HUP0100529A2 - Berendezés és eljárás áramló kőzeg célba juttatására - Google Patents

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. Ó

Description

P 0 1 0 0 5 2 9

KÖZZÉTÉTELI

PÉLDÁNY

Berendezés és eljárás áramló közeg célba juttatására

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.

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-Ko

-2súlyi polarizáció P_o, az I = ¹Λ spinű képalkotó nukleonra a következő egyenlő ségből adódik:

Να-Νβ Na + Νβ

- exp (-YhBJkT) exp (-YhB_aIkT) = tgh(-YhB₀Ikr), amely kb. egyenlő p ~ ⁰ kT ' ahol Na a nukleonok populációja azonos a spin állapotban (például +14);

Np a nukleonok populációja egy másik β spin állapotban (például -14);

Y a nukleon giromágneses hányadosa;

Λ a Planck állandó osztva 2π-νβΙ;

k a Boltzmann állandó;

B_o a mágneses térerősség (vagy mágneses fluxussúrúség);

T a hőmérséklet °K-ban; és μ a mag mágneses dipólus momentuma.

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.

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,

- 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).

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.

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.

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.

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 szisztematikus

-4klinikai megfigyelések és eljárások esetében mind a gázadag mérete, mind pedig bejuttatásának helye szempontjából fontos körülmény a reprodukálhatóság magas szintje.

Célkitűzésünk a találmánnyal tehát olyan eszköz létrehozása, amellyel a szükséges térfogatú hiperpolarizált ³He gázadagot a beteg légútjába, a légút kívánt részébe lehet juttatni.

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.

A mérőtartály célszerűen olyan rugalmas edény, amely merev házon belül van elrendezve, amely merev házon szellőztetőnyílás van kialakítva, és az

-5áramlásmérő a szellöztetönyíláson át áramló közeg áramlását érzékelő módon van elhelyezve.

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.

A berendezés kedvezően hiperpolarizált gázt szolgáltató forrással van ellátva, amely az első bemenethez van csatlakoztatva.

A berendezés célszerűen olyan respirátorral van ellátva, amely a második bemenethez van csatlakoztatva.

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.

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.

A paramágneses anyagok célszerűen az üveget, titánt és műanyagokat tartalmazó csoportból vannak választva.

A többutas szelep és a kimenet között lévő vezetékben a közegáramlás előnyösen lamináris.

A berendezés, kedvezően paramágneses anyagokból van kialakítva.

A berendezés célszerűen

-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,

-Ί -

- valamint a második bemeneten elrendezett mérőeszköz, valamint az áramlásmérő és az első kimenethez csatlakozó nyomásérzékelő, továbbá a többutas szelep szabályozóegységhez van csatlakoztatva,

- 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.

A berendezés, kedvezően számítógépes szabályozóegységgel van ellátva.

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 beme

-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.

Az MR képalkotást, célszerűen ³He-NMR képalkotásként hajtjuk végre.

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.

A találmányt a továbbiakban a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az

-9 —

1. ábra egy csőben, két másik gáz között elrendezett gázadag sematikus ábrázolása, a

2. ábra a találmány szerinti berendezés sematikus nézete, a

3. ábra a 2. ábrán látható berendezés sematikus nézete működés köz- ben, amikor levegőt juttatunk a vizsgált páciensbe, a

4. ábra a 2. ábrán látható berendezés sematikus nézete működés közben, amikor a gázadagot, például hiperpolarizált ³He-ot, bejuttatjuk a páciensbe, az

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, a

6. ábra a berendezés egyik további kiviteli alakjának sematikus nézete ugyanabban a működési helyzetben, amely a 4. ábrán látható, a

7. ábra egy olyan diagram, amely a ³He koncentrációját mutatja három szimulált levegővételnél, és a

8. ábra olyan diagram, amely a ³He koncentrációját mutatja négy szimulált belégzésnél.

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 hiperpo

- 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.

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.

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.

Az első 231 mérőtartály lehet bármilyen változtatható térfogatú 231 mérőtartály, például olyan, amelynek mozgatható dugattyúja van (például injekciós

- 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.

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.

