[发明专利]将材料超极化的用于增强的磁共振技术的方法和装置

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种将用于磁共振成像(MRI)的样品极化的方法 和装置。

发明背景

本发明涉及核磁共振(NMR)分析，尤其是核磁共振成像(MRI)和 高分辨率分析的NMR光谱学。MRI是一种诊断技术，其变得对于内 科医生特别有吸引力，因为其是非侵入性的，并且不涉及使研究下的 病人暴露于诸如来自X-射线的任何潜在伤害。高分辨率分析的NMR 光谱学通常用于确定分子结构。

MRI和NMR光谱学因典型地使用的对比剂的核自旋的通常非常 低的极化而缺乏某种程度的灵敏度。存在着许多改善核自旋的极化的 技术。这些技术被称为超极化技术并导致灵敏度的提升。在超极化技 术中，将诸如¹³C₁-丙酮酸盐或另一试剂的成像剂的样品引入或注入到 正在被成像的对象中。当在本文中使用时，术语“极化”指进一步用于 MRI中的试剂的核自旋的对准。此外，当在本文中使用时，术语“超 极化”指被极化到超过在室温和1T所建立的水平，这在US 6,466,814 中被进一步描述。

在许多情况下，成像剂在接近其最终用途的装置中经历该超极 化。这是由于极化的通常较短的寿命(纵向弛豫时间T1)使自旋松弛回 到热平衡极化。将核自旋极化的一种这样的技术使用了动态核极化， 以将固态中的自旋极化。被用来产生超极化样品的装置设有处于磁场 中的低温空间。如典型地构造那样，装置装备有流低温恒温器，该流 低温恒温器包括插入到磁铁的孔中的真空隔离室。低温恒温器由冷的 致冷剂的流进行冷却，该冷的致冷剂由外部致冷剂供给器经由输送线 路和泵送装置而提供，并且，进入流低温恒温器中的致冷剂的流冷却 磁铁的孔并形成低温空间。

目前被用来提供冷的致冷剂的流的泵送装置是开式循环泵送系 统，出于许多原因，其不适合于在临床环境中使用。首先，开式循环 泵送系统较大且产生大的噪声。此外，开式循环泵送系统昂贵且操作 麻烦，因为在泵送过程中消耗了大量的致冷剂。即，为了向流低温恒 温器提供冷的致冷剂的流，相当大的部分的液态致冷剂被蒸发。在开 式循环泵送系统中，该大量被蒸发的致冷剂是不可回收的。因而，需 要大量的致冷剂以将样品超极化，这显著地增加了运行系统的成本。

除了向泵送系统的运行增加成本之外，未能回收在开式循环泵送 系统中被蒸发的致冷剂还导致整个系统低效。即，由于与各个成像剂 样品的超极化相关联的致冷剂损耗，开式循环泵送系统的连续运行是 不可能的。因此，只能通过定期地在中间储存器中填充致冷剂来实现 开式循环系统的连续运行。

因而，目前的超极化系统的运行低效且昂贵。所以，存在着对能 够减小或消除致冷剂消耗且具有能量效率的超极化系统的需求。还需 要一种改进的超极化系统，其被设计成以减小对周围环境的干扰并容 许更连续的运行的方式运行，且无须操作员处理液态致冷剂，从而增 加超极化成像剂样品的产生。

发明内容

本发明通过提供一种产生用于磁共振系统中的超极化样品的装 置和方法来克服上述缺陷。吸气泵结合到装置中，产生用于超极化的 封闭的系统。

根据本发明的一个方面，一种将物质超极化的用于增强磁共振技 术的装置包括冷却室、吸气泵以及制冷系统，冷却室在其中具有用于 将物质极化的低温致冷剂，吸气泵连接到冷却室上，以调整其中的压 力并产生低温，制冷系统冷却吸气泵并促进其中的分子吸附。冷却室、 吸气泵以及制冷系统被布置在封闭系统中。

根据本发明的另一方面，一种将用于磁共振(MR)成像的材料极化 的极化器系统包括在其中具有液氦池的容器，有待极化的材料定位在 液氦池中。极化器系统还包括：吸气泵，减小容器中的压力，从而使 液氦池的一部分蒸发；冷却系统，冷却吸气泵并促进吸气泵中分子吸 附；以及热传导链路，选择性地将吸气泵和冷却系统连接，以提供对 吸气泵的选择性的冷却。极化器系统在封闭的周期性的热循环中运 行，并基于吸气泵至冷却单元的连接而在极化相位和再加热相位之间 交替。

根据本发明的又一方面，一种产生用于磁共振成像(MRI)或核磁 共振(NMR)光谱系统的超极化材料的方法，包括将材料放置在包含液 氦池的容器中的步骤。该方法还包括通过吸气泵来降低液氦池中的温 度并在液氦池被充分冷却时将材料极化的步骤。

从以下的详细说明和附图中将清楚本发明的各种其它特征和优 势。