本發明涉及激光泵浦、自旋交換、增強惰性氣體原子核自旋極化度后的儲存和轉移，通過該裝置能夠將超極化氣體的極化度最大程度地保持，并且方便、有效地將超極化氣體進行轉移、用于核磁共振和人體肺部磁共振成像。

背景技術：

由于超極化惰性氣體原子的核自旋極化度能夠通過激光泵浦和自旋交換方法[T. G. Walker et al., Rev. Modern Phys., 1997, 69 ( 2 ) :629]獲得了極大地提高，與相同條件下惰性氣體的熱極化相比可提高3～5個數量級，因此，已經被廣泛地應用于肺部磁共振成像研究以及多空、表面材料和分子生物探針中。通常地，由發生器（例如，一種永磁極化器，中國發明專利號：ZL 201110357356.7）工作、完成超極化氣體的產生。超極化氣體還需要進行收集、累加，然后轉移至相關核磁共振譜儀或者磁共振成像儀中進行使用。在這一轉移過程中，超極化氣體主要以兩種形態存在：第一種通常使用連續流動式超極化氣體發生器[A. L. Zook et al., J. Magn. Reson., 2002,159: 175]，由磁場、杜瓦瓶和儲存玻璃管組成固態儲存器[M. Gatzke et al.，Phys. Rev. Lett., 1993, 70: 690]進行液氮冷凍收集／累加，主要使用超極化惰性氣體氙，運送到核磁共振譜儀或者磁共振成像儀后再升華為氣體進行使用；第二種通常使用間歇式超極化氣體發生器[Zhou X et al., Chinese Phys. Lett., 2004, 21( 8) :1501]，然后直接儲存收集超極化氣體。在以上兩種形式的收集過程中要求盡可能地保持超極化氣體的極化度。

當超極化氣體作為造影劑用于人體肺部磁共振成像的研究中時，如何保持大容量超極化氣體的極化度，其要求極高。但是，出于目前其應用的特殊性，通常運送的距離較短，一般是從超極化氣體發生器到磁共振成像儀。典型地運送方法是：1）將超極化氣體進行液氮冷凍收集／累加后原位升華（例如，一種激光預極化氙的累積輸出裝置，中國發明專利號：ZL 201410197709.5），減少了升華過程中的極化度，然后由氣袋收集，再由操作者拿著裝有超極化氣體的氣袋，在地磁場環境中轉移到磁共振成像儀，提供給人體肺部。2）氣袋收集發生器產生的超極化氣體后，直接在地磁場環境中轉移到磁共振成像儀，用于人體肺部超極化氣體磁共振成像。這兩種方法轉移中都會較大地損失了超極化氣體的極化度。因此針對此類應用的特點，亟需發展一種能夠避免在地磁場環境轉移超極化氣體、最大化地保持超極化氣體極化度并能快速進行轉移的裝置。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種超極化氣體儲存和轉移裝置。便攜式、易移動、易操作、結構簡單，能夠連續提供一個工作磁場，在儲存和轉移過程中有效地保持超極化氣體的極化度。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術措施：

一種儲存和轉移超極化氣體的裝置，包括外保護殼，還包括設置在外保護殼內的纏繞有螺旋管磁場線圈的線圈架，線圈架內設置有內筒，內筒內設置有超極化氣體收集氣袋和氮氣袋，內筒的底部的側壁開設有滑槽，滑動板設置在內筒內，滑動板的端部插入到滑槽中，內筒內位于滑動板下方的內壁固定有滑動板限位環，外保護殼的頂部和線圈架的頂部均與蓋板固定，內筒的頂部與限位板固定，限位板與蓋板固定，超極化氣體收集氣袋和氮氣袋均通過穿過限位板和蓋板的氣路管道與氣體控制單元連接。

一種儲存和轉移超極化氣體的裝置，還包括電源單元箱，電源單元箱與外保護殼之間通過第一固定卡和第二固定卡連接，電源單元箱內設置有可充電池和電源控制電路，可充電池與電源控制電路連接，電源控制電路與設置在電源單元箱上的外供電源插座口連接，電源控制電路還通過可伸縮電纜線與螺旋管磁場線圈連接。

