 cm). En una realización preferida, la bobina 100 RMN
está configurada para proporcionar una resistencia CC de
aproximadamente 7,0\pm1,0 \Omega y una inductancia de
aproximadamente 2,13\pm0,2 mH. Típicamente, la bobina 100 RMN es
girada para resonar a aproximadamente 25 kHz lo cual corresponde a
un condensador fijo de aproximadamente 20.000 pF. Esto produce un
valor Q de aproximadamente 20.
La primera y la segunda parte de reborde 101,
102 tienen "doble simetría" respecto de la parte 105a central
de bobina (es decir, estando dimensionadas y configuradas de manera
idéntica) Ventajosamente, la configuración de doble simetría de la
bobina 100 RMN permite que la misma bobina 100 RMN y que el mismo
circuito 100D de detección de polarización RMN sean usados para
medir la polarización del gas en dos puntos diferentes en el ciclo
de producción, es decir, en dos localizaciones diferentes en la
unidad 10 de hiperpolarizador; en la célula 22 de polarizador y en
el depósito 120 secundario asociado al gas próximo de la salida 50
de dispensación. De este modo, en funcionamiento, en una realización
preferida, una superficie 100a perimetral plana expuesta superior de
la primera parte de reborde 101 está posicionada para estar en
contacto con la célula óptica y la superficie perimetral expuesta
inferior 100b de la segunda parte 102 de reborde está posicionada
para estar en contacto con el depósito 120 secundario.
En una realización preferida, las dos partes de
reborde 101, 102 tienen un ancho relativamente pequeño o estrecho de
menos de aproximadamente 2,54 mm, y más preferiblemente de menos de
aproximadamente 1,6 mm. Esta pequeña o estrecha configuración
simétrica de la parte de reborde puede permitir que la parte 105
conductora de la bobina esté posicionada más cerca del gas
hiperpolarizado sobre ambos lados del reborde 101, 102 de la bobina
100 RMN. La bobina 100 RMN tiene una altura de aproximadamente 0,63
cm. Como se muestra, la bobina 100 RMN también incluye una abertura
central 103 formada a través de la misma. Alternativamente, la
abertura 103 puede ser llenada o el cuerpo puede formase como un
material sólido no conductor en este volumen.
La figura 3 ilustra una realización preferida de
un depósito secundario 120 (también denominado descriptivamente una
ampolla de postcongelación para aplicaciones de acumulador
criogénico). Como se muestra, el depósito 120 secundario incluye una
parte de extremo encerrado 121 que está configurada para capturar el
gas hiperpolarizado en su interior. En oposición sobre la unidad 10
de hiperpolarizador, mostrada en la figura 1, la parte de extremo
encerrado 121 está posicionada para enfrentarse adyacentemente a la
superficie de contacto de la bobina 101b RMN. El extremo encerrado
121 está preferiblemente configurado con una parte de cara de pared
delgada, es decir, la parte que está configurada para estar en
contacto con la bobina RMN 100. Preferiblemente, el extremo
encerrado 121 está formado por PIREX con un espesor de
aproximadamente 1-2 mm. Evidentemente, las
superficies de contacto con el gas del depósito 120 secundario (y/o
las líneas o cañerías asociadas) puede estar revestidas con
materiales resistentes a la relación superficial o formadas a partir
de diferentes materiales para incrementar el T_{1}. Las
superficies de película metálica también se pueden usar pero se debe
tener cuidado de que no estén configuradas suficientemente delgadas
para impedir la degradación/fortaleza de señal.
La figura 3 ilustra la parte de extremo
encerrado 121 como una cara sustancialmente plana y está
preferiblemente configurada para descansar contra la parte inferior
de la bobina 100 RMN. Sin embargo, el experto en la técnica
apreciará que la presente invención no se limita a la misma. Por
ejemplo, la figura 3A ilustra una configuración alternativa para el
depósito 120 secundario que configura el extremo encerrado 121P con
una arista 121P vertical posicionada circunferencialmente. Esta
arista está configurada y dimensionada para recibir el diámetro
exterior del reborde inferior de la bobina 100 RMN en su interior.
Esta configuración puede proporcionar una alineación fácil con la
bobina 100. La alineación precisa y el posicionamiento fiablemente
repetible de la bobina 100 RMN pueden mejorar la precisión y la
reproducibilidad del calibrado sobre múltiples hiperpolarizadores
mientras se realiza una mayor producción y también puede facilitar
una sustitución más repetible de la bobina sobre el terreno.
El depósito secundario 120 también incluye un
segundo extremo 122 que está configurado para fijarse a la cañería
de la unidad 10 de hiperpolarizador a lo largo de la trayectoria de
purga 115. El depósito secundario 120 también incluye una parte
central que se extiende longitudinalmente. El depósito 120
secundario incluye un conducto 124 que define un volumen libre de
aproximadamente 3-4 centímetros cúbicos y que está
abierto para permitir que el gas fluya a través del extremo
encerrado 121 del mismo. Como la línea 115 de purga y el depósito
120 secundario tienen superficies en contacto con el gas
hiperpolarizado, se prefiere que estén configuradas para minimizar
la despolarización inducida por contacto, es decir, las paredes y
las válvulas, juntas tóricas y similares están formadas por
materiales o revestimientos compatibles con la polarización, véase
la patente de los Estados Unidos Nº 5.612.103 de Driehuys et
al. En una realización preferida, el depósito 120 secundario
está configurado con un cuerpo que tiene una relajación de contacto
inducida de superficie que dura más de aproximadamente 10 segundos,
más preferiblemente que dura más de aproximadamente 30 segundos, y
más preferiblemente que dura más de aproximadamente 2 minutos, para
permitir el tiempo suficiente para recoger una señal RMN y obtener
una lectura de polarización.
La figura 4 ilustra una vista en perspectiva de
un diagrama de cañerías para una realización preferida de una unidad
10 de hiperpolarizador según la presente invención. Como se muestra,
la bobina 100 RMN está posicionada adyacente a una parte inferior
lateralmente intermedia de la célula 22 de polarizador (pero puede,
evidentemente, estar posicionada alternativamente mientras está
dentro de un campo magnético apropiadamente homogéneo). La bobina
100 RMN está posicionada entre la célula 22 de polarizador sobre un
extremo y la célula 120 del depósito secundario sobre el otro
extremo.
