JP4405758B2

JP4405758B2 - Magnetic resonance imaging device

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Publication number: JP4405758B2
Application number: JP2003189417A
Authority: JP
Inventors: 博司佐藤
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: JP2005021323A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超偏極状態にある希ガス（ｇａｓ）を用いて撮像を行う磁気共鳴撮像装置および超偏極希ガス供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、Ｘｅ，Ｈｅ等の希ガスを超偏極状態とし、吸引あるいは注射により被検体に吸収させ、高感度の磁気共鳴画像を取得することが行われる。ここで、希ガスを超偏極状態とするために、希ガスポーラライザ（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）装置が用いられる。
【０００３】
希ガスポーラライザ装置では、高温のセル（ｃｅｌｌ）内において希ガス同位体を超偏極状態とし、その後、高磁場の環境下にある液体窒素の恒温槽において、希ガスの昇華現象により、超偏極状態の希ガスのみを固体化し、希ガスのみの抽出が行われる。そして、この固体化された希ガスは、超偏極状態を維持するために、高磁場の環境下で冷凍保存され、その後、加温により気化されて、被検体に吸引あるいは注射される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特表２０００―５０７６８８号公報、（第７〜１９頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によれば、希ガスポーラライザ装置は、高価なもとなる。すなわち、希ガスの抽出および保存を、高磁場の環境で行う必要があり、高磁場の環境を形成する高額な強磁場マグネットが設置される。
【０００６】
特に、希ガスポーラライザ装置では、希ガスを超偏極状態とする時に、加温装置、高温に耐えるセル、また、このセルに印加される磁場の発生装置等の高額な装置が含まれており、さらに抽出および保存を行う際に、加えて強磁場マグネットが必要とされることは、この装置を一層複雑で高額なものとし、普及を困難なものとしている。
【０００７】
これらのことから、超偏極状態の希ガスを抽出および保存する際に、専用の強磁場マグネットを必要としない磁気共鳴撮像装置および超偏極希ガス供給システムをいかに実現するかが重要となる。
【０００８】
この発明は、上述した従来技術による課題を解決するためになされたものであり、超偏極状態の希ガスを抽出および保存する際に、専用の強磁場マグネットを必要としない磁気共鳴撮像装置および超偏極希ガス供給システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、静磁場を形成する静磁場形成手段を備える磁気共鳴撮像装置であって、前記静磁場形成手段は、超偏極状態の希ガスを含む混合ガスを、前記静磁場の中で冷却し、前記冷却により気体から固体に昇華された前記希ガスを冷凍保存し、さらに前記昇華された固体の希ガスを加温し、前記超偏極状態の希ガスを気体として再生させる保存手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
この第１の観点による発明によれば、静磁場形成手段は、保存手段により、超偏極状態の希ガスを含む混合ガスを、静磁場の中で冷却し、この冷却により気体から固体に昇華された希ガスを冷凍保存し、さらにこの昇華された固体の希ガスを加温し、超偏極状態の希ガスを気体として再生させることとしているので、磁気共鳴撮像装置の静磁場形成手段により形成される静磁場により、超偏極状態の希ガスを、超偏極状態のまま、混合ガスから抽出し、長期間に渡って冷凍保存したのちに、超偏極状態として再生することができる。
【００１１】
また、第２の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記混合ガスが混合ガスパイプにより搬送される際に、前記保存手段が、前記混合ガスパイプの周囲に巻き付けられる窒素パイプを備えることを特徴とする。
【００１２】
この第２の観点の発明によれば、保存手段は、窒素パイプを、混合ガスパイプの周囲に巻き付けることとしているので、混合ガスパイプ内の混合ガスを、窒素パイプ内の液体窒素により効率的に冷却することができる。
【００１３】
また、第３の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記保存手段が、前記混合ガスパイプの周囲に巻き付けられる加温パイプを備えることを特徴とする。
【００１４】
この第３の観点の発明によれば、保存手段は、加温パイプを、混合ガスパイプの周囲に巻き付けることとしているので、固体化した希ガスを、温水により効率的に加温することができる。
【００１５】
また、第４の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記保存手段が、２つあるいは３つの同心円状の中空断面を有する多層パイプを備えることを特徴とする。
【００１６】
この第４の観点の発明によれば、保存手段は、多層パイプに、２つあるいは３つの同心円状の中空断面を有することとしているので、冷却あるいは加温媒体を多層パイプ内に注入することで、簡易に熱交換を行うことができる。
【００１７】
また、第５の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記多層パイプの前記同心円の中心に位置する中空断面に、前記混合ガスを注入することを特徴とする。
【００１８】
この第５の観点の発明によれば、混合ガスの冷却あるいは加温を、多層パイプの周辺に位置する中空断面部分を用いて行うことができる。
【００１９】
また、第６の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記多層パイプが、前記同心円の中心から外れた外殻の中空断面に、冷却あるいは加温媒質が注入されることを特徴とする。
【００２０】
この第６の観点の発明によれば、冷却あるいは加温媒質である液体窒素あるいは温水等を用いて、中心の中空断面に存在する混合ガスを冷却あるいは加温することができる。
【００２１】
また、第７の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、前記窒素パイプ、前記加温パイプあるいは前記多層パイプが、前記保存手段内部で水平方向から傾きを持って配設されることを特徴とする。
【００２２】
この第７の観点の発明によれば、窒素パイプ、加温パイプあるいは多層パイプに注入された液体を、自重により、効率良く循環させることができる。
【００２３】
また、第８の観点の発明にかかる磁気共鳴撮像装置は、さらに被検体を前記静磁場内に載置するクレードルを備える際に、前記保存手段が、前記クレードルの前記被検体を載置しない側に配設されることを特徴とする。
を特徴とする。
【００２４】
この第８の観点の発明によれば、保存手段を、静磁場強度が強く、被検体の撮像を妨げない位置に配置することができる。
【００２５】
また、第９の観点の発明にかかる超偏極希ガス供給システムは、静磁場を形成する静磁場形成手段を有する磁気共鳴撮像装置と、混合ガスに含まれる希ガスを超偏極状態にする偏極部を有する供給手段と、を備える超偏極希ガス供給システムであって、前記供給手段は、前記超偏極状態の希ガスを含む混合ガスを、前記静磁場形成手段に搬送する搬送手段を有し、前記静磁場形成手段は、搬送された前記混合ガスを、前記静磁場の中で冷却し、前記冷却により気体から固体に昇華された前記希ガスを冷凍保存し、さらに前記昇華された固体の希ガスを加温し、前記超偏極状態の希ガスを気体として再生させる保存手段を有すること、を特徴とする。
【００２６】
この第９の観点の発明によれば、供給手段は、搬送手段により、超偏極状態の希ガスを含む混合ガスを、静磁場形成手段に搬送し、静磁場形成手段は、保存手段により、搬送された混合ガスを、静磁場の中で冷却し、この冷却により気体から固体に昇華された希ガスを冷凍保存し、さらに昇華された固体の希ガスを加温し、超偏極状態の希ガスを気体として再生させることとしているので、磁気共鳴撮像装置の静磁場形成手段により形成される静磁場により、超偏極状態の希ガスを、超偏極状態のまま、混合ガスから抽出し、長期間に渡って冷凍保存したのちに、超偏極状態として再生することができる。
【００２７】
また、第１０の観点の発明にかかる超偏極希ガス供給システムは、前記供給手段が、設置される場所を移動する移動手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
