HUP0100529A2

HUP0100529A2 - Apparatus and method for delivery to destination of flowing matter

Info

Publication number: HUP0100529A2
Application number: HU0100529A
Authority: HU
Inventors: Balthasar Eberle; Michael Ebert; Tino Grossmann; Werner Heil; Hans-Ulrich Kauczor; Lars Lauer; Klaus Markstaller; Ernst Otten; Reinhard Surkau
Original assignee: Weiler, Norbert
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2001-06-28
Also published as: PL340503A1; NO20002478L; JP2001522681A; AU1874399A; NO20002478D0; EP1030594A1; CA2309996A1; WO1999025243A1; BR9814968A; CN1281345A; IL136116A0

Abstract

A találmány tárgya berendezés (20) áramló közeg célba juttatására,amely változtatható térfogatú mérőtartállyal és a mérőtartálybólkimenethez vezető vezetékkel van ellátva, továbbá első bemenettel(203) és második bemenettel (301), valamint a közegnek a vezeték és amérőtartály közötti áramlását érzékelő áramlásmérővel, továbbá a közegáramlását az első bemenetből (203) a vezetéken át a mérőtartálybamegengedő vagy megakadályozó első szeleppel, valamint másodikszeleppel, továbbá az első és második szelep működését szabályozószabályzóegységgel van kialakítva, és lényege, hogy a többutas szelepelső állásában, a közeg áramlása a második bemenettől (301) akimenetig meg van engedve, és a közeg áramlása a mérőtartálytól akimenetig meg van akadályozva, továbbá a többutas szelep másodikállásában a közeg áramlása a mérőtartálytól a vezetéken át a kimenetigmeg van engedve, valamint a közeg áramlását a második bemenettől (301)a kimenetig meg van akadályozva, továbbá olyan nyomáskülönbségérzékelővel van ellátva, amely a közegnek a második bemenettől (301)kialakuló áramlását érzékelő módon van elrendezve, továbbá eljárásmágneses rezonancia képalkotásra, amelynek során MR képalkotásraalkalmas közeg adagját élő szervezetbe juttatják, valamint MR képetalkotnak az élő szervezet legalább egy olyan részéről, amelybe a közegadagját juttatják, és az adagot a találmány szerinti berendezésseljuttatják az élő szervezetbe. ÓThe subject of the invention is a device (20) for delivering a flowing medium to a target, which is equipped with a measuring tank of variable volume and a line leading to the outlet from the measuring tank, as well as a first inlet (203) and a second inlet (301), as well as a flow meter that detects the flow of the medium between the line and the measuring tank, and it is designed with a first valve that allows or prevents the flow of the medium from the first inlet (203) through the line into the measuring tank, as well as a second valve, and a control unit that regulates the operation of the first and second valves, and its essence is that in the first position of the multi-way valve, the flow of the medium from the second inlet (301) is allowed, and the flow of the medium from the measuring tank to the outlet is blocked, and in the second position of the multi-way valve, the flow of the medium from the measuring tank through the line to the outlet is allowed, and the flow of the medium from the second inlet (301) to the outlet is blocked, furthermore, it is equipped with a pressure difference sensor which is arranged in such a way as to detect the flow of the medium from the second inlet (301), and also for magnetic resonance imaging, during which a dose of a medium suitable for MR imaging is introduced into a living organism, and an MR image is formed of at least one part of the living organism into which the a dose of medium is delivered, and the dose is delivered to the living organism by the device according to the invention. HE

Description

P 0 1 0 0 5 2 9P 0 1 0 0 5 2 9

KÖZZÉTÉTELIPUBLICATION

PÉLDÁNYCOPY

Berendezés és eljárás áramló közeg célba juttatásáraApparatus and method for delivering a flowing medium to a destination

A találmány tárgya berendezés áramló közeg célba juttatására, amely változtatható térfogatú mérőtartállyal és a mérőtartályból kimenethez vezető vezetékkel van ellátva, továbbá első bemenettel és második bemenettel, valamint a közegnek a vezeték és a mérőtartály közötti áramlását érzékelő áramlásmérővel, továbbá a közeg áramlását az első bemenetből a vezetéken át a mérőtartályba megengedő vagy megakadályozó első szeleppel, valamint második szeleppel, továbbá az első és második szelep működését szabályozó szabályzóegységgel van kialakítva, és eljárás mágneses rezonancia képalkotásra, amelynek során MR képalkotásra alkalmas közeg adagját élő szervezetbe juttatjuk, valamint MR képet alkotunk az élő szervezet legalább egy olyan részéről, amelybe a közeg adagját juttattuk.The invention relates to a device for delivering a flowing medium to a target, which is provided with a measuring tank of variable volume and a conduit leading from the measuring tank to an outlet, further comprising a first inlet and a second inlet, and a flow meter detecting the flow of the medium between the conduit and the measuring tank, further comprising a first valve allowing or preventing the flow of the medium from the first inlet through the conduit to the measuring tank, and a second valve, and further comprising a control unit controlling the operation of the first and second valves, and a method for magnetic resonance imaging, during which a dose of a medium suitable for MR imaging is delivered to a living organism, and an MR image is generated of at least one part of the living organism into which the dose of the medium has been delivered.

A mágneses rezonancia képalkotásnál (MRI) a tanulmányozandó tárgy képét állítjuk elő nukleáris mágneses rezonancia jel használatával, amelyet a vizsgálat alanyán belüli, nem zéró nukleáris spinű nukleonból nyerünk. A hagyományos MRI vizsgálatok esetében a jelet szolgáltató nukleonok (a képalkotó nukleonok) protonok, általában vízmolekula protonjai. Az MR jel erőssége arányos a különböző nukleáris spin állapotú képalkotó nukleonok populációs különbségével (a polarizációval), amely ugyanakkor a Boltzmann eloszlásnak megfelelő, és a mágneses mező, valamint a hőmérséklet függvénye. Az egyen92221-215/FT-KoMagnetic resonance imaging (MRI) is a technique for producing images of the object under study using a nuclear magnetic resonance signal, which is generated by a non-zero nuclear spin nucleon within the object. In conventional MRI, the nucleons that provide the signal (the imaging nucleons) are protons, usually protons from a water molecule. The strength of the MR signal is proportional to the population difference (the polarization) of the imaging nucleons with different nuclear spin states, which is also a function of the Boltzmann distribution and the magnetic field and temperature. The equation92221-215/FT-Ko

-2súlyi polarizáció P_o, az I = ¹Λ spinű képalkotó nukleonra a következő egyenlő ségből adódik:The -2-weight polarization P _o for the imaging nucleon with spin I = ¹ Λ is given by the following equation:

Να-Νβ Na + ΝβNa-Nβ Na + Nβ

- exp (-YhBJkT) exp (-YhB_aIkT) = tgh(-YhB₀Ikr), amely kb. egyenlő p ~ ⁰ kT ' ahol Na a nukleonok populációja azonos a spin állapotban (például +14);- exp (-YhBJkT) exp (-YhB _a IkT) = tgh(-YhB ₀ Ikr), which is approximately equal to p ~ ⁰ kT ' where Na is the population of nucleons in the same spin state (for example +14);

Np a nukleonok populációja egy másik β spin állapotban (például -14);Np is the population of nucleons in another β spin state (for example, -14);

Y a nukleon giromágneses hányadosa;Y is the gyromagnetic quotient of the nucleon;

Λ a Planck állandó osztva 2π-νβΙ;Λ is the Planck constant divided by 2π-νβΙ;

k a Boltzmann állandó;k is the Boltzmann constant;

B_o a mágneses térerősség (vagy mágneses fluxussúrúség);B _o is the magnetic field strength (or magnetic flux density);

T a hőmérséklet °K-ban; és μ a mag mágneses dipólus momentuma.T is the temperature in °K; and μ is the magnetic dipole moment of the nucleus.

A MR jel erősségének növelésére a technika mai állása mellet a képalkotó nukleonok olyan polarizációs értékre történő polarizálása (hiperpolarizálása) nyújt lehetőséget, amely nagyobb, mint az MR képalkotó berendezés működési hőmérsékletének és a tér erősségének egyensúlyi értéke.In addition to the current state of the art, the ability to increase the strength of the MR signal is provided by polarizing (hyperpolarizing) the imaging nucleons to a polarization value that is greater than the equilibrium value of the operating temperature and field strength of the MR imaging device.

A hiperpolarizáció elérésének egyik módja a ³He optikai szivattyúzása (lásd például Shearer és munkatársai: Phys. Rev. Letters 10, 108-110 (1963), valamint Eckert és munkatársai: Nuckl. Instr, and Methods A320, 53-65 (1992) szakirodalmi helyeken). A ³He-nak nukleáris I spinje 14, és ez felhasználható,One way to achieve hyperpolarization is to optically pump ³ He (see, for example, Shearer et al. Phys. Rev. Letters 10, 108-110 (1963) and Eckert et al. Nuckl. Instr, and Methods A320, 53-65 (1992) for references). ³ He has a nuclear I spin of 14, and this can be used,

- 3mint nukleon az MRI vizsgálatok során (lásd például az US-A-5 642 625, US-A-5 612 103, US-A-5 545 396, WO95/27438, WO97/37239, Song és munkatársai: J. Mag. Rés. A, 115, 127-130 (1995) és Middleton és munkatársai: Mag. Rés. Med., 33, 271-275 (1995) szakirodalmi helyeken).- 3 as a nucleon during MRI examinations (see, for example, US-A-5 642 625, US-A-5 612 103, US-A-5 545 396, WO95/27438, WO97/37239, Song et al.: J. Mag. Res. A, 115, 127-130 (1995) and Middleton et al.: Mag. Res. Med., 33, 271-275 (1995) in the literature).

Általában a ³He-MRI alkalmazása során hiperpolarizált ³He tartalmú gázadagot juttatnak az alany légzőszervébe, azaz a tracheába, a tüdőkbe, és az alveoláris térbe, és a ³He-ból származó MR jelet használják fel a tüdők képének előállítására. Mivel a ³He természetes előfordulásának valószínűsége testszerte elhanyagolható, ezért a légzőszerven kívül eső testtájakról nem érkezhet jel.Typically, ³ He-MRI involves injecting a dose of hyperpolarized ³ He gas into the subject's respiratory tract, i.e., the trachea, lungs, and alveolar space, and using the MR signal from the ³ He to produce an image of the lungs. Since the probability of ³ He naturally occurring throughout the body is negligible, no signal should be received from body regions outside the respiratory tract.

A héliumatomoknak az alany által normális esetben belélegzett levegő nagy részét alkotó oxigén- és a nitrogénmolekuláktól különböző tulajdonságaik vannak - például a szóródási képesség nívója -, és ha a ³He gázadagot nem lehet a levegőhöz képest jellegzetesen különböző módon szétoszlatni a légzőrendszerben, gondoskodni kell arról, hogy az egész belélegzett levegőnek csak egy viszonylag kis részét alkossa.Helium atoms have different properties from the oxygen and nitrogen molecules that normally make up the majority of the air inhaled by the subject - for example, their level of dispersibility - and if the ³ He gas dose cannot be distributed in the respiratory system in a characteristically different manner than air, care must be taken to ensure that it constitutes only a relatively small portion of the total inhaled air.

Továbbá, ha a ³He gázadagot el lehet oszlatni a légzőszervek különböző elemeiben, lehetséges az is, hogy olyan MR képeket alkossunk, amelyek kiemelik a légzőszervek különböző részeit, például az alveoláris teret vagy a tracheát.Furthermore, if the ³ He gas dose can be distributed throughout the different elements of the respiratory system, it is also possible to create MR images that highlight different parts of the respiratory system, such as the alveolar space or the trachea.