La figura 5 ilustra una disposición de diagrama
de bloques eléctricos para una realización de vigilancia preferida
de polarización a bordo para la bobina 100 RMN de la presente
invención. Como se muestra, se puede emplear un único circuito 100D
de detección RMN unitario para vigilar el nivel de polarización del
gas mediante la bobina RMN 100 durante el ciclo de producción, a
saber, el nivel de polarización en la célula 22P óptica (de
polarizador) y el nivel de polarización del gas polarizado en el
depósito 120P secundario. Esta configuración permite que la misma
bobina RMN, el mismo circuito y los mismos cables vigilen dos
localizaciones de gas. Este circuito 100D dedicado puede eliminar la
conmutación de cables y los ajustes de parámetros de ajustes
necesarios para su funcionamiento. Para bobinas RMN adicionales en
localizaciones alternas a lo largo de la trayectoria de producción,
tal como en una región de postacumulación, una región de
predispensación o en una posición a lo largo de la trayectoria de
flujo de salida 113P en la unidad de hiperpolarizador 10, se puede
conmutar física o eléctricamente cables u otros circuitos
operacionales para mirar la posición deseada (mostrada, por ejemplo,
en la figura 14 como 302S). Por ejemplo, en el caso del ^{129}Xe
sólido (congelado), se puede usar un circuito RMN diferente para
llevar a cabo un impulso de excitación de frecuencia más elevada
como se explicará más adelante.
Habitualmente, como se muestra en la gráfica
inferior de la figura 13, RMN utiliza técnicas heterodinación u
homodinación para mezclar la señal recibida con un portador de
frecuencia similar. En funcionamiento, estas técnicas dan una
frecuencia de suma y diferencia como lo apreciarán los expertos en
la técnica. Sin embargo, a menos que se use un esquema de detección
de cuadratura (canal 2) y que la señal sea una Transformada de
Fourrier (FT) antes del análisis, se pueden producir mediciones de
seña imprecisas especialmente a bajas frecuencias de diferencia. Las
bajas frecuencias de diferencia son necesarias típicamente para
permanecer dentro del ancho de banda de la respuesta de bobina y
para impulsar los núcleos cerca de su frecuencia resonante. Esto
puede ser problemático cuando se intenta analizar la señal y
calcular la polarización.
La figura 14 ilustra un circuito de detección
100D RMN apropiado de la técnica anterior que ha sido modificado
para añadir un medio 302S de conmutación de circuito. Generalmente
descrito, el circuito 100D de detección RMN utiliza un espectrómetro
o transmisor de campo bajo 302T que comprende una fuente de
alimentación 310, un generador de impulsos 300, y un amplificador de
transmisión 302. Una línea de transmisión/recepción (111) conecta la
bobina 100 tanto al transmisor 302T como al receptor 305R. El
receptor 305R mostrado incluye un amplificador 305 de recepción y un
ordenador 309 y puede incluir también un filtro 307. Como también se
muestra, el circuito 100D de detección RMN incluye también
preferiblemente compuertas de diodo 209 para dirigir la señal desde
el transmisor a la bobina 100 o desde la bobina 100 a la parte de
recepción del circuito 100D según le modo operacional del circuito
de detección RMN. En una realización, el circuito 100D puede emplear
un simple analizador receptor que incluye un detector de cresta a
cresta que traduce la detección de cresta en un nivel de
polarización y una simple pantalla de visualización o salida de
osciloscopio (no se requiere un ordenador para evaluar o medir la
polarización).
Preferiblemente, el circuito 100D de detección
RMN está configurado para evitar la necesidad de mezclar la señal
recibida. En su lugar, la señal recibida es ampliada, filtrada y
analizada por FID (Caída libre de inducción), directamente. Esta FID
directa permite una detección de señal de canal no compleja y reduce
ventajosamente la complejidad del circuito de análisis de señal (FT
no complicado). La figura 13 muestra una comparación gráfica de un
procedimiento de detección directa con una mezcla típica (FID de dos
canales) La frecuencia de FID original es de 75,1 kHz y el T_{2}*
ahocicada es 5, 16 ms. La frecuencia de FID mezclada es de 200 Hz.
Ambos canales de la FID sobrestiman la amplitud cresta a cresta de
la señal. Además, la desintonización puede proporcionar más
oscilaciones pero la fuerza de señal se puede reducir porque el
impulso de excitación se aplica más allá de la resonancia de los
espines. El procedimiento de FID de detección directa permite
funcionar directamente sobre la resonancia de la bobina RMN y los
espines. Muchas de las oscilaciones se producen antes de desfasar de
manera que una medición más precisa de la amplitud cresta a cresta
puede ser hecha.
La polarización es proporcional a la amplitud
cresta a cresta de la FID, que se puede analizar usando cursores o
circuitos de detección de cresta relativamente económicos. En este
procedimiento preferido, se producen numerosos ciclos en el modo de
detección directa antes de la atenuación debida a los ajustes de
T_{2}*. Por consiguiente, este procedimiento de detección directa
es más preciso sobre mediciones de FID mezcladas convencionales.
Además, debido a eliminación del requisito de homodinación, se puede
operar directamente sobre la resonancia de respuesta de bobina que
permite también una precisión mejorada. Evidentemente, se pueden
usar otras configuraciones de polarimetría conocidas por los
expertos en la técnica. Véase, por ejemplo, Saam et
al., Low Frequency NMR Polarimeter for Hyperpolarizaed
Gases, Jnl. Of Mag. Res., 134, pp. 67-71
(1998).
Como se muestra en la figura 14, se prefiere que
el circuito de detección RMN 100D emplea compuerta de diodo Shotky
de portador caliente 209 que tienen un voltaje de conducción de 0,25
V. Este tipo de compuerta de diodo puede reducir la distorsión (las
compuertas de diodo estándar en RMN son diodos 1N914A con voltajes
de conducción de aproximadamente 0,6 V). Esto puede también reducir
el tiempo de ocupación de la bobina de RNM después de la excitación
en aproximadamente 0,2 ms, como lo cual permite que la FID sea
muestreada aproximadamente 3,5 ms antes que otros sistemas de
vigilancia para unidades de hiperpolarizador. Hay que resaltar
también que el uso de una compuerta de diodo puede introducir
problemas de fuga de señal. La compuerta de diodo 209 incluye dos
diodos conectados en paralelo con polaridades opuestas. En
funcionamiento, uno de os diodos está siempre en conducción (asumir
el voltaje está por encima de la caída de diodo'' sin tener en
cuenta el signo del voltaje. Si el voltaje está por debajo de la
caída de diodo, entonces ambos diodos actúan para bloquear y
prevenir cualquier señal de paso (es decir, actúan como
guarda-compuertas). Como se muestra en la figura 14,
las compuertas de diodo 209 actúan para enviar pequeñas señales
desde la bobina 100 (una señal como un voltaje que está por debajo
de la caída de tensión del diodo) al receptor 305R en lugar de
devolverla al transmisor 302T. Sin embargo, durante la transmisión
del impulso (a tensiones mucho mayores que la caída de voltaje de
diodo), las compuertas de diodos 209 actúan como un conductor a la
bobina 100.
