[發明專利]一種用于肺部超極化氣體成像的動物呼氣的裝置

有效

• 申請號: 201410516005.X
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104287731A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 周欣;阮偉偉;李海東;鐘儉平;孫獻平;葉朝輝;劉買利
• 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: A61B5/055
• 分類號: A61B5/055;A61B19/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明屬于超極化氣體磁共振成像（MRI）或波譜（NMR）領域，更具體涉及一種在動物肺部超極化氣體MRI過程中控制動物呼氣的裝置，能夠有效增強動物肺部氣體信號，減少動物缺氧時間，同時減少超極化氣體的浪費。特別適用于動物肺部超極化氣體MRI或者NMR研究中控制動物的呼吸。

背景技術

目前，臨床上用于疾病檢測的影像學技術包括Ｘ線透視，計算機X線斷層掃描攝影術（CT），MRI和正電子發射斷層掃描術（PET）等，但是除了MRI以外，其它的影像學技術都具有一定的放射性而且不能在短時間內多次成像。MRI具有無放射性，高分辨率等優點，但是，由于肺部為空腔結構，導致MRI在肺部一直是個盲區，而超極化氣體肺部MRI方法可以無輻射、無創傷地對肺部進行結構與功能成像，而成為目前對肺部進行可視性成像研究的重點之一。超極化氣體肺部MRI的關鍵步驟之一就是使用激光抽運和自旋交換方法建立非熱平衡核自旋極化度（通常稱為超極化）的氣體，然后將超極化氣體輸送到肺里。但是，超極化氣體弛豫時間有限，特別是遇到順磁性物質，比如氧氣的時候，弛豫速度會極大地加快，從而使得輸送進入肺部后的超極化氣體信號減弱。因此，減少超極化氣體輸送肺部過程中極化度的損失是動物肺部超極化氣體MRI研究中重點之一。

超極化氣體動物肺部MRI研究中，為了保證動物的血氧飽和度、使得動物處于比較好的生理狀態，一般在控制輸送超極化氣體之前會先控制動物進行氧氣呼吸的循環。由于氧氣對超極化氣體的去極化極為嚴重，所以在屏住超極化氣體采樣成像或者采譜之前，會先用超極化氣體進行沖洗，這個過程一般都要進行3~4次，而且呼氣時間一般至少是吸氣時間的兩倍。

對于人體肺部超極化氣體MRI，因為人可以自主呼氣或者聽令自己控制呼氣，根據需要進行自主深度快速呼氣的過程，從而減少呼氣時間，同時使得呼氣完全，從而可以實現在下一次壓力不變的情況下能夠吸入更多的氣體。但是，在超極化氣體動物肺部MRI的研究中，通常超極化氣體呼氣過程都和氧氣呼氣過程一樣，利用了動物肺部的自主呼氣。但是，這種方式具有呼氣時間長，呼氣不完全，所需沖洗次數較多等缺點，不僅使得超極化氣體弛豫衰減的時間較短，而且使得動物處于缺氧的時間較長。因此，對于動物肺部超極化氣體的MRI，迫切需要發展一些新的控制動物呼氣的方法和裝置。

另外，通常使用的超極化氣體包括氙-129，氦-3，氪-83等同位素，價格昂貴，回收再利用具有實用價值。John等人［JohnNet?al.，?2011.?A?Constant-Volume?Ventilator?and?GasRecaptureSystem?for?Hyperpolarized?Gas?MRI?of?Mouseand?Rat?Lungs.?MRE，doi：10.1002/cmr.b.20192］給出了他們的氣體回收方法，即在呼氣的管道末端添加兩個閥門，其中一個閥門直接連接一個袋子對使用過的氣體進行收集。但是，（a）由于袋子里面仍存有一定的空氣，所以這種直接收集的方式會降低收集到的氣體濃度，而且（b）呼出的氣體中會有二氧化碳的存在，這樣收集到的氣體中不僅含有空氣，還含有大量的二氧化碳。

發明內容

針對目前動物肺部超極化氣體MRI領域應用中以上所描述的問題，本發明的目的是在于提供了一種用于肺部超極化氣體成像的動物呼氣裝置。結構簡單，控制方便，極大地減少了動物肺部呼出超極化氣體的時間，相當于模擬人的深度呼氣，使得呼出比較完全，減少了超極化氣體沖洗肺部的次數，從而減少了動物缺氧的時間；呼出完全還可以使得MRI采樣過程中能夠輸送更多的超極化氣體而不至于使肺部壓力過大，提高了超極化的氣體在肺部的信號強度。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：