Továbbá, a hiperpolarizált gáz előállítása és a gázellátás rendkívül kényelmes olyan mennyiségben, amely jelentősen nagyobb, mint az egyetlen képalkotáshoz szükséges mennyiség, és így előnyös, ha képesek vagyunk reprodukálható méretű kapszulák előállítására olyan hiperpolarizált gázforrás használatával, amely a gázt nagyobb mennyiségben tartalmazza. A szisztematikusFurthermore, it is extremely convenient to produce and supply hyperpolarized gas in quantities significantly larger than those required for a single imaging session, and thus it is advantageous to be able to produce capsules of reproducible size using a hyperpolarized gas source containing the gas in larger quantities. The systematic

-4klinikai megfigyelések és eljárások esetében mind a gázadag mérete, mind pedig bejuttatásának helye szempontjából fontos körülmény a reprodukálhatóság magas szintje.-4In clinical observations and procedures, a high level of reproducibility is an important condition in terms of both the size of the gas dose and the location of its introduction.

Célkitűzésünk a találmánnyal tehát olyan eszköz létrehozása, amellyel a szükséges térfogatú hiperpolarizált ³He gázadagot a beteg légútjába, a légút kívánt részébe lehet juttatni.Our goal with the invention is therefore to create a device with which the required volume of hyperpolarized ³ He gas can be delivered into the patient's airway, to the desired part of the airway.

Célkitűzésünket olyan berendezés kialakításával valósítottuk meg, amely áramló közeg célba juttatására szolgál, továbbá változtatható térfogatú mérőtartállyal és a mérőtartályból kimenethez vezető vezetékkel van ellátva, továbbá első bemenettel és második bemenettel, valamint a közegnek a vezeték és a mérőtartály közötti áramlását érzékelő áramlásmérővel, továbbá a közeg áramlását az első bemenetből a vezetéken át a mérőtartályba megengedő vagy megakadályozó első szeleppel, valamint második szeleppel, továbbá az első és második szelep működését szabályozó szabályzóegységgel van kialakítva, és a többutas szelep első állásában, a közeg áramlása a második bemenettől a kimenetig meg van engedve, és a közeg áramlása a mérőtartálytól a kimenetig meg van akadályozva, továbbá a többutas szelep második állásában a közeg áramlása a mérőtartálytól a vezetéken át a kimenetig meg van engedve, valamint a közeg áramlását a második bemenettől a kimenetig meg van akadályozva, továbbá olyan nyomáskülönbség érzékelővel van ellátva, amely a közegnek a második bemenettől kialakuló áramlását érzékelő módon van elrendezve.Our objective was achieved by designing a device that serves to deliver a flowing medium to a destination, and is further provided with a variable volume measuring tank and a line leading from the measuring tank to the outlet, and further provided with a first inlet and a second inlet, and a flow meter that detects the flow of the medium between the line and the measuring tank, and further provided with a first valve that allows or prevents the flow of the medium from the first inlet through the line to the measuring tank, and a second valve, and further provided with a control unit that regulates the operation of the first and second valves, and in the first position of the multi-way valve, the flow of the medium from the second inlet to the outlet is permitted, and the flow of the medium from the measuring tank to the outlet is prevented, and in the second position of the multi-way valve, the flow of the medium from the measuring tank through the line to the outlet is permitted, and the flow of the medium from the second inlet to the outlet is prevented, and further provided with a pressure difference sensor is provided, which is arranged to sense the flow of the medium from the second inlet.

A mérőtartály célszerűen olyan rugalmas edény, amely merev házon belül van elrendezve, amely merev házon szellőztetőnyílás van kialakítva, és azThe measuring container is preferably a flexible vessel arranged within a rigid housing, which rigid housing has a ventilation opening, and the

-5áramlásmérő a szellöztetönyíláson át áramló közeg áramlását érzékelő módon van elhelyezve.-5 flow meter is positioned to detect the flow of medium flowing through the vent.

A berendezés előnyösen a közeg közvetlen áramlását a kimenettől a második kimenethez, vagy egy második tartályhoz lehetővé tevő, visszacsapó szeleppel van ellátva, amely szelep a közeg áramlását a változtatható térfogatú mérötartály irányában magakadályozó módon van kialakítva.The device is preferably provided with a check valve allowing direct flow of the medium from the outlet to the second outlet or to a second container, which valve is designed to prevent the flow of the medium in the direction of the variable volume measuring container.

A berendezés kedvezően hiperpolarizált gázt szolgáltató forrással van ellátva, amely az első bemenethez van csatlakoztatva.The apparatus is advantageously provided with a source of hyperpolarized gas connected to the first inlet.

A berendezés célszerűen olyan respirátorral van ellátva, amely a második bemenethez van csatlakoztatva.The apparatus is preferably provided with a respirator connected to the second inlet.

A berendezés előnyösen harmadik bemenettel és olyan harmadik szeleppel van ellátva, amely a közegnek, a harmadik bemenettől a változtatható térfogatú mérötartályba történő áramlását megakadályozó vagy megengedő módon van elrendezve, és a szabályzóegység a harmadik szelep működését is szabályozó módon van kialakítva.The device is preferably provided with a third inlet and a third valve arranged to prevent or allow the flow of the medium from the third inlet into the variable volume measuring tank, and the control unit is also designed to control the operation of the third valve.

A változtatható térfogatú mérőtartály belső felülete, továbbá a vezetékbe az első bemeneten át belépő, és az első kimeneten át kilépő közeggel érintkező minden felület, kedvezően paramágneses tulajdonságú anyagból van kialakítva.The inner surface of the variable volume measuring tank, as well as all surfaces in contact with the medium entering the conduit through the first inlet and exiting through the first outlet, are preferably made of a material with paramagnetic properties.

A paramágneses anyagok célszerűen az üveget, titánt és műanyagokat tartalmazó csoportból vannak választva.The paramagnetic materials are preferably selected from the group consisting of glass, titanium and plastics.

A többutas szelep és a kimenet között lévő vezetékben a közegáramlás előnyösen lamináris.The medium flow in the line between the multi-way valve and the outlet is preferably laminar.

A berendezés, kedvezően paramágneses anyagokból van kialakítva.The device is advantageously made of paramagnetic materials.

A berendezés célszerűenThe equipment is suitable

-6gáz halmazállapotú anyag, különösen polarizált atomokat (nukleonokat) tartalmazó gáz bevezetésére szolgáló első bemenettel, továbbá az első bemenethez csatlakoztatott, és a gáz halmazállapotú anyag alkalmazott térfogatának ellenőrzött bejuttatását végző mérőtartállyal, valamint második gáz halmazállapotú anyag bejuttatására szolgáló második bemenettel, és a második bemeneten át bejuttatott második gáz halmazállapotú anyag térfogatának mérésére szolgáló mérőeszközzel, valamint az első és második gáz halmazállapotú anyag kijuttatására szolgáló kimenettel, továbbá olyan többutas szeleppel van ellátva, amely egyrészt a mérötartályhoz és a második kimenethez, másrészt az első kimenethez van csatlakoztatva úgy, hogy első szelepállásában az első kimenet a második bemenettel, második szelepállásában a mérőtartállyal van összeköttetésben, továbbá olyan házzal van felszerelve, amelyben az első bemenethez csatlakoztatott változtatható térfogatú mérőtartály van elrendezve, amely ház legalább egy szellőztetőnyílással van ellátva, amelyhez a házból, a mérőtartály kitágulása folytán kiáramló, és/vagy a házba a mérőtartály összenyomódása folytán beáramló gáz mérésére szolgáló áramlásmérő van csatlakoztatva,-6a first inlet for introducing a gaseous substance, in particular a gas containing polarized atoms (nucleons), and a measuring container connected to the first inlet and for controlling the applied volume of the gaseous substance, and a second inlet for introducing a second gaseous substance, and a measuring device for measuring the volume of the second gaseous substance introduced through the second inlet, and an outlet for dispensing the first and second gaseous substances, and a multi-way valve connected on the one hand to the measuring container and the second outlet, and on the other hand to the first outlet, such that in its first valve position the first outlet is connected to the second inlet and in its second valve position to the measuring container, and is further equipped with a housing in which a variable-volume measuring container connected to the first inlet is arranged, which housing is provided with at least one vent opening to which air from the housing, the measuring container a flow meter is connected to measure the gas flowing out due to expansion and/or flowing into the housing due to compression of the measuring tank,

-Ί --Ί -

- valamint a második bemeneten elrendezett mérőeszköz, valamint az áramlásmérő és az első kimenethez csatlakozó nyomásérzékelő, továbbá a többutas szelep szabályozóegységhez van csatlakoztatva,- and the measuring device arranged at the second inlet, as well as the flow meter and the pressure sensor connected to the first outlet, and the multi-way valve is connected to the control unit,

- és a szabályozóegység egyrészt az első gáz halmazállapotú anyag térfogatának a mérőtartályba történő beáramlását, a házból kiáramló, és áramlásmérővel mért gázmennyiség függvényében szabályozó módon van elrendezve, másrészt a többutas szelepet, mérőeszközzel mért második gáz halmazállapotú anyag mennyiségének függvényében, vagy egy bizonyos időintervallum lejárta után az első szelepállásból a második szelepállásba, valamint a többutas szelepet a mérőtartály házába áramló, és további mérőeszközzel mért gázáram mennyisége függvényében, a második szelepállásból az első szelepállásba kapcsolni képes módon van kialakítva.- and the control unit is arranged in a manner that, on the one hand, regulates the inflow of the volume of the first gaseous substance into the measuring container as a function of the amount of gas flowing out of the housing and measured by a flow meter, and on the other hand, the multi-way valve is designed to switch from the first valve position to the second valve position as a function of the amount of gas flowing out of the housing and measured by a flow meter, or after a certain time interval, and the multi-way valve is designed to switch from the second valve position to the first valve position as a function of the amount of gas flow flowing into the housing of the measuring container and measured by a further measuring device.

A berendezés, kedvezően számítógépes szabályozóegységgel van ellátva.The device is advantageously equipped with a computer control unit.

Célkitűzésünk megvalósítását szolgálja az a mágneses rezonancia képalkotásra alkalmas eljárás is, amelynek során MR képalkotásra alkalmas közeg adagját élő szervezetbe juttatjuk, valamint MR képet alkotunk az élő szervezet legalább egy olyan részéről, amelybe a közeg adagját juttattuk, és amelynek során az adagot áramló közeg célba juttatására szolgáló olyan berendezéssel juttatjuk az élő szervezetbe, amelyet változtatható térfogatú mérőtartállyal és a mérőtartályból kimenethez vezető vezetékkel látunk el, továbbá első bemenettel és második bemenettel, valamint a közegnek a vezeték és a mérötartály közötti áramlását érzékelő áramlásmérővel, továbbá a közeg áramlását az első bemeThe realization of our objective is also served by a method suitable for magnetic resonance imaging, during which a dose of a medium suitable for MR imaging is delivered to a living organism, and an MR image is created of at least one part of the living organism into which the dose of the medium has been delivered, and during which the dose is delivered to the living organism by a device for delivering a flowing medium, which is provided with a measuring container of variable volume and a conduit leading from the measuring container to the outlet, furthermore with a first inlet and a second inlet, and with a flow meter detecting the flow of the medium between the conduit and the measuring container, furthermore the flow of the medium is measured at the first inlet.