氣體控制單元包括第一控制閥門、第二控制閥門、第三控制閥門、第四控制閥門和第五控制閥門，第四控制閥門一端通過氣路管道與第一控制閥門一端、第二控制閥門一端、第三控制閥門一端和第五控制閥門一端連接，第一控制閥門另一端通過穿過蓋板和限位板的氣路管道與超極化氣體收集氣袋連接，第五控制閥門另一端通過穿過蓋板和限位板的氣路管道與氮氣袋連接。

本發明的突出特點在于：

1）螺旋管磁場線圈。在一個獨立的線圈架上繞制螺旋管磁場線圈，工作時，其在內筒（圓柱筒）中產生一定均勻區域的磁場分布，該區域的磁場均勻度要求優于10^-2量級，以減少內筒里的收集氣袋中超極化氣體原子核自旋弛豫引起的消極化，保證極化度。

2）電源控制單元。通過電源控制電路提供可充電池供電和外供電源供電兩種供電模式。可充電池與螺旋管磁場線圈一起工作，能夠提供長于20 min時間的穩定磁場，滿足在收集氣袋里的超極化氣體轉移過程中的需求；轉換到外供電源時，可提供長時間超極化氣體儲存的磁場需求，同時給可充電池補充能量。

3）氣路控制單元。主要用于儲存和轉移過程中超極化氣體、氮氣流入收集和流出轉移。也包括控制使用真空清潔氣袋、氣路管道。

4）本發明裝置為便攜式，螺旋管磁場線圈與電源控制單元配合使用，能夠一直為收集氣袋內的超極化氣體提供所需的環境磁場。

如上所述的超極化氣體包括氦-3、氙-129、氙-131、氪-83。

其工作過程為：

1）在來自發生器的超極化氣體轉移至超極化氣體收集氣袋之前，電源控制電路開啟外供電源為螺旋管磁場線圈的供電，產生保護收集氣袋里超極化氣體極化度的磁場，并為可充電池充電；讓氣路控制單元工作，使用真空清潔超極化氣體收集氣袋、氮氣袋和氣路管道；然后，氣路控制單元開啟相應的控制閥門，使超極化氣體進入超極化氣體收集袋內。完成超極化氣體收集后，關閉相應的控制閥門。

2）當本發明裝置從發生器移動到磁共振成像儀過程中，電源控制電路開啟可充電池為螺旋管磁場線圈的供電，產生保護收集氣袋里超極化氣體極化度的磁場。

3）當需要使用超極化氣體時，即：人體肺部吸入超極化氣體和氮氣的混合氣體時，則開啟第一固定卡和第二固定卡，分離本發明裝置上、下兩部分，上部分放入靠近磁共振成像儀的翼場，下部分放置在翼場外的地面上，這時，可充電池仍然能夠通過可伸縮電纜線為螺旋管磁場線圈供電，產生的磁場保護收集氣袋里超極化氣體極化度。

4）在人體肺部吸入超極化氣體和氮氣的混合氣體的過程中，向上移動滑動板，給超極化氣體收集氣袋和氮氣袋提供一個合適的壓力，用于輔助人體肺部吸氣。

5）當人體肺部完成吸入超極化氣體和氮氣的混合氣體之后，工作磁共振成像儀，獲得人體肺部超極化氣體磁共振影像。

本發明與現有技術相比，優點在于由電源控制單元與螺旋管磁場線圈配合使用，為位于收集氣袋里的超極化氣體提供一個不間斷地工作磁場，因此，在儲存和轉移過程中保證了超極化氣體的極化度，以及便攜式設計，使得超極化氣體能夠成為很好的造影劑，方便地用于核磁共振研究和人體肺部超極化氣體的磁共振成像，具有特別重要的實用價值。

附圖說明

圖1為一種儲存和轉移超極化氣體的裝置原理圖。

圖中：1-第一固定卡；2-外保護殼；3-螺旋管磁場線圈；4-線圈架；5-超極化氣體收集氣袋；6-內筒；7-蓋板；8-第一控制閥門；9-提手；10-第二控制閥門；11-氣路管道；12-第三控制閥門；13-第四控制閥門；14-第五控制閥門；15-限位板；16-氮氣袋；17-滑動板；18-第二固定卡；19-可伸縮電纜線；20-外供電源插座口；21-電源單元箱；22-滑動板限位環；23-電源控制電路；24-電線；25-可充電池。

圖2所示為將超極化氣體與氮氣提供給人體肺部吸入時的實施示意圖。

圖中：HP-Xe-超極化氣體；N2-氮氣；V-真空；1-第一固定卡；2-外保護殼；3-螺旋管磁場線圈；4-線圈架；5-超極化氣體收集氣袋；6-內筒；7-蓋板；8-第一控制閥門；9-提手；10-第二控制閥門；11-氣路管道；12-第三控制閥門；13-第四控制閥門；14-第五控制閥門；15-限位板；16-氮氣袋；17-滑動板；18-第二固定卡；19-可伸縮電纜線；20-外供電源插座口；21-電源單元箱；22-滑動板限位環；23-電源控制電路；24-電線；25-可充電池。

具體的實施方式

下面結合附圖1和圖2對本發明作進一步詳細描述，但是，本發明不限于本實施例。

實施例1：

以超極化氣體氙-129和人體肺部磁共振成像為例。

如圖1所示，一種儲存和轉移超極化氣體的裝置，包括第一固定卡1、外保護殼2、螺旋管磁場線圈3、線圈架4、超極化氣體收集氣袋5、內筒6、蓋板7、第一控制閥門8、提手9、第二控制閥門10、氣路管道11、第三控制閥門12、第四控制閥門13、第五控制閥門14、限位板15、氮氣袋16、滑動板17、第二固定卡18、可伸縮電纜線19、外供電源插座口20、電源單元箱21、滑動板限位環22、電源控制電路23、電線24、可充電池25。在圖2里表示，超極化氣體為HP-Xe；氮氣為N2；真空為V；

所包括的各部件描述如下：

第一固定卡1，材質為銅，與第二固定卡18共同用于將外保護殼2和電源單元箱21固定到一起。

外保護殼2，材質為有機玻璃，用于保護螺旋管磁場線圈3、免于碰撞損壞。

螺旋管磁場線圈3，材質為銅絲，根據超極化氣體氙-129保存要求的磁場強度（典型地：0.001 T）和均勻度（典型地：優于10^-2量級）設計線徑、尺寸、圈數。

線圈架4，材質為耐熱塑料，例如PEEK材質，用于纏繞螺線管磁場線圈3。

超極化氣體收集氣袋5，為通用型醫用泰德拉（Tedlar）氣袋，根據每次人體肺部磁共振成像使用超極化氣體氙-129計算其儲存的容量（典型地：1 L）要求，而選取合適的尺寸。

內筒6，材質為有機玻璃，內放入有超極化氣體收集氣袋5和氮氣袋16，其兩個側面均開設有滑槽，方便用于可滑動板7上下進行移動。

蓋板7，材質為鋁板，用于連接外保護殼2、螺線管磁場線圈3、線圈架4固定控制氣路和提手9，使得能夠通過提手將本發明裝置提起、移動。

第一控制閥門8，材質為特富龍，用于控制超極化氣體收集氣袋5的開與關。

提手9，材質為鋁，用于本發明裝置提起、方便移動。

第二控制閥門10，材質、尺寸、型號與第一控制閥門1完全相同，用于控制超極化氣體氙-129的進、出超極化氣體收集氣袋5。

氣路管道11，材質為特富龍，用于超極化氣體進、出氣袋，以及方便氣袋的真空清洗。

第三控制閥門12，材質、尺寸、型號與第一控制閥門8相同，用于控制氮氣進入和流出氮氣袋16。

第四控制閥門13，材質、尺寸、型號與第一控制閥門8的相同，用于控制真空清洗超極化氣體收集氣袋5和氮氣袋16。

第五控制閥門14，材質、尺寸、型號與第一控制閥門8的相同，用于控制氮氣袋16的開關。

限位板15，材質為有機玻璃，用于超極化收集氣袋5和氮氣袋16的限位，使得它們總是位于螺線管磁場線圈3的中心。限位板15上設置有限位板開孔，方便于連接超極化氣體收集氣袋5和氮氣袋16的氣路管道穿過，限位板15與蓋板7固定連接。

氮氣袋16，材質、尺寸、型號與超極化氣體收集氣袋5相同，用于儲存氮氣，因為在進行人體肺部超極化氣體氙-129磁共振成像時，在超極化氣體氙-129里使用了一定配比的高純氮氣。

滑動板17，材質為有機玻璃，安裝在內筒6里，當進行人體肺部超極化氣體氙-129磁共振成像時，使用手穿過滑動板限位環22后，向上推壓移動滑動板17，在滑槽和卡入滑槽內的滑動板17的端部配合工作下，均勻地壓迫超極化氣體收集氣袋5和氮氣袋16幫助人體肺部吸入超極化氣體氙-129和氮氣。

第二固定卡18，材質、尺寸與第一固定卡1相同，與第一固定卡1共同作用，連接和固定外保護殼2和電源單元箱21，使得本發明裝置的上、下兩部分連接。

可伸縮電纜線19，當本發明裝置移動到磁共振成像譜儀附近時，開啟第一固定卡1和第二固定卡18，分開本發明裝置的上、下兩部分（外保護殼2和電源單元箱21），這時僅僅由可伸縮電纜線19連接，并且繼續為螺線管磁場線圈3提供電功率，保證超極化氣體氙-129一直位于由螺線管磁場線圈3產生的磁場中。

外供電源插座口20，當本發明裝置收集超極化氣體氙-129時，由外供電源為螺線管磁場線圈3提供電功率，保證超極化氣體氙-129直接流入位于磁場環境的超極化氣體收集袋5，同時，也為可充電池25補充能源。

電源單元箱21，材質為鋁，用于將可充電池25和電源控制電路23安裝在一起，構成本發明裝置的下部分。

滑動板限位環22，材質為有機玻璃，用于配合安裝滑動板17，并且限制了滑動板17的最低位置。

電源控制電路23，主要控制外供電源的使用及可充電池25的充電，當本發明裝置收集超極化氣體氙-129時，控制由外供電源提供電能量，并且為可充電池25充電，當本發明裝置轉移超極化氣體氙-129和人體肺部吸入超極化氣體氙-129時，控制由可充電池25供電。

電線24，連接可充電池25到電源控制電路。

可充電池25，當本發明裝置移動、轉移超極化氣體氙-129時以及給人體肺部吸氣時，為螺線管磁場線圈3提供電功率，典型地保證螺線管磁場線圈3連續工作超過20 min。

HP-Xe表示超極化氣體氙-129。關閉第三控制閥門12、第四控制閥門13和第五控制閥門14，當本發明裝置處于收集工作時，來自發生器的HP-Xe從通過開啟的第二控制閥門10、氣路管道11和第一控制閥門8流入超極化氣體收集袋5；當人體肺部需要吸入HP-Xe時，超極化氣體收集袋5里的HP-Xe通過開啟的第二控制閥門10、氣路管道11和第一控制閥門8流出。

N2表示氮氣。關閉第一控制閥門8、第二控制閥門10和第四控制閥門13后，N2通過開啟的第三控制閥門12、氣路管道11和第五控制閥門14流入氮氣袋16。當人體肺部需要吸入HP-Xe時，與HP-Xe配比使用。僅僅第四控制閥門13關閉，其它四個控制閥門開啟，HP-Xe與N2一起從本發明裝置里流出，用于人體肺部HP-Xe磁共振成像。

V表示真空。使用外加真空系統，用于清潔氣路管道11、超極化氣體收集氣袋5和氮氣袋16。開始清潔時，開啟第四控制閥門13、第一控制閥門8和第五控制閥門14。

本發明裝置分為上、下兩個部分，采用圓柱型結構。裝置的上部為主體部分，由里到外依次為內筒6、線圈架4、螺旋管線圈3、外保護殼2，內筒6內設置有超極化氣體收集袋5和氮氣袋16；內筒6上開設有滑槽，用于安裝滑動板17及方便滑動板17上下移動，下端安裝了滑動板限位環22；內筒6上端安裝有用于保證氣袋位于中間的限位板15、蓋板7、氣體控制單元以及提手9。與超極化氣體收集氣袋5和氮氣袋16連接的氣路管道穿過限位板15的限位板開孔后，通過氣路管道被固定在蓋板7上，并與氣體控制單元相連接；氣體控制單元包括氣路管道11、第一控制閥門8、第二控制閥門10、第三控制閥門12、第四控制閥門13、第五控制閥門14，氣體控制單元用于控制HP-Xe、N2的轉移進和出，也用于為氣袋和氣路管道11提供真空清潔。裝置的下部為電池及控制單元，包括電源單元箱21，以及位于電源單元箱21內的可充電池25、電線24、電源控制電路23、可伸縮電纜線19和外供電源插座口20。裝置的上、下兩個部分由第一固定卡1、第二固定卡18連接，以及可伸縮電纜線19進行連接；螺旋管磁場線圈19依次連接可伸縮電纜線19、電源控制電路23、電線24、可充電池25，無論第一固定卡1和第二固定卡18開啟或者關閉，可伸縮電纜線19使得螺旋管磁場線圈3和電源控制單元一直保持連接；可充電池25與外供電源交替使用，為氣袋里的HP-Xe提供一個不間斷的磁場環境。

外保護殼2由外到內依次安裝有螺旋管磁場線圈3、線圈架4和內筒6，內筒6內設置有超極化收集氣袋5和氮氣袋5，內筒6的上端與限位板15連接，內筒6位于線圈架4內，線圈架4上端固定有蓋板7，蓋板7與限位板15連接，蓋板7還與提手9連接，內筒6中的與超極化收集氣袋5和氮氣袋16連接的氣路通道分別穿過限位板15和蓋板7，超極化收集氣袋5通過氣路通道11與第一控制閥門8一端連接，氮氣袋16通過氣路通道11與第五控制閥門14一端連接，第一控制閥門8另一端、第五控制閥門14另一端、第二控制閥門10一端、第三控制閥門12一端均通過氣路通道11與第四控制閥門13的一端連接。可充電池25通過電線24與電源控制電路23連接，電源控制電路23與外供電源插座口20連接，電源控制電路23通過可伸縮電纜線19與螺旋管線圈3連接。第一固定卡1和第二固定卡18的同時開啟使得分離本發明裝置的上、下部，第一固定卡1和第二固定卡18的同時關閉，則將本發明裝置的上、下部連接在一起。

在來自發生器的超極化氣體氙-129轉移至超極化氣體收集氣袋5之前，電源控制電路23開啟外供電源為螺旋管磁場線圈3的供電，產生保護收集氣袋里HP-Xe極化度的磁場，并為可充電池充電25；讓氣路控制單元工作，使用真空V清潔超極化氣體收集氣袋5、氮氣袋16和氣路管道11，具體為關閉第二控制閥門10、第三控制閥門12，打開第一控制閥門8、第四控制閥門13、第五控制閥門15，通過真空V清潔超極化氣體收集氣袋5、氮氣袋16和氣路管道11；然后，氣路控制單元開啟相應的控制閥門，具體為關閉第三控制閥門12、第四控制閥門13、第五控制閥門14，打開第一控制閥門8、第二控制閥門10，使HP-Xe進入超極化氣體收集氣袋5內。完成HP-Xe收集后，關閉相應的控制閥門。N2直接從外置氮氣瓶充入，具體為關閉第一控制閥門8、第二控制閥門10和第四控制閥門13，開啟第三控制閥門12和第四控制閥門13，使得N2流入到氮氣袋16內，完成充氣后，關閉相應的控制閥門。當本發明裝置從發生器移動到磁共振成像儀過程中，電源控制電路開啟可充電池25為螺旋管磁場線圈3的供電，產生保護超極化氣體收集氣袋里HP-Xe極化度的磁場。當需要使用HP-Xe時，即：人體肺部吸入HP-Xe和N2的混合氣體時，則開啟第一固定卡1和第二固定卡18，分離本發明裝置上、下兩部分，上部分放入靠近磁共振成像儀的翼場，下部分放置在翼場外的地面上，這時，可充電池25仍然能夠通過可伸縮電纜線19為螺旋管磁場線圈3供電，產生的磁場保護超極化氣體收集氣袋5里HP-Xe極化度。在人體肺部吸入HP-Xe和N2的混合氣體的過程中，向上移動滑動板17，給氣袋提供一個合適的壓力，用于輔助人體肺部吸氣。當人體肺部完成吸入HP-Xe和N2的混合氣體之后，工作磁共振成像儀，獲得人體肺部的HP-Xe磁共振影像。

本發明與現有技術相比，優點在于由電源控制單元與螺旋管磁場線圈3配合使用，為位于超極化氣體收集氣袋里的HP-Xe提供一個不間斷地工作磁場，因此，在儲存和轉移過程中保證了HP-Xe的極化度，以及便攜式設計，使得HP-Xe能夠成為很好的造影劑，方便地用于核磁共振研究和人體肺部HP-Xe的磁共振成像，本發明裝置具有特別重要的實用價值。

本發明說明書中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充、或者采用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。