Como también se muestra en la figura 14, el
circuito 100D de detección RMN emplea preferiblemente un único
condensador 230 fijo para sintonizar un circuito 200 de bobina RMN
correspondiente. Los circuitos 200 de bobina RMN se
"sintonizan" típicamente poniendo un condensador "C" en
paralelo con la bobina de excitación (que tiene una inductancia
"L" asociada). El circuito de bobina resuena a una frecuencia
"f" y por lo tanto puede potenciar la respuesta a señales a o
cerca de esta frecuencia. Mientras que también tiene respuesta
reducida a ruido fuera de su ancho de banda de frecuencias. En los
circuitos de RNM típicos, se pueden usar una combinación
serie/paralelo de condensadores ajustables parta sintonizar el
circuito para resonancia y para tener una impedancia de 50 ohmios
(típicamente requerido para funcionamiento a alta frecuencia). Este
tipo de configuración de condensador puede requerir ajustes
frecuentes y cuidadosos para garantizar un circuito sintonizado
adecuadamente. De este modo, se prefiere utilizar un único
condensador de valor fija de alta precisión en el circuito 100D de
detección RMN para sintonizar las bobinas RMN descritas en la
presente memoria descriptiva. Esto se consigue usando también la
compuerta 209 de diodo y bajas frecuencias de funcionamiento
(aproximadamente 1-400 kHz) en el circuito de
detección RMN 100D.
La figura 6 ilustra una unidad 10 de
hiperpolarizador alterna con dos bobinas RMN separadas 100, 150.
Como se muestra en la figura 7A, la segunda bobina 150 está
posicionada ventajosamente a lo largo de la trayectoria 122 de flujo
de célula óptica o de postpolarizador o adyacente al orificio 22b de
salida de célula 22, Este posicionamiento puede proporcionar una
nivel más fiable de polarización del gas cuando realimente sale de
la célula 22, en lugar de nivel convencionalmente vigilado por
bobinas RMN típicamente montadas por debajo de la parte central de
la célula óptica. Aunque la configuración convencional puede
proporcionar flujo carente de buenas lecturas, durante el flujo, el
gas que pasa por la bobina está típicamente no polarizado comparado
con el nivel que debería obtener cuando fluye finalmente fuera del
orificio de salida de la célula óptica. De este modo, la posición de
una bobina RMN 150 adyacente a la salida 22b de célula de
polarizador puede proporcionar un nivel de señal RMN que corresponde
al flujo del gas cuando sale de la célula 22 de polarizador, y de
este modo, puede proporcionar un parámetro de medición de control de
producción mejorado parta el nivel de polarización del gas
conseguido en este punto de flujo de proceso. Aunque se muestra en
una realización preferida con una célula 22 óptica de flujo
sustancialmente continuo de xenón, esta vigilancia de trayectoria de
flujo puede, evidentemente, también ser usada con
hiperpolarizadores en modo de lotes (típicamente usados para
producir ^{3}He hiperpolarizado). Esto puede permitir una medición
de bobina RMN antes de la dispensación pero en la trayectoria de
flujo de salida de gas adyacente a la célula 22 de polarizador.
La figura 7B ilustra una técnica de fabricación
para incluir tal bobina 150 de vigilancia sobre la pata 22b de
salida de la célula adyacente al cuerpo de célula principal. Como lo
apreciará el experto en la técnica, la célula 22 de polarizador está
típicamente formada por un artesano experto en la formación de
vidrio fundido. De este modo, típicamente, se forman el cuerpo de
vidrio, y a continuación se forman las patas en su interior para
formar la célula 22 óptica. Con el fin de posicionar una bobina 150
RMN a lo largo del cuerpo 119B de vidrio adyacente al orificio de
salida 22, el procedimiento de fabricación convencional puede ser
alterado como se muestra en la figura 7B. En este procedimiento, se
forma el cuerpo de vidrio 119B y se forma (se sopla) la parte
superior de la pata 119L (las partes superior e inferior 119L1,
119L2 que definen la pata de salida 122). A continuación la bobina
150 RMN se desliza sobre la pata 119L1 parcialmente formada y se
posiciona para extenderse por encima de la parte inferior de la pata
119L2 que incluye la sección expandida y las fijaciones de cañería
28 para proporcionar la bobina 150 de vigilancia RMN de la célula
óptica como se muestra en la figura 7A. Alternativamente, la bobina
150 RMN puede estar fijada a un cuerpo de célula en una región de
abertura de salida y una única pata integrante 122 puede ser fijada
o retirada a través de la misma (no mostrada).
La bobina 150 de vigilancia RMN está
preferiblemente configurada con una abertura central que está
dimensionada para ser ligeramente mayor que el diámetro exterior de
la pata 221 de manera que la bobina 150 RMN pueda deslizarse sobre
la pata y posicionarse adyacente al cuerpo primario de la célula
óptica, mientras también está dimensionada y configurada para
mantenerse firmemente contra el mismo. El cuerpo de vidrio 19B y las
patas 119L1, 119L2 pueden estar formados a partir de PIREX®.
Alternativamente, el cuerpo y las patas pueden estar formados en
materiales que son sustancialmente no paramagnéticos y no
conductores tales como aluminosilicatos y similares.
En funcionamiento, se prefiere que para las
bobinas RMN 150 posicionadas a lo largo del brazo de trayectoria de
flujo de salida de la célula 22, el flujo del gas hiperpolarizado se
pare o ralentice temporalmente mientras se obtiene la señal de
medición de polarización en la bobina 150 RMN para mantener una
cantidad suficiente de gas polarizado cerca de la bobina 150 RMN
mientras se obtiene la señal de FID. Por ejemplo, el gas xenón pasa
a un caudal deseado a través de la célula 22 de polarizador y fuera
del orificio de salida 22b. Las válvulas pueden cerrarse
temporalmente para detener el flujo del gas polarizado fuera del
orificio de salida 22 b, recibir la señal RMN por la bobina RMN
sobre el brazo de salida 150, y volver a inicial el flujo del gas
polarizado. Este ciclo del tiempo de interrupción del flujo es
preferiblemente corto, tal como inferior a 10 segundos.