-8netből a vezetéken át a mérőtartályba megengedő vagy megakadályozó első szeleppel, valamint második szeleppel, továbbá az első és második szelep működését szabályozó szabályzóegységgel alakítunk ki, és az eljárás során a többutas szelepet első állásásba állítva, a közeg áramlását a második bemenettől a kimenetig megengedjük, és a közeg áramlását a mérőtartálytól a kimenetig megakadályozzuk, továbbá a többutas szelepet második állásba állítva, a közeg áramlását a mérőtartálytól a vezetéken át a kimenetig megengedjük, valamint a közeg áramlását a második bemenettől a kimenetig megakadályozzuk, továbbá a berendezést olyan nyomáskülönbség érzékelővel szereljük fel, amellyel a közegnek a második bemenettől kialakuló áramlását érzékeljük.-8net is formed with a first valve allowing or preventing the flow of the medium from the line to the measuring tank, and a second valve, and a control unit regulating the operation of the first and second valves, and during the process, by setting the multi-way valve to a first position, the flow of the medium from the second inlet to the outlet is allowed, and the flow of the medium from the measuring tank to the outlet is prevented, and by setting the multi-way valve to a second position, the flow of the medium from the measuring tank to the outlet through the line is allowed, and the flow of the medium from the second inlet to the outlet is prevented, and the device is equipped with a pressure difference sensor with which the flow of the medium from the second inlet is detected.

Az MR képalkotást, célszerűen ³He-NMR képalkotásként hajtjuk végre.MR imaging is preferably performed as ³ He-NMR imaging.

Noha a találmány szerinti berendezés, „az adagoló”, elsősorban hiperpolarizált gázoknak a légzőszervekbe történő bejuttatására szolgál és a továbbiakban ebben az összefüggésben ismertetjük, a berendezés alkalmas arra is, hogy vele másfajta, vagy többfázisú közeget tartalmazó a adagot juttassunk a szervezetbe, azaz folyadékokat, szilád folyadék szuszpenziókat, gáz folyadék diszperziókat, aeroszolokat, gázokat, gázkeverékeket, por-gáz diszperziókat, stb., ahogy azt fentebb említettük. Mindazonáltal, a továbbiakban az ilyen „közegeket” egyszerűen gázoknak és közegáramlásnak, valamint például folyadékbemeneteknek fogjuk tekinteni., és gázáramlásra, gázbemenetekre, stb. hivatkozunk majd.Although the device of the invention, "the dispenser", is primarily intended for the delivery of hyperpolarized gases to the respiratory system and will be described in this context, the device is also suitable for the delivery of a dose containing other or multiphase media into the body, i.e. liquids, solid-liquid suspensions, gas-liquid dispersions, aerosols, gases, gas mixtures, powder-gas dispersions, etc., as mentioned above. However, in the following, such "media" will be considered simply as gases and media flows, and for example liquid inlets, and will be referred to as gas flows, gas inlets, etc.

A találmányt a továbbiakban a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon azThe invention will be described in detail below with reference to the attached drawing. In the drawing,

-9 —-9 —

1. ábra egy csőben, két másik gáz között elrendezett gázadag sematikus ábrázolása, aFigure 1 is a schematic representation of a gas portion arranged in a tube between two other gases, the

2. ábra a találmány szerinti berendezés sematikus nézete, aFigure 2 is a schematic view of the device according to the invention,

3. ábra a 2. ábrán látható berendezés sematikus nézete működés köz- ben, amikor levegőt juttatunk a vizsgált páciensbe, aFigure 3 is a schematic view of the device shown in Figure 2 in operation, when air is being delivered to the patient being examined,

4. ábra a 2. ábrán látható berendezés sematikus nézete működés közben, amikor a gázadagot, például hiperpolarizált ³He-ot, bejuttatjuk a páciensbe, azFigure 4 is a schematic view of the apparatus shown in Figure 2 in operation, when the gas dose, for example hyperpolarized ³ He, is introduced into the patient, the

5. ábra a berendezés egyik lehetséges kiviteli alakjának sematikus nézete, amely azonos a 3. ábrával, de olyan passzívan mozgatott, visszacsapó szeleppel ellátva, amely megakadályozza a levegő visszaáramlását az berendezés kimenetébe, aFigure 5 is a schematic view of a possible embodiment of the device, which is identical to Figure 3, but provided with a passively operated check valve that prevents air from flowing back into the outlet of the device, the

6. ábra a berendezés egyik további kiviteli alakjának sematikus nézete ugyanabban a működési helyzetben, amely a 4. ábrán látható, aFigure 6 is a schematic view of a further embodiment of the device in the same operating position as shown in Figure 4,

7. ábra egy olyan diagram, amely a ³He koncentrációját mutatja három szimulált levegővételnél, és aFigure 7 is a diagram showing the concentration of ³ He for three simulated breaths, and the

8. ábra olyan diagram, amely a ³He koncentrációját mutatja négy szimulált belégzésnél.Figure 8 is a diagram showing the concentration of ³ He for four simulated inhalations.

A találmány szerinti „adagoló” 20 berendezés elsődleges célja különböző 2, 3, 4 gázadagok bevezetése a légutakba úgy, hogy bizonyos típusú gázkeverék nagy mennyiségben történő bejuttatatását elkerüljük. A kísérő rajzok közűi az 1. számú rajz sematikus formában ezt illusztrálja két különböző 2, 3, 4 gázadag esetében. Először is 1 csövet első típusú 2 gázadaggal, például levegővel töltünk meg. Ezt követően második típusú 3 gázadagot, például hiperpoThe primary purpose of the "dosing" device 20 according to the invention is to introduce different gas doses 2, 3, 4 into the airways in such a way as to avoid introducing a large amount of a certain type of gas mixture. Among the accompanying drawings, drawing number 1 illustrates this in schematic form for two different gas doses 2, 3, 4. First, a tube 1 is filled with a first type of gas dose 2, for example air. Then, a second type of gas dose 3, for example hyperp

- 10larizált ³He-ot töltünk az 1 csőbe, majd ezután az első, eredeti típusú gázból álló 4 gázadaggal egészítjük ki. Mikor az 1 cső tartalmát a légzés során 101 vizsgálandó személy belélegzi, ez a 2, 3, 4 gázadag sorrend összekeveredés nélkül kerül a tüdőkbe, és nem meg végbe keveredés a turbulencia, vagy a különösen nagy áramlási sebesség következtében sem. A 2, 3, 4 gázadagoknak az 1 csőben elfoglalt helyzete és térfogata függvényében, meghatározott mennyiségű gáz bejuttatása lehetséges a tüdő megfelelő részébe.- 10-polarized ³ He is filled into tube 1, and then supplemented with 4 gas doses of the first, original type of gas. When the contents of tube 1 are inhaled by the person to be examined 101 during breathing, this sequence of 2, 3, 4 gas doses enters the lungs without mixing, and no mixing occurs due to turbulence or the particularly high flow velocity. Depending on the position and volume of gas doses 2, 3, 4 in tube 1, a specific amount of gas can be introduced into the appropriate part of the lung.

A találmány szerinti 20 berendezés 243 kimenettel, első szeleppel, második 240 szeleppel, valamint kedvezően olyan harmadik, visszacsapó 245 szeleppel van ellátva, amely arra szolgál, hogy megakadályozza a gáz visszaáramlását a 243 kimenetből a második, többutas 240 szelephez, és az áramlást 302 második kimenet felé irányítja, például egy nyílás, vagy pedig egy második, például a ³He-ot az újrafelhasználás céljából összegyűjtő 303 tartály felé.The device 20 according to the invention is provided with an outlet 243, a first valve, a second valve 240, and advantageously a third, non-return valve 245, which serves to prevent the gas from flowing back from the outlet 243 to the second, multi-way valve 240 and directs the flow towards a second outlet 302, for example an opening, or towards a second, for example a container 303 collecting the ³ He for reuse.

Ez a harmadik 245 szelep célszerűen úgy van elrendezve, hogy megakadályozza az említett visszaáramlást, amikor a beteg kilélegez, és a 245 szelepet működtető egységgel, de akár passzív módon is szabályozni lehet, amikor automatikusan, a gáznak a 243 kimenetnél történő visszaáramlása következtében zár. Lehetőség van arra is, hogy a második 240 szelepnek harmadik állása is legyen, amelyben a gáz a 243 kimenettől nem áramolhat át a 20 berendezés első 231 mérötartályába, vagy második 301, 305 bemenetbe, és ehelyett egy második 234 kimenet felé vagy egy második tartály felé van áramoltatva; ebben az elrendezésben a harmadik 245 szelep szükségtelen.This third valve 245 is preferably arranged to prevent said backflow when the patient exhales, and can be controlled by the valve 245 actuator, or even passively, when it closes automatically due to the backflow of gas at the outlet 243. It is also possible for the second valve 240 to have a third position, in which the gas cannot flow from the outlet 243 to the first measuring container 231 or to the second inlet 301, 305 of the device 20, and is instead directed towards a second outlet 234 or towards a second container; in this arrangement, the third valve 245 is unnecessary.

Az első 231 mérőtartály lehet bármilyen változtatható térfogatú 231 mérőtartály, például olyan, amelynek mozgatható dugattyúja van (például injekciósThe first measuring container 231 may be any variable volume measuring container 231, for example one having a movable piston (e.g., an injection

- 11 fecskendő, rugalmas zsák, stb.). Egy különösen kedvező kiviteli alakban mindazonáltal tágítható 231 mérőtartályt alakítottunk ki (azaz egy összehajtható műanyagból kiképzett 231 mérőtartályt, célszerűen héliumzáró filmmel vagy műanyag bevonattal filmszerűen bevonva), amely 232 áramlásmérőhöz csatlakozó szellőztető 236 nyílással ellátott, merev 230 házon belül helyezkedik el. A tágítható 231 mérőtartályba, vagy abból, a gáz ennek megfelelően fog áramlani a szellőztető 236 nyíláson át, és így lehetővé teszi a gáz ki-be áramlását a változtatható méretű 231 mérőtartályba/ból, amelyet így indirekt módon érzékelünk és mérünk.- 11 syringe, flexible bag, etc.). In a particularly advantageous embodiment, however, an expandable measuring container 231 (i.e. a foldable plastic measuring container 231, preferably film-coated with a helium-tight film or plastic coating) is provided within a rigid housing 230 with a vent 236 connected to a flow meter 232. Gas into or out of the expandable measuring container 231 will accordingly flow through the vent 236, thus allowing gas to flow in and out of the variable-sized measuring container 231, which is thus indirectly sensed and measured.

Egy különösen kedvező kiviteli alakban, a gázáramlás a második 301 bemenetbe 30 respirátorból indul. Ebben a kiviteli alakban különösen kedvező az, hogy amikor a második 240 szelep második állásában van, a gázáramlás a 30 respirátorból visszatér és nyomást gyakorol a változtatható térfogatú 231 mérőtartály külső részére úgy, hogy a 231 mérőtartályból a 101 vizsgálandó személyhez áramló gáz ugyanazon a nyomáson van, mint a 30 respirátorból a beteghez korábban/későbben áramló gáz. Az is rendkívül kedvező, hogy a 20 berendezést érzékelővel, például differenciál nyomásdetektorral láthatjuk el, amely érzékelni fogja, ha a változtatható térfogatú 231 mérőtartály elérte minimális térfogatát, ekkor a második 240 szelepet vissza lehet állítani első állásába.In a particularly advantageous embodiment, the gas flow into the second inlet 301 starts from the respirator 30. In this embodiment, it is particularly advantageous that when the second valve 240 is in the second position, the gas flow returns from the respirator 30 and exerts pressure on the outside of the variable volume measuring container 231 such that the gas flowing from the measuring container 231 to the subject 101 is at the same pressure as the gas flowing from the respirator 30 to the patient earlier/later. It is also extremely advantageous that the device 20 can be provided with a sensor, for example a differential pressure detector, which will detect when the variable volume measuring container 231 has reached its minimum volume, at which point the second valve 240 can be returned to its first position.

