磁屏蔽容器和氣體儲存小室以及小室的取出方法

專利名稱:磁屏蔽容器和氣體儲存小室以及小室的取出方法
技術領域：
本發明涉及一種受到磁屏蔽的容器，比如可用作一種自旋極化氣體的運送裝置，并涉及一種用于其中的儲存小室。
背景技術：
核自旋極化氣體，特別是貴重氣體，諸如質量數為3的氦同位素(3He)或質量數為129的氙同位素(129Xe)以及含有氟、碳或磷同位素19F、13C或31P都為基礎物理研究中的大量實驗所需要。在醫藥領域中，這些同位素特別被考慮用于比如肺臟的核磁共振成像之中。(比如請見WO 97/37239，WO95/27438，Bachert等人，Mag Res Med36192-196(1996)和Ebert等人，TheLancet3471297-1299(1996))。使用這種自旋極化氣體在核磁共振成像之中的前提是，核的自旋I的極化P的程度，或者相關的磁雙極矩μI，比通常在磁共振成像設備的磁場Bt中的熱平衡中所達到的要大4-5個量級。這一正常極化程度，PBoltzmann，取決于磁雙極能量-μIBT和平均熱能kTPBoetzmann＝tanh(μIBT/kT) (1)(其中k＝Boltzmann常數，而T＝絕對溫度)。在PBoltzmann＜＜1處，則趨近于μIBT/kT。
雖然用在人體組織磁共振成像之中的氫同位素1H在BT＝1.5T和T＝300K的情況下只達到PBoltzmann為5×10-6，而在氣體磁共振成像中要求P≥1×10-2，即1％。要求P如此極為增大主要是由于，與人體組織中氫的濃度相比，氣體原子中的濃度較低。具有如此極化程度的氣體(通常稱作超極化氣體)可借助于多種已知的方法，最好是光學泵送方法，予以生產。
此外，對于氣體磁共振成像來說，需要較大數量的氣體，比如一次呼吸的容積(0.5到1l)。
特別高的極化程度，比如＞30％，與高生產速度，比如0.5l/h相結合，可以通過壓縮一種光學泵送的氣體來獲得。這一過程敘述在以下各出版物之中，其內容在此引入作為參考
-Eckert等人“物理學研究中的核儀器和方法”A32053-65(1992)；-Becker等人“中子研究”5；1-10(1996)；-Surkau等人“物理學研究中的核儀器和方法”A384444-450(1997)；-Heil等人“物理學通信”A201337-343(1995)。
不過，超極化氣體的生產和使用不是必需在同一地點，因而發生了把比如利用上述方法生產的極化氣體運送給顧客的問題，比如為肺臟用在一核磁共振成像設備之中。
先前，沒有可供使用的、為這樣一種自旋極化氣體的一很大儲存容積提供足夠均勻存儲磁場的可運送磁性裝置。其次，核自旋在小室壁部上非常迅速地去極化，以致極化的氣體只能在保持必需的極化程度的同時被儲存較短的時間。

發明內容
本發明提出的課題是，提供一種磁性裝置，能夠為一足夠大儲存容積的超極化氣體形成一可運送的均勻存儲磁場。
從一方面看，本發明因而提供一種受到磁屏蔽的容器，具有設置在其一軸線上平行對置位置上的兩個磁場均勻化極靴，具有圍繞所述兩極靴設置的一磁屏蔽軛件，所述兩極靴和軛件封圍一磁腔，所述容器還包括圍繞所述軸線設置并沿徑向與之離開的各磁場源，從而在所述磁腔之內存在著取向在所述軸線方向上的基本上均勻的磁場Bo并從而在所述磁腔之內存在一可用的容積，其中在橫交于所述軸線的方向上的磁場對于所述磁場Bo的比值具有一絕不大于1.5×10-3/cm的數值。
這樣一種容器可以設計成重量小、結構簡單，以及制作便宜和使用經濟。其次，采用這種容器時，被運送的核物質可以盡可能地即使在外部漏磁磁場中也保持其取向，亦即，去極化松馳時間可以盡可能地長，以便防止氣體核自旋的雜亂取向。
本發明的容器，適合于盛放和運送自旋極化原子，特別是極化的3He和129Xe，最好是配有磁場均勻化的、高度導磁的和軟磁性的平板，比如由μ-金屬或軟鐵制成的平板，作為兩極靴，并且結構設計得致使在其中提供一足夠均勻磁場的有用容積與總容積之間可以達到一很大的比值，比如一至少具有1∶30的比值。不過，這一比值最好是至少1∶5，更為可取的是1∶3，而特別有利的是1∶2-1∶1.5的比值可以達到。由此，對于磁場Bo的相對橫向梯度Gr，一數值Gr＝((δBr/δr)/Bo)≤1.5×10-3/cm (2)用作可用容積之內的一種均勻性條件。這一要求出自依賴于梯度的松馳時間T1G，在高壓下，諸如本發明所涉及的那些壓力，此時間T1G與Gr和氣壓P的關系如下T1G＝P/Gr2×(1.75×104cm2bar/h)-1(3)(請見Scherer等人，Phys Rey1391398(1965))按照方程(3)，在Gr＜1.3×10-3/cm和P＝3bar的情況下，獲得一依賴于梯度的松馳時間T1G＞76h。