この第１０の観点の発明によれば、供給手段は、移動手段により、設置される場所を移動することとしているので、複数の磁気共鳴撮像装置に、超偏極状態の希ガスを、容易に供給することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる磁気共鳴撮像装置および超偏極希ガス供給システムの好適な実施の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１にかかる超偏極希ガス供給システムの全体構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態１である超偏極希ガス供給システムの全体構成を示すブロック図である。図１において、この超偏極希ガス供給システムは、磁気共鳴撮像装置２００および供給手段３を含む。ここで、供給手段３は、ガス供給部５０、偏極部１０およびトラップ（ｔｒａｐ）部２０を含み、磁気共鳴撮像装置２００に、超偏極された希ガス、例えば同位体キセノン（Ｘｅ）を供給する。
【００３０】
ここで、超偏極状態について若干の説明を行う。希ガスである同位体ルビジウム（Ｒｂ）あるいはキセノンは、核磁気モーメント（ｍｏｍｅｎｔ）を有しており、静磁場が印加された状態において、エネルギー（ｅｎｅｒｇｙ）状態の異なる幾つかの状態に分布する。通常の温度平衡状態では、すべての状態にほぼ均等に同位体ルビジウムあるいはキセノンが分布する。これとは逆に、あるエネルギー状態に多くの同位体ルビジウムあるいはキセノンが偏在する状態を超偏極状態と称する。この超偏極状態の希ガスを用いた磁気共鳴撮像装置２００の撮像では、より多くの同位体ルビジウムあるいはキセノンが磁気共鳴現象に関与することができ、信号感度を向上することができる。
【００３１】
磁気共鳴撮像装置２００は、マグネットシステム（ｍａｇｎｅｔｓｙｓｔｅｍ）７００、データ（ｄａｔａ）収集部７５０、送信駆動部７４０、勾配駆動部７３０および制御処理部８００を有する。ここで、制御処理部８００は、さらにスキャンコントローラ（ｓｃａｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）部７６０、データ管理部７７０、表示部７８０および操作部７９０を含む。
【００３２】
マグネットシステム７００は、主磁場コイル（ｃｏｉｌ）部７０２、勾配コイル部７０６、送信コイル部７０８、ＲＦコイル部７１０、クレードル（ｃｒａｄｌｅ）７２０および保存手段４を有する。これら各コイル部は概ね円筒状の形状を有し、互いに同軸的に配置されている。マグネットシステム７００の概ね円柱状の内部空間（ボア：ｂｏｒｅ）には、撮像の被検体１が、クレードル７２０に搭載されて、図示しない搬送手段により搬入および搬出される。
【００３３】
ここで、磁気共鳴撮像装置２００の制御情報の入力は、操作部７９０からデータ管理部７７０に対して行われ、この制御情報はスキャンコントローラ部７６０に転送される。その後、制御情報は、スキャンコントローラ部７６０からデータ収集部７５０、送信駆動部７４０および勾配駆動部７３０に出力される。
【００３４】
主磁場コイル部７０２は、静磁場形成手段をなし、マグネットシステム７００の内部空間に静磁場を形成する。静磁場の方向は、概ね被検体１の体軸の方向に平行である。すなわち、いわゆる水平磁場を形成する。この静磁場形成手段をなす主磁場コイル部７０２は、例えば超伝導コイルを用いて構成される。なお、超伝導コイルに限らず常伝導コイル等を用いて構成することもできる。
【００３５】
勾配コイル部７０６は、互いに垂直な３軸すなわちスライス（ｓｌｉｃｅ）軸、位相軸および周波数軸の方向において、それぞれ静磁場強度に勾配を持たせるための３つの勾配磁場を発生させる。
【００３６】
送信コイル部７０８は、静磁場空間にある被検体１の体内に磁気共鳴を励起するための高周波磁場を形成する。また、ＲＦコイル部７１０は、クレードル７２０上に置かれ、被検体１と共にマグネットシステム７００の中心部に配置される。このＲＦコイル部７１０は、送信コイル部７０８により被検体１の体内に励起された磁気共鳴信号を受信する。
【００３７】
勾配コイル部７０６には、勾配駆動部７３０が接続される。勾配駆動部７３０は、勾配コイル部７０６に駆動信号を与えて勾配磁場を発生させる。勾配駆動部７３０は、勾配コイル部７０６における３系統の勾配コイルに対応して、図示しない３系統の駆動回路を有する。
【００３８】
送信コイル部７０８は、送信駆動部７４０に接続される。送信駆動部７４０は、送信コイル部７０８に駆動信号を与えてＲＦパルスを送信する。送信コイル部７０８は、送信されたＲＦパルスからＲＦ磁場をマグネットシステム７００の中心部に形成し、被検体１を磁気共鳴の励起状態とする。
【００３９】
ＲＦコイル部７１０は、データ収集部７５０に接続される。データ収集部７５０は、ＲＦコイル部７１０が受信した受信信号をサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）によって取り込み、それをディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌｄａｔａ）として収集する。
【００４０】
勾配駆動部７３０、送信駆動部７４０およびデータ収集部７５０は、スキャンコントローラ部７６０と接続される。受信制御部であるスキャンコントローラ部７６０は、勾配駆動部７３０ないしデータ収集部７５０をそれぞれ制御して撮影を遂行する。
【００４１】
データ収集部７５０の出力側は、データ管理部７７０に接続され、データ収集部７５０が収集したデータを、データ管理部７７０に入力する。データ管理部７７０は、図示しないメモリ（ｍｅｍｏｒｙ）を有し、このメモリは、データ管理部７７０用のプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）および各種のデータを記憶する。
【００４２】
データ管理部７７０は、スキャンコントローラ部７６０に接続される。データ管理部７７０は、スキャンコントローラ部７６０の上位にあってそれを統括する。磁気共鳴撮像装置２００の機能は、データ管理部７７０がメモリに記憶されたプログラムを実行することによりを実現される。
【００４３】
また、データ管理部７７０は、データ収集部７５０が収集したデータをメモリに記憶し、このメモリ内にデータ空間を形成する。このデータ空間は２次元フーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）空間を構成する。データ管理部７７０は、この２次元フーリエ空間のデータを２次元逆フ−リエ変換することにより被検体１の画像情報を再構成する。
【００４４】
また、データ管理部７７０には、表示部７８０および操作部７９０が接続される。表示部７８０は、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）等のグラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃｄｉｓｐｌａｙ）で構成される。また、操作部７９０はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅ）を備えたキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）等で構成される。
【００４５】
表示部７８０は、データ管理部７７０から出力される再構成画像および各種の情報を表示する。操作部７９０は、オペレーターにより操作され、各種の指令や情報等をデータ管理部７７０に入力する。オペレーターは、表示部７８０および操作部７９０を通じてインタラクティブ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ）に磁気共鳴撮像装置を操作する。
【００４６】
ＲＦコイル部７１０は、被検体１に励起された磁気共鳴信号を受信するコイルで、例えばバードケイジ（ｂｉｒｄｃａｇｅ）型等のコイルで構成される。
【００４７】
保存手段４は、供給手段３から供給される、超偏極状態の希ガス、例えばキセノンを含む混合ガスから、超偏極状態のキセノンのみを、昇華現象により固体化させ抽出する。この固体化は、超偏極状態を維持するため、冷却と共に強い静磁場下で行われる必要があり、保存手段４は、静磁場形成手段である主磁場コイル部７０２の近傍に配置される。
【００４８】
ここで、保存手段４は、クレードル７２０の被検体１が載置されない側と主磁場コイル部７０２との間に配置される。これにより、保存手段４は、主磁場コイル部７０２近傍の強い磁場領域で、かつ、被検体１が載置されるボア空間に影響を与えること無くすることができる。
【００４９】
また、保存手段４は、強い磁場領域に存在するので、固体化された超偏極状態のキセノン氷を、液体窒素等で冷却することにより、長時間、超偏極状態の固体として保管することができる。
【００５０】
また、保存手段４は、固体化された超偏極状態のキセノン氷を、加温することにより気化し、さらに、この気体化したキセノンを、被検体１に装着されたマスク（ｍａｓｋ）を介して、被検体１に供給する。被検体１は、このキセノンを吸引し、肺を通して血中に取り込む。その後、被検体１の磁気共鳴撮像を行うことにより、高い感度でキセノンを画像化することができる。
【００５１】
つづいて、供給手段３および保存手段４の構成について詳細に説明する。図２は、本実施の形態１にかかる供給手段３および保存手段４のブロック構成および各ブロック部の断面を模式的に示す図である。ここで、供給手段３の偏極部１０および保存手段４は、静磁場Ｂ１および静磁場Ｂ０が印加された状態にあり、特に保存手段４の静磁場Ｂ０は、主磁場コイル部７０２により形成されるものである。