Bizonyos körülmények között előnyös lehet, ha a változtatható térfogatú 231 mérőtartályból különböző közegeket (gázokat) akár egymástól elkülönítve, akár egymással összekeverve adagolunk. Ebben az esetben a 206 vezetéket el kell látni egy további (harmadik) bemenettel és egy további (negyedik) szelepUnder certain circumstances, it may be advantageous to dispense different media (gases) either separately or mixed together from the variable volume measuring tank 231. In this case, the line 206 must be provided with an additional (third) inlet and an additional (fourth) valve.

-12pel, amely úgy van elrendezve, hogy megakadályozza, vagy megengedje, hogy a gáz áramlása a harmadik bemenetből a 206 vezetéken át a változtatható térfogatú 231 mérötartályba/ból végbemenjen. Ezt a további közeget a változtatható térfogatú 231 mérőtartály útján adagolva a 20 berendezés működése majdnem ugyanolyan, mintha az első 203 bemenetből adagolnánk a közeget és a működtető egység célszerűen úgy van elrendezve, hogy szabályozza a negyedik szelepet is. A találmány szerinti 20 berendezés működtető egységének működését célszerűen 220 szabályzóegység (például komputer) szabályozza, tekintettel a 232 áramlásmérőből érkező jelekre és az operátor által elvégzett beállításokra (például a kívánt gázadag méret és elhelyezkedés).-12, which is arranged to prevent or allow the flow of gas from the third inlet via the line 206 to/from the variable volume metering tank 231. By feeding this additional medium via the variable volume metering tank 231, the operation of the apparatus 20 is almost the same as if the medium were fed from the first inlet 203 and the actuator is conveniently arranged to control the fourth valve as well. The operation of the actuator of the apparatus 20 according to the invention is conveniently controlled by a control unit 220 (e.g. computer) in view of the signals from the flow meter 232 and the settings made by the operator (e.g. the desired gas dose size and location).

A 20 berendezés 202, 204, 212, 233, 240, 245, 31, 311 szelepei, 206, 211,242 vezetékei, stb. célszerűen úgy vannak kialakítva, hogy a második 240 szelepet követően lineáris gázáramlás érvényesüljön, például azért, hogy elkerüljük a turbulenciákat, amelyek szétoszlatnák a 2, 3, 4 gázadagot, összekeverve a különböző gáztípusokat.The valves 202, 204, 212, 233, 240, 245, 31, 311, the lines 206, 211, 242, etc. of the device 20 are suitably designed so that a linear gas flow is achieved after the second valve 240, for example to avoid turbulences that would disperse the gas portions 2, 3, 4, mixing the different gas types.

A 20 berendezés célszerűen úgy van elrendezve, hogy megengedje a különböző 2, 3, 4 gázadag térfogatokat, és hogy lehetővé tegye a 2, 3, 4 gázadag elhelyezését a teljes légzőrendszer bármely helyén. Továbbá célszerűen úgy van elrendezve, hogy egyetlen alkalmazást, vagy alkalmazások sorozatát tegye lehetővé, amelyekben például a 2, 3, 4 gázadag térfogata, a 2, 3, 4 elhelyezkedése, a belélegzett térfogat, stb. változtatható. Továbbá célszerű, ha az adagoló úgy van elrendezve, hogy lehetővé tegye olyan 2, 3, 4 gázadagok adagolását, amelyek akár egyetlen gázt vagy gázkeveréket tartalmaznak, például hiperpolarizált gáz keverékét, mint amilyen a ³He keveréke olyan gázzal, példáThe device 20 is preferably arranged to allow for different volumes of gas doses 2, 3, 4 and to allow the gas doses 2, 3, 4 to be placed anywhere in the entire respiratory system. It is also preferably arranged to allow for a single application or a series of applications in which, for example, the volume of the gas doses 2, 3, 4, the location of the 2, 3, 4, the inspired volume, etc. can be varied. It is also preferred that the dispenser is arranged to allow for the administration of gas doses 2, 3, 4 comprising either a single gas or a mixture of gases, for example a mixture of a hyperpolarized gas such as a mixture of ³ He with a gas, for example

-13ul nitrogénnel, amely nem rövidíti le a hiperpolarizált gáz relaxációs idejét. Ebben az esetben, a relaxáló gázt (például N2) először is betöltjük a változtatható térfogatú 231 mérőtartályba, majd ezt követően kiválasztott mennyiségű hiperpolarizált ³He-mal összekeverjük. Ennek eredményeként hosszú, gázban oldott ³He 2, 3, 4 gázadagot adagolhatunk, például a gázáramlás tanulmányozása céljából.-13ul nitrogen, which does not shorten the relaxation time of the hyperpolarized gas. In this case, the relaxing gas (e.g. N2) is first charged into the variable volume measuring tank 231 and then mixed with a selected amount of hyperpolarized ³ He. As a result, long gas doses of ³ He dissolved in gas can be added, for example for the purpose of studying gas flow.

A 20 berendezés működése, azaz célszerűen gázszekvencia (2, 3, 4 gázadag sorozat) létrehozása a 243 kimeneten át, nincs kedvezőtlen hatással a 101 vizsgálandó személy légzésére, és nem is szakítja meg azt.The operation of the device 20, i.e. the creation of a gas sequence (2, 3, 4 gas dose series) via the output 243, does not have an adverse effect on the breathing of the person 101 to be examined, nor does it interrupt it.

Mivel a felhasznált gázok, például a ³He, igen drága lehet, az adagoló úgy van kialakítva, hogy visszanyerését lehetővé tegye.Since the gases used, such as ³ He, can be very expensive, the dispenser is designed to allow for its recovery.

Klinikai nézőpontból határvonalat kell húznunk háromféle belégzéstípus között:From a clinical perspective, we must draw a line between three types of inhalation:

(1) a szabad (spontán) belégzés az 101 vizsgálandó személy saját erejéből, (2) spontán belégzés, amelyet a 30 respirátor segít, (3) 30 respirator segítségével szabályozott belégzés.(1) free (spontaneous) inhalation by the subject's own efforts, (2) spontaneous inhalation assisted by the respirator, (3) controlled inhalation assisted by the respirator.

A 30 respirátorok áramlásszabályozással, vagy nyomásszabályozással szabályozhatják a belégzési, például úgy, hogy a belégzés alatt vagy a nyomást, vagy a gázáramlást szabályozzuk. Míg a spontán lélegzés esetén a belélegzett levegő térfogata időről-időre változik, a 30 respirátorral megvalósuló térfogat-szabályozott légzés esetén, a belélegzett gáz térfogata egyenletes. A belélegzésnek mindezen formáit az itt leírt találmánnyal kapcsolatban alkalmazni lehet.Respirators 30 may control the inhalation by flow control or pressure control, for example by controlling either the pressure or the gas flow during inhalation. While in spontaneous breathing the volume of air inhaled varies from time to time, in volume-controlled breathing with respirators 30 the volume of gas inhaled is constant. All of these forms of inhalation may be used in connection with the invention described herein.

- 14A találmány szerinti 20 berendezés egyik kiviteli alakjában a ³He hiperpolarizált héliumgáz bevezetéséhez, vagyis a ³He MRI végrehajtásához, számos további körülmény fennállására van szükség, amelyeket az MRI ³He különleges tulajdonságainak rövid összefoglalását követően ismertetni fogunk.- 14 In one embodiment of the device 20 according to the invention, the introduction of ³ He hyperpolarized helium gas, i.e. the performance of ³ He MRI, requires the existence of several additional conditions, which will be described after a brief summary of the special properties of ³ He MRI.

A ³He atomok nukleonjai I = % spinkvantumszámmal rendelkeznek, amellyel a mágneses momentum (μ) szoros kapcsolatban van. Ezek a momentumok önmagukat orientálják, külső mágneses tér jelenlétében, párhuzamosan vagy merőlegesen állnak a mágneses mező erővonalaira. Mindazonáltal nincs egyensúly a parallel, illetve antiparallel mágneses momentummal rendelkező atomok száma között. Ezt polarizációs egyenletekkel írjuk le, amelyeket fent megadtunk, ahol Bo a mágneses tér erőssége (még pontosabban a mágneses fluxussűrűség); k = 1,38 x 10’²³ J/K, a Boltzmann állandó; és T a hőmérséklet °K-ban. A ³He atom esetében a mágneses mag dipólus momentuma μ = 1,075 x IO'²⁶ Am², úgyhogy az MRI készülékek tipikus mágneses terei esetében B_o = 1,5 Tesla és T = 310 °K, a polarizáció P = 3,8 x 10'⁶. Normál körülmények között a gáz sűrűsége például p = 2,33 x 10¹⁹ atom/cm³ (310 °K-on és 1,013 bar gáznyomáson). Ez a polarizáció nem elegendő ahhoz, hogy az MRI segítségével az üreges terekben a gáz eloszlásáról képet nyerjünk. AZ MR rezonanciajelek túl gyengék.The nucleons of ³ He atoms have a spin quantum number I = %, to which the magnetic moment (μ) is closely related. These moments orient themselves, in the presence of an external magnetic field, parallel or perpendicular to the magnetic field lines. However, there is no balance between the number of atoms with parallel and antiparallel magnetic moments. This is described by the polarization equations given above, where Bo is the magnetic field strength (more precisely, the magnetic flux density); k = 1.38 x 10' ²³ J/K, the Boltzmann constant; and T is the temperature in °K. For the ³ He atom, the dipole moment of the magnetic nucleus is μ = 1.075 x IO' ²⁶ Am ² , so that for typical magnetic fields of MRI machines B _o = 1.5 Tesla and T = 310 °K, the polarization is P = 3.8 x 10' ⁶ . Under normal conditions, the gas density is, for example, p = 2.33 x 10 ¹⁹ atoms/cm ³ (at 310 °K and 1.013 bar gas pressure). This polarization is not sufficient to obtain an image of the gas distribution in the hollow spaces using MRI. MR resonance signals are too weak.

A ³He polarizációt azonban környezeti hőmérsékleten és gyenge, mT nagyságrendű mágneses térben 1-hez közeli értékre lehet növelni, például jóval a Boltzmann egyensúlyi polarizáció fölé. Az eljárás optikai szivattyúzásként ismeretes, és fizikai alapelveit, csakúgy, mint e technikai megvalósítását Colegrove és munkatársai: Phys. Rév., 132, 2561-2572 (1963), Walters ésHowever, the ³ He polarization can be increased to values close to 1 at ambient temperature and in a weak magnetic field of the order of mT, for example, well above the equilibrium Boltzmann polarization. The process is known as optical pumping, and its physical principles, as well as its technical implementation, are described by Colegrove et al.: Phys. Rev., 132, 2561-2572 (1963), Walters et al.

-15munkatársai: Phys. Rev. Lett., 8, 439-442 (1962), Schrearer és munkatársai: Phys. Rev. Lett., 10, 108-110 (1963), Eckert és munkatársai: Nucl. Instr. & Meth., A320, 53-65 (1992), Becker és munkatársai: Nucl. Instr. & Meth., A346, 45-51 (1994), Heil és munkatársai: Phys. Lett., A201, 337-343 (1995), Becker és munkatársai: Journal of Neutron Research, 5, 1-10 (1996) és Surkau és munkatársai: Nuckl. Instr. & Meth., A384, 444-450 (1997) szakirodalmi helyeken megtaláljuk. A polarizált spinek sűrűségei p x P-vel fejezhetők ki, amely egy-két nagyságrenddel a polarizált protonok sűrűsége fölött van a szövetfolyadékban vagy a zsírszövetben Bo = Tesla és Boltzmann egyensúly esetében (rendszerint polarizált protonok szolgálnak az MRI vizsgálat esetén jelforrásként, például az ¹H-MRI esetében is).-15colleagues: Phys. Rev. Lett., 8, 439-442 (1962), Schrearer et al.: Phys. Rev. Lett., 10, 108-110 (1963), Eckert et al.: Nucl. Instr. & Meth., A320, 53-65 (1992), Becker et al.: Nucl. Instr. & Meth., A346, 45-51 (1994), Heil et al.: Phys. Lett., A201, 337-343 (1995), Becker et al.: Journal of Neutron Research, 5, 1-10 (1996) and Surkau et al.: Nuckl. Instr. & Meth., A384, 444-450 (1997) can be found in the literature. The densities of polarized spins can be expressed as px P, which is one or two orders of magnitude above the density of polarized protons in tissue fluid or fat tissue in the case of Bo = Tesla and Boltzmann equilibrium (usually polarized protons serve as the signal source in MRI examinations, for example in the case of ¹ H-MRI).

A nukleáris mágneses rezonancia esetében a mágneses momentumok a Bo-ra merőlegesen gerjesztődnek, és ennek eredményeként mágneses rezonanciajel keletkezik egy arra alkalmas érzékelő tekercsben. Ez a polarizáció terhére megy végbe, amely részlegesen vagy teljesen meg is szűnhet, attól függően, hogy a mágneses momentumok milyen erősen hajlanak el a mágneses tér irányától a nukleáris rezonancia gerjesztése folyamán. Míg a ¹H-MRI esetében alkalmazott Boltzmann polarizáció Ti =0,3-3 másodperces jellegzetes relaxációs idő elteltével újra helyreáll, a ³He hiperpolarizáció a tüdőben legnagyobb kezdeti értékéről 10 és 30 másodperc közötti Ti relaxációs idő elteltével visszavonhatatlanul megszűnik, és a nagyon-nagyon kicsi Boltzmann egyensúlyi értékre áll be.In nuclear magnetic resonance, magnetic moments are excited perpendicular to Bo, resulting in a magnetic resonance signal in a suitable detector coil. This occurs at the expense of polarization, which may be partially or completely eliminated, depending on how strongly the magnetic moments are deflected from the direction of the magnetic field during the excitation of the nuclear resonance. While the Boltzmann polarization used in ¹ H-MRI is restored after a typical relaxation time of Ti = 0.3-3 seconds, the ³ He hyperpolarization in the lung irreversibly disappears from its highest initial value after a relaxation time of Ti between 10 and 30 seconds, and settles down to the very, very small Boltzmann equilibrium value.

Az erős mágneses térben végzett ³He MRI vizsgálat (Bo = 1,5 Tesla) esetén, az RF gerjesztés (nukleáris rezonanciagerjesztés) a képalkotáshozIn the case of ³ He MRI examination performed in a strong magnetic field (Bo = 1.5 Tesla), RF excitation (nuclear resonance excitation) is used for imaging.

-16szükséges mátrixméretnek megfelelően megismétlődik. Mindazonáltal a tüdőről alkotott kép esetében csupán ³He gáz feltöltés alkalmazható. Ennek megfelelően a mágneses momentum mindegyik ³He nukleáris rezonanciagerjesztésnél csak enyhén tér el a B_o tengelytől, mégpedig a szöggel, például 2°-kal, hogy a gerjesztés után is megmaradjon az eredeti polarizáció cos a (a = 2°-ra, cos(a) = 99,9) értéke a soron következő RF gerjesztéshez. (Más szavakkal, villanássorozatszerű, kicsiny frekvencia-ugrás szögű spin visszhang sorozatot, például ritkuló, vagy gyengülő visszhangsorozatot alkalmazunk.) Ez még jobban aláhúzza, hogy a ³He gáz kívülről származó hiperpolarizációját fent kell tartani az alkalmazás folyamán.-16 is repeated according to the required matrix size. However, in the case of the lung image, only ³ He gas filling can be used. Accordingly, the magnetic moment deviates only slightly from the B _o axis for each ³ He nuclear resonance excitation, namely by an angle of, for example, 2°, so that after the excitation the original polarization cos a (for a = 2°, cos(a) = 99.9) is retained for the next RF excitation. (In other words, a series of spin echoes with a small frequency-jump angle, such as a rarefaction or attenuation echo series, is used.) This further emphasizes that the externally induced hyperpolarization of the ³ He gas must be maintained during the application.

Ezen kívül, a nukleáris spin-gerjesztésnél számos olyan hatás jelentkezik, amely leronthatja a ³He gáz hiperpolarizációját. Ezek közül, minthogy a legfontosabb, a mágneses mező-gradiensnek köszönhető relaxációt, továbbá a 231 gáztartály falain végbemenő, továbbá az oxigén (O2) hozzákeverésével járó relaxációt említhetjük meg. A hagyományos, kereskedelemben beszerezhető tomográf mágneses terének relatív hosszirányú gradiense (dBz/dz)/B0-nál kb. 10’⁷/cm, amely nagyon kicsiny érték Minthogy a keresztirányú gradiens (dBr/dr)/B₀ hasonló nagyságrendű, 1 bar gáznyomás esetén az eredmény a következő T1 érték:In addition, there are several effects that can degrade the hyperpolarization of the ³ He gas during nuclear spin excitation. Among these, the most important are the relaxation due to the magnetic field gradient, the relaxation occurring on the walls of the 231 gas container, and the relaxation associated with the addition of oxygen (O2). The relative longitudinal gradient of the magnetic field of a conventional, commercially available tomograph (dBz/dz)/B0 is about 10' ⁷ /cm, which is a very small value. Since the transverse gradient (dBr/dr)/B0 _is of a similar order of magnitude, at a gas pressure of 1 bar, the result is the following T1 value:

1/71= 1,75 xlO⁴ ' dB_rdr ^BOJ cm² bar1/71= 1.75 xlO ⁴ ' dB _r dr ^B OJ cm ² bar

P h amely kb. 10'⁹ .h'¹.P h which is about 10' ⁹ .h' ¹ .

*·»·*·»·

- 17Másképp fogalmazva, ezek a gradiensek nem eredményeznek semmilyen, mérhető Ti relaxációt. Ha a képalkotáshoz megengedett maximális mezőgradiensek (dB_r/dr)/Bo kb. 1,67 x 10~⁴/cm értéket vesznek fel, p = 1 bar nyomásnál is csupán 1/Ti = 5 x 10'⁴/h relaxációs arányokhoz vezetnek, és elhanyagolhatóak. Mindazonáltal az MRI berendezések mágnesének apertúrájában a gradiensek egészen (dBr/dr)/B0 = kb. 1O’’/cm értéket érhetnek el, ami Ti = kb. 21 sec relaxációs időnek felel meg. Ezért a hiperpolarizált ³He gáznak gyorsan, például 1 másodpercnél rövidebb At idő alatt át kell haladnia ezen a régión annak érdekében, hogy maximalizáljuk a maradó P polarizációt (P = Po exp (-At/Τι), ahol Po a kezdeti polarizáció), például hogy 0,95 (95 %) fölötti, lehető legnagyobb polarizációt tarthassunk fenn.- 17In other words, these gradients do not result in any measurable Ti relaxation. If the maximum field gradients allowed for imaging are (dB _r /dr)/Bo of about 1.67 x 10~ ⁴ /cm, even at a pressure of p = 1 bar they lead to relaxation rates of only 1/Ti = 5 x 10' ⁴ /h and are negligible. However, in the aperture of the magnet of MRI equipment the gradients can reach values as high as (dBr/dr)/B0 = about 10''/cm, which corresponds to a relaxation time of Ti = about 21 sec. Therefore, the hyperpolarized ³ He gas must pass through this region quickly, e.g. in a time At less than 1 second, in order to maximize the remaining polarization P (P = Po exp (-At/Τι), where Po is the initial polarization), e.g. to maintain the highest possible polarization above 0.95 (95%).

A ferromágneses anyagok torzítják a homogén mágneses mezőket és olyan gradiensekhez vezetnek, amelyek sokkal erősebbek. Ezeket ennek folytán nem célszerű a 20 berendezés szerkezeti anyagaiként felhasználni. Nem ferromágneses anyagok, mint például a műanyagok, a titán, vagy az üveg, épen hagyják a mágneses mezőt és ezért a legalkalmasabb anyagok. Mindazonáltal ezek az anyagok, ha gáztartály anyagaként alkalmazzuk őket, fal-relaxációt okozó tulajdonságaikban különböznek egymástól. Hogy a ³He polarizációt hosszú idöperióduson át megőrizzük, különleges üvegtartályokat célszerű alkalmazni, amelyek a Ti relaxációs időket néhány órától napokig terjedő időtartamig növelik (lásd például Heil és munkatársai, fentebb). A 202, 204, 212, 233, 240, 245, 31, 311 szelepek, amelyek érintkezésbe kerülnek a hiperpolarizált gázokkal, célszerűen titánból készíthetők (lásd Becker és munkatárai, 1994, fentebb). Különféle műanyagok is használhatók, de alkalmasságuk korlátozott, ► T ^,2-'' * ** S ♦ 1» * * ·· e»·· » *Ferromagnetic materials distort the homogeneous magnetic fields and lead to gradients that are much stronger. They are therefore not suitable for use as structural materials for the apparatus 20. Non-ferromagnetic materials, such as plastics, titanium, or glass, leave the magnetic field intact and are therefore the most suitable materials. However, these materials, when used as gas container materials, differ in their wall relaxation properties. In order to maintain the ³ He polarization over long periods of time, it is advisable to use special glass containers that increase the Ti relaxation times to a period of several hours to days (see, for example, Heil et al., supra). The valves 202, 204, 212, 233, 240, 245, 31, 311, which come into contact with the hyperpolarized gases, are conveniently made of titanium (see Becker et al., 1994, supra). Various plastics can also be used, but their suitability is limited, ► T ^, 2-'' * ** S ♦ 1» * * ·· e»·· » *

-18minthogy a ³He képes áthatolni porózus szerkezetükön és depolarizálódik bennük. A tipikus relaxációs idők a perc tartományban vannak. A nukleáris spin tomográfban minden mozgó alkatrész egyébként is műanyagból készül, mivel a mozgó fém alkatrészek a tapasztalatok szerint interferenciát okoznak a nukleáris rezonancia tomográfiában.-18because ³ He can penetrate their porous structure and depolarize in them. Typical relaxation times are in the range of minutes. In a nuclear spin tomograph, all moving parts are made of plastic anyway, since moving metal parts have been shown to cause interference in nuclear resonance tomography.

Ezen kívül, paramágneses szennyezések, beleértve a gáz állapotú oxigént, célszerűen kizárandók legalább a 20 berendezésnek a 231 mérőtartály és a második 240 szelep közötti részeiből. Az oxigénnek nagyon erős relaxációs hatása van; így 299 °K-on:In addition, paramagnetic impurities, including gaseous oxygen, are preferably excluded at least from the parts of the apparatus 20 between the measuring tank 231 and the second valve 240. Oxygen has a very strong relaxation effect; thus at 299 °K:

_ . _ Amagat /1 — 2,2 s. —?—í— [O₂] ahol [O2] az oxigén sűrűsége a ³He gázban levő Amagat egységekben (lásd Saam és munkatársai: Phys. Rev., A52, 862-865 (1995) szakirodalmi helyen). Ennek eredményeként viszonylag vastag 206, 211, 242 vezeték, stb. falakra van szükség, hogy az oxigént ki lehessen zárni, például nitrogéngázzal történő átöblítéssel. Ha friss ³He forrást helyezünk a 20 berendezésbe, át kell átöblítenünk a ³He első 203 bemenetet (lásd 2. ábra) kis mennyiségű, például 20_ ml ³He-mal, hogy eltávolítsuk az összes levegőt._ . _ Amagat /1 — 2.2 s. —?—í— [O ₂ ] where [O2] is the density of oxygen in Amagat units in ³ He gas (see Saam et al.: Phys. Rev., A52, 862-865 (1995)). As a result, relatively thick walls of conduits 206, 211, 242, etc. are required to exclude oxygen, for example by purging with nitrogen gas. When a fresh source of ³ He is placed in the apparatus 20, it is necessary to purge the first ³ He inlet 203 (see Figure 2) with a small amount, for example 20_ ml of ³ He, to remove all air.

Ha a 20 berendezést élő szervezeten kell alkalmazni, figyelembe kell venni a higiénés szempontokat is. Azok az alkatrészeknek, amelyek érintkezésbe kerülnek a 101 vizsgálandó páciens által belélegzett gázzal, célszerűen kivehetőknek, vagy sterilizálhatóknak, fertötleníthetőknek kell lenniük. Az ilyen érint- 19kező alkatrészekhez felhasznált anyagok ennek folytán célszerűen 120 °C-ig stabil kialakításúak.If the device 20 is to be used on a living organism, hygiene considerations must also be taken into account. The parts that come into contact with the gas inhaled by the patient 101 to be examined should preferably be removable or sterilizable or disinfectable. The materials used for such contacting parts should therefore preferably be stable up to 120 °C.

A 20 berendezés minden alkatrésze előnyösen nem-mágneses anyag, célszerűen nemfémes anyag, még célszerűbben elektromosan nem vezető anyag, például műanyag. Különösen a mozgó alkatrészeket kell műanyagból készíteni.All components of the device 20 are preferably made of a non-magnetic material, preferably a non-metallic material, more preferably an electrically non-conductive material, such as plastic. In particular, the moving parts should be made of plastic.

A 232 áramlásmérő, amely meghatározza annak a gáznak a mennyiségét, amely összehúzódásnál vagy kitágulásnál be- vagy kiáramlik a 230 házából, illetve beáramlik a 230 házába, és amely célszerűen a 230 házon elrendezett 236 szellőzőnyíláshoz van csatlakoztatva, nyomásdifferenciáló adagoló 233 szeleppel is el van látva, és a 230 ház belseje, valamint a 20 berendezés 234 kimenete közötti nyomáskülönbséget méri. A többutas 240 szelep (második 240 szelep) ezt kővetően a mért értéknek megfelelően átállítható.The flow meter 232, which determines the amount of gas that flows into or out of the housing 230 during contraction or expansion, and which is conveniently connected to the vent 236 arranged on the housing 230, is also provided with a pressure differential metering valve 233 and measures the pressure difference between the interior of the housing 230 and the outlet 234 of the device 20. The multi-way valve 240 (second valve 240) can then be adjusted in accordance with the measured value.

Az anyagok megfelelő kiválasztásával a találmány szerinti 20 berendezést nukleáris spin tomográfon belül rendezhetjük el (az anyagok megfelelő kiválasztását e tekintetben a fentiekben már ismertettük).By appropriate selection of materials, the device 20 according to the invention can be arranged within a nuclear spin tomograph (appropriate selection of materials in this regard has already been described above).

A hiperpolarizált gáz bejuttatásánál kívánatos, hogy a 20 berendezésben, különösen az első 203 bemenet és a változtatható térfogatú 231 mérőtartály közötti, valamint a 231 mérőtartály és a 243 kimenet közötti holttér minimális legyen. Ez lehetővé teszi a késleltetés, vagy a falakkal való érintkezés következtében beálló polarizációs veszteség csökkentését.When introducing hyperpolarized gas, it is desirable to minimize the dead space in the apparatus 20, particularly between the first inlet 203 and the variable volume measuring tank 231, and between the measuring tank 231 and the outlet 243. This allows for the reduction of polarization loss due to delay or contact with walls.

A hiperpolarizált ³He mellett a 20 berendezésben felhasználhatunk más hiperpolarizált gázokat, például ¹²⁹Xe-t és olyan vegyületeket, amelyek más hiperpolarizált I = Vz spinű nukleonokat tartalmaznak (például ¹³C, ¹⁵N vagy ²⁹Si).In addition to hyperpolarized ³ He, other hyperpolarized gases can be used in the apparatus 20, such as ¹²⁹ Xe and compounds containing other hyperpolarized I = Vz spin nucleons (for example ¹³ C, ¹⁵ N or ²⁹ Si).

-20A találmány más nézőpontból a mágneses rezonancia képalkotás olyan eljárását teremti meg, amelyben egy áramló közeget (célszerűen gáznemű közeget, különösen hiperpolarizált gázt), mint MR képalkotó szert juttatunk be 2, 3, 4 gázadag útján a 101 vizsgálandó személybe.-20From another aspect, the invention provides a method of magnetic resonance imaging in which a flowing medium (preferably a gaseous medium, in particular a hyperpolarized gas) as an MR imaging agent is introduced into the subject 101 via 2, 3, 4 gas doses.

A találmány szerinti eljárással megvalósított képalkotás a továbbiakban a hagyományos módon mehet végbe.The imaging achieved by the method according to the invention can then be carried out in the conventional manner.

A 2, 3, 4 gázadagban történő bejuttatás megfelelő módon, a belégzés idejéhez viszonyítva 2-100 % között időben, célszerűbben 5 és 30 % közötti időben valósul meg, és a belégzés bármely szakaszában lebonyolítható. A bejuttatott gáz, ha hiperpolarizált, célszerűen olyan P értékre polarizált, amely legalább 5 %-os, célszerűen legalább 10 %-os.The delivery of gas in 2, 3, 4 doses is suitably carried out at a time between 2-100%, more preferably between 5 and 30%, of the inhalation time, and can be carried out at any stage of inhalation. The delivered gas, if hyperpolarized, is suitably polarized to a P value of at least 5%, suitably at least 10%.

A 2. ábrán olyan 10 modulokat láthatunk, amelyeket a ³He 2, 3, 4 gázadagok alkalmazásánál használunk. A 101 vizsgálandó személy a nukleáris spin 102 tomográf mezejében fekszik. Az általa belélegzendő levegő áthalad a második 301 bemeneten a 20 berendezésbe, amely a 101 vizsgálandó személyhez van csatlakoztatva. A kilélegzett levegőt a 302 kimeneten át lehet visszanyerni.In Figure 2 we can see modules 10 that are used in the application of ³ He 2, 3, 4 gas doses. The person to be examined 101 lies in the field of the nuclear spin tomograph 102. The air inhaled by him passes through the second inlet 301 into the device 20, which is connected to the person to be examined 101. The exhaled air can be recovered through the outlet 302.

Az ellenőrzött belégzés érdekében a bemenő levegőt a 30 respírátorból adagoljuk szabályozott feltételek között; ez lehetővé teszi a belélegzett levegőben az említett különleges oxigénsúrűség szabályozását is. Abban az esetben, ha azt akarjuk, hogy a speciális gázokat visszanyerjük a belégzés után, ezeket összegyűjthetjük például zsákszerű 303 tartályban is.For controlled inhalation, the incoming air is supplied from the respirator 30 under controlled conditions; this also allows the regulation of the said special oxygen density in the inhaled air. In case it is desired to recover the special gases after inhalation, they can be collected, for example, in a bag-like container 303.

A speciális 2, 3, 4 gázadagokat a nukleáris spin tomográfon belül, a 101 vizsgálandó személy fejéhez közel elhelyezkedő 20 berendezés segítségével aThe special 2, 3, 4 gas doses are administered inside the nuclear spin tomograph, using 20 devices located close to the head of the 101 person to be examined.

-21 belélegzett levegő útjában helyezzük el. Ennek eredményeként, a belélegzés útjában lévő elkerülhetetlen holtterek kivételével, további holttereket küszöbölhetünk ki. A hiperpolarizált ³He 201 tartály és 203 bemenet esetünkben a 20 berendezés része. A gázt a 20 berendezésen kívül hiperpolarizálják és a szállító, vagy a gyártó által megtöltött a 201 tartályban helyezik el. A 201 tartály például üvegcellákból áll, és 202 szeleppel csatlakozik a 20 berendezés 203 bemenetéhez. Míg a ³He 201 tartály önmaga nagyon hosszú relaxációs időket enged meg, minden más felület esetében, amely érintkezésbe kerül a hiperpolarizált ³He gázzal, a relaxációs idő ennél kisebb. Adott gázmennyiség átáramlása közben az útjába eső térfogatokban (vezetékek, stb.) eltöltött tartózkodási idők rövidek, és a kialakuló polarizációs veszteségek kicsik. Ez azért van így, mert a 20 berendezést a nukleáris spin tomográfban helyezzük el. Ezzel szemben az öblítőgázok, mint amilyen például a nitrogén, bevezethetők külsőleg elhelyezett 210 palackokból 211 vezetékeken át. A 20 berendezést 220 komputer szabályozza, amelyet elektromos, pneumatikus és hidraulikus eszközökkel, valamint 221 szabályozóvezetékekkel csatlakoztattunk a 20 berendezéshez.-21 is placed in the path of inhaled air. As a result, other dead spaces can be eliminated, except for the unavoidable dead spaces in the inhalation path. The hyperpolarized ³ He container 201 and inlet 203 are in our case part of the device 20. The gas is hyperpolarized outside the device 20 and placed in the container 201 filled by the supplier or manufacturer. The container 201 consists of, for example, glass cells and is connected to the inlet 203 of the device 20 by a valve 202. While the ³ He container 201 itself allows very long relaxation times, for all other surfaces that come into contact with the hyperpolarized ³ He gas, the relaxation time is shorter. During the flow of a given amount of gas, the residence times in the volumes in its path (pipes, etc.) are short, and the polarization losses that occur are small. This is because the apparatus 20 is placed in the nuclear spin tomograph. In contrast, purge gases, such as nitrogen, can be introduced from externally placed cylinders 210 through lines 211. The apparatus 20 is controlled by a computer 220, which is connected to the apparatus 20 by electrical, pneumatic and hydraulic means and control lines 221.

A 3. ábra a 20 berendezés sematikus képe. A szaggatott vonallal határolt terület belsejében lévő alkatrészek a tomográf erőterében vannak elrendezve. Anyagaik és méreteik célszerűen kielégítik a fentebb ismertetett követelményeket. Különösen a belélegzendő gázt vezető keresztmetszetek célszerűen viszonylag nagy keresztmetszetűek, amely például kör keresztmetszetre vonatkoztatva, 22 mm átmérőt jelent. Ez 560 ml/sec-íg lamináris áramlást tesz lehe tővé.Figure 3 is a schematic view of the device 20. The components within the area delimited by the dashed line are arranged in the force field of the tomograph. Their materials and dimensions preferably satisfy the requirements described above. In particular, the cross-sections conducting the inhalable gas preferably have a relatively large cross-section, which, for example, is 22 mm in diameter with respect to a circular cross-section. This allows a laminar flow of up to 560 ml/sec.

