[發(fā)明專利]一種非麻醉狀態(tài)下人體超極化氣體呼吸裝置

有效

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• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN103495251A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周欣;李海東;孫獻(xiàn)平;葉朝輝;韓葉清;張智穎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所
• 主分類號: A61M16/12
• 分類號: A61M16/12;A61B5/055
• 代理公司: 武漢荊楚聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42215
• 代理人: 王健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超極化氣體磁共振成像和波譜領(lǐng)域，更具體涉及一種超極化氣體呼吸裝置，還涉及呼吸過程控制，適用于超極化氣體的核磁共振成像和波譜。

背景技術(shù)

核磁共振成像作為一種無放射性、無侵入式的成像技術(shù)在醫(yī)院中廣泛地用來診斷腦部疾病、肌肉損傷等相關(guān)部位的病變等。但是，在肺部疾病的診斷方面顯的十分無力，因?yàn)楝F(xiàn)在商用的核磁共振成像儀主要是以質(zhì)子為檢測核，而肺部主要是由肺泡組成的空腔結(jié)構(gòu)，質(zhì)子的密度很低導(dǎo)致核磁共振的信號十分低。因此，常規(guī)的核磁共振成像（以質(zhì)子為觀察核的磁共振影像）不能得到肺部的磁共振影像。

近年來，利用激光光泵和自旋交換技術(shù)極化惰性氣體的方法提高核磁共振信號的方式得到了極大關(guān)注。核磁共振信號的強(qiáng)度（S）與原子核的極化度（P₀）相關(guān)，質(zhì)子核在磁場中由波爾茲曼分布決定的熱平衡極化度，而經(jīng)過激光光泵和自旋交換技術(shù)的方法得到的惰性氣體核的極化度，比質(zhì)子核熱平衡的極化度高10000倍以上，而肺部的質(zhì)子密度與組織的密度相比低三個(gè)量級左右，因此，利用激光光泵和自旋交換技術(shù)產(chǎn)生的非平衡核自旋極化惰性氣體的核磁共振信號作為造影劑的方式可以獲得肺部的磁共振成像。

目前，在人體肺部的超極化惰性氣體的成像主要方式為：將激光光泵極化器上收集到極化的惰性氣體轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯材質(zhì)的采樣袋（Tedlar）中，然后受試人體將袋中氣體吸入肺中，屏氣并在磁共振成像儀上進(jìn)行成像。這種方式雖然可以得到肺部的圖像，但是不能保證每次人體都能吸入相同體積的超極化惰性氣體，也不能保證每次采樣時(shí)人體肺部內(nèi)氣體的體積相等。因此限制了超極化惰性氣體在人體肺部成像上的應(yīng)用和定量分析，特別是需要多次重復(fù)采樣才能得到參數(shù)的信息，例如肺部的擴(kuò)散測量、肺部換氣功能（Fractional?Ventilation）等的定量分析。

相對于超極化惰性氣體在人體的肺部成像，動物的肺部成像可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)性吸入等量的超極化惰性氣體，可以得到相比于一次吸氣更高質(zhì)量的磁共振成像，以及需要多次吸入氣體才能測量的擴(kuò)散等參數(shù)。這是因?yàn)閯游镌诔瑯O化惰性氣體成像時(shí)一般為麻醉狀態(tài)，通過插管方法和呼吸機(jī)控制動物的呼入和呼出的氣體量、以及屏氣和采樣，實(shí)現(xiàn)每次采樣時(shí)吸入等量的超極化惰性氣體。但是，對于人體的超極化惰性氣體磁共振成像，出于人體安全和舒適度的考慮，一般是在清醒狀態(tài)下進(jìn)行自主呼吸。因此，每次吸入和呼出的氣體體積比較難控制。

目前已有的呼吸機(jī)或者呼吸系統(tǒng)，（1）對于動物，通常需要麻醉后，通過監(jiān)測肺部的氣體壓力或者通過氣體限流器用高壓的方式給氣，使其被動的吸入和呼出氣體；（2）常規(guī)的用于人體的呼吸機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)人體定量的氣體吸入，但是，一般也是通過壓力的方式使人體被動的呼吸，但是不能實(shí)現(xiàn)等量的呼出氣體。

另外，鑒于超極化惰性氣體的特殊性，使用時(shí)，一方面需要人體定量的吸入氣體，另一方面需要保持惰性氣體的極化度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種非麻醉狀態(tài)下人體超極化氣體呼吸裝置。該裝置包含控制臺、?I/O接口，四個(gè)電磁閥、四個(gè)固態(tài)繼電器、兩通氣控閥、三通變向氣控閥、三個(gè)氣體流量計(jì)、兩個(gè)氮?dú)馄俊⒊瑯O化氣體采樣袋、密封有機(jī)玻璃盒和氧氣瓶。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，能使人體在非麻醉狀態(tài)下可以精確地吸入并呼出恒定體積的超極化氣體，保證每次在吸入超極化氣體的時(shí)候肺部內(nèi)的氣體體積是恒定的，可多次呼吸并重復(fù)采樣。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：