【００５２】
ガス供給部５０は、外部からの同位体ルビジウムの供給を調節する開閉式の弁５２０、タンク（ｔａｎｋ）５１０および偏極部１０に混合ガスを供給する金属パイプからなる。タンク５１０には、キセノン同位体、窒素およびヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスが、概ね１％、１％、９８％の比率で、高圧下に圧縮、貯蔵されている。この混合ガスは、タンク５１０の出口で、同位体ルビジウムと概ね１ＭＰａ（メガパスカル）の圧力下で混合され、偏極部１０に導入される。
【００５３】
偏極部１０は、セル（ｃｅｌｌ）１１０、オーブン（ｏｖｅｎ）１００および弁１２０を含んでいる。オーブン１００は、セル１１０を内包しており、セル１１０を概ね２００℃の高温状態とする。また、偏極部１０には、円偏向レーザー（ｌａｓｅｒ）光が照射される。このレーザー光は、図示しないレーザーダイオードアレイ（ｌａｓｅｒｄｉｏｄｅａｒｒａｙ）等により生成され、混合ガスにふくまれるアルカリ（ａｌｋａｌｉｎｅ）金属により決まる波長を有する。例えば、ルビジウムの場合には、概ね７９５ｎｍ（ナノメートル）の波長となる。なお、オーブン１００およびセル１１０は、レーザー光をセル１１０内部に導き入れるガラスの窓１３０を有している。
【００５４】
弁１２０は、開閉式の弁であり、開くことによりガス供給部５０で生成される混合ガスをセル１１０内部に導入する。セル１１０は、混合ガスを円偏向レーザーと相互作用させる内部空間を有し、内壁は、ガラスにより構成される。
【００５５】
また、セル１１０の円偏向レーザーが入射する側面には、耐熱ガラスの窓１３０が設けられている。この窓１３０から、オーブン１００の窓を通して進入した円偏向レーザー光がさらにセル１１０内部にも進入し、混合ガスと相互作用を行う。
【００５６】
搬送手段である混合ガスパイプ４０は、セル１１０内部の混合ガスを、トラップ部２０を介して保存手段４へ輸送する。混合ガスパイプ４０の内壁は、ガラスで構成されている。
【００５７】
トラップ部２０は、混合ガスパイプ４０のガラス材質からなる内壁に低温槽２１を付加した構造を有している。この低温槽２１は、例えば水流を流す冷却管が、混合ガスパイプ４０の内壁に巻き付けられたものである。これにより、内壁内部の混合ガスを冷却し、混合ガスに含まれる気体状のルビジウムを液化あるいは固化し除去する。
【００５８】
保存手段４は、トラップ部２０からの搬送手段である混合ガスパイプ４０、窒素容器２３０、窒素パイプ２１０、給水器２４０、加温パイプ２２０、ニードル弁１９０および弁１４０〜１７０を含んでいる。ここで、窒素パイプ２１０および加温パイプ２２０は、混合ガスパイプ４０の熱交換部において、混合ガスパイプ４０に巻き付けられる構造を有しており、熱の交換が効率的に行われる構造を有している。そして、さらに混合ガスパイプ４０と、窒素パイプ２１０あるいは加温パイプ２２０との間に、熱伝導媒体、例えば金属銅等を挟み込み、熱交換効率を向上させることもできる。
【００５９】
窒素容器２３０は、液体窒素が充填される容器で、弁１７０を介して窒素パイプ２１０と接続される。この液体窒素は、熱交換部で、混合ガスパイプ４０中の混合ガスを冷却することに用いられる。
【００６０】
給水器２４０は、加温された水を、加温パイプ２２０に供給する装置である。この加温された水は、混合ガスパイプ４０の熱交換部で、抽出保存された固体状のキセノン氷を、昇華し、気体化することに用いられる。
【００６１】
保存手段４は、トラップ部２０からの混合ガスパイプ４０、窒素容器２３０、窒素パイプ２１０、給水器２４０、加温パイプ２２０、ニードル弁１９０および弁１４０〜１７０を含んでいる。ここで、窒素パイプ２１０および加温パイプ２２０は、混合ガスパイプ４０の熱交換部において、混合ガスパイプ４０に巻き付けられる構造を有しており、熱の交換が効率的に行われる構造を有している。なお、さらに混合ガスパイプ４０と、窒素パイプ２１０あるいは加温パイプ２２０との間に、熱伝導媒体、例えば金属銅等を挟み込み、熱交換効率を向上させることもできる。
【００６２】
ニードル弁１９０は、混合ガスパイプ４０の排気口に接続される。ニードル弁１９０は、針穴を有する隔壁により、排気口側と開閉式の弁１６０側が仕切られている。これにより、弁１６０を開放し、混合ガスを、ニードル弁１９０の弁１６０側に導入した際に、弁１６０側を高圧力に保ち、排気口側を大気圧とし、キセノンを固化する間、混合ガスパイプ４０の熱交換部を高圧に、しかも混合ガスを徐々に排気して概ね定圧に保つことができる。なお、窒素パイプ２１０および加温パイプ２２０は、窒素容器２３０および給水器２４０から、若干の下り勾配を持って、熱交換部、さらには排気口および排出口に接続される。これにより、液体窒素あるいは加温された水を、熱交換部に、自重により連続供給することができる。
【００６３】
つぎに、本実施の形態１にかかる保存手段４の動作について説明する。まず、超偏極状態のキセノンを、超偏極状態のキセノンを偏極部１０で生成する動作および保存手段４で抽出する動作について説明する。
【００６４】
超偏極状態のキセノンの生成および抽出動作を行うにあたっては、窒素容器２３０に液体窒素を充填し、弁１７０を開放状態にして、液体窒素が熱交換部に供給される。また、この際、給水器２４０は、給水がオフ状態とされ、加温パイプ２２０に給水されない状態とする。
【００６５】
また、トラップ部２０の低温槽２１に水流を流し動作状態とし、セル１１０に円偏向レーザーが入射状態とし、セル１１０を含むオーブン１００内部は概ね２００℃とし、偏極部１０に概ね１０ｍＴ（テスラ）の静磁場Ｂ１が印加状態とし、また、保存手段４には、主磁場コイル部７０２で生成される静磁場Ｂ０が常時印加状態となる。
【００６６】
ここで、弁５２０、１２０、１４０、１６０を開放状態とし、弁１５０を閉じた状態とする。これにより、ガス供給部５０で生成される、同位体ルビジウムを含む混合ガスを、セル１１０内部に導入する。この際、混合ガスの圧力は、概ね１ＭＰａに調整される。
【００６７】
セル１１０内部において、混合ガス内の同位体ルビジウムは、照射される円偏向レーザーを吸収し、高いエネルギー状態に多くのルビジウム同位体が存在する超偏極状態となる。その後、超偏極状態となったルビジウム同位体は、スピン交換移動として知られる現象により、混合ガス中の同位体キセノンに、この超偏極状態を移転する。これにより、キセノンは、高いエネルギー状態に多くのキセノンが存在する超偏極状態となる。
【００６８】
なお、混合ガス中のヘリウムは、緩衝ガスとしての役割を有し、主としてルビジウム同位体が円偏向レーザー光を吸収する帯域を広げ、吸収効率を高めるものである。また、混合ガス中の窒素ガスは、円偏向レーザーの吸収効率を高める効果もあるが、主として、同位体ルビジウム発する蛍光を消光する機能を有する。
【００６９】
なお、超偏極されたキセノンは、セル１１０の内壁に衝突する際にエネルギー状態の遷移を起こし、減偏極が生じる。この減偏極は、同位体キセノンを概ね１ＭＰａの高圧下において超偏極状態とすることにより減少させることができ、ひいては、超偏極率を向上することができる。また、以下に記述する混合ガスパイプ４０、トラップ部２０、保存手段４の内壁でも同様の現象が生じ、これらに含まれる混合ガスは、概ね１ＭＰａの高圧下におかれるので、同位体キセノンが内壁と衝突する際の減偏極を減少させることができる。
【００７０】
その後、セル１１０内の混合ガスは、トラップ部２０に導入される。トラップ部２０では、低温槽２１により混合ガスの低温化がはかられ、ルビジウム同位体を液化あるいは固化させ、混合ガスからの除去がおこなわれる。
【００７１】
その後、ルビジウム同位体が除去されたトラップ部２０の混合ガスは、保存手段４に導入される。この混合ガスは、熱交換部に導入され、窒素パイプ２１０の液体窒素により冷却される。混合ガスパイプ４０の熱交換部は、概ね液体窒素温度にあり、混合ガス中のキセノンは、昇華現象により、固化し、キセノン氷となり混合ガスパイプ４０中に蓄積される。
【００７２】
また、混合ガスのその他の成分、ヘリウム、窒素ガスは、固化することなくニードル弁１９０を介して排出される。このプロセスは、タンク５１０から混合ガスを導入しつつ連続的に、しかも、ニードル弁１９０により排気口に差圧を生じさせ、高圧下で行うことができる。
【００７３】
その後、混合ガスパイプ４０の熱交換部に、固化され蓄積されたキセノン氷は、弁５２０、１２０、１４０、１５０および１６０を閉じた状態として、主磁場コイル部７０２で生成される静磁場Ｂ０下で、しかも液体窒素による冷却状態とされ保存される。これにより、超偏極状態を維持しつつ、数日〜数十日の長期間に渡り保存することができる。
【００７４】
その後、オペレータは、超偏極状態のキセノンを用いて被検体１の磁気共鳴撮像を行う際に、弁１７０を閉じて液体窒素の熱交換部への供給を停止し、弁１５０を開いて被検体１へのキセノン気体の供給を行う。また、給水器２４０は、オン状態とされ、加温パイプ２２０に加温された水が供給され、熱交換部において、キセノン氷は、加温される。
【００７５】
そして、加温されたキセノン氷は、昇華現象により、固体から気体に気化し、弁１５０から、被検体１に供給される。なお、これに同期して、オペレータは、磁気共鳴撮像装置２００を用いた撮像を行い、超偏極状態のキセノンを吸引した被検体１の断層画像情報を、高感度で持って取得する。