在較低壓力下，T1G＝P/Gr2×(1.8×10-3cm2bar/h)-1(請見Barbe，Journal de Physique35699和937(1974))。
在把一極化汽體儲存小室送進本發明的容器期間，Gr一般將小于0.02×10-3/cm。這樣，3He在3bar下每30S只損失2％的極化。
在符合本發明的容器之內，Gr最好是不超過1.3×10-3/cm，更為可取地不超過7×10-4/cm。在一氣體儲存小室半徑為8cm的情況下，≤1.3×10-3/cm的Gr對應于≥127h的T1G，而在一氣體儲存小室半徑為2cm的情況下，≤7×10-4/cm的Gr對應于≥350h的T1G。
為了補償容器內部空間各邊緣區域中的磁場畸變并因而提高磁場Bo的均勻性，容器特有一些磁場源，配置的方式可使容器內部空間各邊緣區域中的磁場畸變為最小而在容器內部的磁場大部是均勻的。
為了在核自旋的極化一旦獲得后予以保持，只要求一較弱的均勻磁場，最好是顯示出的磁場強度小于5mT，更為可取的是小于1mT，尤其是多在0.2至0.9mT的范圍之內。在這樣一種弱磁場之中，可以借助于測量儀器來達到極化程度的連續品質控制，以確保特定的可靠性。因而在一項優先實施例中，一磁場傳感器(比如基于Foerster原理的一種)設置在本發明的容器之內，以及允許測定由超極化氣體所生成的磁場Bd。
雖然借助于鐵磁材料生成嚴格的均勻磁場預先集中在T(泰斯拉)范圍之內的高場強上，本發明的容器的基本原則是有意著重在最為有效和實際地實現一種大為均勻的弱磁場上，比如采用鐵磁材料。
一種高度均勻性可以在弱磁場范圍內獲得，如果比如作為均勻化鐵磁元件，兩個薄的軟鐵，或更為可取地μ-金屬平板被用作兩個極靴。這樣兩個極靴，由于其極高的導磁性和低剩磁，會在介入空間即磁腔之內造成一個非常均勻的磁場。
在一特別優先的實施例中，這些極靴的均勻化效應可以通過在兩極靴與軛件之間裝入各磁阻而予以增大。一種用作一這類磁阻的一種最佳材料是一剛性的非磁性層，比如狀為一平板，比如由塑料制成，配裝在極靴與軛件之間。如果這樣的一平板，或者為了節省重量，最好是一種多孔的比如蜂窩結構，也粘合于極靴，這樣可保證其平整度而使兩極靴平行和磁場Bo均勻。
為了以可能最簡單的方式滿足上述的均勻性條件，同時為了形成一較大的儲存容積，已經證實，特別可取的是，本發明的容器設計成一種釜式磁鐵形式。這類磁性裝置基本上由一封閉的釜器組成，在一種示范性結構形式中，它可以具有-30-60cm的直徑，連同-10-30cm的總高度。容器設計成一釜式磁鐵形式的具體優點在于這一筒狀結構的高度對稱性。在這類的一釜式磁鐵中各場源的具體最佳配置可以認為具有兩種可能-設置比如狀為市場上有售的各永久磁板的各場源在一釜器中面或反射面上的間隙之中；以及-設置各場源在釜器各端板的外部平面上。
通過在這兩種配置之間適當地分配各場源，一方面設置一些場源在中面上，另一方面設置一些場源在釜器各端板的外部表面上，有可能校正釜式磁鐵內側磁場的各種邊界差誤并因而在一徑向上的一寬廣范圍內滿足均勻性條件。一種最佳分配是這樣的，即當各場源配置在釜式磁鐵反射或中面上時所發生的邊界磁場的增強正好由當各場源設置在釜器各端板時所發生的邊界磁場的減弱予以補償。
如果需要，各磁場源可以安放在本發明容器中別的地方，以便達到所使用的磁場Bo均勻化方面的改進。因而比如這種場源可以安放在連同兩極靴的、靠近它們的和它們正中間的各平面在內的，垂直于Bo的另外一些平面上。
一種特別均勻的邊界場也可獲得，如果一磁屏，比如一軟鐵或μ-金屬圓環，配裝在釜器與極靴的邊緣之間，以致一外部漏磁磁場被部分短路，而且在各場源配置在釜式磁鐵中面上的地方，邊界場的數值通過適當地定出磁屏尺寸而減小到在釜式磁鐵中心處中心場的數值。
有利的是，特別是在符合本發明的非圓筒形(比如六角筒形)容器的情況下，一些墊片(比如設置到兩極靴上的邊角墊片)可以用以提高磁腔之內的磁場均勻性。最好是磁腔也具有高度的方位對稱性。
兩種優先結構形式可以用作磁場源。在一第一結構形式中，可以采用各永久磁鐵，最好是市場上有售的各種小圓片，比如具有5mm的高度和20mm的直徑。在另一結構形式中，這些永久磁鐵被代之以尺寸適當的一些磁場線圈。這些磁場線圈具有的優點是，所需的各磁場可以借助于一適當選定的電流流動予以調節。不過，第二種結構形式的一項缺點是，一額外的電流源必須隨容器安裝，此時后者被用作一運送裝置而不是簡單地作為一儲存裝置。
