JP2006516317A

JP2006516317A - 超偏極ガスを移送するためのポンプシステムおよび方法

Info

Publication number: JP2006516317A
Application number: JP2006501018A
Authority: JP
Inventors: ネルソン，イアン; ケイドレセック，スティーブン; ノウルズ，ジョン
Original assignee: メディ−フィジックス・インコーポレイテッド
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2006-06-29
Also published as: AU2004206229A1; KR20050092417A; EP1583979A1; WO2004065974A1; US20040265179A1; CA2509799A1

Abstract

【課題】超偏極ガスのためのポンピングシステムであり、可撓性ガス輸送袋（２８）に反対した可逆的な流体の流れを使用する。
【解決手段】ガス輸送袋（２８）の膨張および収縮が、超偏極ガスの流れを誘導するための弁（２０、２２）と有効に関係づけられている。第２のガス輸送袋（１２９）が、より連続的な超偏極ガスの流れをもたらすために付加的な弁（１２１、１２３）と有効に関係づけられ得る。第１および第２のガス輸送袋は、可逆回転形ポンピング機構（４０、１４０）とインラインに構成され得る。

Description

本発明は、超偏極ガスの分野に関する。より詳細には、本発明は、超偏極ガスを取扱うためのシステムおよび方法に向けられている。

イメージングおよび分光学用途のための^１２９Ｘｅおよび^３Ｈｅといった超偏極希ガスの使用は、より広範に適用されるようになっている。超偏極ガスは、体腔の磁気共鳴映像法のための特に有用な造影剤である。ガスが偏極されると、これらの用途の各々は、いずれかの量のガスの取扱いを必要とする。超偏極ガスの取扱いおよび移送が偏極レベルに好ましくない影響を及ぼし得るということがわかっている。例えば、ガス取扱いシステムを形成するために使用される種々の材料がガス偏極に様々な影響を及ぼすことが知られている。多くの取扱い・移送システムでは、ガス移送を行うためにガスを圧縮するかまたは膨張させるかのどちらかを必要とする。特に偏極が準安定性交換光ポンピング（ＭＥＯＰ）によって低圧（〜０．１ｋＰａ）で誘起された場合、偏極を損失させることなくガス移送を達成することが望ましい。
特開平１０−２９９６６１号公報

市販のポンプ（例えば膜ポンプ）の使用は容認しがたいほど大きな偏極損失につながることが知られている。それ故、偏極損失を最小限にしながら、ある容器から別のものに偏極ガスの全部を移送するためのシステムの必要性が存在する。

当業の必要性に鑑みて、本発明は、超偏極ガスを移送するためのポンプシステムを提供する。ポンプシステムは、それを通じて超偏極ガスを輸送するための細長い通路を画成している細長い流体管路を備える。第１の入口弁および第１の出口弁が、それを通じて遮断可能かつ誘導可能な流れを付与するために流体管路と流体連通して離間して配置されている。第１のポンプ室が、内部空洞を画成しており、第１の入口弁と出口弁との間で流体管路と流体連通しているガス空洞を画成するコラプシブルガス袋を備える。ガス袋はさらに、ガス空洞から袋の反対側に第１の流体空洞を画成している。システムはさらに、第２の流体空洞を画成している流体貯槽および、第１および第２の流体空洞間で流体連通して配置されたポンピング機構を備える。ポンピング機構は、ガス袋を膨張および収縮構成の間で強制するために第１および第２の流体空洞間で流体を誘導することができる。

本発明のポンプシステムは、それを通じて遮断可能かつ誘導可能な流れを付与するために流体管路に離間して配置された第２の入口弁および第２の出口弁をさらに備え得る。その際、流体貯槽は、第２の入口弁と出口弁との間で流体管路と流体連通している第２のガス空洞を画成する第２のコラプシブルガス袋をさらに備える。第２のガス袋はさらに、第２のガス空洞を第２の流体空洞から流体的に絶縁している。第２の入口弁および出口弁は、偏極ガスのほぼ連続的なポンピングをもたらすために前記第１の入口弁および出口弁と有効に関係づけられている。

本発明はさらに、それを通じて超偏極ガスを輸送するための細長い通路を画成している細長い第１の流体管路および、第１の内部空洞を画成している第１のポンプ室を有する、超偏極ガスを移送するためのポンプを提供する。第１のポンプ室は、第１の流体と流体連通している第１のガス空洞を画成する第１の可撓性ガス袋を備える。第１のガス袋はさらに、第１のガス空洞から第１のガス袋の反対側に第１の流体空洞を画成している。第１のガス袋は、第１の流体管路を通じて超偏極ガスを引き込み、また追い出すために第１の内部空洞内で第１の構成と第２の構成との間でたわむことができる。細長い第２の流体管路が、それを通じて超偏極ガスを輸送するための細長い通路を画成している。第２のポンプ室が、第２の内部空洞を画成しており、第２の流体管路と流体連通している第２のガス空洞を画成する第２の可撓性ガス袋を備える。第２のガス袋はさらに、第２のガス空洞から第２のガス袋の反対側に第２の流体空洞を画成している。第２のガス袋は、第２の流体管路を通じて超偏極ガスを引き込み、また追い出すために第２の内部空洞内で第１の構成と第２の構成との間でたわむことができる。ポンプはさらに、第１の流体空洞と流体連通している第１の駆動室および第２の流体空洞と流体連通している第２の駆動室を画成しているハウジングを有する流体移送装置を備える。流体移送装置は、第１の流体空洞と第１の駆動室との間および第２の流体空洞と第２の駆動室との間で流体を方向づけて、それぞれ第１および第２の袋を各自の第１および第２の構成間でたわませるための流体駆動機構を備える。

図１に図示の通り、本発明は、それらを通じて超偏極ガスを輸送するために入口穴１４、出口穴１６および両者間に延びる細長い通路１８を画成している細長い中空の流体管路１２を有するポンプシステム１０を提供する。第１の入口弁２０および第１の出口弁２２が、その中に遮断可能かつ誘導可能な流れを付与するために流体管路１２内に離間して配置されている。システム１０は、内部空洞２６を画成している第１のポンプ室２４を備える。コラプシブルガス袋２８が、入口弁および出口弁２０、２２の間の適所で流体管路１２の通路１８と流体連通しているガス空洞３０を画成するために空洞２６内に固定されている。ガス袋２８は袋壁３２を備えており、袋壁３２の外部の第１の流体空洞３４および袋壁３２の内部のガス空洞３０を備えるように空洞２６をさらに画成する。

ポンプシステム１０は、第２の流体空洞３８を画成している流体貯槽３６をさらに備える。ポンピング機構４０が第１および第２の流体空洞３４および３８の間に流体連通して配置されている。ポンピング機構４０は、ガス袋２８を膨張および収縮構成間に強制するために第１および第２の流体空洞３４および３８の間で駆動流体４２を誘導することができる。ポンピング機構４０は、可逆回転形ポンプかまたは、一方向ポンプおよびどちらかの方向で流体をポンプ送給するために使用される弁のシステムのいずれか一方であると想定される。同様に、ポンピング機構４０は圧力補償され得るかまたは、デッドヘッド動作を可能にするためにバイパス弁が含まれ得る。

ポンプシステム１０は望ましくは、駆動流体４２として、流体空洞３４および３８内部ならびにポンピング機構４０内部で非圧縮性流体を使用するが、駆動流体４２が同様に圧縮性流体またはガスであり得ることもまた想定される。ポンピング機構４０の作動は、流体空洞３４および３８の間で流体４２の移送を生じさせて、ポンプハウジング２４の内部でガス袋２８の順次的または間欠的な膨張および収縮を生じさせる。入口弁および出口弁２０、２２は、ガス袋２８の膨張および収縮と有効に関係づけられており、以下でさらに述べる通り、超偏極ガスの流れを入口穴１４から出口穴１６を通じてガス空洞３０内に誘導する。

ガス袋２８は望ましくは、柔軟材料から形成されており、袋壁３２が膨張構成と収縮構成との間でたわみ、それによって収容されるいずれかの超偏極ガスをガス空洞３０内に吸入およびそこから追い出すことを可能にする。ガス袋２８が膨張可能または弾性材料から形成され得ることも想定される。ガス袋２８は望ましくは、ポリマー材料といった、それによって収容された超偏極ガスの偏極に対し少ない悪影響を有するように選定される材料から形成される。ガス袋２８が空洞２６の全面を横切って拡張する弾性ダイアフラムの形をとり得ることもさらに想定される。ガス袋２８はさらに望ましくは、偏極または、ポンプ送給されている偏極ガスの混合物に作用し得るガスの漏出を防ぐためにガス不浸透性材料から形成される。

ポンピングサイクルの間における偏極損失は、１）ポリマー材料が相対的に非偏極解消性であるように選択され得ること、および２）ポンプ内容積が相対的に大きく保たれ（例えば、発明人らの現在の設計では１リットル）、その結果、表面接触を最小限にするために有利な表面対容積比をもたらすこと、によって低く保たれる。初期調査によれば、＞９５％の^３Ｈｅ偏極がポンプシステム１０によるガスサイクリングによって保持されるはずであることを示唆している。

典型的なポンピングサイクルは、次の通りである。

１）圧縮：入口弁２０が閉じられ、流体４２が第２の流体空洞３８から第１の流体空洞３４へポンプ送給され、出口弁２２が開かれる。

２）吸入：出口弁２２が閉じられ、流体４２の流れ方向が第１の流体空洞３４から第２の流体空洞２８へ流れるように逆転され、入口弁２０が開かれる。

３）繰り返す。

圧縮段階の間に、流体４２はガス袋２８を圧縮し、出口弁２２から超偏極ガスを強制する。出口において達成可能な最高絶対圧力は、ポンピング機構４０の差圧能力にほぼ等しい。

吸入段階の間に、第１の流体空洞３８の液圧は低下し、超偏極ガスを入口穴１２からガス袋２８に引き込む。流体空洞３４および３８の流体レベルが低い（そのレベルが袋のレベルを下回るほど低下するような）場合、袋において達成可能な最低圧力は、使用される流体の蒸気圧に等しい。（その場合、ガス袋２８を過膨張させないように配慮しなければならない。）代わりに、ガス袋２８が完全に膨張させられる前に第２の流体空洞３８が完全に流体で満たされるように流体レベルが選択されている場合、達成可能な最低圧力はわずかに高くなるであろうが、ガス袋２８を過膨張させることはあり得ないであろう。

ここで図２に言及すれば、本発明は、より連続的なポンピングサイクルをもたらす複数袋ポンプシステム１１０を提供する。ポンプシステム１１０は、中央に位置する入口穴１１４および、両側の第１および第２の出口穴１１６および１１７を画成している細長い中空の流体管路１１２を備える。流体管路１１２はさらに、それを通じて超偏極ガスを輸送するために入口穴１１４と出口穴１１６および１１７との間に延びる細長い通路１１８を画成している。第１および第２の入口弁１２０および１２１ならびに第１および第２の出口弁１２２および１２３が、流体管路１１２内でそれを通る遮断可能かつ誘導可能な流れを付与するために流体管路１１２の通路１１８と流体連通して離間して配置されている。ポンプシステム１１０は、内部空洞１２６を画成している第１のポンプ室１２４を備える。第１のコラプシブルガス袋１２８が、第１の入口弁および第１の出口弁１２０、１２２の間の適所で流体管路１１２の通路１１８と流体連通しているガス空洞１３０を画成するために空洞１２６内に固定されている。ガス袋１２８は袋壁１３２を備えており、それがガス空洞１３０から袋壁１３２の反対側に第１の流体空洞１３４をさらに画成する。

ポンプシステム１１０は、第２の空洞１２７を画成している第２のポンプ室１３６をさらに備える。第２のコラプシブルガス袋１２９が、第２の入口弁および第２の出口弁１２１、１２３の間の適所で流体管路１１２の通路１１８と流体連通しているガス空洞１３１を画成するために空洞１２７内に固定されている。ガス袋１２９は袋壁１３３を備えており、それがガス空洞１３１から袋壁１３３の反対側にさらに第２の流体空洞１３８を画成する。

ポンピング機構１４０が、第１および第２の流体空洞１３４および１３８の間に流体連通して配置されている。ポンピング機構１４０は、ガス袋１２８を膨張および収縮構成の間で、かつガス袋１２９を収縮および膨張構成の間で同時に強制するために第１および第２の流体空洞１３４および１３８の間で駆動流体１４２を誘導することができる。ポンピング機構１４０は、可逆回転形ポンプかまたは、一方向ポンプおよびどちらかの方向で流体をポンプ送給するために使用される弁のシステムのいずれか一方であると想定される。同様に、ポンピング機構１４０は、圧力補償され得るかまたは、デッドヘッド動作を可能にするためにバイパス弁が含まれ得る。看取できるように、第１および第２の流体空洞１３４および１３８はさらに、それぞれ、ポンプ室１３６および１２４のための流体貯槽の働きをする。

ポンプシステム１１０は望ましくは、駆動流体１４２として、流体空洞１３４および１３８の内部およびポンピング機構１４０内部で非圧縮性流体を使用するが、駆動流体１４２は同様に圧縮性流体またはガスであり得ることもまた想定される。ポンピング機構１４０の作動は、流体空洞１３４および１３８の間で流体１４２の移送を生じさせて、ガス袋１２８および１２９の順次的または間欠的な膨張および収縮を生じさせる。入口弁および出口弁１２０〜１２３は、ガス袋１２８および１２９の膨張および収縮と有効に関係づけられており、以下でさらに述べる通り、超偏極ガスの流れを入口穴１１２から出口穴１１６および１１７を通じてガス空洞１３０および１３１内に交番に誘導する。ポンプシステム１１０は望ましくは、超偏極ガス伝導通路内のガス圧の直接測定を必要とすることなくシステム圧を監視するために、それぞれ、第１および第２の流体空洞１３４および１３８と圧力連通している圧力計１５０および１５２を備える。

柔軟性ガス袋材料の周囲での非圧縮性作動液の使用は、袋に浸透するガス汚染物質の量を低減することが期待される。しかし、本発明のポンピングシステムは望ましくは、液圧ポンピングを使用し、また、各ポンピングシステムは、液圧システムの代わりに圧縮ガスシリンダーまたは空気圧縮機を用いて、空気式に作動することもできよう。

ポンプシステム１１０のポンピングサイクルは、次の通りとしてよい。

１）入口弁１２０および出口弁１２３が閉じられ、流体１４２が第２の流体空洞１３８から第１の流体空洞１３４へポンプ送給され、入口弁１２１および出口弁１２２が開かれる。このステップの間に、超偏極ガスは、出口穴１１６を通じてガス袋１２８から強制されながら、入口１１４を通じてガス袋１２９に引き込まれる。

２）入口弁１２１および出口弁１２２が閉じられ、流体１４２が第１の流体空洞１３４から第２の流体空洞１３８へポンプ送給され、入口弁１２０および１２３が開かれる。このステップの間に、超偏極ガスは、入口穴１１４を通じてガス袋１２８に引き込まれ、出口穴１１７を通じてガス袋１２９から強制される。

３）繰り返す。

このように操作されて、ポンプシステム１１０は、入口穴１１４から出口穴１１６および１１７へのガスの準連続的な流れを送達する。本発明の付加的なポンプが本発明のポンプシステムに追加され得ること、または、本発明の複数ポンプシステムが、ガスのより円滑で連続的な供給を付与するために交互サイクルで操作され得ることがさらに想定される。

本発明のポンプシステムは、従来技術のガス取扱いシステムに優るいくつかの重要な利点を有する。ポンプシステム１０および１１０は、ポンピングサイクルの間において偏極のせいぜい約５％しか損失しないと予測されている。その上、識別されたガス袋の一方または両方の周囲の流体４２または１４２の圧力を監視することは、袋内の偏極ガスの圧力を監視することに等しい。ほとんどすべての市販の圧力計は、超偏極ガスを急速に緩和させる原因になる湿った部分を含むので、これは重要な利点である。さらに、本発明は、個々のガス袋への、またはそれからの超偏極ガスの流れをポンピング機構を通る流体の流れと関連づける備えを与え、それによって流体流れの計量による超偏極ガス流れの精確な計量を可能にする。本発明は、繰り返すが、超偏極ガス流と直接接触する流量計および計量弁に起因する偏極に対する好ましくない影響を回避することによってこの特徴を提供する。

ここで図３および４に言及すれば、本発明はまた、ガスの偏極レベルに対して最小限の影響を伴い超偏極ガスを送達するためのポンプシステムのための円筒形ポンプ室２１０を提供する。ポンプ室２１０は、第１および第２のハウジング部材２１２および２１４、柔軟性袋２１６および、端蓋２１８および２２０を備える。ポンプ室２１０との間で超偏極ガスを伝導するための流体管路２２２がポンプ室２１０の一端から通じており、第２の流体管路または継手２２４がポンプ室２１０の反対端に設けられている。流体管路２２２は細長いガス通路２２３を画成しており、継手２２４はそれを貫通する細長い流体通路２２５を画成している。

第１および第２のハウジング部材２１２および２１４は望ましくは、ポリカーボネートから形成されるが、ガス偏極に対し低い影響を有すると知られている他のポリマー材料もまた、使用され得る。端蓋２１８および２２０は、貯槽アセンブリに構造的剛性を付与するためにアルミニウムまたは他の類似の材料から形成され得る。端蓋２１８および２２０のどちらも、超偏極ガスと直接接触しないと想定されている。柔軟性袋２１６は望ましくは、流体管路２２２によって伝導されるガスの偏極レベルに対して低い影響を有しつつ、屈曲できる能力を呈する耐久性ポリマー材料から形成される。

図５の分解図を補足的に参照すれば、第１のハウジング部材２１２は、流体管路２２２を受け入れるための中心開口２２８を画成している平面の主表面２２６を備える。第１のハウジング部材２１２はまた、主表面２２６に対し対面して向かい合っている環状表面２３０を備える。同様に、第２のハウジング部材２１４は、継手２２４を受け入れるための中心開口２３４を画成している平面の主表面２３２を備える。第２のハウジング部材２１４はさらに、主表面２３２に対し対面して向かい合っている環状表面２３６を備える。第１のハウジング部材２１２は球状内面２３８を備えており、第２のハウジング部材２１４は、それらの間で内部空洞２４１を画成する対向する球状内面２４０を備える。表面２３８および２４０の間での袋２１６の介在はさらに、流体空洞２４４から袋２１６の反対側にガス空洞２４２を画成する。第１および第２のハウジング部材２１２および２１４はさらに、それを通るボルトおよびナット締結具２５０および２５２を収容するための複数の外周に位置する締結具開口２４６および２４８を画成している。

端蓋２１８および２２０は、円形本体２５４および２５６を備え、それぞれ、外部環状フランジ２５８および２６０を有する。端蓋２１８は、流体管路２２２を収容するためにそれを通って延びる中央に位置する開口２６２を画成している。端蓋２２０は、継手２２４を収容するためにそれを通って延びる中心に位置する開口２６４を画成している。環状フランジ２５８および２６０は、それぞれ、それを通るボルトおよびナット締結具２５０および２５２を収容するための複数の締結具開口２６６および２６８を画成している。

袋２１６は、第１および第２のハウジング部材２１２および２１４の対向する環状表面２３０および２３６の間で圧縮された周縁端２７２を有する円形ダイアフラム２７０の形をしている。ダイアフラム２７０は、周縁端２７２に沿って外周に位置し、それを通るボルト２５０を収容するために第１および第２のハウジング部材２１２および２１４の締結具開口２４６および２４８と整列して延びる、複数の貫通孔２７４を画成している。

本発明は、流体が流体空洞２３４に送入および送出されて袋２１６を、その中の超偏極ガスを外へ押し出すためにガス空洞２４２内に、また超偏極ガスを流体管路２２２から引き込むために流体空洞２４４内に、交番にたわませることを想定している。図３に図示の通り、流体管路２２２は、その源２９０から患者または貯蔵容器２９２のいずれか一方に超偏極ガスの方向性の流れを制御するためにその反対端に弁２８４および２８６を有する細長い流体管路２２７と流体連通している。図６は、いずれかの超偏極ガスをガス空洞２２８から完全に追い出すために内面２２６に接してたわめられた袋２１６を図示している。内面を「球状」として記述することによって、本発明はまた、望ましくは表面が、たわめられた時に袋２１６が接して合致できるいずれかの形状を呈することを想定している。

ここで図７および８に言及すれば、本発明は、ポンプ室２１０を組み込んでいる超偏極ガス用ポンプシステム３１０を提供する。ポンプシステム３１０は、ハウジング３１４を含む流体移送装置３１２を備える。流体ハウジング３１４は、流体空洞２４４と流体連通している流体開口３１５および流体駆動室３１６を画成している。流体移送装置３１２はまた、細長いピストンロッド３２０の一端に固定されたピストンヘッド３１８を備えるピストン駆動機構を含む。可動ピストンアクチュエータ３２２が、ピストンヘッドを流体開口３１５に向け、そしてそれから離すように強制して、ダイアフラム２７０のたわみ、およびガス空洞２４２の内外への超偏極ガスの制御された送達を生じさせる。電子コントローラ２９５が、ピストンアクチュエータ３２２の動作と弁２８４および２８６の開閉を協調させるために必要な回路およびソフトウェアを備える。コントローラ２９５は、弁２８４を開き、弁２８６を閉じて、ピストンヘッド３１８をアクチュエータ３２２に向けて後退させる。この動作は流体空洞２４４から駆動室３１６内への流体の流れを生じさせ、それがダイアフラム２７０を表面２４０に向けて引張り、超偏極ガスを源２９０からガス空洞２４２に流入させる。その後、コントローラ２９５は、弁２８４を閉じ、弁２８６を開いて、ピストンヘッド３１８を開口３１５に向けて突出させる。この動作は駆動室３１６から流体空洞２４４内への流体の流れを生じさせ、それはダイアフラム２７０を表面２３８に向けて拡張させ、超偏極ガスをガス空洞２４２から貯蔵容器２９２内に流入させる。

図９および１０は、本発明の別のポンプシステム４１０を図示している。ポンプシステム４１０は、本発明の第１および第２のポンプ室２１０および２１０’と、貯槽に超偏極ガスを交番に引き込ませそして追い出させる流体移送装置４１２とを統合している。流体移送装置４１２は、第１および第２の流体開口４１５および４１７を画成するハウジング４１４を備える。ハウジング４１４は、内部空洞４１６を画成しており、アクチュエータ４２２によって矢印ＡおよびＢの方向に強制可能である細長いピストンロッド４２０の一端に固定された単一のピストンヘッド４１８を備える。ピストンヘッド４１８は、空洞４１６を、開口４１５および流体空洞２４４と流体連通している第１の駆動室４２４と、開口４１７および流体空洞２４４’と流体連通している第２の駆動室４２６とに分割する。流体駆動室４２４および４２６は、それぞれ、流体空洞２４４および２４４’と同じ流体で満たされている。各方向でのピストンヘッド４１８の移動は、ダイアフラム２７０および２７０’に、図９および１０に図示の通り各自の第１および第２の位置の間で、同時であるが交互にたわませる。それによってポンプシステム４１０は、望ましくは共通の送達先に接続されているが別個の送達先もまた想定される、流体コンジット２２２および２２２’を通じた超偏極ガスのより連続的な流れを付与することができる。

図１１および１２は、本発明の別のポンプ５１０を図示している。ポンプ５１０は、それが第１および第２の貯槽２１０および２１０’と流体移送装置５１２とを統合しているという点で、ポンプ４１０に類似である。流体移送装置５１２は、細長いピストンロッド５１８の両端に固定された第１および第２のピストンヘッド５１４および５１６を備える。流体移送装置５１２は、それぞれ継手２２４および２２４’を収容するための開口５２４および５２６を画成しているハウジング５２２を備える。ハウジング５２２は内部空洞５２８をさらに画成している。第１のピストンヘッド５１４およびハウジング５２２はさらに、開口５２４および貯槽２１０の第１の流体空洞２４４と流体連通している第１の駆動室５３０を画成している。第２のピストンヘッド５１６およびハウジング５２２はさらに、開口５２６および貯槽２１０’の第２の流体空洞２４４’と流体連通している第２の駆動室５３２を画成している。ピストンアクチュエータ５２０は、矢印ＡおよびＢの方向でのピストンヘッド５１４および５１６の移動を制御してダイアフラム２７０および２７０’の同時であるが交互のたわみを生じさせ、それによってガス空洞２４２および２４２’からの超偏極ガスのより連続的な流れを付与する。

図１３Ａは、光ポンピングセル７２０と選定した保持セル７０６との間でターゲットガスを誘導するために差圧を使用するガス移送機構７０２とともに選択可能流路７３０ｆを有するガス流通システム７００を図示している。図示の通り、ガス分配弁７０４は、保持セル７０６（明瞭のために単一のセルとして図示）および偏極または光ポンピングセル７０８と流体連通している。図１３Ｂは、ガス流通システム７００が、所望の方向でターゲットガスを流すことができるために、所望の保持セル７０６を直列に接続し、それをガス移送機構７０２に接続するためにガス分配弁７０４を使用することを図示している。

図１３Ｂは、ターゲットガスを光ポンピングセル７０６へ／から誘導するとともに、用量の偏極ガスを分配口７１０に分与または送達するためにガス移送機構７０２を使用するガス流通システム７００における各保持セル７０８Ａ〜７０８Ｄと接続する際の弁７０４を図示している。再び図１３Ａに言及すれば、ガス移送機構７０２は、圧力室７５０および弾性または圧縮可能部材７６０を備えるハウジングを使用している。図示された実施形態において、弾性部材７６０は、テドラー（ＴＥＤＬＡＲ）袋または、偏極ガスに適格なＴ１を付与することができる材料で形成または被覆された他の袋といった、弾性袋である。弁７１２は、随意選択であり、保持セルおよび／または移送機構７０２を絶縁するために使用されるガラス弁とすることができる。動作中、流体、一般に（非毒性の生物分解性油としてよい）油といった非圧縮性液体が、圧力室７５０の空洞７４５に誘導される。代替的に、窒素ガスといった圧縮性ガスもまた、適格であり得る。空洞７４５への流体の投入は、袋７６０を圧縮し、袋７６０内のガスを（セル７０８または７０６への）流路に押し出す。逆に、流体を室から除去することは、システムを排気し、ターゲットガスを袋７６０に引き込むように作用する。

本発明のポンプのいずれかのガス流路における管路は、流路の管路における死容積を低減するために小さい内径の管で形成され得る。例えば、０．０３インチのＰＴＦＥ管が、流路の全部の部分を形成するために適格であり得る。特定の実施形態において、ガス移送機構７０２は、計量された量の偏極ターゲットガス７０５を分配口７１０に付与するために使用され得る。油といった非圧縮性液体を使用し、体積、温度および液体の圧力を知ることにより、分配されるターゲットガスの量は計算され得る。ガス移送機構７０２は、偏極ガスを移送するために動作する電動ポンプを必要としないが、そうしたポンプは非偏極流体（ターゲットガス、フィラーガス、パージガスなど）を移送するために使用され得る。

図１３Ｃは、弾性部材７６０として空洞７４５の全面を横切って拡張する膜７７０を使用する圧力室７５０を図示している。膜７７０は、空洞７４５を、ガス７０５を受け入れ追い出すためのガス部分７４５ａと、液体圧縮流体７１５を受け入れ追い出すための流体部分７４５ｂとに分割している。膜７７０は望ましくは、空洞の形状（すなわち、ガス移送機構７０２のハウジングの内部形状）に合致する。液体が流体部分７４５ｂに圧入されると、膜７７０はたわんでターゲットガス７０５を押し出す。膜７７０は、空洞７４５の上壁および／または下壁と接触するために十分にたわむような大きさとされ得る。十分な液体が空洞７４５ｂに導入された時に上へのたわみが起こり、そして液体がそこから引き出されそれによって膜７７０を（図に示す通り）引き下げるか、または別様に空洞７４５ａから引き離された時に下へのたわみが起こる。空洞７４５は、完全にたわんだ時に、膜７７０および空洞７４５が約１．０ｌのターゲットガスをその中に保持することができるような大きさにされ得る。他のサイズもまた適応され得る。図１３Ｄおよび図１３Ｅに図示の通り、膜７７０は、空洞７５０ｃからターゲットガスを押し出すのを助成するために、それぞれ、傾斜突起輪郭またはドーム形状により事前造形され得る。他の膜形状もまた、有用となり得る。

図１４Ａ〜図１５Ｂは、弾性部材７６０として袋８０４を使用しているガス移送機構８０２を図示している。袋８０４は、一連のプリーツ８０６を備え得る。圧力室８１０は、ふた８１２、シール８１６を支持する台８１４、および主本体８１８を備える。台８１４は、ターゲットガスの出入りのために貫通する口８２０を画成するとともに、貯蔵または駆動流体のための貫通する口８２２を画成している。ふた８１２は、本体８１８に固定されシール８１６を圧縮しており、それによって圧力室８１０を画成している。ふた８１２はさらに、貫通する流路８２２および８２４に対応するための開口８１９を画成している。シール８１６は、ふた８１２と台８１４との間に防流体係合により配置されている。ふた８１２および本体８１８はさらに、当業で周知のいずれかの方法により防流体係合で結合されている。袋８０４は、袋８０４の内部８０５と流体連通している細長い通路８２３を画成している細長い中空ステム８２１を支持している。ステム８２１は、袋の内部８０５と流路８２８との間で流体連通を確立するために台８１４に固定されている。ステム８２１は嵌め合い螺合により口８２０に受け入れられているが、２つの構成要素は、接着により、または当業で周知の他のいずれかの方法で結合され得ると想定される。

圧力室構成要素は、その中の袋８０４を保持し、貯槽流体（一般に非圧縮性流体または液体）が（流体源に付属した）口８２２および流路８２４を通じて圧力室８１０との間で制御可能に出入り可能にするような大きさおよび機器構成にされている。貯槽流体が袋８０４の周りの圧力室８１０に送達され、そしてそこから引き出されると、超偏極ガスは、口８２０およびガス流路８２８を経て袋の内部８０５から追い出され、そしてそこに引き込まれるはずである。前述のように弁（図示せず）を制御することにより、ガス移送機構８０２は超偏極ガスを所望の使用のために所望の場所に供給することができる。

図１６Ａ〜図１６Ｂは、保持セル７０８および光ポンピングセル７０６の下方に配置されたガス移送機構８０２を備える超偏極器９５０の内部構成要素を図示している。当業者は、本発明のポンプのいずれも超偏極器９５０におけるガス移送機構として使用され得ることを容易に理解されるはずである。さらに、超偏極器９５０は、共同譲渡された米国特許第５６４２６２５号、米国特許第６２６９６４８号および、２００３年１月１７日出願され、本願と同日付で米国特許出願として再び出願された米国特許仮出願第６０／４４０７４７号に記載された特徴を含むとしてよく、これらの開示全体はこれをもって、ここに全部が記載されたごとく、参照によってここに採り入れられる。図１６Ａは、超偏極器９５０の内部構成要素の部分分解図を図示している。光学系９１０は、オーバヘッドハウジング９１２を備えており、周辺光を遮断し、ハウジング９１２とオーブン９２０の光ポート９２２との間に延びてレーザー光をセル７０６に方向づける光学管９１４と光学的に接続している。光学ハウジング９１２は、光学管９１４の上部９１６に付属しているブラケット９３２によってソレノイド９３０（図１６Ｂに一部示されている）の上方に吊下されている。ソレノイド９３０は、光ポンピングセル７０６、保持セル７０８およびガス移送機構８０２の周りに均一性の領域を付与する。ハウジング９１２において生成されたレーザー放射は、光ポンピングセル７０６に方向づけられる。

図１６Ｂに図示の通り、ガス移送機構８０２の圧力室８１０、保持セル７０８および、光セル７０６（単数または複数）を備えるオーブン９２０はすべて、均一性の領域“Ｂ_Ｈ”内に拡張するようにソレノイド９３０によって画成されたソレノイド空洞９３６の内部に拡張している。ソレノイド９３０は、均一性の領域Ｂ_Ｈの長さを増大させるために（コイル巻の数がソレノイドの中央部に対して２つの対向する端部で増やされることにより）端補償され得るが、一般的には、領域は、ソレノイド９３０の長さの中央約１／３にあるものとして推定され得る。単一の連続長の１６ゲージ電線（図示せず）が、（両端部の長さの合計よりも長い長さを有し得る）中央部に対して端部でほぼ倍の巻数をソレノイド９３０に与えるように巻かれて、直径約８インチ、長さ約１８インチである均一な領域Ｂ_Ｈを付与し得る。本発明はまた、ソレノイド９３０が、偏極ガスをより好適にシールドするためにミューメタルから形成され得ることも想定している。

本発明は、本発明のポンプが、ガス吐出し弁の開閉を貯槽内の袋のたわみと協調させるコントローラによって制御されることを想定している。コントローラは、超偏極ガスが第１の容器から患者または二次的なガス貯蔵装置のどちらか一方に移送されることを可能にする。さらに、貯槽の流体空洞内で非圧縮性流体を使用することによって、本発明は、超偏極ガスを貯蔵するために使用される剛性容器からのより完全な引き出しまたは、それへの送給をもたらし得る。代替的に、本発明のポンプは、患者であれ貯蔵容器であれ、送達先への超偏極ガスのほぼ連続的な流れを付与するために繰り返し操作され得る。本発明のポンプは、１２０ポンド／平方インチ（ｐ．ｓ．ｉ．）もの高い圧力のみならず、最大２００ｐ．ｓ．ｉ．の圧力でポンプ室の弾性部材をたわませるように想定されている。

本発明はさらに、貯槽に関する流体移送装置の実際の配置が多くの様々な形状のハウジングに適応するように選定され得ることを想定している。各図は、ほぼ線形に整列しているようにそれらの構成要素の望ましい配置を図示しているが、他の空間的構成もまた、流体移送装置の駆動室と貯槽の流体空洞との間での流体コンジットの使用によって実現され得る。従って、ポンプの物理的配置はほとんどあらゆる構成が可能であることは十分に理解されるはずである。

本発明の特定の実施形態を図示説明したが、本発明の教示を逸脱することなく変更および修正が行い得ることは、当業者にとって明白であろう。上述の説明および添付図面において記載された事柄は、限定としてではなく、例証としてのみ提示されている。

本発明の第１の液圧ポンプを図示している。本発明の液圧ポンプの代替実施形態を図示している。本発明の液圧ポンプのさらに別の実施形態を図示している。線４−４によって得られる図３のポンプの断面図である。図３および４のポンプ室の分解図である。超偏極ガスをガス空洞から追い出すためにそのダイアフラムが完全にたわめられている図３および４のポンプ室を図示している。図３および４の２つのポンプ室を統合している本発明のポンプのさらに別の実施形態を図示している。超偏極ガスを追い出す構成で図７のポンプを図示している。図３および４の２つのポンプ室を統合している本発明のさらに別のポンプを図示している。図９のポンプの代替的な図である。図３および４の２つのポンプ室および、二重ヘッドピストンを組み込んでいる流体駆動機構を統合している本発明のさらに別のポンプを図示している。図１１のポンプの代替的な図である。Ａ〜Ｅは、本発明の別のポンプを図示している。Ａ〜Ｂは、プリーツ可撓性部材を組み込んでいる本発明のさらに別のポンプを図示している。Ａ〜Ｂは、プリーツ可撓性部材を組み込んでいる本発明のさらに別のポンプを図示している。Ａ〜Ｂは、本発明のポンプを組み込んでいる偏極器を図示している。

符号の説明

４２２アクチュエータ
９２０オーブン
７０２、８０２ガス移送機構
３０、１３０、１３１、２４２ガス空洞
２８、１２８、１２９ガス袋
７４５ａガス部分
７０４ガス分配弁
８２８ガス流路
２９５コントローラ
８１６シール
９３０ソレノイド
９３６ソレノイド空洞
７０５ターゲットガス
２５２ナット
３１４、４１４、５２２、９１２ハウジング
２１２、２１４ハウジング部材
３２２、５２０ピストンアクチュエータ
３１８、４１８、５１４、５１６ピストンヘッド
９３２ブラケット
８０６プリーツ
２５０ボルト
４０、１４０ポンピング機構
５１０ポンプ
１０、１１０、４１０ポンプシステム
２４、１２４、１３６ポンプ室
７６０圧縮可能部材
１５０圧力計
７５０、８１０圧力室
７１５液体圧縮流体
２７０円形ダイアフラム
２５４円形本体
２１０円筒形ポンプ室
２６２、２６４、４１７、５２４、５２６、８１９開口
７０８Ａ〜７０８Ｄ各保持セル
２５８環状フランジ
２３０、２３６環状表面
２７４貫通孔
２３８、２４０球状内面
４２６、５３０、５３２駆動室
４２、１４２駆動流体
１２６、１２７、７４５、７５０ｃ空洞
２２４継手
２９０源
９２２光ポート
７０６、７２０光ポンピングセル
９１４光学管
９１０光学系
８２０、８２２口
２２３細長いガス通路
３２０、４２０、５１８細長いピストンロッド
８２１細長い中空ステム
１１８、８２３細長い通路
２２７細長い流体管路
２２５細長い流体通路
２２６、２３２主表面
２７２周縁端
１６、１１６、１１７出口穴
２２、１２２、１２３出口弁
９１６上部
７３０ｆ選択可能流路
２１６、８０４袋
３２、１３２、１３３袋壁
８１４台
２１８、２２０端蓋
２２８、２３４中心開口
２１０、２１０’ 貯槽
２９２貯蔵容器
３１０超偏極ガス用ポンプシステム
９５０超偏極器
１８通路
２４６、２４８、２６６、２６８締結具開口
８０５内部
２６、２４１、４１６、５２８内部空洞
２２６内面
１４、１１２、１１４入口穴
２０、１２０、１２１入口弁
１１０複数袋ポンプシステム
７１０分配口
２８４、２８６、７１２弁
７０８保持セル
８１８本体
７７０膜
３１２、４１２、５１２流体移送装置
３１５、４１５流体開口
１２、１１２、２２２流体管路
３１６、４２４流体駆動室
２８、３４、３８、１３４、１３８、２３４、２４４、２４４’ 流体空洞
３６流体貯槽
７４５ｂ流体部分
８２４流路

Claims

超偏極ガスを移送するためのポンプであって、
それを通じて超偏極ガスを輸送するための細長い通路を画成している細長い流体管路と、
それを通じて遮断可能かつ誘導可能な流れを付与するために前記流体管路と流体連通している離間して配置された第１の入口弁および第１の出口弁と、
内部空洞を画成している第１のポンプ貯槽と、前記第１のポンプ貯槽は、前記第１の入口弁と出口弁との間で前記流体管路と流体連通しているガス空洞を画成する可撓性ガス袋をさらに備えており、前記ガス袋は前記ガス空洞から前記袋の反対側に第１の流体空洞をさらに画成しており、
第２の流体空洞を画成している流体貯槽と、
前記ガス袋を第１および第２の構成間で強制するために前記第１および第２の流体空洞間で流体を誘導することができるポンピング機構とを含む、ポンプ。
前記第１および第２の流体空洞は非圧縮性流体を収容している、請求項１のポンプ。
前記第１および第２の流体空洞は圧縮性流体を収容している、請求項１のポンプ。
前記ガス袋はガス不浸透性材料で形成されている、請求項１のポンプ。
前記ガス袋は、前記ガス空洞内に収容された超偏極ガスの偏極レベルに対して低い影響を有するように選定された材料で形成されている、請求項１のポンプ。
前記第１および第２の流体空洞の一方と流体連通している第１の圧力計をさらに含む、請求項１のポンプ。
前記第１および第２の流体空洞の他方と流体連通している第２の圧力計をさらに含む、請求項６のポンプ。
それを通じて遮断可能かつ誘導可能な流れを付与するために前記流体管路に離間して配置された第２の入口弁および第２の出口弁とをさらに含み、
前記流体貯槽は、前記第２の入口弁と出口弁との間で前記流体管路と流体連通しているガス空洞を画成する第２の可撓性ガス袋を備える第２のポンプ室をさらに備えており、前記第２のガス袋は前記第２のガス空洞を前記第２の流体空洞からさらに流体的に絶縁しており、前記第２の入口弁および出口弁は前記第１の入口弁および出口弁と有効に関係づけられている、請求項１のポンプ。
前記第１および第２の入口弁は、前記流体管路に沿って前記第１および第２の出口弁の外部に配置されており、前記流体管路はさらに前記出口弁間にガス入口穴を画成している、請求項８のポンプ。
前記第１および第２の入口弁は、前記流体管路に沿って前記第１および第２の出口弁の間に配置されており、前記流体管路はさらに前記入口弁間にガス出口穴を画成している、請求項８のポンプ。
前記第１のポンプ室はさらに、前記ガス空洞を画成している第１のハウジング部材および前記第１の流体空洞を画成している第２のハウジング部材を備えており、前記ガス袋は、前記ガス空洞を前記第１の流体空洞から流体的に絶縁するために前記第１および第２のハウジング部材間に配置された可撓性ダイアフラムの形態をしている、請求項１のポンプ。
前記第１のハウジング部材はさらに前記ガス空洞を画成する内面を備える、請求項９のポンプ。
前記第１のハウジングはさらに前記ガス空洞を画成する半球状内面を備える、請求項９のポンプ。
前記ダイアフラムは前記内面にほぼ合致するように膨張可能である、請求項１０のポンプ。
前記第２のハウジング部材は前記第１の流体空洞を画成する半球状内面を備える、請求項９のポンプ。
前記ダイアフラムは前記第２のハウジング部材の前記内面にほぼ合致するように膨張可能である、請求項１２のポンプ。
前記ポンピング機構は、前記第２の流体空洞を画成し、前記第１および第２の流体空洞間で流体を誘導するために前記第２の流体空洞内で移動可能なピストンヘッドを備えるピストンハウジングをさらに含む、請求項１のポンプ。
前記可撓性ガス袋は、前記ガス空洞を画成する袋壁を有し、前記流体管路と流体連通しているガス口をさらに画成する弾性袋をさらに備える、請求項１のポンプ。
前記第１のポンプ室はさらに、前記ガス空洞を画成している第１のハウジング部材および前記第１の流体空洞を画成している第２のハウジング部材を備えており、前記ガス袋は、前記ガス空洞を前記第１の流体空洞から流体的に絶縁するために前記第１の流体貯槽の前記第１および第２のハウジング部材間に配置された可撓性ダイアフラムの形態をしている、請求項１４のポンプ。
超偏極ガスを移送するためのポンプであって、
それを通じて超偏極ガスを輸送するための細長い通路を画成している細長い第１の流体管路と、
第１の内部空洞を画成している第１のポンプ室と、前記第１のポンプ室は前記第１の流体管路と流体連通している第１のガス空洞を画成する第１の可撓性ガス袋を備えており、前記第１のガス袋は前記第１のガス空洞から前記第１のガス袋の反対側に第１の流体空洞をさらに画成しており、前記第１のガス袋は前記第１の内部空洞内で第１の構成から第２の構成にたわむことができ、
それを通じて超偏極ガスを輸送するための細長い通路を画成している細長い第２の流体管路と、
第２の内部空洞を画成している第２のポンプ室と、前記第２のポンプ室は前記第２の流体管路と流体連通している第２のガス空洞を画成する第２の可撓性ガス袋を備えており、前記第２のガス袋は前記第２のガス空洞から前記第２のガス袋の反対側に第２の流体空洞をさらに画成しており、前記第２のガス袋は前記第２の内部空洞内で第１の構成から第２の構成にたわむことができ、
前記第１の流体空洞と流体連通している第１の駆動室および前記第２の流体空洞と流体連通している第２の駆動室を画成しているハウジングを有する流体移送装置とを含み、前記流体移送装置は、前記第１の流体空洞と前記第１の駆動室との間および前記第２の流体空洞と前記第２の駆動室との間で流体を方向づけて前記第１および第２の袋をそれぞれ前記第１および第２の構成間でたわませるための流体駆動機構を備える、ポンプ。
前記流体駆動機構は、前記第１の駆動室と対面して連絡している第１のピストン表面および前記第２の駆動室と対面して連絡している第２のピストン表面を備える、請求項２０のポンプ。
流体を前記第１の駆動室から前記第１の流体空洞内に誘導する第１の位置と、流体を前記第１の流体空洞から前記第１の駆動室内に引き込む第２の位置との間で強制可能なピストンヘッドをさらに備える、請求項２１のポンプ。
前記ピストンヘッドは前記第１および第２のピストン表面をさらに備える、請求項２２のポンプ。
流体を前記第２の駆動室から前記第２の流体空洞内に誘導する第１の位置と、流体を前記第２の流体空洞から前記第２の駆動室内に引き込む第２の位置との間で強制可能な第２のピストンヘッドをさらに備える、請求項２２のポンプ。
前記第１のピストンヘッドは前記第１のピストン表面をさらに備えており、前記第２のピストンヘッドは前記第２のピストン表面をさらに備える、請求項２４のポンプ。
前記第１および第２のピストンヘッド間に延びているピストンロッドをさらに備える、請求項２５のポンプ。
前記第１のポンプ室はさらに、前記ガス空洞を画成している第１のハウジング部材および前記第１の流体空洞を画成している第２のハウジング部材を備えており、前記ガス袋は、前記ガス空洞を前記第１の流体空洞から流体的に絶縁するために前記第１の流体貯槽の前記第１および第２のハウジング部材間に配置された可撓性ダイアフラムを備える、請求項２０のポンプ。
前記第２のポンプ室はさらに、前記第２のガス空洞を画成している第１のハウジング部材および前記第２の流体空洞を画成している第２のハウジング部材を備えており、前記ガス袋は、前記第２のガス空洞を前記第２の流体空洞から流体的に絶縁するために前記第２の流体貯槽の前記第１および第２のハウジング部材間に配置された可撓性ダイアフラムを備える、請求項２７のポンプ。
前記第１のハウジング部材はさらに前記ガス空洞を画成する内面を備える、請求項２７のポンプ。
前記第１のハウジングはさらに前記ガス空洞を画成する半球状内面を備える、請求項２９のポンプ。
前記ダイアフラムは前記内面にほぼ合致するように膨張可能である、請求項３０のポンプ。
前記第２のハウジング部材は前記第１の流体空洞を画成する半球状内面を備える、請求項２８のポンプ。
前記ダイアフラムは前記第２のハウジング部材の前記内面にほぼ合致するように膨張可能である、請求項３２のポンプ。
前記第１の貯槽、前記第２の貯槽および前記流体駆動機構はほぼ線形に整列している、請求項２８のポンプ。
前記第１の流体空洞における液圧を測定する圧力計をさらに備える、請求項２０のポンプ。
前記流体移送装置は、それぞれ前記第１および第２のガス空洞の少なくとも一方からいずれかの超偏極ガスを完全に追い出すために前記第１および第２の流体空洞の各々に十分な流体を交番に誘導することができる、請求項２０のポンプ。