【００７６】
上述してきたように、本実施の形態１では、保存手段４を、磁気共鳴撮像装置２００の主磁場コイル部７０２により生成される静磁場Ｂ０内に配置することとしているので、保存手段４で用いられる専用の強磁場マグネットを準備することなく、混合ガスに含まれる超偏極状態のキセノンを、超偏極状態のまま、昇華現象により固体化して抽出し、かつ、抽出されたキセノン氷を、静磁場Ｂ０内で、超偏極状態のまま長期間保存し、かつ、被検体１の撮像の際には、加温により、超偏極状態のキセノン氷を気体状態とし、被検体１に吸引させる、廉価な超偏極希ガス供給システムとすることができる。
【００７７】
また、本実施の形態１では、保存手段４の熱交換部で気化されたキセノンは、そのまま被検体１に吸引させることとしたが、テドラーバッグ等に蓄積された後に、被検体１に吸引させることもできる。また、このキセノンを溶媒に溶かし、注射器等により被検体の血中に注入することもできる。
【００７８】
また、本実施の形態１では、供給手段３と保存手段４とは混合ガスパイプ４０で接続されることとしたが、供給手段３および保存手段４間の混合ガスパイプ４０にを取り外し可能とし、供給手段３を複数の磁気共鳴撮像装置２００に対して、共有とすることもできる。これにより、高価な供給手段３を、１つで済ませる廉価な超偏極希ガス供給システムを構成することができる。さらに、供給手段３に、ローラー等の移動手段を備えることにより、固定設置される磁気共鳴撮像装置２００の近傍に、容易に移動可能とし、簡易に供給手段３を共有することもできる。
【００７９】
また、本実施の形態１では、弁１４０〜１７０を手動により開閉することとしたが、自動開閉弁を用いることにより、例えば、制御処理部８００からの遠隔操作により、超偏極状態の希ガスの抽出、保存および再生を、自動で行うこともできる。
（実施の形態２）
ところで、上記実施の形態１では、保存手段４の熱交換部で、混合ガスパイプ４０に巻き付けられた窒素パイプ２１０および加温パイプ２２０により、冷却および加温が行われたが、混合ガスパイプ４０の熱交換部の代わりに、多層パイプを用いて同様に機能させることもできる。そこで本実施の形態２では、多層パイプを熱交換部とする場合を示すことにする。
【００８０】
図３は、本実施の形態２にかかる保存手段５の構成および各構成部の断面を模式的に示す図である。ここで、保存手段５は、図２に示した保存手段４に対応するものであり、供給手段３および保存手段４を省く磁気共鳴撮像装置２００は、図２および図１と全く同様であるので、説明を省略する。
【００８１】
図３の保存手段５は、多層パイプ４２、窒素容器２３０、給水器２４０、ニードル弁１９０および開閉式の弁１４０〜１７０を含んでいる。ここで、多層パイプ４２の垂直断面を図４に示す。多層パイプ４２の中心部分には、ガラスパイプ４３が存在し、このガラスパイプ４３内には混合ガスが導入される。そして、このガラスパイプ４３は、熱伝導率の高い金属パイプ４４および４５により、同心円状に囲まれている。なお、金属パイプ４４および４５は、例えば銅パイプにより、形成される。
【００８２】
そして、ガラスパイプ４３および金属パイプ４４の間にある中空部分には、液体窒素が注入され、ガラスパイプ４３内の混合ガスを冷却し、超偏極状態のキセノンを昇華現象により抽出する。また、金属パイプ４４および金属パイプ４５の間にある中空部分には、加温された水が注入され、ガラスパイプ４３内を加温し、ガラスパイプ４３内に存在する超偏極状態の固体状のキセノン氷を、昇華現象により気化する。
【００８３】
また、保存手段５は、保存手段４と同様に、主磁場コイル部７０２により形成される静磁場Ｂ０中に配置されるので、混合ガスに含まれる超偏極状態のキセノンは、超偏極を維持したまま、昇華現象により、ガラスパイプ４３内にキセノン氷として抽出され、さらに長期間に渡って冷凍保存される。
【００８４】
つづいて、混合ガスから超偏極状態のキセノンを、抽出、保存および再生する保存手段５の動作を説明する。超偏極状態のキセノンの生成および抽出動作を行うにあたっては、窒素容器２３０に液体窒素を充填し、弁１７０を開放状態にして、液体窒素が、多層パイプ４２のガラスパイプ４３および金属パイプ４４の間に注入される。また、この際、給水器２４０は、給水がオフの状態とされる。
【００８５】
ここで、弁５２０、１２０、１４０、１６０を開放状態とし、弁１５０を閉じた状態とする。これにより、供給手段３から供給される、超偏極状態のキセノンを含む混合ガスを、多層パイプ４２の中心に位置するガラスパイプ４３内に導入する。そして、この混合ガスを、ガラスパイプ４３および金属パイプ４４の間に存在する液体窒素により冷却し、固体状のキセノン氷をガラスパイプ４３内に抽出する。
【００８６】
その後、ガラスパイプ４３に、蓄積されたキセノン氷は、弁５２０、１２０、１４０、１５０および１６０を閉じた状態として、主磁場コイル部７０２により形成される静磁場Ｂ０下で、しかも液体窒素による冷却状態で保存される。これにより、超偏極状態を維持しつつ、数日〜数十日の長期間に渡り保存することができる。
【００８７】
その後、オペレータは、超偏極状態のキセノンを用いて被検体１の磁気共鳴撮像を行う際に、弁１７０を閉じて液体窒素のガラスパイプ４３への供給を停止し、弁１５０を開き、被検体１へ、気体状キセノンの供給を行う。また、給水器２４０は、オンの状態とされ、多層パイプ４２に加温された水が供給され、ガラスパイプ４３内に蓄積されたキセノン氷が加温される。
【００８８】
そして、加温されたキセノン氷は、昇華現象により、固体から気体に気化され、弁１５０から、被検体１に供給される。なお、これに同期して、オペレータは、磁気共鳴撮像装置２００を用いた撮像を行い、超偏極状態のキセノンを吸引した被検体１の断層画像情報を、高感度で持って取得する。
【００８９】
上述してきたように、本実施の形態２では、多層パイプ４２を用いて、混合ガスに含まれる超偏極状態にあるキセノンを、気体から固体、あるいは、固体から気体へ昇華することとしているので、多層パイプ４２自体を熱交換器として用いて、超偏極状態にあるキセノンを、簡易に抽出、保存および再生することができる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、磁気共鳴撮像装置の静磁場形成手段は、保存手段により、超偏極状態の希ガスを含む混合ガスを、前記静磁場形成手段により形成される静磁場の中で冷却し、この冷却により気体から固体に昇華された希ガスを冷凍保存し、さらにこの昇華された固体の希ガスを加温し、超偏極状態の希ガスを気体として再生させることとしているので、前記静磁場により、超偏極状態の希ガスを、超偏極状態のまま、混合ガスから抽出し、長期間に渡って冷凍保存したのちに、超偏極状態として再生することができ、さらに偏極部を含む超偏極状態の希ガスを含む混合ガスの供給手段を、複数の磁気共鳴撮像装置に対して共用にする、廉価な超偏極希ガス供給システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超偏極希ガス供給システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１の供給手段および保存手段の構成を示す図である。
【図３】実施の形態２の保存手段を示す図である。
【図４】実施の形態２の多層パイプの垂直断面を示す図である。
【符号の説明】
１被検体
３供給手段
４、５保存手段
１０偏極部
２０トラップ部
２１低温槽
４０混合ガスパイプ
４２多層パイプ
４３ガラスパイプ
４４、４５金属パイプ
５０ガス供給部
１００オーブン
１１０セル
１２０、１４０〜１７０、５２０弁
１３０窓
１９０ニードル弁
２００磁気共鳴撮像装置
２１０窒素パイプ
２２０加温パイプ
２３０窒素容器
２４０給水器
５１０タンク
７００マグネットシステム
７０２主磁場コイル部
７０６勾配コイル部
７０８送信コイル部
７１０ＲＦコイル部
７２０クレードル
７３０勾配駆動部
７４０送信駆動部
７５０データ収集部
７６０スキャンコントローラ部
７７０データ管理部
７８０表示部
７９０操作部
８００制御処理部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic resonance imaging apparatus and a hyperpolarized rare gas supply system that perform imaging using a rare gas (gas) in a hyperpolarized state.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a rare gas such as Xe or He is brought into a hyperpolarized state and absorbed by a subject by suction or injection to acquire a highly sensitive magnetic resonance image. Here, in order to make the rare gas into a hyperpolarized state, a rare gas polarizer device is used.