Evidentemente, una línea de purga (no mostrada) también puede estar
posicionada en comunicación fluida con el orificio de salida 22b y
ser usada para dirigir una pequeña cantidad del gas polarizado a una
bobina RMN de medición en proceso (tal como la bobina RMN de doble
simetría u otra bobina RMN separada (no mostrada))en una región de
campo homogéneo del hiperpolarizador para una lectura de fluyo en
curso, no requiriendo de este modo que el flujo esté suspendido para
una medición de trayectoria de flujo fiable. Alternativamente, la
bobina RMN 150 puede apoyarse contra la propia célula y estar
configurada y dimensionada alrededor de la célula para proporciona
información fiable acerca de la polarización del gas cuando se
acerca de la salida de la célula. Evidentemente, se pueden usar
otras configuraciones de bobina RMN de trayectoria de flujo tal como
otras configuraciones de cañerías o válvulas para dirigir y capturar
una cantidad suficiente del gas en la trayectoria de flujo.
Ventajosamente, la información de señal representativa de la
polarización del gas fluente puede permitir un ajuste de parámetro
del proceso más preciso (tal como en el funcionamiento de la célula
óptica) e información del proceso en tiempo real.
Aunque la figura 6 ilustra el hiperpolarizador
10' con tanto la bobina 150 de vigilancia RMN y la bobina 100 de
doble simetría, la presente invención no se limita al mismo. Por
ejemplo, el hiperpolarizador 10' puede estar configurado
alternativamente con solo la bobina 150 de vigilancia RMN del brazo
de salida y/o con la bobina 150 de vigilancia RMN trasladada
espacialmente para ser montada en una posición diferente a lo largo
de la pata de salida de célula óptica.
La figura 8 ilustra otra realización de una
unidad 10'' de hiperpolarizador según la presente invención. En esta
realización, la unidad 10'' de hiperpolarizador incluye una bobina
175 de vigilancia RMN criogénica. Como se muestra, esta bobina 175
de vigilancia está preferiblemente posicionada en la unidad 10'' de
hiperpolarizador para vigilar la polarización del gas recogido, es
decir, el gas polarizado congelado (helado). Debido a que esta
bobina 175 de vigilancia puede estar expuesta a condiciones extremas
(temperaturas criogénicas), se prefiere que la bobina 175 de
vigilancia RMN esté formada por materiales cuerpo e hilo que sean
apropiados para la misma. Un ejemplo de un hilo es un hilo de cobre
revestido de termoplástico, otros materiales apropiados incluyen
polímeros Ultem®, Nylatron® o Torlon® y similares. Evidentemente, la
resistencia de los hilos a las bajas temperaturas se reducirá y el
circuito 100D'' de detección RMN está preferiblemente configurado
para dar cuenta de la variación inducida por temperatura. La
resistividad inferior del hilo puede mejorar el valor "Q" de
este circuito, pero como lo apreciarán los expertos en la técnica,
la resistividad inferior es típicamente insustancial cuando se
compara con la capacidad interhilos en aplicaciones de capo bajo
(que domina el valor "Q" del circuito), es decir, las bobinas
RMN de la presente invención emplean numerosos bobinados
(típicamente 100-300) comparado con una poscas
espiras de hilo sobre una bobina para aplicaciones típicas de campo
alto (donde el valor "Q" puede estar dominado por resistividad
de hilo).
La bobina 175 de vigilancia RMN criogénica puede
estar configurada de diversas maneras. En una realización preferida,
como lo muestra la figura 9, la bobina 175 RMN está configurada como
un solenoide que está posicionado alrededor de la cámara de recogida
del dedo frío 30. Como se muestra en la figura 9A, la bobina 175 RMN
está configurada como un solenoide 175a (en contraste con el tipo
175b de bobina de superficie mostrado en la figura 10) para
enrollarse alrededor de una parte inferior del exterior del dedo río
30 o la propia cámara de recogida. Preferiblemente, el solenoide
175a se puede configurar y dimensionar para extenderse y aproximarse
al exterior del dedo frío de manera que se aproxima a
sustancialmente todo el depósito de hielo o región de mantenimiento
de la cámara de recogida (es decir, la región donde está posicionado
el gas congelado).
Como es bien conocido por los expertos en la
técnica, para llevar a cabo adecuadamente la medición RMN, la fuente
de campo magnético está preferiblemente configurada para generar un
campo magnético que está orientado transversalmente (perpendicular o
normal) a la dirección del campo asociado al impulso de la bobina
RMN correspondiente. Por lo tanto, la fuente de campo magnético
operativamente asociada a la bobina 175 RMN criogénica (bien imanes
permanentes 40 o bien electroimanes 40') está configurada para
generar el campo magnético dirigido apropiadamente así como un grado
suficiente de homogeneidad para la medición RMN.
La figura 9 ilustra la fuente de capo magnético
para la bobina 175 RMN criogénica en forma de un conjunto de imanes
permanentes 40. Sin embargo, la fuente de campo magnético puede
también estar configurada como un electroimán o solenoide 400 y
posicionada para estar espacialmente separada con el dedo frío 30
entre la misma alrededor de la región inferior del dedo frío que
mantiene el gas congelado. En funcionamiento, la magnitud de la
fuente de campo magnético (mostrada por ejemplo como un imán
permanente 40 en la figura 9 y un electroimán 400 en la figura 11)
está preferiblemente configurada para generar un capo magnético de
nivel bajo sustancialmente fijo o constante de al menos
aproximadamente 500 G de manera que la frecuencia resonante de
^{129}Xe es de aproximadamente 589 kHz. Al permitir
aproximadamente 300 pF de capacidad en el circuito de
medición/detección de señal para resonar el gas congelado recogido,
se prefiere que la bobina 175a RMN esté configurada con una
inductancia de aproximadamente 0,24 mH o menos. Además, debido a que
el campo magnético es sustancialmente fijo, se prefiere que el
circuito de medición o detección se pueda sintonizar con alguna
cantidad de capacidad variable para ajustar la sintonización para
asociarla a la frecuencia de Larmour del ^{129}Xe congelado. En
una realización preferida, la bobina 175a RMN basada en criógeno y
el circuito de detección asociado está configurado con una capacidad
que incluye una cantidad sintonizable de aproximadamente
0-100 pf, y aproximadamente 10 pF debido al cable o
hilo, y aproximadamente un condensador fijo de 100 pF.