-22Mielőtt a kívánt 2, 3, 4 gázadag alkalmazása megkezdődne, 101 vizsgálandó személy második 301, 305 bemeneten, a 240 többutas szelepen és a 241 kimeneten át belélegez és 302 kimeneten át kilélegez. A 2, 3, 4 gázadag bejuttatásának pillanatában, amikor a 2 gázadag mennyiség (1. ábra) bejut a 241 kimenetbe, a második 301, 305 bemenetekből a normális gázáramlás a 240 többutas szeleppel meg van szakítva és ehelyett a 231 mérőtartályból bizonyos térfogatú gáz a áramlik a 101 vizsgálandó személy felé (lásd 4. ábra). Ez a 231 mérőtartály a 230 házban foglal helyet. Ha az többutas 240 szelep átkapcsolt helyzetben van (a 3. ábrán látható többutas 240 szelep ábrázolásához viszonyítva jobboldali helyzetben), a 231 mérőtartály a második 305 bemenethez van csatlakoztatva. Ha a 20 berendezést a 30 respirátorhoz csatlakoztatjuk, a 230 ház a 30 respirátorból származó kezdeti respirációs nyomásnak van kitéve. Ennek következtében a 231 mérőtartály üresre nyomódik össze és az eredetileg benne lévő gázmennyiség 206 vezeték, a többutas 240 szelep, valamint a 241 kimenet útján a 101 vizsgálandó személyhez áramlik. Ha a 231 mérőtartály kiürül (amelyet a nyomáskülönbség 244 érzékelőnél fellépő nyomásemelkedés jelez), a többutas 240 szelep kinyit és folytatódik a normális respirációs áramlás a 101 vizsgálandó személy felé (lásd 3. ábra). A nyomáskülönbség 244 érzékelőt 242 vezeték útján, a 230 házon kialakított 235 szellőztető nyíláshoz csatlakoztatjuk.-22Before the desired gas dose 2, 3, 4 is applied, the subject 101 inhales through the second inlet 301, 305, the multi-way valve 240 and the outlet 241 and exhales through the outlet 302. At the moment of the introduction of the gas doses 2, 3, 4, when the gas dose amount 2 (Fig. 1) enters the outlet 241, the normal gas flow from the second inlets 301, 305 is interrupted by the multi-way valve 240 and instead a certain volume of gas flows from the measuring tank 231 towards the subject 101 (see Fig. 4). This measuring tank 231 is located in the housing 230. When the multi-way valve 240 is in the switched position (the right-hand position relative to the illustration of the multi-way valve 240 in FIG. 3 ), the measuring tank 231 is connected to the second inlet 305. When the device 20 is connected to the respirator 30, the housing 230 is subjected to the initial respiratory pressure from the respirator 30. As a result, the measuring tank 231 is compressed to an empty state and the gas originally contained therein flows to the subject 101 via the line 206, the multi-way valve 240, and the outlet 241. When the measuring tank 231 is emptied (indicated by a pressure increase at the differential pressure sensor 244), the multi-way valve 240 opens and normal respiratory flow to the subject 101 resumes (see FIG. 3 ). The differential pressure sensor 244 is connected via a line 242 to a vent 235 formed on the housing 230.

A hiperpolarizált gáz adagolása során a kilélegzett levegő célszerűen nem áramlik vissza a 20 berendezésbe. Amikor a 30 respirátor működésben van, figyeli a belégzési és kilégzési fázist, és lehetővé teszi, hogy a gáz szabadon áramoljon a második 301 bemeneten, vagy kinyitja az (a 3.ábrán nem látDuring the administration of the hyperpolarized gas, the exhaled air is preferably not re-flowed into the device 20. When the respirator 30 is in operation, it monitors the inhalation and exhalation phases and allows the gas to flow freely through the second inlet 301 or opens the (not visible in Figure 3)

-23ható) 311 szelepet a 302 kimenet végén. Ebben a működési módban elég, ha a 241 kimenetet és a 302 kimenetet Y elágazás segítségével csatlakoztatjuk közvetlenül a szájhoz, és a gázt egy csutorán keresztül vezetjük a szájba.-23able) valve 311 at the end of outlet 302. In this operating mode, it is sufficient to connect outlet 241 and outlet 302 directly to the mouth using a Y-branch and to lead the gas to the mouth through a funnel.

Ha a 20 berendezést 30 respirator, nélkül működtetjük, a 101 vizsgálandó személy általában a második 301, 305 bemeneteken, továbbá a többutas 240 szelepen és a 241 kimeneten szívja be a levegőt. Annak érdekében, hogy megakadályozzuk a levegő visszaáramlását a 20 berendezésbe, passzív szabályzású visszacsapó 245 szelepet (5. ábra) használunk. Kilégzésnél ez elzárja a 241 kimenetet és a 302 kimenetet szabaddá teszi. Ebben a működési módban a 101 vizsgálandó személy üresre szívja le a 231 mérőtartályt, miután a többutas 240 szelepet átkapcsoltuk. A nyomáskülönbség 244 érzékelőnél fellépő nyomáskülönbség miatt a 240 többutas szelep ebben az esetben is visszakapcsol.When the device 20 is operated without a respirator 30, the subject 101 generally inhales air via the second inlets 301, 305, as well as via the multi-way valve 240 and the outlet 241. In order to prevent air from flowing back into the device 20, a passively controlled check valve 245 (FIG. 5) is used. When exhaling, this closes the outlet 241 and leaves the outlet 302 free. In this operating mode, the subject 101 draws air from the measuring container 231 after the multi-way valve 240 has been switched. The pressure difference at the differential pressure sensor 244 also causes the multi-way valve 240 to switch back in this case.

A 6. ábrán olyan 20 berendezés látható, amelynek 301 bemenetét és 302 kimenetét passzív működtetésű 310, 311 szelepekkel láttunk el. A 310, 311 szelepekkel kombinált Y elágazás használatával elkerülhető a hiperpolarizált gáznak a kereskedelmi minőségű szelepeken - mint amilyen a visszacsapó 245 szelep az 5. ábrán - fellépő esetleges relaxációja.Figure 6 shows a device 20 having passively operated valves 310, 311 at its inlet 301 and outlet 302. The use of a Y-junction in combination with valves 310, 311 avoids the possible relaxation of hyperpolarized gas at commercial valves, such as the check valve 245 in Figure 5.

A101 vizsgálandó személy légzési folyamatainak megfigyelése érdekében 304 mérőeszközt illesztünk a második 301, 305 bemenetek közé. A 231 mérőtartály feltöltése a kilégzés alatt megy végbe külső gázpalackból a 211 vezeték útján, vagy ³He 201 tartályból, amelynek 202 szelepét már a csatlakoztatást követően kinyitottuk. A gáz feltölti az előzőleg üresre nyomódott 231 mérötartályt, mégpedig a számítógép szabályozta 212 vagy 204 szelepen át. A mennyiséget az alkalmazandó 2 gázadag mennyiségének megfelelően hatáIn order to observe the breathing processes of the person to be examined 101, a measuring device 304 is inserted between the second inputs 301, 305. The filling of the measuring tank 231 takes place during exhalation from an external gas cylinder via the line 211, or from ^{a 3} He tank 201, the valve 202 of which was opened after the connection. The gas fills the previously empty measuring tank 231, namely through the computer-controlled valve 212 or 204. The amount is adjusted according to the amount of gas dose 2 to be used.

-24rozzuk meg. A gázáramlást 213, 205 mérőszeleppel szabályozzuk oly módon, hogy az áramló gázmennyiség a 231 mérőtartályt például 0,5 másodperc alatt feltöltse. A 205 mérőszelep beállítását a 211 vezetékben vagy a 201 tartályban uralkodó (az atmoszférikus nyomáshoz viszonyított) nyomásnak megfelelően végezzük, amely nitrogén esetében általában 4 bar, és ³He esetében 2-0 bar, attól függően, hogy mennyi gáz marad a 201 tartályban.-24ro. The gas flow is controlled by means of metering valves 213, 205 in such a way that the amount of gas flowing fills the measuring tank 231 in, for example, 0.5 seconds. The setting of metering valve 205 is carried out in accordance with the pressure (relative to atmospheric pressure) prevailing in the line 211 or in the tank 201, which is usually 4 bar for nitrogen and 2-0 bar for ³ He, depending on how much gas remains in the tank 201.

A 231 mérőtartályt feltöltése folytán a levegő kiszellőzik a 230 házból, és a 236 szellőztető nyílás, valamint a 234 vezetékhez csatlakoztatott, és ebben a fázisban nyitott 233 szelep közé illesztett 232 áramlásmérőn át elszökik. Ha a 231 mérőtartály megtelt, a 232 áramlásmérőtől származó jelet rögzítjük, és az időben integráljuk. Az ezen a módon meghatározott, eltávozott levegőmennyiség egyenlő azzal a gázmennyiséggel, amely feltöltötte a 231 mérőtartályt. Ez utóbbi mennyiséget tehát indirekt módon határoztuk meg, ami a polarizált gázok kezelése szempontjából, különösen bizonyos anyagokkal történő érintkezésük esetén mutatkozó relaxáció-érzékenységük miatt előnyös megoldás. Ennek a mért térfogatnak a függvényében, 0,5 sec-os feltöltési időt figyelembe véve, a gázmennyiségek megismételhető módon, 5 %-nál kisebb relatív hibával tölthetők be.When the measuring tank 231 is filled, air is vented from the housing 230 and escapes through the flow meter 232, which is inserted between the vent 236 and the valve 233 connected to the line 234 and which is open at this stage. When the measuring tank 231 is full, the signal from the flow meter 232 is recorded and integrated over time. The amount of air that has escaped, determined in this way, is equal to the amount of gas that has filled the measuring tank 231. The latter amount has therefore been determined indirectly, which is an advantageous solution for handling polarized gases, especially because of their sensitivity to relaxation when in contact with certain materials. Depending on this measured volume, and taking into account a filling time of 0.5 seconds, the gas quantities can be filled in a repeatable manner with a relative error of less than 5%.

A szelepátkapcsolási idők okozta késleltetést kompenzálni lehet, minthogy a 204, 212, 233 szelepek kapcsolási idejét előre meghatározhatjuk az ismert gázáramokból, és a 204, 212, 233 szelepeket az ismert késleltetési időkkel korábban működtethetjük. Ez azt jelenti, hogy a 2 gázadag bejuttatásának pillanatát 20 ms-os pontossággal meghatározhatjuk, ami a feltételezett 50 ml/s-os belégzési áramlásnál az előre belélegzett gázmennyiség okozta bizonytalansáThe delay caused by the valve switching times can be compensated for, since the switching times of the valves 204, 212, 233 can be determined in advance from the known gas flows, and the valves 204, 212, 233 can be operated earlier with the known delay times. This means that the moment of delivery of the 2 gas doses can be determined with an accuracy of 20 ms, which, at an assumed inspiratory flow of 50 ml/s, is less than the uncertainty caused by the pre-inhaled gas volume.