容器最好是采用由某種材料制成的一軛件來制作，此種材料在1T(更為可取的，2T)的磁場下是不磁飽和的，比如一種軟鐵。容器各尺寸最好是這樣的，即有用容積(其內可以設置氣體儲存小室)至少是50ml，更為可取地是100ml，尤其可取地是200ml到大于1m3，比如高達20l，更為具體地是200-2000ml。所采用的材料可以提供一不大于1kg/l的容器總重量對于磁腔體積的比值，更為可取地是0.2kg/l，尤其可取地是1/30kg/l。氣體儲存小室，可以設置在容器之中比如用于儲存或運送，最好是具有一至少是50ml比如100ml到1m3的內部容積，具體地100ml到20l，更為具體地200ml到2l。這一小室可以配置一個閥門，用于實現氣體的裝入和取出；另外，它可以是一種單一用途的小室，比如配有一可密封的部分和一可破碎的部分(可以是密封后的可密封部分)。
在一項實施例中，本發明的容器可以采取一種磁性裝置的形式，帶有一內部空間，在其內部形成一大容積的、主要是均勻的、受屏蔽的磁場，從而此磁性裝置特有各均勻化μ-金屬平板作為極靴，其特征在于，在磁性裝置的其中具有一均勻磁場的可用容積與磁性裝置的總容積之間可以達到一1∶1.5的比值，以及均勻性條件Gr≤1.5×10-3/cm在可用容積之內得以滿足，式中Gr是相對橫向磁場梯度。
從另一方面來看，本發明還提供一種氣體儲存小室，在一由小室壁部圍繞的一氣體儲存空間中盛放一種核自旋極化氣體，此壁部由一種未作涂敷的材料制成，在接觸所述氣體儲存空間的表面上基本上沒有順磁物質。氣體可以比如是3He或129Xe，尤其是3He。采用一種基本上沒有順磁物質的小室壁部使極化3He可能顯示出至少24h的與壁部有關的去極化松馳時間T1w。特別可取的是，與壁部相關的去極化松馳時間大于50h。這種很長的去極化松馳時間是可以達到的，如果用作小室壁部材料的是一種包含低比例的順磁原子或分子的材料，從而在一特別可取的結構形式中采用具有很低鐵濃度，最好是低于20ppm的玻璃，同時，這種玻璃還可以以如下方式構成，即它們，比如硅酸鋁玻璃一類的Supremex玻璃(由Scnott，Mainz，DE制造)，是抵制氦的一種有效的彌散屏障。與先前已知的、由Heil等人在“物理學通信”A201337-343(1995)之中所說明的各種儲存小室相比，采用符合本發明的儲存小室可以達到很長的與壁部有關的去極化松馳時間而不需要復雜的壁部金屬涂層。
如上所指出，本發明的容器可采取一用于自旋極化氣體的運送裝置的形式，特別是3He和129Xe或含有19F、13C或31P的氣體，比如通過極化轉變已經被自旋極化的氣體。在儲存小室設置所在的容器內部空間中的區域之內，此磁性裝置的磁場可以是如此均勻，以致由一符合方程(3)的橫向磁場梯度造成的去極化松馳時間T1g大于125h，尤其是大于200h，更為具體地大于300h，最好大于500h，特別可取地大于750h，而由于核極化氣體對儲存小室壁部的沖擊，與壁部有關的去極化松馳時間T1w大于5h，最好是大于20h。
更為可取的是，由儲存小室內部表面對容積的比值所歸一化的T1w最好是最小10h/cm。
不過，去極化損失不僅發生在氣體的運送期間，由于外部漏磁磁場和磁場最終非均勻性的影響，或者由于原子與壁部之間的碰撞，但是，特別是，也在氣體從運送容器中取出的時候。
從另外又一方面來看，本發明因此提供一種方法用于從一容器的一氣體儲存小室中取出一種核自旋極化氣體，此方法包括(i)定位所述容器，使所述軸線平行于一基本上均勻的外部磁場；(ii)通過卸掉包括所述兩極靴之一的一部分而開啟所述容器；以及(iii)在所述軸線方向上取出所述小室。
這種去極化損失，如果按照本方法去取極化氣體，可以達到最小限度。
在此方法中，容器，比如狀為一釜式磁鐵，安裝得以其軸線和均勻內部磁場的取向平行于一適當的外部均勻磁場，后者可以比如借助于一Holmholz線圈或一核磁共振成像設備的漏磁磁場來獲得。在一軸線方向上面對均勻磁場的釜式磁鐵的一半然后被提升，留下的一半則通過比如由μ-金屬制成的其極靴的磁性等勢表面而保證在氣體小室區域內的磁場充分均勻性。充滿極化氣體的儲存小室從磁鐵中取出可以在幾秒鐘之內在一軸線方向上進行。



本發明的各項實施例將參照各附圖通過非限制性的各范例予以說明，各附圖中圖1表明本發明的容器的一外部透視圖；圖2表明通過符合本發明的一容器的一截面，此容器為釜式磁鐵形式并裝有設置在其內部之中的一儲存小室用于各種自旋極化氣體；圖3a-d表明邊界磁場補償的多種配置；圖4表明符合本發明的容器的另一變體；圖5a表明各磁場源不同配置的一釜式磁鐵的徑向R上相對徑向梯度Gr值的曲線；圖5b表明圖5a的曲線，為強調起見，修改了比例；圖6表明在一由低鐵含量玻璃制成的儲存小室中3He極化的松馳，由此，小室的容積比如是350cm3和氣體壓力是2.5bar；圖7a-b演示從一安放在一外部磁場之內、符合本發明的容器中取出一儲存小室的情況；圖8表明符合本發明的容器的另一變體，具有非圓柱體對稱性。