[0003]
In a rare gas polarizer apparatus, a rare gas isotope is hyperpolarized in a high-temperature cell, and then, in a constant temperature bath of liquid nitrogen in a high magnetic field environment, the superfluid phenomenon of the rare gas causes Only the polarized rare gas is solidified and only the rare gas is extracted. This solidified noble gas is stored frozen in a high magnetic field environment to maintain a hyperpolarized state, and then vaporized by heating and aspirated or injected into the subject (for example, , See Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-507688, (pages 7 to 19, FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the above prior art, the rare gas polarizer device is expensive. That is, it is necessary to extract and store the rare gas in a high magnetic field environment, and an expensive strong magnetic field magnet that forms a high magnetic field environment is installed.
[0006]
In particular, the rare gas polarizer apparatus includes expensive devices such as a heating device, a cell that can withstand high temperatures, and a device for generating a magnetic field applied to the cell when the rare gas is in a hyperpolarized state. In addition, the need for a strong magnetic field magnet for further extraction and storage makes this device more complex and expensive, making it difficult to disseminate.
[0007]
Therefore, when extracting and storing hyperpolarized rare gas, it is important how to realize a magnetic resonance imaging apparatus and hyperpolarized rare gas supply system that do not require a dedicated strong magnetic field magnet. .
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and a magnetic resonance imaging apparatus that does not require a dedicated strong magnetic field magnet when extracting and storing a hyperpolarized rare gas and An object is to provide a hyperpolarized noble gas supply system.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a magnetic resonance imaging apparatus according to a first aspect of the present invention is a magnetic resonance imaging apparatus including a static magnetic field forming means for forming a static magnetic field, wherein the static magnetic field Forming means is super side A mixed gas containing a polar rare gas is cooled in the static magnetic field, the rare gas sublimated from the gas to the solid by the cooling is stored frozen, and the sublimated solid rare gas is further heated. And the super side A storage means for regenerating the rare gas in the extreme state as a gas is provided.
[0010]
According to the invention of the first aspect, the static magnetic field forming means is side The mixed gas containing the rare gas in the polar state is cooled in a static magnetic field, the rare gas sublimated from the gas to the solid by this cooling is stored frozen, and the sublimated solid rare gas is further heated. Super side Since the rare gas in the polar state is regenerated as a gas, the static magnetic field formed by the static magnetic field forming means of the magnetic resonance imaging apparatus side Extreme state rare gas, super side Extracted from the gas mixture in the extreme state and stored frozen for a long period of time. side Can be reproduced as a pole state.
[0011]
The magnetic resonance imaging apparatus according to the invention of the second aspect is characterized in that the storage means includes a nitrogen pipe wound around the mixed gas pipe when the mixed gas is conveyed by the mixed gas pipe. To do.
[0012]
According to the second aspect of the invention, since the storage means winds the nitrogen pipe around the mixed gas pipe, the mixed gas in the mixed gas pipe is efficiently cooled by the liquid nitrogen in the nitrogen pipe. be able to.
[0013]
The magnetic resonance imaging apparatus according to the invention of the third aspect is characterized in that the storage means includes a heating pipe wound around the mixed gas pipe.
[0014]
According to the third aspect of the invention, the storage means winds the heating pipe around the mixed gas pipe, so that the solidified rare gas can be efficiently heated with hot water.
[0015]
The magnetic resonance imaging apparatus according to the invention of the fourth aspect is characterized in that the storage means includes a multilayer pipe having two or three concentric hollow cross sections.
[0016]
According to the fourth aspect of the invention, the storage means has two or three concentric hollow cross sections in the multilayer pipe, so that a cooling or heating medium can be injected into the multilayer pipe. Heat exchange can be performed easily.
[0017]
The magnetic resonance imaging apparatus according to the invention of the fifth aspect is characterized in that the mixed gas is injected into a hollow cross section located at the center of the concentric circle of the multilayer pipe.
[0018]
According to the fifth aspect of the invention, the mixed gas can be cooled or heated using the hollow cross-sectional portion located around the multilayer pipe.
[0019]
The magnetic resonance imaging apparatus according to the invention of the sixth aspect is characterized in that a cooling or heating medium is injected into the hollow cross section of the outer shell of the multilayer pipe that is off the center of the concentric circle.
[0020]
According to the sixth aspect of the invention, the mixed gas existing in the central hollow section can be cooled or heated using liquid nitrogen or hot water which is a cooling or heating medium.
[0021]
The magnetic resonance imaging apparatus according to the seventh aspect of the invention is characterized in that the nitrogen pipe, the heating pipe, or the multilayer pipe is disposed with an inclination from the horizontal direction inside the storage means. To do.
[0022]
According to the seventh aspect of the invention, the liquid injected into the nitrogen pipe, the heating pipe or the multilayer pipe can be circulated efficiently by its own weight.
[0023]
The magnetic resonance imaging apparatus according to the invention of the eighth aspect further includes a cradle for placing the subject in the static magnetic field, and the storage means is a side where the subject is not placed on the cradle. It is arranged in that.
It is characterized by.
[0024]
According to the invention of the eighth aspect, the storage means can be arranged at a position where the static magnetic field strength is strong and does not hinder the imaging of the subject.
[0025]
A hyperpolarized rare gas supply system according to a ninth aspect of the invention includes a magnetic resonance imaging apparatus having a static magnetic field forming means for forming a static magnetic field, and a rare gas contained in a mixed gas is hyperpolarized. A hyperpolarized rare gas supply system comprising a supply means having a polarization part, wherein the supply means conveys a mixed gas containing the hyperpolarized rare gas to the static magnetic field forming means The static magnetic field forming means cools the transported mixed gas in the static magnetic field, freezes and stores the rare gas sublimated from gas to solid by the cooling, and further sublimates the gas. And heating the solid noble gas, side It has the preservation | save means which reproduces | regenerates the rare gas of an extreme state as gas, It is characterized by the above-mentioned.
[0026]
According to the ninth aspect of the invention, the supplying means conveys the mixed gas containing the hyperpolarized rare gas to the static magnetic field forming means by the conveying means, and the static magnetic field forming means is stored by the storage means. The transported mixed gas is cooled in a static magnetic field, the noble gas sublimated from the gas to the solid by this cooling is stored frozen, and the sublimated solid noble gas is further heated, side Since the rare gas in the polar state is regenerated as a gas, the static magnetic field formed by the static magnetic field forming means of the magnetic resonance imaging apparatus side Extreme state rare gas, super side Extracted from the gas mixture in the extreme state and stored frozen for a long period of time. side Can be reproduced as a pole state.
[0027]
The hyperpolarized rare gas supply system according to the invention of the tenth aspect is characterized in that the supply means includes a moving means for moving a place where the supply means is installed.
[0028]
According to the tenth aspect of the invention, the supply means moves the place where it is installed by the moving means. Therefore, the hyperpolarized rare gas can be easily supplied to the plurality of magnetic resonance imaging apparatuses. Can be supplied.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a magnetic resonance imaging apparatus and a hyperpolarized noble gas supply system according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
(Embodiment 1)
First, the overall configuration of the hyperpolarized rare gas supply system according to the first embodiment of the present invention will be described. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a hyperpolarized noble gas supply system according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, this hyperpolarized rare gas supply system includes a magnetic resonance imaging apparatus 200 and supply means 3. Here, the supply unit 3 includes a gas supply unit 50, a polarization unit 10, and a trap unit 20. The magnetic resonance imaging apparatus 200 is supplied with a hyperpolarized rare gas, for example, an isotope xenon (Xe). Supply.