Preferiblemente, la bobina RMN 175a está dimensionada de tal manera
que cubre (se extiende sobre) la región entera de recogida de hielo
de ^{129}Xe. Por ejemplo, una bobina 175a RMN con una longitud de
bobinado de aproximadamente 2 cm y un radio de aproximadamente 1 cm
puede ser apropiada. En este ejemplo, aproximadamente 220 espiras de
hilo proporcionan aproximadamente una inductancia de 0,24 mH.
En funcionamiento, el campo magnético estático
aplicado (B_{0}) está orientado para estar perpendicular o normal
al campo RF (B_{1}) de la bobina RMN provisto por la bobina RMN.
De este modo, si B_{0} es transversal, entonces B_{1} es axial,
o si B_{0} es axial entonces B_{1} es transversal. Por motivos
de claridad, la dirección axial significa la dirección que es
paralela a o colineal con el dedo frío vertical 30 (mostrado en
posición en las figuras 10 y 11).
En una realización preferida, para generar un
campo magnético transversal B_{0}, se usan un par de imanes
cerámicos opuestos tal como se describe anteriormente y el B_{1}
correspondiente es de este modo axial y se aplica mediante una
bobina 175a RMN configurada como un solenoide. Sin embargo, como es
conocido por los expertos en la técnica, una bobina de electroimán
40' (tal como un par de Helmholtz) también puede estar configurada
para generar un campo magnético B_{0} estático transversal. Otra
alternativa es usar un solenoide transversalmente orientado para el
campo estático con un B_{1} axialmente orientado asociado a la
bobina 175a RMN como se muestra esquemáticamente en la figura 11.
Las configuraciones de electroimanes que promocionan campos axiales
apropiados incluyen un solenoide relativamente grande para un
B_{0} axial (tal como 20-30 cm de largo y 10 cm
de diámetro) y un pequeño solenoide asociado al B_{1} de la bobina
RMN (tal como 2 cm de largo y 2 cm de diámetro).
En los acumuladores criogénicos convencionales,
la fuerza típica del campo magnético que rodea el gas polarizado
acumulado congelado está provista por una disposición de imanes
permanentes que generan un campo relativamente bajo y un campo
magnético no particularmente homogéneo. La homogeneidad generada de
este modo es apropiada para el gas congelado que no es
particularmente susceptible a gradientes magnéticos, pero
desafortunadamente la disposición de imanes permanentes usada en el
pasado no es generalmente lo suficientemente homogénea para una
medición RMN sensible y/o de precisión. Véase por ejemplo la
patente de los Estados Unidos No 5.809.801 de Gates et al.,
para más detalles de la culata criogénica de imanes permanentes.
Por lo tanto, en una realización preferida como
se muestra en la figura 10, cuando se emplea una disposición de
imanes permanentes con la vigilancia 175 de bobina RMN criogénica,
se prefiere que la disposición 40' de imanes permanentes sea
modificada para ajustarse fuera del baño criogénico 4.
Preferiblemente, la disposición 40' de imanes permanentes está
dimensionada y configurada para producir un campo magnético de 1 x
10^{-4} T a 0,2 T y más preferiblemente aproximadamente 0,00 T a
0,1 T, y más preferiblemente aproximadamente 0,05 T a 0,1 T. También
se prefiere que el campo magnético tenga una región homogénea
suficiente para extenderse por la parte inferior del compartimiento
criogénico. Preferiblemente, la homogeneidad es suficientemente alta
para que el gradiente inducido T_{2}* tarde más que el T_{2} del
hielo. Por ejemplo, tarde más de aproximadamente 1 ms, que es el
T_{2} intrínseco asociado al ^{129}Xe sólido a 77ºK. Véase Yen
et al., Nuclear Magnetic Resonance of 129 Xe in solid and
Liquid Xenon, Phys. Rev. 131, 269-275
(1963).
Preferiblemente para obtener una homogeneidad
suficiente, la disposición 40 de imanes permanentes está configurada
con un conjunto de imanes físicamente mayor respecto del usado para
la acumulación criogénica de dedo frío en el pasado. Por ejemplo,
una configuración emplea aproximadamente imanes de 20 cm de diámetro
(discos) con polos magnéticos que se separa del recipiente Dewar o
de baño de criógeno líquido por una distancia de separación de
aproximadamente 8 cm que pueden proporcionar aproximadamente un
campo de 0,05 T con una homogeneidad suficiente alrededor de la
región deseada. Establecido de manera diferente, un conjunto de
imánense permanentes 40 discretos están posicionados en oposición a
la otra a través de la pared exterior del frasco Dewar o recipiente
de baño de criógeno 43 de manera que los imanes 40 permanentes
diametralmente opuestos tienen una separación diametral de
aproximadamente 8 cm. Alternativamente, los imanes permanentes 40
pueden ser una serie de imanes cerámicos de campo más fuerte (estos
últimos puede incrementar la fuerza de campo generadas por los
mismos).
Como se muestra en la figura 10, los imanes 40
de disco de campo permanente pueden estar alineados por una culata
estructura 401 y/o pueden incluir un retorno de flujo. Como los
apreciará el experto en la técnica, un retorno de flujo puede
incrementar la fuerza de campo de esta disposición mientras que
también minimiza la interferencia de flujo magnético de dispersión.
El retorno de flujo puede estar configurado como un material de
hierro blando. Alternativamente, en lugar de una culata 401, los
imanes 40 pueden ellos mismos fijarse a la pared exterior del
recipiente o frasco 42 de criogénico que mantiene el baño criogénico
42 o de otro modo estar soportados para proporcionar la separación
espacial y la alineación deseadas. Evidentemente, como lo
apreciarán los expertos en la técnica, se pueden usar otras
configuraciones de geometría de imanes para proporcionar una fuerza
y homogeneidad de campo magnético apropiadas.
La figura 10 también ilustra un acumulador y un
conjunto de imanes 230. El acumulador 30 está soportado por una
plataforma de soporte 210 posicionada sobre el baño 30 de criógeno.