具體實施方式
參見圖1，它表明一符合本發明的容器1的一外部透視圖，在此情況下設計為一兩部分圓筒形釜式磁鐵，帶有一上段1.1和一下段1.2。同樣表明此釜式磁鐵的旋轉對稱軸線S和各外部磁場，比如地球磁場的磁場線。尤其清楚地表明了一外部磁場或漏磁場BsI，它并不穿進釜式磁鐵的內部，而是由于軛件2-最好是由軟鐵材料制成的具稍許磁阻，圍繞內部空間傳導。漏磁場BsII垂直于軛件的各端板并由設置在軛件2內側的各μ軟鐵極靴予以均勻化。
圖2表明通過一如圖示所示、用于各自旋極化氣體，尤其是3He，129Xe的容器的一軸向截面，包括符合本發明的容器和一設置在其里面、用于自旋極化氣體的儲存小室，其特征在于極長的壁部去極化松馳時間。
釜式磁鐵1包括一圓筒形軛件2，最好是由軟鐵制成，用于返回磁通和用于摒除各外部磁場。圓筒形軛件2本身又以兩個軛件端板為特色，構成一中心段。在圖示的結構形式中，兩個軛端板采取兩個圓盤2.1.1和2.1.2的形式。圍繞各軛件端板的邊緣配置封閉的圍板2.2和2.3，以構成一軛件外罩。這些示于圖2左右兩半中的兩個結構形式中的圍板是不同的。各圍板2.2和2.3既配置在上部圓盤2.1.1上，也配置在下部圓盤2.1.2上，造成釜式磁鐵的一上段和一下段，它們在示于左邊的第一結構形式中接合在磁性裝置中面上各伸出的直角周邊凸緣2.2.1處。在示于右邊的第二結構形式中，各周邊凸緣2.3.1以如下方式間隔開來，即一用于卡持場源，比如各永久磁鐵的孔口制成在釜式磁鐵的中面4上。在釜式磁鐵上部與下部周邊凸緣之間的中間，由于場源比如各永久磁鐵的設置而產生的場線。用6來標識。在示于左邊的第一結構形式中，軛件外罩2.2兩半的高度超過兩軛件端板2.1.1與2.1.2之間的距離。有可能把場源設置在外罩與端板之間間隙之中的外表面2.5上。由于如此配置而產生的、在邊界區域中的場線用數字8來標識。
對置的兩個極靴10.1和10.2可對釜式磁鐵內部之內的均勻磁場作出響應。在此范例中，兩極靴基本上設計成均勻化μ-金屬板件。μ-金屬是一種材料，相對于外部的漏磁磁場BsII具有一很高的均勻化作用并以很低的剩磁為特征。
在此范例中，使用了由漢諾威(Hanau)郵政信箱2253，63412Vacuumschmeltze所制作的μ-金屬A，具有以下各磁性特征量靜矯頑力 Hc ≤30mA/cm導磁率 μ(4)≥30,000最大導磁率 μ(max)≥70,000飽和磁感應 B2≥0.65T(這一點不應當解釋為意指只有這種材料才能用于本發明)。遍及整個兩極靴，兩靴之間的距離，以及兩極靴的平行取向，可以通過設置各間隔件或間隔環，比如總共三個(或更多)間隔器12，來予以確保，其中只有一個畫出圖2之中。
在此圖中，用參照編號14來標識由μ-金屬制成的兩極靴10.1與10.2之間的最終均勻磁場。一如從圖1中的描述中可以看出，一特別均勻的磁場，與各外部場無關，由于μ-金屬的均勻化作用而在釜式磁鐵內側獲得，同時，在各邊緣區域中，取決于各場源的配置，出現一種不同的場型6或8。如果各場源唯獨配置在中面4之內，如所示釜式磁鐵1的右邊邊緣區域，則相當一部分磁通由于低磁阻而從外罩逸出，而且從邊沿起作用，以某一放大效應影響兩極靴之間的場。因此，此場在強度上朝著邊沿而顯著增大，其結果是，所希望的均勻性即使在兩極靴隔開一較短距離的地方也受到損害。在各永久磁鐵設置在釜件各端板上的外部表面上的地方，如圖2所示磁鐵的左半，在兩極靴10.1與10.2之間觀察到場的顯著邊緣減退，如場線8所示，因為外罩，一直達到兩極靴處，吸收并弱化了邊界場。
由于用作極靴10.1，10.2的μ-金屬板的極高的導磁性而在中部空間產生的非常均勻的場14可以通過在極靴10.1，10.2之間和軛件2.1.1和2.1.2之間磁阻16的引入而更為均勻。一剛硬的非磁性板件，比如一塑料板件16，或者為了節省重量，最好是一蜂窩構件，最好是用于此等目的。板件可以粘合于兩極靴10.1和10.2，因而保證兩極靴10.1和10.2的平整性。
用于盛放極化氣體的儲存小室20位于兩極靴10.1與10.2之間，釜式磁鐵1的中心中段之內。容器20最好是由無鐵玻璃制成并具有比如一小于20ppm的鐵濃度，而且還可設計得以致它還可形成一抵制氦的有效彌散屏障。這一措施允許與壁部有關的松馳時間達到70h以上。各儲存小室20在使用之前可以泵空，并且比如象高真空技術之中通常那樣，一直加熱到它們的各剩余水層失去為止。這一措施在本發明中是有利的，但絕非必要。各儲存小室比如可用一玻璃管塞22予以密封并經由一玻璃法蘭24連接于極化氣體的充灌裝置。