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) szelep

-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).

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.

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, példá

-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.

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.

Mivel a felhasznált gázok, például a ³He, igen drága lehet, az adagoló úgy van kialakítva, hogy visszanyerését lehetővé tegye.

Klinikai nézőpontból határvonalat kell húznunk háromféle belégzéstípus között:

(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.

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.

- 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.

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.

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 és

-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).

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.

Az erős mágneses térben végzett ³He MRI vizsgálat (Bo = 1,5 Tesla) esetén, az RF gerjesztés (nukleáris rezonanciagerjesztés) a képalkotáshoz

-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.

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:

1/71= 1,75 xlO⁴ ' dB_r dr ^BOJ cm² bar

P h amely kb. 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.

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»·· » *

-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.

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:

_ . _ 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.

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.

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.

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.

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).

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.

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).

-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.

A találmány szerinti eljárással megvalósított képalkotás a továbbiakban a hagyományos módon mehet végbe.

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.

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.

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.

A speciális 2, 3, 4 gázadagokat a nukleáris spin tomográfon belül, a 101 vizsgálandó személy fejéhez közel elhelyezkedő 20 berendezés segítségével a

-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.

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.

-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.

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 lát

-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.

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.

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.

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 hatá

-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.

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.

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 bizonytalansá

-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.

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.

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 ki

-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.

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.

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.

Claims (14)

1. -27SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Berendezés (20) áramló közeg célba juttatására, amely változtatható térfogatú mérötartállyal (231) és a mérőtartályból (231) kimenethez (241) vezető vezetékkel (206) van ellátva, továbbá első bemenettel (203) és második bemenettel (301, 305), valamint a közegnek a vezeték (206) és a mérötartály (231) közötti áramlását érzékelő áramlásmérővel (232), továbbá a közeg áramlását az első bemenetből (203) a vezetéken (206) át a mérőtartályba (231) megengedő vagy megakadályozó első szeleppel (204), valamint második szeleppel (240), továbbá az első és második szelep (204, 240) működését szabályozó szabályzóegységgel van kialakítva, azzal jellemezve, hogy a többutas szelep (240) első állásában, a közeg áramlása a második bemenettől (301, 305) a kimenetig (241) meg van engedve, és a közeg áramlása a mérőtartálytól (231) a kimenetig (241) meg van akadályozva, továbbá a többutas szelep második állásában a közeg áramlása a mérőtartálytól (231) a vezetéken (206) át a kimenetig (241) meg van engedve, valamint a közeg áramlását a második bemenettől (301) a kimenetig (241) meg van akadályozva, továbbá olyan nyomáskülönbség érzékelővel (244) van ellátva, amely a közegnek a második bemenettől (301) kialakuló áramlását érzékelő módon van elrendezve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a mérötartály (231) olyan rugalmas edény, amely merev házon (230) belül van elrendezve, amely merev házon szeílöztetőnyílás (236) van kialakítva, és az áram

   -28lásmérő (232) a szellőztetőnyíláson (236) át áramló közeg áramlását érzékelő módon van elhelyezve.
3. 3. Az 1.-2. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a közeg közvetlen áramlását a kimenettől (241) a második kimenethez (302), vagy egy második tartályhoz (303) lehetővé tevő, visszacsapó szeleppel (245) van ellátva, amely szelep (245) a közeg áramlását a változtatható térfogatú mérőtartály (231) irányában magakadályozó módon van kialakítva.
4. 4. Az 1.-3. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy hiperpolarizált gázt szolgáltató forrással van ellátva, amely az első bemenethez (203) van csatlakoztatva.
5. 5. Az 1.-4. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy olyan respirátorral (30) van ellátva, amely a második bemenethez (301) van csatlakoztatva.
6. 6. Az 1.-5. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy harmadik bemenettel és olyan harmadik szeleppel (212) van ellátva, amely a közegnek, a harmadik bemenettől a változtatható térfogatú mérőtartályba (231) történő áramlását megakadályozó vagy megengedő módon van elrendezve, és a szabályzóegység (220) a harmadik szelep (212) működését is szabályozó módon van kialakítva.
7. 7. Az 1.-6. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az említett változtatható térfogatú mérőtartály (231) belső felülete, továbbá a vezetékbe (206) az első bemeneten (203) át belépő, és az első ki-