Los imanes están separados por una distancia "D" y posicionados
externamente al baño de criógeno 43. Tal como se ha explicado
anteriormente, la distancia de separación "D" es de al menos 8
cm para un disco de imanes que tiene aproximadamente un diámetro de
20 cm. Un para de placas 215 se extienden longitudinalmente desde la
plataforma de soporte 210 y se conectan a la parte inferior del
conjunto de mantenimiento 275 que está dimensionado para mantener la
bobina 175b RMN para estar en contacto con la parte inferior del
depósito de recogida 75 del acumulador 30 para proporcionar el campo
magnético deseado al gas polarizado recogido. Como se muestra, el
acumulador 30 incluye una parte 211 de contacto de soporte, que está
configurada para descansar contra la plataforma 210 de soporte y
tiene un miembro 215a de soporte lateral que se extiende para
mantener la parte superior del depósito de recogida 75. En cualquier
caso, el acumulador 30 está preferiblemente sumergido en el baño 43
de criógeno de manera que el depósito 75 y aproximadamente 7,5 a 15
cm del tubo estén sumergidos. Si están sumergidos en nitrógeno
líquido, la pared exterior de la camisa exterior 103 y la pared
exterior o el depósito 75 estará aproximadamente a 77ºK. El punto de
congelación del xenón es de aproximadamente 160ºK. De este modo al
salir de la trayectoria de flujo primaria 80, el gas hiperpolarizado
choca contra la superficie fría y se congela en el depósito 75
mientras que los gases de amortiguación salen del acumulador
mediante un canal de salida 90 (no mostrado). El depósito 75 puede
incluir un revestimiento de superficie para ayudar a prevenir la
relajación causada por le contacto del gas polarizado con el mismo.
A figura 11 ilustra la bobina 175c RMN configurada alternativamente
y posicionada como una bobina de excitación de tipo solenoide que se
extiende por la longitud "L" de la ampolla de acumulación o
depósito 75 y está preferiblemente configurada para estar en
contacto o extenderse muy cerca del exterior del mismo (una parte
sumergido de criógeno) del depósito.
La figura 9 ilustra una unidad 10''' de
hiperpolarizador con un sistema de vigilancia ce polarización
multipuntos. Esta realización incluye la primera bobina 100 RMN
posicionada adyacente a la célula 22 óptica y el depósito 120
secundario, la segunda bobina 150 de vigilancia RMN posicionada
adyacente a la salida 22 de célula óptica, y la tercera bobina 175
de vigilancia RMN criogénica posicionada para vigilar la
polarización del gas congelado. La figura 9 también ilustra una
bolsa o recipiente vacío 525 fijado a la salida 50 de dispensación y
la trayectoria 115 de flujo secundario en comunicación fluida con
la trayectoria de flujo de gas saliente próxima al orificio 50 de
dispensación de gas. La figura 12 ilustra esquemáticamente un
circuito de detección de hiperpolarizador para un sistema de
vigilancia de bobina multiRMN.
Aunque particularmente apropiado para el
^{129}Xe acumulado criogénicamente, el procedimiento de vigilancia
de doble polarización también puede ser empleado con éxito en un
hiperpolarizador usado con otros gases nobles hiperpolarizados tales
como ^{3}He.
Preferiblemente, las bobinas RMN 100, 125, 175
de la presente invención son bobinas RMN de alta precisión. Es
decir, se prefiere que las bobinas RMN estén concebidas y producidas
de una manera fiable y sustancialmente consistente (tal como
procedimientos de tolerancia controlada y de fabricación
controlada), Esto permite que el hiperpolarizador establezca un
calibrado estándar que es sustancialmente el mismo para una posición
particular en el hiperpolarizador a través de los módulos de
sustitución.
Una caída constante "T_{1}" asociada al
tiempo de relajación longitudinal del gas hiperpolarizado se utiliza
a menudo para describir el tiempo que tarda una muestra de gas en
despolarizarse en una situación dada. Como se señalado
anteriormente, la manipulación del gas hiperpolarizado es crítica
debido a la sensibilidad del estado hiperpolarizado a los factores
ambientales y de manipulación y el potencial para una caída
indeseable del gas a partir de su estado hiperpolarizado antes del
uso final planeado, es decir la distribución a un paciente para la
formación de imágenes. El procesamiento, transporte y almacenamiento
de los gases hiperpolarizados, así como la distribución al paciente
o usuario final- puede exponer los gases hiperpolarizados a diversos
mecanismos de relajación tales con gradientes magnéticos, relajación
inducida por contacto, interacciones de los átomos del gas
hiperpolarizado con otros núcleos, impurezas paramagnéticas y
similares.
En referencia ahora ala figura 14, se describe
generalmente, un impulso de excitación de radiofrecuencia
seleccionado (de frecuencia, amplitud y duración predeterminadas) es
transmitido a partir de un generador 300 de impulsos por un
amplificador 302 a través de un conjunto de compuertas 209 de diodo
a la bobina 100 de superficie. El impulso de excitación transmitido
localmente excita la muestra 250 de gas hiperpolarizado (o gas
congelado). El circuito 100D puede incluir un medio de conmutación
302S (conmutadores eléctricos, mecánicos, dirigidos por
programa/software) para conmutar entre las bobinas de detección
ubicadas en diferentes sitios en el ciclo de producción.
Alternativamente o además de los medios de conmutación 302S, para
mediciones de hielo de alta frecuencia se puede emplear un circuito
transmisor 302T alterno. Evidentemente, un circuito receptor alterno
o componentes adicionales asociados al mismo pueden también ser
empleados (no mostrado).
El gas hiperpolarizado 250 responde al impulso
de excitación que induce a devolver una señal de respuesta al
receptor 305R a través de un amplificador 305 (opcionalmente
filtrada) y a continuación a un analizador 309 de señal de
interrogación dirigido por ordenador. De este modo, se recibe una
señal de respuesta que corresponde a la respuesta del gas al impulso
de excitación. La señal recibida es analizada (preferiblemente
detección cresta a cresta, detección de FID directa) para determinar
la polarización del gas hiperpolarizado. Apropiadamente, el análisis
relativamente no complejo no requiere un ordenador o un procesador
de señal complejo, pero puede en su lugar emplear un circuito de
análisis de detector de cresta.