此外，為了確定極化程度，一高頻線圈30(可以用于使儲存小室20處在一隨時間變化的磁場作用之下)和一檢測裝置(比如一磁場傳感器)32以及一用于彼此相對移動傳感器和儲存小室的裝置可以予以配裝。不過，這些另外的裝置都是可供選擇的，并且對于符合本發明的一種運送裝置來說，絕非必不可少的。
其次，需要時，容器可以裝有冷卻裝置來冷卻氣體儲存小室的各種成分。
本發明的決定性特點是，一磁場形成在容器之內，在很大的容積上是均勻的，以致相對于磁性裝置的總容積，獲得了一高度可用的容積，從而磁性裝置內部之中的均勻磁場基本上不受各外部磁場的影響。一方面，可以使用的、Bo＜1mT的低磁場強度允許很輕結構的軛件和采用軟鐵薄板的兩極靴。另一方面，希望的是，各極靴顯示特別低的剩磁，以致因此這些極靴都最好是由μ-金屬制成，以便滿足均勻性要求(2)。
就能夠確定極化程度而論，如果在磁鐵內部之中的均勻控制場是一弱磁場，場強小于1.0mT，則是有利的，由于由氣體自旋極化造成的各磁場，處在nT至μT范圍之內，隨后仍然可以借助于簡單檢測裝置32以足夠的精度予以測定，并在此基礎上極化程度得以確定。如果比如被發送的氣體的質量必須在一醫學應用之前加以測試，這一點則是有利的。
圖3表明借助于各場源或是單獨或是結合一磁屏的不同配置所達到的邊緣區域之內的場分布，這保證了在邊緣區域之內的一種足夠均勻的場分布。
圖3a表明一種配置，其中各永久磁鐵安放在釜體各端板2.1.1和2.1.2上的間隙2.4內側和間隙2.5內側。通過在配置在中心4處和配置在釜體兩端板2.1.1和2.1.2上之間適當地分配各永久磁鐵2.4的配置，由于設置各永久磁鐵在釜體各端板之間的中心處而造成的邊界場6強度方面的增大，如圖所示，正好被配置在釜體各端板上的各永久磁鐵邊界場δ強度方面的減小而予以補償。如果各個永久磁鐵具有相等的磁場強度，對于示于圖中的釜體高寬比，可以獲得各永久磁鐵的一種最佳分布，如果各磁鐵以一數量比6∶8予以分布，則由此，第一圖表示配置在中面4上的各磁鐵數量，而第二圖表示配置在釜體兩端板上的各磁鐵數量。
圖3b表明借助于一磁屏40對于一采用配置在中面4上的各永久磁鐵的邊界場之可能的均勻化處理。這類的一磁屏是比如由一軟鐵圓環構成的，后者被裝入釜體與極靴的邊緣之間，而此邊緣象圍板2.2和2.3那樣，環繞磁屏。這樣一個軟鐵圓環會使漏磁外部磁場部分短路，而且如果適當地空出尺寸，會把邊界場降低到中心場的數值。
圖3c和3d表明補償裝置，可與圖3a和3b所示的相比，此時，在此范例中，正中配置在釜體中面4的區域之內或在釜體兩端附近的磁性線圈50和52用作場源以代替各永久磁鐵。
圖3c表明通過配置在中面之內的各場源對于配置在釜體各端板附近的各場源的某一適當比值而達到的補償，而圖3d表明借助于一磁屏40的補償。
本發明的另一結構形式示于圖4。為了減小重量，軛件外罩是以雙壁結構用很薄的圍板200.1與200.2和202.1與202.2制成的。圍板200.1與200.2和202.1與202.2采用各間隔環207配置在彼此離開一固定距離處，以致達到釜式磁鐵內部的一種雙重屏蔽。這些圍板可以顯著地薄于圖1中所示的一單壁結構形式，但都表現出同樣的經由各屏蔽圓環把各磁通傳導出去的能力。各圍板經由一螺釘擰上的連接裝置204或206連接于釜式磁鐵的上部或下部μ-金屬板件。兩極靴10.1和10.2借助于各間隔件或一種間隔環205間隔開來，后者截面可以是圓的或多邊形比如六邊形的。均勻的磁場基本上形成在兩極靴之間的內部208之中。如圖3a之中，配裝在釜式磁鐵上與下段之間和外罩與端板之間的間隙2.4之中的各永久磁鐵210，用作一在邊緣區域之中也是均勻的磁場的各場源。
圖5a和5b表明相對徑向梯度Gr＝((δBr/δr)/Bo)數量的曲線，是對于符合本發明的釜式磁鐵之中或之上各永久磁鐵的不同配置，在一徑向r上釜式磁鐵反射面4以上1.5cm處測定的。標以“a”的曲線表明當各永久磁鐵只是配置在中面4上間隙之中時，如圖2右半中所示，所產生的曲線，而標以“b”的曲線表明當各永久磁鐵設置在釜體各端板上外部表面上時，如圖2左側上所示，所產生的曲線。以“c”標識的曲線表明如果各永久磁鐵按照圖3a在被設置在外部表面上與被設置在中面上的間隙之中這二者之間作出分配時所產生的徑向梯度曲線。在示于圖3c中的曲線中，各磁鐵之間的數量比是6∶8，即6個磁鐵配置在中心處，而8個在各端板上。在此情況下，按照兩極靴之間的一18cm的間隙和一40cm的極靴直徑，由虛線帶區400所表示的均勻性界限達到一Gr＝1.5×10-3的數值，r大約是13cm，更為可取的是12cm。這一界限400表現在釜式磁鐵的整個高度上，以致一可用的大于6l的，比如大于8l的運送容積形成在釜式磁鐵之內，其中滿足了均勻性條件Gr≤1.5×10-3/cm。