   -29meneten (241) át kilépő közeggel érintkező minden felület, paramágneses tulajdonságú anyagból van kialakítva.
8. 8. A 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a paramágneses anyagok az üveget, titánt és műanyagokat tartalmazó csoportból vannak választva.
9. 9 . Az 1.-8. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a többutas szelep (240) és a kimenet (241) között lévő vezetékben a közegáramlás lényegében lamináris.
10. 10. Az 1.-9. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy paramágneses anyagokból van kialakítva.
11. 11. Az 1. - 10. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy

    - gáz halmazállapotú anyag, különösen polarizált atomokat (nukleonokat) tartalmazó gáz bevezetésére szolgáló első bemenettel (203),

    - továbbá az első bemenethez (203) csatlakoztatott, és a gáz halmazállapotú anyag alkalmazott térfogatának ellenőrzött bejuttatását végző mérőtartállyal (231),

    - valamint második gáz halmazállapotú anyag bejuttatására szolgáló második bemenettel (301, 305),

    - és a második bemeneten (301, 305) át bejuttatott második gáz halmazállapotú anyag térfogatának mérésére szolgáló mérőeszközzel (304),

    - valamint az első és második gáz halmazállapotú anyag kijuttatására szolgáló kimenettel (241),

    - továbbá olyan többutas szeleppel (240) van ellátva, amely egyrészt a mérőtartályhoz (231) és a második kimenethez (301, 305), másrészt az első kimenethez (241) van csatlakoztatva úgy, hogy első szelepállásában az első kimenet (241) a második bemenettel (301, 305), második szelepállásában a mérőtartállyal (230, 231) van összeköttetésben,

    - továbbá olyan házzal (230) van felszerelve, amelyben az első bemenethez (203) csatlakoztatott változtatható térfogatú mérőtartály (231) van elrendezve, amely ház (230) legalább egy szellőztetönyílással (236) van ellátva, amelyhez a házból (230), a mérőtartály (231) kitágulása folytán kiáramló, és/vagy a házba (230) a mérőtartáty (231) összenyomódása folytán beáramló gáz mérésére szolgáló áramlásmérő (232) van csatlakoztatva,

    - valamint a második bemeneten (301) elrendezett mérőeszköz (304), valamint az áramlásmérő (232) és az első kimenethez (241) csatlakozó nyomásérzékelő (244), továbbá a többutas szelep (240) szabályozóegységhez (220) van csatlakoztatva,

    - és a szabályozóegység (220) egyrészt az első gáz halmazállapotú anyag térfogatának a mérőtartályba (231) történő beáramlását, a házból (230) kiáramló, és áramlásmérővel (232) mért gázmennyiség függvényében szabályozó módon van elrendezve, másrészt a többutas szelepet (240), mérőeszközzel (304) mért második gáz halmazállapotú anyag mennyiségének függvényében, vagy egy bizonyos időintervallum lejárta után az első szelepállásból a második szelep

    -31 állásba, valamint a többutas szelepet (240) a mérötartály (231) házába áramló, és további mérőeszközzel (244) mért gázáram mennyisége függvényében, a második szelepállásból az első szelepállásba kapcsolni képes módon van kialakítva.
12. 12. Az 1. - 10. igénypontok bármelyike szerinti berendezés, azzaí jellemezve, hogy számítógépes szabályozóegységgel (220) van ellátva.
13. 13. 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, azzal jellemezve, hogy 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 bemenetből 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 nyo

    -32máskülönbség érzékelővel szereljük fel, amellyel a közegnek a második bemenettől kialakuló áramlását érzékeljük.
14. 14. A 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az MR képalkotást, ³He-NMR képalkotásként hajtjuk végre.

    A bejelentő helyett a meghatalmazott:

    DAN U BIA Szabadalmi és Védjegy Iroda Kft.

    Aktaszámunk: 92221-215/FT-Ko

    Ügyintézőnk: Farkas Tamás