[發明專利]一種用于磁共振造影劑預極化的級聯容器及其方法

有效

• 申請號: 201310384333.4
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN103432977A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 孫獻平;周欣;趙修超;李海東;劉買利;葉朝輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: B01J19/12
• 分類號: B01J19/12;A61K49/06
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

技術領域

本發明涉及到原子與原子核極化領域，更具體涉及基于流動工作氣體和堿金屬原子蒸氣預混合、增加激光與堿金屬原子相互作用以及自旋交換碰撞轉移區域的預極化方法，提供一種用于預極化的級聯容器，具體適用于激光預極化磁共振造影劑。

背景技術

使用光抽運自旋交換技術預極化磁共振造影劑（例如³He、¹²⁹Xe）是一種非常有效的方法，能夠提高造影劑的探測靈敏度～100，000倍，它們可能成為一種肺部和腦部功能可視或者臨床早期疾病診斷的新工具。

在激光預極化里，肺部和腦部磁共振造影劑核自旋極化度的建立依賴于光抽運自旋交換的工作環境和條件。當使用流動方式時，會遇到以下一些問題：

1）處于室溫的工作氣體（例如：Xe+He+N2混合氣體）流動進入光抽運容器，降低了光抽運容器的溫度，從而導致堿金屬的溫度下降，影響堿金屬原子蒸氣工作密度；

2）處于高壓（例如：5atm）的工作氣體流動進入光抽運容器后，會產生渦流，使得工作氣體在光抽運容器里的分布不是那么的均勻；

3）流動的工作氣體進入光抽運容器后不是那么容易地迅速與堿金屬原子蒸氣的均勻混合；

4）流動的工作氣體被預極化后，流出光抽運容器時，會帶走部分蒸氣狀態的堿金屬原子，使得堿金屬原子工作密度總是處于一個比預設定飽和蒸氣壓值低的水平。

5）如果工作氣體沒有預先處理好，會帶有微量的水、氧等雜質，對于光抽運容器內堿金屬有一個污染的潛在危險，例如出現氧化現象，通常氧化物會堵住光抽運容器的入口或者出口、導致降低激光預極化磁共振造影劑的效率或者減少光抽運容器的工作壽命，使得需要頻繁地充入新的堿金屬或者更換新的容器。

因此，如何消除上述的問題？獲得更加穩定的工作環境和條件，對于磁共振成像應用、特別是人體肺部和腦部成像具有一個迫切的需求，需要改變現狀。

一些方法與技術已經獲得了實施，例如：

（a）在光抽運泡的前端進氣管道設計了一個裝載堿金屬Rb的小玻璃泡[D.Driehuys,G.D.Cates,E.Miron,K.Sauer,K.Walter,and?W.Happer,High-volume?production?of?laser-polarized¹²⁹Xe,Appl.Phys.Lett.,69,1668（1996）]，將堿金屬Rb原子蒸氣進行了預飽和，此設計使得光抽運泡具有運行周期長、價格低廉、易維護等特點，但是，注入的工作氣體不能快速地得到加熱，會影響堿金屬Rb原子的密度；而且，工作氣體與堿金屬Rb原子蒸氣混合仍然不是很充分；

（b）一種改進型的設計[Hsuan-Tsung?James?Wang,Ph.D.dissertation,University?of?Virginia,2007.]，其在裝載堿金屬Rb的小玻璃泡里增加了一個小口徑的毛細管，其口方向朝向泡壁，這一設計增加了泡中的工作氣體渦流，與Driehuys等人的方法相比，使得工作氣體能夠在進入光抽運泡前與堿金屬Rb原子蒸氣混合，但是，因為小玻璃泡的體積很小，對于工作氣體加熱問題并未得到有效地解決。并且，由于工作氣體中微量雜質使得小玻璃泡中的堿金屬Rb易氧化，導致光抽運泡進氣口堵住，從而影響光抽運泡壽命；

（c）基于Driehuys等人的設計，我們在裝載堿金屬Rb的小玻璃泡里放置玻璃纖維面棉，能夠起到堿金屬Rb原子蒸氣預飽和、以及部分地改進工作氣體與堿金屬Rb原子蒸氣混合的效率，但是，與Wang的方法相同，也不能有效地解決工作氣體預加熱、小玻璃泡中的堿金屬Rb易氧化、導致出現光抽運泡進氣口堵住等問題；

（d）Schrank等人［G.Schrank,Z.Ma,A.Schoeck,and?B.Saam.,Characterization?of?a?low-pressure?high-capacity¹²⁹Xe?flow-through?polarizer，Phys.Rev.A.,80,063424（2009）］的流動工作氣體預極化器里給出了一種新的設計，其特點：輸入氣管在磁場里，其尾端充有堿金屬Rb并位于加熱爐熱空氣進口處——用于堿金屬Rb原子蒸氣的預飽和，到達的工作氣體與堿金屬Rb蒸氣進行了預混合。但是，工作氣體與堿金屬Rb蒸氣混合的時間太短，未達到均勻的程度就進入了光抽運泡，并且，與（a）、（b）、（c）方案類似，也存在堿金屬Rb易氧化、導致堵住光抽運泡進氣口問題；