圖6表明在一具有低鐵含量的玻璃制儲存小室之中3He極化松馳的一測定記錄。儲存小室的容積是350cm3，氣體壓力是2.5bar。可從此圖看出，一大于70h的松馳時間通過使用這種儲杯得以測出，從而在從事這一測定的各種條件下，可以忽略依賴于梯度的松馳時間。如果把這樣一個具有低鐵含量的玻璃構成的容器放進釜式磁鐵均勻化以后的磁場區域之中，可獲得64h的最終松馳時間Tres＝(1/T1g+1/T1w)-1，依據的是，一依賴于梯度的松馳時間T1g＝750h和一有關于壁部的松馳時間T1w＝70h。
本發明的方法，用于取出在一外部磁場附近，一符合本發明的運送裝置的一儲存小室20之中所儲存的某一氣體，比如一磁共振成像設備的漏磁磁場BTS附近，表明在圖7a和b之中。如果儲存小室有待放進核磁共振成像設備的磁場BT，比如用于某一醫療用途，而不使之涉及顯著的去極化，則本發明提出，如圖7a中所示，符合本發明的運送裝置應當安排得以其磁場Bo平行于外部磁場BTS并與之在同一方向上，如圖所示。面對磁共振成像設備的運送裝置的上部與極靴10.1一起隨后在由箭頭302所指方向上被提出。這樣使得儲存小室20可隨意接近。運送裝置，在此設計得狀為一釜式磁鐵，以其開啟后的狀態示于圖7b之中。可以看得很清楚，由于釜式磁鐵的上段不在，均勻化作用降低了。不過，留下的下部極靴10.2可確保最終磁場Bres的各磁場線垂直地終止在此極靴上。這樣仍然使之可能在儲存小室20的區域之中適當地使磁場Bres均勻化，亦即獲得各平行的磁力線，如圖中所示。儲存小室然后可以在對稱軸線的方向上沿著箭頭304被取出于即使上段被取出也仍然主要是均勻的磁場Bres之中而不會在為取出而花的短暫時間期間發生氣體的某種可注意到的去極化。
參見圖8，其中以透視圖表明一符合本發明的容器，具有六角形筒柱而不是圓形筒柱的對稱性。容器1包括一六角形筒柱軛件2和具有分離的上和下部1.1和1.2。各磁場源、各極靴等可以比如如同對于上述各變型所描述的那樣予以設置，如果必需，包括各墊片以消除對于場Bo的各種邊沿效應。
盛放在按照本發明方法所設計的儲存小室之中的氣體在被從核磁共振成像設備的強磁場之內取出之后仍然擁有一適當程度的極化用于各種期望的用途。
本發明因而提供一種裝置，允許在長距離和長時間內儲存和運送自旋極化的各種氣體，諸如特別是為期望用在醫藥領域中所需的那樣。特別是，本發明的特征在于其制作經濟，設計簡單、可用容積可能最大和重量很小，從而形成對于外部各漏磁場的可靠屏蔽。本發明因而首次提供了在比如醫藥領域中使得3He和129Xe的商業應用成為可行的手段。
關于3He和129Xe在醫學中未來的可能用途，特別要提到極化的3He和129Xe在卓越的、高分辨力、三維的人體呼吸系統核磁共振成像之中的應用。
關于這種用途，可參照以下各出版物，其所披露的內容完全包含在此申請之中-Bachert等人，“醫藥中的磁共振”36192-196(1996)；以及-Ebert等人，“刺血針”3471297-1299(1996)。
此外，提出了一種輕質結構的小型磁鐵，形成一磁場，在一寬大區域內是均勻的，此磁鐵既是輕便的、易于運送的，還在成本上是較低的，而且特別是，也在屏蔽可能導致核自旋的某種去極化的各外部磁場方面滿足所有的要求。采用市場上有售的一些小型永久磁鐵表明了在結構和經濟兩方面的一種十分具有決定意義的優點。
此外，μ-金屬具有極高的導磁性和極低的剩磁，μ-金屬在此情況下首次用于制作很薄的因此較輕的、而卻高效的各極靴用于磁場的均勻化。
低磁通過允許使用一由薄軟鐵板制成的軛件，它同時由于釜式形狀和相關的徑向傳導的可能性，可適當地屏蔽各外部干擾磁場。
這意味著，在本發明中，一種具有均勻磁場容積對于總容積的極為有利的比值和很低重量的磁鐵首次做得可供使用了。
在一稍微低等的結構形式中，磁性上的軟鐵制成的兩極靴可以用以代替μ-金屬兩極靴，此種軟鐵雖然降低了場的質量，但在價格方面代表了一種較為經濟的變體。還可能用滿足同樣功能的各磁場線圈來代替各永久磁鐵，以便在釜式磁鐵之內所需的各點處生成必需的磁通。
最后，一種用于從符合本發明的釜式裝置中取出一種自旋極化氣體的方法已予說明，在此方法中，在存在各外部磁場比如一核磁共振成像設備的那些磁場時也可保持極化程度。
權利要求