[0030]
Here, the hyperpolarized state will be described briefly. The isotope rubidium (Rb) or xenon, which is a rare gas, has a nuclear magnetic moment and is distributed in several states with different energy states when a static magnetic field is applied. In a normal temperature equilibrium state, the isotopes rubidium or xenon are distributed almost uniformly in all states. On the contrary, a state in which many isotopes rubidium or xenon are unevenly distributed in a certain energy state is called a hyperpolarized state. In the imaging of the magnetic resonance imaging apparatus 200 using this hyperpolarized rare gas, more isotopes rubidium or xenon can participate in the magnetic resonance phenomenon, and the signal sensitivity can be improved.
[0031]
The magnetic resonance imaging apparatus 200 includes a magnet system 700, a data collection unit 750, a transmission drive unit 740, a gradient drive unit 730, and a control processing unit 800. The control processing unit 800 further includes a scan controller unit 760, a data management unit 770, a display unit 780, and an operation unit 790.
[0032]
The magnet system 700 includes a main magnetic field coil unit 702, a gradient coil unit 706, a transmission coil unit 708, an RF coil unit 710, a cradle 720, and a storage unit 4. Each of these coil portions has a substantially cylindrical shape and is arranged coaxially with each other. In the generally cylindrical internal space (bore) of the magnet system 700, the imaging subject 1 is mounted on the cradle 720 and is carried in and out by a conveying means (not shown).
[0033]
Here, input of control information of the magnetic resonance imaging apparatus 200 is performed from the operation unit 790 to the data management unit 770, and this control information is transferred to the scan controller unit 760. Thereafter, the control information is output from the scan controller unit 760 to the data collection unit 750, the transmission drive unit 740, and the gradient drive unit 730.
[0034]
The main magnetic field coil unit 702 forms a static magnetic field forming unit, and forms a static magnetic field in the internal space of the magnet system 700. The direction of the static magnetic field is generally parallel to the direction of the body axis of the subject 1. That is, a so-called horizontal magnetic field is formed. The main magnetic field coil unit 702 constituting the static magnetic field forming means is configured using, for example, a superconducting coil. In addition, it can also comprise using not only a superconductive coil but a normal conductive coil.
[0035]
The gradient coil unit 706 generates three gradient magnetic fields for giving gradients to the static magnetic field strength in the directions of three axes perpendicular to each other, that is, the slice axis, the phase axis, and the frequency axis.
[0036]
The transmission coil unit 708 forms a high-frequency magnetic field for exciting magnetic resonance in the body of the subject 1 in the static magnetic field space. In addition, the RF coil unit 710 is placed on the cradle 720 and is disposed in the center of the magnet system 700 together with the subject 1. The RF coil unit 710 receives a magnetic resonance signal excited in the body of the subject 1 by the transmission coil unit 708.
[0037]
A gradient driving unit 730 is connected to the gradient coil unit 706. The gradient driving unit 730 gives a drive signal to the gradient coil unit 706 to generate a gradient magnetic field. The gradient driving unit 730 includes three systems of driving circuits (not shown) corresponding to the three systems of gradient coils in the gradient coil unit 706.
[0038]
The transmission coil unit 708 is connected to the transmission drive unit 740. The transmission drive unit 740 transmits a RF pulse by giving a drive signal to the transmission coil unit 708. The transmission coil unit 708 forms an RF magnetic field at the center of the magnet system 700 from the transmitted RF pulse, and puts the subject 1 in an excited state of magnetic resonance.
[0039]
The RF coil unit 710 is connected to the data collection unit 750. The data collection unit 750 captures the received signal received by the RF coil unit 710 by sampling and collects it as digital data.
[0040]
The gradient driving unit 730, the transmission driving unit 740, and the data collecting unit 750 are connected to the scan controller unit 760. A scan controller unit 760 serving as a reception control unit controls the gradient driving unit 730 or the data collection unit 750 to perform imaging.
[0041]
The output side of the data collection unit 750 is connected to the data management unit 770, and the data collected by the data collection unit 750 is input to the data management unit 770. The data management unit 770 has a memory (not shown), and this memory stores a program for the data management unit 770 and various data.
[0042]
The data management unit 770 is connected to the scan controller unit 760. The data management unit 770 is superordinate to the scan controller unit 760. The function of the magnetic resonance imaging apparatus 200 is realized by the data management unit 770 executing a program stored in the memory.
[0043]
The data management unit 770 stores the data collected by the data collection unit 750 in a memory, and forms a data space in the memory. This data space constitutes a two-dimensional Fourier space. The data management unit 770 reconstructs image information of the subject 1 by performing two-dimensional inverse Fourier transform on the data in the two-dimensional Fourier space.
[0044]
In addition, a display unit 780 and an operation unit 790 are connected to the data management unit 770. The display unit 780 includes a graphic display such as an LCD (Liquid Crystal Display). In addition, the operation unit 790 includes a keyboard having a pointing device.
[0045]
The display unit 780 displays the reconstructed image and various information output from the data management unit 770. The operation unit 790 is operated by an operator and inputs various commands and information to the data management unit 770. The operator operates the magnetic resonance imaging apparatus interactively through the display unit 780 and the operation unit 790.
[0046]
The RF coil unit 710 is a coil that receives a magnetic resonance signal excited by the subject 1, and is configured by, for example, a birdcage type coil.
[0047]
The storage unit 4 solidifies and extracts only the hyperpolarized xenon from the mixed gas containing the hyperpolarized rare gas, for example, xenon, supplied from the supply unit 3 by the sublimation phenomenon. This solidification needs to be performed in a strong static magnetic field together with cooling in order to maintain a hyperpolarized state, and the storage unit 4 is disposed in the vicinity of the main magnetic field coil unit 702 that is a static magnetic field forming unit.
[0048]
Here, the storage unit 4 is disposed between the side of the cradle 720 on which the subject 1 is not placed and the main magnetic field coil unit 702. Thereby, the preservation | save means 4 can be made in the strong magnetic field area | region of the main magnetic field coil part 702 vicinity, and without affecting the bore space in which the subject 1 is mounted.
[0049]
Moreover, since the storage means 4 exists in a strong magnetic field region, the solidified xenon ice in the hyperpolarized state is stored as a hyperpolarized solid for a long time by cooling with liquid nitrogen or the like. Can do.
[0050]
The storage unit 4 vaporizes the solidified hyperpolarized xenon ice by heating, and further, the gasified xenon is passed through a mask attached to the subject 1. And supplied to the subject 1. The subject 1 sucks this xenon and takes it into the blood through the lungs. Thereafter, xenon can be imaged with high sensitivity by performing magnetic resonance imaging of the subject 1.
[0051]
Next, the configuration of the supply unit 3 and the storage unit 4 will be described in detail. FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a block configuration of the supply unit 3 and the storage unit 4 according to the first embodiment and a cross section of each block unit. Here, the polarization unit 10 and the storage unit 4 of the supply unit 3 are in a state in which the static magnetic field B1 and the static magnetic field B0 are applied. In particular, the static magnetic field B0 of the storage unit 4 is formed by the main magnetic field coil unit 702. Is.
[0052]
The gas supply unit 50 includes an open / close valve 520 that adjusts the supply of isotope rubidium from the outside, a tank 510, and a metal pipe that supplies a mixed gas to the polarization unit 10. In the tank 510, a mixed gas of xenon isotope, nitrogen and helium (He) is compressed and stored under a high pressure at a ratio of approximately 1%, 1% and 98%. This mixed gas is mixed with the isotope rubidium under a pressure of approximately 1 MPa (megapascal) at the outlet of the tank 510 and introduced into the polarization unit 10.
[0053]
The polarization unit 10 includes a cell 110, an oven 100, and a valve 120. The oven 100 contains the cell 110 and brings the cell 110 to a high temperature state of approximately 200 ° C. Further, the polarization unit 10 is irradiated with a circularly polarized laser beam. This laser light is generated by a laser diode array (not shown) or the like, and has a wavelength determined by an alkali metal contained in a mixed gas. For example, in the case of rubidium, the wavelength is approximately 795 nm (nanometers). The oven 100 and the cell 110 have a glass window 130 for introducing laser light into the cell 110.
[0054]
The valve 120 is an open / close valve, and introduces the mixed gas generated by the gas supply unit 50 into the cell 110 when opened. The cell 110 has an internal space in which the mixed gas interacts with the circularly polarized laser, and the inner wall is made of glass.
[0055]
A heat-resistant glass window 130 is provided on the side surface of the cell 110 where the circularly polarized laser beam is incident. From this window 130, the circularly polarized laser light that has entered through the window of the oven 100 further enters the cell 110 and interacts with the mixed gas.
[0056]
The mixed gas pipe 40 serving as a transporting means transports the mixed gas inside the cell 110 to the storage means 4 via the trap unit 20. The inner wall of the mixed gas pipe 40 is made of glass.