-25got Aq < 500 ml/sec gázáramnál 20 msec-nál, azaz 10 ml-nél kisebbre korlátozza. Meg kell jegyezni, hogy a tőbbutas 240 szelep és a 101 vizsgálandó személy közötti 241 kimenetben lévő holt térfogatból származó gázt a 101 vizsgálandó személynek minden esetben be kell lélegeznie, mielőtt a 2 gázadag elérné a 101 vizsgálandó személyt. Ennek megfelelően a 20 berendezést előnyösen közvetlenül a 101 vizsgálandó személy fejének közelében helyezhetjük el. A 241 kimenetben lévő holt térfogat a leírt kiviteli alakban akár 60 ml-re is korlátozható.-25got Aq < 500 ml/sec is limited to less than 20 msec, i.e. less than 10 ml, at a gas flow. It should be noted that the gas from the dead volume in the outlet 241 between the multi-way valve 240 and the subject 101 must in any case be inhaled by the subject 101 before the gas dose 2 reaches the subject 101. Accordingly, the device 20 can be advantageously placed directly near the head of the subject 101. The dead volume in the outlet 241 can be limited to as little as 60 ml in the described embodiment.

Az alkalmazott 202, 204, 212, 233, 240, 245, 31, 311 szelepek, 205, 213 mérőszelepek, és 232 áramlásmérő a lehetőségekhez mérten hagyományos kereskedelmi forgalomban beszerezhető alkatrészek lehetnek. A 204, 233 szelepek ebben a kiviteli alakban hidraulikus múködtetésűek és a kívánt méretűek lehetnek, valamint megfelelően kiválasztott anyagból készülhetnek. A többutas 240 szelep szintén hidraulikus működtetésű, és előnyösen oly módon terveztük meg, hogy bemenetel és kimenetei az átkapcsolás! fázis alatt is folyamatosan csatlakoztatva vannak. Ez biztosítja, hogy a gázáramlás 101 vizsgálandó személy felé nem szakad meg, amikor a 240 szelepet átkapcsoljuk.The valves 202, 204, 212, 233, 240, 245, 31, 311, metering valves 205, 213, and flow meter 232 used may be conventional commercially available components as far as possible. The valves 204, 233 in this embodiment are hydraulically operated and may be of the desired size and may be made of a suitably selected material. The multi-way valve 240 is also hydraulically operated and is preferably designed in such a way that its inlet and outlets are continuously connected during the switching phase. This ensures that the gas flow to the person to be tested 101 is not interrupted when the valve 240 is switched.

A 20 berendezés átáramló ³He polarizációs veszteségének mérésére tesztvizsgálatokat végeztünk. A 20 berendezés megfelelő alkatrészeinek relaxációs hatását NMR eljárás közben mértük. A héliumra gáztömör 231 mérőtartály, miután tiszta nitrogéngázzal alaposan átöblítve eltávolítottuk az oxigénmaradványokat, 20 és 40 perc közötti relaxációs időt mutatott. Mivel a gázt a 20 berendezésben mindössze egyetlen belégzésre tároljuk, ennek megfelelően a polarizációveszteség az alkalmazás előtt legalább néhány másodperccel kiTests were carried out to measure the polarization loss of ³ He flowing through the device 20. The relaxation effect of the relevant components of the device 20 was measured during the NMR procedure. The helium-tight measuring container 231, after being thoroughly flushed with pure nitrogen to remove oxygen residues, showed a relaxation time of between 20 and 40 minutes. Since the gas is stored in the device 20 for only one inhalation, the polarization loss should be eliminated at least a few seconds before use.

-26sebb, mint 1 %. A többutas 240 szelepen mért helyfüggő relaxációs idők 10 és 20 másodperc között változtak úgy, hogy 1 másodpercen belüli átáramlás esetén a ³He polarizációjának több mint 90 %-a megmaradt A 231 mérötartály feltöltése és egyéb vezetékeken történő áramlás közben nem volt kimutatható polarizációveszteség. Egészében véve az eredeti polarizációnak több mint 90 %-a elérte 101 vizsgálandó személyt.-26ser than 1%. The measured location-dependent relaxation times on the multi-way valve 240 varied between 10 and 20 seconds, so that more than 90% of the polarization of the ³ He remained within 1 second of flow. There was no detectable loss of polarization during filling of the measuring tank 231 and flow through other lines. Overall, more than 90% of the original polarization reached 101 test subjects.

A 7. ábra azt mutatja, hogy milyen pontosan és milyen jól bejuttatható a 2, 3, 4 gázadag, amelyet az berendezés előállít. Három szimulált (a), (b) és (c) légvételt hajtottunk végre 2 gázadagnak a légzőszervek különböző pontjain történő elhelyezésével, közvetett módon, a 30 respirator levegőjéhez széndioxid hozzáadásával mérve a szájból kilépő gáz ³He tartalmát a belélegzett levegőhöz viszonyítva, és hagyományos széndioxid mérő használatával mérve a szájból kilépő gáz széndioxidtartalmát. A három szimulált (a), (b) és (c) légvételnél a ³He tartalom változását mutató görbéket egymásra helyezve ábrázoltuk.Figure 7 shows how accurately and well the 2, 3, 4 gas doses produced by the device can be delivered. Three simulated breaths (a), (b) and (c) were performed by placing 2 gas doses at different points on the respiratory organs, indirectly measuring the ³ He content of the gas leaving the mouth in relation to the inhaled air by adding carbon dioxide to the 30 respirator air, and measuring the carbon dioxide content of the gas leaving the mouth using a conventional carbon dioxide meter. The curves showing the change in the ³ He content during the three simulated breaths (a), (b) and (c) were plotted superimposed.

A 8. ábra azt mutatja, hogy hogyan lehet a 2 gázadag hosszát (hatóidejét) változtatni. Négy szimulált (d), (e), (f) és (g) légvételt hajtottunk végre növelt ³He 2 gázadaggal, majd meghatároztuk a ³He tartalmat, ahogy a 7. ábrán látható. A 7. ábrán az szuperponált eredmények láthatóak.Figure 8 shows how the duration of the 2 gas dose can be varied. Four simulated breaths (d), (e), (f) and (g) were performed with increased ³ He 2 gas doses and the ³ He content was determined as shown in Figure 7. Figure 7 shows the superimposed results.

Claims

-27PATENT CLAIMS

1. Device (20) for delivering a flowing medium to a destination, which is provided with a variable volume measuring tank (231) and a conduit (206) leading from the measuring tank (231) to an outlet (241), further comprising a first inlet (203) and a second inlet (301, 305), and a flow meter (232) detecting the flow of the medium between the conduit (206) and the measuring tank (231), further comprising a first valve (204) allowing or preventing the flow of the medium from the first inlet (203) through the conduit (206) to the measuring tank (231), and a second valve (240), further comprising a control unit controlling the operation of the first and second valves (204, 240), characterized in that in the first position of the multi-way valve (240), the flow of the medium from the second inlet (301, 305) to the outlet (241) is allowed, and the flow of the medium from the measuring tank (231) to the outlet (241) is prevented, furthermore, in the second position of the multi-way valve, the flow of the medium from the measuring tank (231) through the line (206) to the outlet (241) is allowed, and the flow of the medium from the second inlet (301) to the outlet (241) is prevented, furthermore, it is provided with a pressure difference sensor (244) which is arranged to detect the flow of the medium from the second inlet (301).

2. The device according to claim 1, characterized in that the measuring container (231) is a flexible vessel arranged inside a rigid housing (230), which rigid housing has a vent (236) formed therein, and the current

A flow meter (232) is positioned to sense the flow of fluid flowing through the vent (236).

3. The device according to any one of claims 1-2, characterized in that it is provided with a check valve (245) enabling direct flow of the medium from the outlet (241) to the second outlet (302) or to a second container (303), which valve (245) is designed to prevent the flow of the medium in the direction of the variable volume measuring container (231).

4. The device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is provided with a source for supplying hyperpolarized gas, which is connected to the first inlet (203).

5. The device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is provided with a respirator (30) connected to the second inlet (301).

6. The device according to any one of claims 1-5, characterized in that it is provided with a third inlet and a third valve (212) arranged to prevent or allow the flow of the medium from the third inlet to the variable volume measuring tank (231), and the control unit (220) is also configured to control the operation of the third valve (212).

7. The apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the inner surface of said variable volume measuring container (231) further includes a first inlet (203) entering the conduit (206) and a first outlet (206).

-All surfaces in contact with the medium exiting through the 29-thread (241) are made of paramagnetic material.

8. The device according to claim 7, characterized in that the paramagnetic materials are selected from the group consisting of glass, titanium and plastics.

9. The device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the medium flow in the conduit between the multi-way valve (240) and the outlet (241) is substantially laminar.

10. The device according to any one of claims 1-9, characterized in that it is made of paramagnetic materials.

11. The device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that

- a first inlet (203) for introducing a gaseous substance, in particular a gas containing polarized atoms (nucleons),

- further comprising a metering tank (231) connected to the first inlet (203) and providing a controlled delivery of the applied volume of the gaseous substance,

- and a second inlet (301, 305) for introducing a second gaseous substance,

- and a measuring device (304) for measuring the volume of the second gaseous substance introduced through the second inlet (301, 305),

- and an outlet (241) for dispensing the first and second gaseous substances,

- further provided with a multi-way valve (240) which is connected on the one hand to the measuring tank (231) and the second outlet (301, 305), and on the other hand to the first outlet (241) so that in its first valve position the first outlet (241) is connected to the second inlet (301, 305), and in its second valve position to the measuring tank (230, 231),

- further equipped with a housing (230) in which a variable volume measuring tank (231) connected to the first inlet (203) is arranged, said housing (230) being provided with at least one vent (236) to which a flow meter (232) for measuring gas flowing out of said housing (230) due to expansion of said measuring tank (231) and/or flowing into said housing (230) due to compression of said measuring tank (231) is connected,

- and a measuring device (304) arranged at the second inlet (301), and a flow meter (232) and a pressure sensor (244) connected to the first outlet (241), and the multi-way valve (240) is connected to the control unit (220),

- and the control unit (220) is arranged to regulate the inflow of the volume of the first gaseous substance into the measuring container (231) as a function of the amount of gas flowing out of the housing (230) and measured by a flow meter (232), and on the other hand to control the multi-way valve (240) as a function of the amount of the second gaseous substance measured by a measuring device (304), or after a certain time interval from the first valve position to the second valve position.

-31 position, and is designed to switch the multi-way valve (240) from the second valve position to the first valve position depending on the amount of gas flow flowing into the housing of the measuring tank (231) and measured by an additional measuring device (244).

12. The device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it is provided with a computer control unit (220).

13. A method for magnetic resonance imaging, in which a dose of a medium suitable for MR imaging is delivered to a living organism, and an MR image is formed of at least one part of the living organism into which the dose of the medium has been delivered, characterized in that the dose is delivered to the living organism by a device for delivering a flowing medium, which is provided with a measuring container of variable volume and a conduit leading from the measuring container to an outlet, and further with a first inlet and a second inlet, and a flow meter detecting the flow of the medium between the conduit and the measuring container, and further with a first valve allowing or preventing the flow of the medium from the first inlet through the conduit to the measuring container, and a second valve, and further with a control unit regulating the operation of the first and second valves, and during the method, the multi-way valve is set to a first position, allowing the flow of the medium from the second inlet to the outlet, and the flow of the medium from the measuring container to the outlet prevent, and by setting the multi-way valve to the second position, the flow of the medium from the measuring tank through the line to the outlet is allowed, and the flow of the medium from the second inlet to the outlet is prevented, and the device is operated at a pressure

-32 is equipped with a differential sensor, which detects the flow of the medium from the second inlet.

14. The method of claim 13, wherein the MR imaging is performed as ³ He-NMR imaging.

Instead of the notifier, the authorized person:

DAN U BIA Patent and Trademark Office Ltd.

Our file number: 92221-215/FT-Ko

Our administrator: Tamás Farkas