1.一種受到磁屏蔽的容器(1)，具有設置在其一軸線(S)上平行對置位置上的兩個磁場均勻化極靴(10.1，10.2)，具有圍繞所述兩極靴的一磁屏蔽軛件(2)，所述兩極靴和軛件封圍一磁腔(26)，所述容器還包括圍繞所述軸線設置并沿徑向與之離開的各磁場源(2.4，2.5)，從而在所述磁腔之內存在著取向在所述軸線方向上的基本上均勻的磁場Bo，并從而在所述磁腔之內存在一可用的容積，其中在橫交于所述軸線的方向上的磁場梯度對于所述磁場Bo的比值具有一不大于1.5×10-3/cm的數值；所述兩極靴(10.1，10.2)由各磁阻元件(16)支承；還包括一氣體儲存小室(20)，設置在所述磁腔(26)之中所述可用容積之中；所述小室(20)配有一閥門(22)，以允許裝入并取出氣體。
2.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述比值具有一不大于7×10-4/cm的數值。
3.按照或是權利要求
1所述的一種容器，其中所述可用容積對于所述磁腔(26)的容積之比值大于1∶30。
4.按照或是權利要求
1所述的一種容器，其中所述可用容積對于所述磁腔(26)的容積之比值大于1∶5。
5.按照或是權利要求
1所述的一種容器，其中所述可用容積對于所述磁腔(26)的容積之比值大于1∶2。
6.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述可用容積至少是50ml。
7.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述可用容積至少是100ml。
8.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述可用容積至少是200-2000ml。
9.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述兩極靴(10.1，10.2)是由μ-金屬或軟鐵制成的。
10.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述軛件(2)是由一種在磁場強度低于1T下不磁飽和的材料制成的。
11.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述軛件(2)是由一種在磁場強度低于2T下不磁飽和的材料制成的。
12.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述各磁場源(2.5)圍繞每一所述極靴(10.1，10.2)的周邊設置。
13.按照權利要求
12所述的一種容器，其中所述各磁場源設置在所述軛件側壁(2.2)與各端壁(2.1.1，2.1.2)之間。
14.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述磁場源(2.4)在所述兩極靴(10.1，10.2)之間的一平面(4)上圍繞所述軸線(S)設置。
15.按照權利要求
14所述的一種容器，其中所述各磁場源(2.4)設置在所述軛件(2)的兩段(2.3.1)之間。
16.按照權利要求
1所述的一種容器，其中一組磁場源(2.5)圍繞每一所述極靴(10.1，10.2)的周邊設置，而另一組磁場源(2.4)在所述兩極靴(10.1，10.2)之間的一平面(4)上圍繞所述軸線(S)設置。
17.按照權利要求
1所述的一種容器，還包括一磁屏(40)在所述軛件(2)之內圍繞所述軸線(S)設置。
18.按照權利要求
1所述的一種容器，還包括至少一個墊片，在所述軛件(2)之內圍繞所述軸線(S)設置。
19.按照權利要求
1所述的一種容器，對于它，容器(1)總重量與磁腔(26)容積之間的比值絕不大于1kg/l。
20.按照權利要求
1所述的一種容器，對于它，容器(1)總重量與磁腔(26)容積之間的比值絕不大于0.2kg/l。
21.按照權利要求
1所述的一種容器，對于它，容器(1)總重量與磁腔(26)容積之間的比值絕不大于1/30kg/l。
22.按照權利要求
1所述的一種容器，是可開啟的和可密封關閉的。
23.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述兩極靴(10.1，10.2)是圓形的，而所述軛件(2)基本上是圓筒形的。
24.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述各元件(16)是由剛性多孔塑料制成的。
25.按照權利要求
1所述的一種容器，其中至少所述小室的各內壁是由一種基本上不帶順磁物質的材料制成的。
26.按照權利要求
25所述的一種容器，其中所述材料是一種鐵濃度很低的玻璃。
27.按照權利要求