[0057]
The trap unit 20 has a structure in which a low-temperature tank 21 is added to an inner wall made of a glass material of the mixed gas pipe 40. The low temperature tank 21 is formed by, for example, a cooling pipe for flowing a water flow wound around the inner wall of the mixed gas pipe 40. Thereby, the mixed gas inside the inner wall is cooled, and gaseous rubidium contained in the mixed gas is liquefied or solidified and removed.
[0058]
The storage unit 4 includes a mixed gas pipe 40, a nitrogen container 230, a nitrogen pipe 210, a water supply unit 240, a heating pipe 220, a needle valve 190, and valves 140 to 170 that are conveyance units from the trap unit 20. Here, the nitrogen pipe 210 and the heating pipe 220 have a structure wound around the mixed gas pipe 40 in the heat exchange section of the mixed gas pipe 40, and have a structure in which heat is exchanged efficiently. . Further, a heat conduction medium such as metallic copper can be sandwiched between the mixed gas pipe 40 and the nitrogen pipe 210 or the heating pipe 220 to improve heat exchange efficiency.
[0059]
The nitrogen container 230 is a container filled with liquid nitrogen, and is connected to the nitrogen pipe 210 via the valve 170. This liquid nitrogen is used for cooling the mixed gas in the mixed gas pipe 40 in the heat exchange section.
[0060]
The water feeder 240 is a device that supplies heated water to the heating pipe 220. This heated water is used for sublimating and gasifying the solid xenon ice extracted and stored in the heat exchange section of the mixed gas pipe 40.
[0061]
The storage unit 4 includes a mixed gas pipe 40 from the trap unit 20, a nitrogen container 230, a nitrogen pipe 210, a water feeder 240, a heating pipe 220, a needle valve 190, and valves 140 to 170. Here, the nitrogen pipe 210 and the heating pipe 220 have a structure wound around the mixed gas pipe 40 in the heat exchange section of the mixed gas pipe 40, and have a structure in which heat is exchanged efficiently. . Further, a heat conduction medium, for example, metallic copper or the like can be sandwiched between the mixed gas pipe 40 and the nitrogen pipe 210 or the heating pipe 220 to improve the heat exchange efficiency.
[0062]
The needle valve 190 is connected to the exhaust port of the mixed gas pipe 40. In the needle valve 190, the exhaust port side and the openable valve 160 side are partitioned by a partition wall having a needle hole. Thus, when the valve 160 is opened and the mixed gas is introduced into the valve 160 side of the needle valve 190, the valve 160 side is kept at a high pressure, the exhaust port side is at atmospheric pressure, and the xenon is solidified while solidifying. The heat exchanging part of the gas pipe 40 can be kept at a high pressure, and the mixed gas can be gradually exhausted and kept at a substantially constant pressure. Note that the nitrogen pipe 210 and the heating pipe 220 are connected to the heat exchanging unit, the exhaust port, and the exhaust port with a slight downward gradient from the nitrogen container 230 and the water supply device 240. Thereby, liquid nitrogen or warmed water can be continuously supplied to the heat exchange part by its own weight.
[0063]
Next, the operation of the storage unit 4 according to the first embodiment will be described. First, the operation of generating the hyperpolarized state xenon, the operation of generating the hyperpolarized state xenon by the polarization unit 10 and the operation of the storage means 4 will be described.
[0064]
When generating and extracting the hyperpolarized xenon, the nitrogen container 230 is filled with liquid nitrogen, the valve 170 is opened, and the liquid nitrogen is supplied to the heat exchange unit. At this time, the water supply unit 240 is in a state where water supply is turned off and water is not supplied to the heating pipe 220.
[0065]
In addition, a water flow is made to flow through the low-temperature tank 21 of the trap unit 20 so that the circularly polarized laser beam is incident on the cell 110, the inside of the oven 100 including the cell 110 is set to approximately 200 ° C., and the polarized portion 10 is approximately ) And the static magnetic field B0 generated by the main magnetic field coil unit 702 is always applied to the storage unit 4.
[0066]
Here, the valves 520, 120, 140, and 160 are opened, and the valve 150 is closed. Thereby, the mixed gas containing the isotope rubidium generated in the gas supply unit 50 is introduced into the cell 110. At this time, the pressure of the mixed gas is adjusted to approximately 1 MPa.
[0067]
Inside the cell 110, the isotope rubidium in the mixed gas absorbs the irradiated circularly polarized laser and becomes a hyperpolarized state in which many rubidium isotopes exist in a high energy state. Thereafter, the rubidium isotope that has become hyperpolarized transfers this hyperpolarized state to the isotope xenon in the mixed gas by a phenomenon known as spin exchange transfer. Thereby, the xenon becomes a hyperpolarized state in which a large amount of xenon exists in a high energy state.
[0068]
Note that helium in the mixed gas has a role as a buffer gas, and mainly expands the band in which the rubidium isotope absorbs the circularly polarized laser light, thereby increasing the absorption efficiency. Further, the nitrogen gas in the mixed gas has an effect of increasing the absorption efficiency of the circularly polarized laser, but mainly has a function of quenching fluorescence emitted from the isotope rubidium.
[0069]
Note that the hyperpolarized xenon causes a transition of the energy state when colliding with the inner wall of the cell 110, and depolarization occurs. This depolarization can be reduced by bringing the isotope xenon into a hyperpolarized state under a high pressure of about 1 MPa, and thus the hyperpolarization rate can be improved. Further, the same phenomenon occurs in the inner wall of the mixed gas pipe 40, the trap unit 20, and the storage means 4 described below, and the mixed gas contained therein is placed under a high pressure of about 1 MPa, so that the isotope xenon is separated from the inner wall. Depolarization at the time of collision can be reduced.
[0070]
Thereafter, the mixed gas in the cell 110 is introduced into the trap unit 20. In the trap unit 20, the temperature of the mixed gas is lowered by the low-temperature tank 21, and the rubidium isotope is liquefied or solidified to be removed from the mixed gas.
[0071]
Thereafter, the mixed gas of the trap unit 20 from which the rubidium isotope has been removed is introduced into the storage means 4. This mixed gas is introduced into the heat exchange section and cooled by liquid nitrogen in the nitrogen pipe 210. The heat exchange part of the mixed gas pipe 40 is generally at a liquid nitrogen temperature, and xenon in the mixed gas is solidified by sublimation and becomes xenon ice and is accumulated in the mixed gas pipe 40.
[0072]
The other components of the mixed gas, helium and nitrogen gas are discharged through the needle valve 190 without solidifying. This process can be performed continuously while introducing a mixed gas from the tank 510, and also by generating a differential pressure at the exhaust port by the needle valve 190 and under a high pressure.
[0073]
Thereafter, the xenon ice solidified and accumulated in the heat exchange part of the mixed gas pipe 40 is in a state where the valves 520, 120, 140, 150 and 160 are closed, under the static magnetic field B0 generated by the main magnetic field coil part 702. In addition, it is stored in a cooled state with liquid nitrogen. Thereby, it can preserve | save for several days-several tens days long term, maintaining a hyperpolarized state.
[0074]
Thereafter, when performing magnetic resonance imaging of the subject 1 using the hyperpolarized xenon, the operator closes the valve 170 to stop the supply of liquid nitrogen to the heat exchange unit, opens the valve 150, and opens the target. Xenon gas is supplied to the specimen 1. Further, the water supply unit 240 is turned on, and the heated water is supplied to the heating pipe 220, and the xenon ice is heated in the heat exchange unit.
[0075]
The heated xenon ice is vaporized from a solid to a gas by a sublimation phenomenon, and is supplied from the valve 150 to the subject 1. In synchronism with this, the operator performs imaging using the magnetic resonance imaging apparatus 200 and acquires tomographic image information of the subject 1 that has sucked the hyperpolarized xenon with high sensitivity.
[0076]
As described above, in the first embodiment, since the storage unit 4 is arranged in the static magnetic field B0 generated by the main magnetic field coil unit 702 of the magnetic resonance imaging apparatus 200, the storage unit 4 is used. Without preparing a dedicated strong magnetic field magnet, the hyperpolarized xenon contained in the mixed gas is solidified and extracted by the sublimation phenomenon in the hyperpolarized state, and the extracted xenon ice is extracted. In the static magnetic field B0, the hyperpolarized state is stored for a long period of time, and when imaging the subject 1, the xenon ice in the hyperpolarized state is made into a gaseous state by heating and is sucked into the subject 1. And an inexpensive hyperpolarized noble gas supply system.
[0077]
In the first embodiment, the xenon vaporized in the heat exchange part of the storage unit 4 is sucked into the subject 1 as it is. However, after being accumulated in a Tedlar bag or the like, the xenon is sucked into the subject 1. You can also. Alternatively, this xenon can be dissolved in a solvent and injected into the blood of a subject using a syringe or the like.
[0078]
In the first embodiment, the supply means 3 and the storage means 4 are connected by the mixed gas pipe 40. However, the mixed gas pipe 40 between the supply means 3 and the storage means 4 can be detached, and the supply means. 3 can be shared by a plurality of magnetic resonance imaging apparatuses 200. As a result, an inexpensive hyperpolarized noble gas supply system that requires only one expensive supply means 3 can be configured. Further, by providing the supply means 3 with a moving means such as a roller, the supply means 3 can be easily moved in the vicinity of the magnetic resonance imaging apparatus 200 fixedly installed, and the supply means 3 can be easily shared.
[0079]
Further, in the first embodiment, the valves 140 to 170 are manually opened and closed. However, by using an automatic opening and closing valve, for example, a hyperpolarized rare gas can be remotely operated from the control processing unit 800. Extraction, storage and reproduction can be performed automatically.
(Embodiment 2)
By the way, in Embodiment 1 described above, cooling and heating are performed by the nitrogen pipe 210 and the heating pipe 220 wound around the mixed gas pipe 40 in the heat exchanging section of the storage unit 4. A multi-layer pipe can be used in the same manner instead of the exchange unit. Therefore, in the second embodiment, a case where a multilayer pipe is used as a heat exchanging portion will be shown.
[0080]
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of the storage unit 5 according to the second embodiment and a cross section of each component. Here, the storage means 5 corresponds to the storage means 4 shown in FIG. 2, and the magnetic resonance imaging apparatus 200 that omits the supply means 3 and the storage means 4 is exactly the same as in FIG. 2 and FIG. The description is omitted.
[0081]
3 includes a multilayer pipe 42, a nitrogen container 230, a water supply 240, a needle valve 190, and open / close valves 140-170. Here, a vertical section of the multilayer pipe 42 is shown in FIG. A glass pipe 43 exists in the central portion of the multilayer pipe 42, and a mixed gas is introduced into the glass pipe 43. The glass pipe 43 is concentrically surrounded by metal pipes 44 and 45 having high thermal conductivity. The metal pipes 44 and 45 are formed of, for example, copper pipes.
[0082]
And liquid nitrogen is inject | poured into the hollow part between the glass pipe 43 and the metal pipe 44, the mixed gas in the glass pipe 43 is cooled, and the xenon of a hyperpolarization state is extracted by a sublimation phenomenon. In addition, in the hollow portion between the metal pipe 44 and the metal pipe 45, heated water is injected to heat the inside of the glass pipe 43, so that a hyperpolarized solid state existing in the glass pipe 43 is present. The xenon ice is vaporized by the sublimation phenomenon.
[0083]
Further, since the storage unit 5 is arranged in the static magnetic field B0 formed by the main magnetic field coil unit 702 in the same manner as the storage unit 4, the hyperpolarized xenon contained in the mixed gas is not polarized. While being maintained, it is extracted as xenon ice in the glass pipe 43 by the sublimation phenomenon, and is stored frozen for a longer period of time.
[0084]
Next, the operation of the storage means 5 for extracting, storing and regenerating hyperpolarized xenon from the mixed gas will be described. In generating and extracting the hyperpolarized xenon, the nitrogen container 230 is filled with liquid nitrogen, the valve 170 is opened, and the liquid nitrogen is added to the glass pipe 43 and the metal pipe 44 of the multilayer pipe 42. Injected between. At this time, the water supply 240 is turned off.
[0085]
Here, the valves 520, 120, 140, and 160 are opened, and the valve 150 is closed. As a result, the mixed gas containing xenon in a hyperpolarized state supplied from the supply means 3 is introduced into the glass pipe 43 located at the center of the multilayer pipe 42. The mixed gas is cooled with liquid nitrogen existing between the glass pipe 43 and the metal pipe 44, and solid xenon ice is extracted into the glass pipe 43.
[0086]
Thereafter, the xenon ice accumulated in the glass pipe 43 is cooled by liquid nitrogen under the static magnetic field B0 formed by the main magnetic field coil unit 702 with the valves 520, 120, 140, 150 and 160 being closed. Saved in state. Thereby, it can preserve | save for several days-several tens days long term, maintaining a hyperpolarized state.
[0087]
Thereafter, when magnetic resonance imaging of the subject 1 is performed using the hyperpolarized xenon, the operator closes the valve 170 to stop the supply of liquid nitrogen to the glass pipe 43, opens the valve 150, Gaseous xenon is supplied to the specimen 1. The water supply 240 is turned on, the heated water is supplied to the multilayer pipe 42, and the xenon ice accumulated in the glass pipe 43 is heated.
[0088]
The heated xenon ice is vaporized from a solid to a gas by a sublimation phenomenon, and is supplied from the valve 150 to the subject 1. In synchronism with this, the operator performs imaging using the magnetic resonance imaging apparatus 200 and acquires tomographic image information of the subject 1 that has sucked the hyperpolarized xenon with high sensitivity.
[0089]
As described above, in the second embodiment, the multilayer pipe 42 is used to sublimate the hyperpolarized xenon contained in the mixed gas from gas to solid or from solid to gas. Using the multilayer pipe 42 itself as a heat exchanger, xenon in a hyperpolarized state can be easily extracted, stored, and regenerated.
[0090]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the static magnetic field forming means of the magnetic resonance imaging apparatus can be controlled by the storage means. side A mixed gas containing a rare gas in a polar state is cooled in a static magnetic field formed by the static magnetic field forming means, and the rare gas sublimated from the gas to the solid by this cooling is stored frozen, and further sublimated. Superheated solid noble gas side Since the rare gas in the polar state is regenerated as a gas, the static magnetic field side Extreme state rare gas, super side Extracted from the gas mixture in the extreme state and stored frozen for a long period of time. side It can be reproduced as a pole state and is side It is possible to provide an inexpensive hyperpolarized rare gas supply system in which a mixed gas supply unit including a rare gas in a polar state is shared by a plurality of magnetic resonance imaging apparatuses.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a hyperpolarized rare gas supply system.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a supply unit and a storage unit according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing storage means according to the second embodiment.
4 is a view showing a vertical cross section of a multilayer pipe according to Embodiment 2. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Subject
3 Supply means
4, 5 Storage means
10 Polarized part
20 Trap part
21 Cryogenic tank
40 Mixed gas pipe
42 Multi-layer pipe
43 Glass pipe
44, 45 Metal pipe
50 Gas supply section
100 oven
110 cells
120, 140-170, 520 valve
130 windows
190 Needle valve
200 Magnetic Resonance Imaging Device
210 Nitrogen pipe
220 Heating pipe
230 Nitrogen container
240 water supply
510 tanks
700 Magnet system
702 Main magnetic field coil section
706 Gradient coil
708 Transmitting coil section
710 RF coil section
720 Cradle
730 Gradient drive
740 Transmission drive unit
750 Data collection unit
760 Scan controller
770 Data Management Department
780 display
790 Operation unit
800 Control processing unit

Claims

A magnetic resonance imaging apparatus comprising a static magnetic field forming means for forming a static magnetic field, and a cradle for placing a subject in the static magnetic field ,
The static magnetic field forming means cools a mixed gas containing a hyperpolarized rare gas in the static magnetic field, freezes and stores the rare gas sublimated from a gas to a solid by the cooling, and further sublimates the gas. A storage means for heating the solid rare gas, and regenerating the hyperpolarized rare gas as a gas ,
It said storage means is disposed on the side not mounting the subject of the cradle magnetic resonance imaging apparatus according to claim Rukoto.

The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, wherein the storage unit includes a nitrogen pipe that is wound around the mixed gas pipe when the mixed gas is conveyed by the mixed gas pipe.

The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 2, wherein the storage unit includes a heating pipe wound around the mixed gas pipe.

The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, wherein the storage unit includes a multilayer pipe having two or three concentric hollow cross sections.

5. The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 4, wherein the mixed gas is injected into a hollow cross-section of the multilayer pipe located at the center of the concentric circle.

The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 5, wherein the multilayer pipe is injected with a cooling or heating medium into a hollow cross section of an outer shell deviated from a center of the concentric circle.

The mixed gas pipe, the nitrogen pipe, the heating pipe, or the multilayer pipe is disposed with an inclination from a horizontal direction inside the storage means. The magnetic resonance imaging apparatus described.