Preferiblemente, el impulso de excitación es un
impulso de radiofrecuencia (RF) que tiene un tiempo de impulso
seleccionado y una frecuencia que corresponde a la fuerza del campo
magnético y el gas hiperpolarizado particular, Preferiblemente, las
frecuencias usadas para la pase del gas ^{3}He son aproximadamente
de 75 kHz (con un campo magnético estático de aproximadamente 2,34 x
10-3 T o más (con un cambio asociado en la fuerza de
campo magnético). Una frecuencia preferida alternativa es de
alrededor de 24 kHz con la frecuencia para el ^{129}Xe gaseoso que
también es de aproximadamente 24 kHz (con la frecuencia de fase
congelada incrementándose, es decir, que es una frecuencia superior
a la frecuencia de impulso de excitación de gas). De este modo, se
pueden usar 24 kHz tanto para ^{129}Xe como para ^{3}He. Debido
a que ^{3}he tiene un mayor momento magnético (2,7 veces)
comparado con ^{129}Xe, el campo magnético usado para ^{3}He es
típicamente menor a una frecuencia similar. De este modo para 24
kHz, aproximadamente un capo de 2,04 x 10^{-3} T es
preferiblemente usado para ^{129}Xe mientras que se utiliza un
campo de 7,5 x 10^{-4} para ^{3}He. La frecuencia de resonancia
de ^{129}Xe es proporcional a la fuerza de campo por la relación
conocida de 1,18 kHz/G; de este modo tal como se indica, para un
campo de 2 x 10^{-3} (20G), la frecuencia es de aproximadamente 24
kHz mientras que para un campo de 0,05 T (500 G) una frecuencia
apropiada para el xenón gaseoso es de aproximadamente 600 kHz. La
mayor frecuencia de detección usada preferiblemente para el hielo de
^{129}Xe (gas en fase helada) se refiere al hecho de que T_{1}
dura más en 5x10^{-2} T (500 G). Por lo tanto, para un
hiperpolarizador de vigilancia de un proceso multipuntos, el
circuito de detección RMN 100D (figura 12) está preferiblemente
configurado para transmitir un primer impulso a una primera
frecuencia (f_{1}) para las bobinas RMN 100, 125, y una segunda
frecuencia mayor (f_{2}) para la bobina 175 RMN posicionada en
hielo. En cualquier caso, el impulso de radiofrecuencia genera un
campo magnético oscilante que desalinea una pequeña fracción de los
núcleos de gas hiperpolarizado (es decir, ^{3}He o ^{129}Xe) a
partir de su posición de desalineación de campo magnético estático.
Los núcleos desalineados empiezan su procesamiento en su frecuencia
de Larmour asociada (que corresponde a la frecuencia de impulso).
Los espines de procesamiento inducen un voltaje en la bobina 100 de
superficie RMN. El voltaje es recibido de vuelta (típicamente
amplificado) y la señal es una señal de FID. El voltaje inicial de
cresta a cresta de esta señal es directamente proporcional a la
polarización (usando una constante de calibrado conocida). Saam
et al., incluye más de alguna manera para establecer las
normas de calibrado. Véase Saam et al., más
arriba.
Preferiblemente, cada una de las realizaciones
de bobina RMN 100, 150, 175 descrita en la presente memoria
descriptiva incluye una línea de entrada/salida en forma de una
única línea de señal coaxial (que maneja ambas señales de
transmisión/recepción) 111 (figura 8) que está asociada
operacionalmente al transmisor 302T (figura 14). En funcionamiento,
el generador de impulso 309, estará preferiblemente configurado para
proporcionar una mayor frecuencia de señal para el hielo y funciona
reconociendo el T_{2}* del hielo que se reducirá respecto del del
gas.
El impulso de excitación de la presente
invención es seleccionado de tal manera que puede determinar
fiablemente el nivel de polarización mientras despolarizar
mínimamente el gas. Preferiblemente, para la medición del gas
hiperpolarizado recogido helado, la bobina RMN 175a está configurada
para comprender sustancialmente todo el gas hiperpolarizado (fase
hielo) congelado recogido en el dedo frío 30. En funcionamiento, una
pluralidad de impulsos con ángulos de excitación de impulsos
extremadamente pequeños son usados para excitar el gas congelado-
Tal como ose usa en la presente memoria descriptiva,
"extremadamente pequeño" significa ángulos de impulso de menos
de aproximadamente 5 grados, y preferiblemente en el intervalo de
aproximadamente 1-2 grados. Los ángulos de
excitación de impulsos extremadamente pequeños minimizan el efecto
de despolarización de la medición de señal en el gas/hielo. Esto se
atribuye a la relación entre el ángulo de excitación asociado al
impulso de excitación y la polarización retenida. La señal por
ángulo de excitación de impulso es proporcional al seno del ángulo
de impulso (\theta). Por ejemplo, para un ángulo de excitación de
impulso de aproximadamente 2 grados, el coseno de \theta es 0,994.
Por lo tanto, incluso si (2) impulsos de ángulo de excitación de
diez grados son tomados de la muestra, esto debería dejar la muestra
con aproximadamente el 99,3% de la magnetización original y afectar
mínimamente a la fuerza de señal original asociada a la polarización
no medida del gas congelado hiperpolarizado. De este modo, se
prefieren ángulos de excitación extremadamente pequeños porque se
puede esperar una señal sustancial a partir del gas hiperpolarizado
congelado y la señal es relativamente fuerte incluso con este
pequeño ángulo de excitación porque hay tanto hiperpolarización como
alta densidad de un sólido (la fase sólida proporciona
aproximadamente un incremento de 1000 veces respecto de las
densidades de fase gaseosa). A una frecuencia de aproximadamente 589
kHz y empleando la bobina 175a de 220 espiras que tiene una
inductancia de 0,24 mH tal como se ha mencionado en una realización
preferida par la bobina RMN 175a (figura 9A) anteriormente, y usando
un impulso de 1V, se producirá aproximadamente 2 grados de ángulo de
excitación en la muestra helada.
Lo anterior es ilustrativo de la presente
invención y no ha de interpretarse como limitativo de la misma.
Aunque se han descritos unas pocas realizaciones ejemplares de la
invención, los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que
cualquier modificación es posible en las realizaciones ejemplares
sin salirse materialmente de las explicaciones y ventajas novedosas
de la invención. Por consiguiente, todas las modificaciones de este
tipo están destinadas a ser incluidas dentro del alcance de la
invención tal como se ha definido en las reivindicaciones. En las
reivindicaciones, los medios más la disposición de función están
destinados a cubrir las estructuras descritas en la presente memoria
descriptiva como realizando la función expuesta y no sólo los
equivalentes estructurales sin también las estructuras equivalentes.
Por lo tanto, se ha de entender que lo anterior es ilustrativo de la
presente invención y que no ha de interpretarse como limitada a las
realizaciones específicas descritas, y que las modificaciones alas
realizaciones descritas, así como otras realizaciones, están
destinadas a ser incluidas dentro del alcance de las
reivindicaciones anexas. La invención está definida por las
siguientes reivindicaciones.
Claims (12)
1. Un hiperpolarizador para producir gases
nobles polarizados, que comprende:
una célula de bombeo óptico (22) que tiene un
orificio de entrada de gas no polarizado y un orificio de salida de
gas polarizado;
una fuente de campo magnético (500) asociada de
manera operacional a dicha célula de bombeo óptico, estando dicha
fuente de campo magnético configurada para crear una zona de
homogeneidad;
un acumulador (30) en comunicación fluida con
dicho orificio de salida de célula de bombeo óptico; una salida de
distribución de gas polarizado (50) en comunicación fluida con dicho
acumulador (30) mediante una trayectoria de flujo de salida de gas
polarizado (113a, 114) que se extiende entre dicho gas polarizado
(30) y dicha salida de distribución de gas polarizado (50);
una bobina RMN de radiofrecuencia (100) que
presenta un primer y un segundo extremo opuestos,
caracterizado porque dicho primer extremo
está posicionado de manera adyacente a dicha célula de bombeo óptico
(22) en el interior de dicha zona de homogeneidad; y porque
un depósito secundario (120) está posicionado de
manera adyacente a dicho segundo extremo de bobina RMN de
radiofrecuencia en comunicación fluida con dicha trayectoria de
flujo de salida de gas polarizado (113a, 114) mediante una
trayectoria de flujo secundario (115),
en el que dicha bobina RMN de radiofrecuencia
está dispuesta entre dicha célula óptica (22) y dicho depósito
secundario (120) de tal manera que una cierta cantidad de gas
posicionada en uno u otro de la célula óptica o del depósito
secundario pueda ser excitada.
2. Un hiperpolarizador según la reivindicación
1, en el cual dicha fuente de campo magnético (500) define una zona
de homogeneidad que incluye una parte de dicha célula de bombeo
óptico (22) y un volumen que se extiende sobre una cierta distancia
por debajo de dicha célula de bombeo, y en el cual dicha bobina RMN
de radiofrecuencia (100) está posicionada sobre una parte inferior
de dicha célula de bombeo óptico, y en el cual, dicha bobina RMN de
radiofrecuencia y al menos una parte de dicho depósito secundario
(120) están posicionados en el interior de dicha zona de
homogeneidad.
3. Un hiperpolarizador según la reivindicación
1, en el cual dicho depósito secundario (120) tiene un primer
extremo abierto y un segundo extremo opuesto cerrado y está
configurado para capturar en el interior un pequeño volumen
representativo de gas hiperpolarizado, y en el que dicho segundo
extremo cerrado está posicionado en contacto con el tope con dicho
segundo extremo de bobina RMN de radiofrecuencia (100).
4. Un hiperpolarizador según la reivindicación
3, en el cual dicho acumulador (30) está configurado para acumular
un gas polarizado en una fase congelada y a liberar gas en una fase
gaseosa después de la descongelación, y en el cual dicho depósito
secundario estará configurado para recibir una cantidad de gas
polarizado después de la descongelación a partir de dicha
trayectoria de flujo de salida de gas y para posicionar una muestra
de dicho gas después de la descongelación en dicho depósito
secundario (120) de manera adyacente a dicho segundo extremo de
bobina RMN de radiofrecuencia.
5. Un hiperpolarizador según la reivindicación
3, en el cual dicho segundo extremo cerrado de depósito secundario
tiene una parte de cara sensiblemente plana que está en contacto con
dicho segundo extremo de bobina RMN de radiofrecuencia.
6. Un hiperpolarizador según la reivindicación
1, comprendiendo, además, dicho hiperpolarizador una cantidad de gas
hiperpolarizado y en el cual dicho gas polarizado comprende
^{129}He hiperpolarizado.
7. Un hiperpolarizador según la reivindicación
1, que comprende, además, un circuito de detección de polarización
RMN (100D) asociado de manera operacional a dicha bobina RMN de
radiofrecuencia (100) y en el cual dicho circuito de detección RMN
está configurado para detectar la excitación correspondiente al gas
polarizado tanto en dicha célula óptica como en dicho depósito
secundario.
8. Un hiperpolarizador según la reivindicación
1, en el cual dicha célula de bombeo óptico (22) tiene una parte
central, y en el que dicha fuente de campo magnético (500) está
configurada de tal manera que dicha zona de homogeneidad está
desviada desde de una parte central de la célula de bombeo óptico
(22) con el fin de extenderse lo más cerca de la parte inferior de
la célula de bombeo óptico (22).
9. Un procedimiento de vigilancia del nivel de
la polarización de un gas noble hiperpolarizado durante su
producción con un hiperpolarizador según la reivindicación 1, que
comprende las etapas de:
- polarizar una cantidad de gas noble en la célula de bombeo óptico (22) configurada para hiperpolarizar un gas noble mediante un intercambio de espín con un vapor de metal alcalino ópticamente bombeado;
- acumular el gas polarizado en el acumulador (30), en el cual una parte de dicho gas polarizado está congelada; y
- descongelar posteriormente dicho gas polarizado congelado antes de la dispensación de dicho gas a través de dicho orificio de dispensación (50);
- en el cual durante dicha etapa de descongelación, o después de la misma, una parte menor de la cantidad total de gas polarizado descongelado está dirigido y separado de una parte principal del gas hiperpolarizado en dicho depósito secundario (120);
- excitar el gas polarizado en dicho depósito secundario (120) transmitiendo una señal de excitación a dicha bobina RMN de radiofrecuencia (100);
- medir el nivel de polarización asociado a dicho gas hiperpolarizado por polarimetría RMN utilizando dicha bobina RMN de radiofrecuencia (100).
10. Un procedimiento según la reivindicación 9,
en el cual la bobina RMN de radiofrecuencia (100) está conectada a
un circuito de detección RMN (100D) y en el cual la misma bobina RMN
de radiofrecuencia es utilizada para determinar la polarización del
gas hiperpolarizado en la célula de bombeo óptico y después de dicha
etapa de descongelación.
11. Un procedimiento según la reivindicación 9,
en el cual el gas noble es ^{129}Xe.
12. Un procedimiento según la reivindicación 9,
que comprende, además, la etapa de orientación de la zona de campo
magnético de homogeneidad, de tal manera que la localización del
centro magnético de la misma esté desviado longitudinalmente
respecto de una parte central definida por el centro físico de la
cámara de bombeo óptico (22) en una dirección orientada hacia la
parte inferior de la cámara de bombeo óptico, de tal manera que la
misma bobina RMN de radiofrecuencia pueda posicionarse dentro de la
región de homogeneidad para determinar de manera selectiva la
polarización en la célula de bombeo y del gas que se ha acumulado y
a continuación descongelado.
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