26所述的一種容器，其中所述玻璃具有一小于20ppm的鐵濃度。
28.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述小室(20)的各壁部是不加涂敷的。
29.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述儲存小室(20)的壁部是由一種低鐵含量玻璃制成的，鐵含量足夠低，以致核自旋極化的3He與壁部相關的去極化松馳時間T1w與所述小室的容積/內表面面積之間的比值至少是10h/cm(hours/cm)。
30.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述小室(20)盛放核自旋極化氣體。
31.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述氣體是3He或129Xe或含有19F、13C或31P。
32.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述小室(20)具有一至少50ml的內部容積。
33.按照權利要求
1所述的一種容器，其中所述小室(20)具有一至少在100ml與201之間的內部容積。
34.按照權利要求
1所述的一種容器，為可運送的形式。
35.按照權利要求
1所述的一種容器，還包括一磁場傳感器(32)，設置在所述磁腔(26)之內。
36.按照權利要求
35所述的一種容器，還包括相對于一設置在所述磁腔(26)之中的氣體儲存小室(20)移動所述傳感器(32)的裝置。
37.按照權利要求
35所述的一種容器，還包括一用于設置在所述磁腔(26)之中的一隨時間變化的磁場的場源(30)。
38.按照前述各項權利要求
中任何一項所述的一種容器，還包括一種間隔器(12，205)，設置得以便把所述兩極靴(10.1，10.2)保持在平行對置的關系之中。
39.按照權利要求
1所述的一種容器，具有一雙殼式(200.1，200.2)結構，從而所述軛件(2)至少部分是由內殼(200.2)形成的。
40.按照權利要求
1所述的一種容器，狀為一帶有一內部空間的磁性裝置(1)，此空間在其內部形成一大容積、主要是均勻的、受到屏蔽的磁場，從而磁性裝置(1)的特征在于各均勻化μ-金屬板件作為極靴(10.1，10.2)，其中在內有一均勻磁場的磁性裝置可用容積與磁性裝置總容積之間可以達到一1∶1.5的比值，而在可用容積之內實現了均勻性條件Gr≤1.5×10-3/cm，于此Gr是橫向磁場相對梯度。
41.一種氣體儲存小室(20)，在一由一小室壁部圍繞的一氣體儲存空間中盛放一種核自旋極化氣體，壁部是由一種不加涂敷的材料制成的，在接觸所述氣體儲存空間的表面上，此材料基本上不帶順磁物質。
42.按照權利要求
41所述的一種小室，其中所述壁部是由一種低鐵含量玻璃制成的，鐵含量足夠低，以致核自旋極化的3He之與壁部相關的去極化松馳時間T1w，與所述小室的容積/內表面面積之間的比值至少是10h/cm(hours/cm)。
43.一種方法，用于從權利要求
1至34中任何一項所述的一種容器中的一氣體儲存小室(20)中取出一種核自旋極化氣體，包括(i)定位所述容器，使所述軸線(S)平行于一基本上均勻的外部磁場；(ii)通過卸掉包括所述兩極靴之一(10.1)的一部分而開啟所述容器；以及(iii)在所述軸線方向上取去所述小室(20)。
專利摘要
本發明提供一種受到磁屏蔽的容器(1)，具有設置在其一軸(S)平行對置位置上的兩個磁場均勻化極靴(10.1，10.2)，具有圍繞所述兩極靴的一磁蔽軛件(2)，所述兩極靴和軛件封圍一磁腔(26)，所述容器還包括圍繞所述軸線設置并沿徑向與之離開的各磁場源(2.4，2.5)，從而在所述磁腔之內存在著取向在所述軸線方向上的基本上均勻的磁場Bo并從而在所述磁腔之內存在一可用的容積，其中在橫交于所述軸線的方向上的磁場對于所述磁場Bo的比值具有一不大于1.5×10
文檔編號A61B5/055GKCN1134024SQ98809506
公開日2004年1月7日 申請日期1998年9月24日
發明者埃爾克·艾達姆, 邁克爾·埃博特, 蒂諾·格羅斯曼, 沃納·海爾, 厄恩斯特－威廉·奧滕, 丹尼拉·羅, 萊因哈德·瑟考, 埃博特, 羅, 埃爾克 艾達姆, 德 瑟考, 格羅斯曼, 海爾, 特-威廉 奧滕 申請人:赫利斯平波拉里西爾特加斯有限責任公司, 赫利斯平波拉里西爾特加斯有限責任公導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan