专利名称：用于磁共振成像的超极化造影剂分配器的制作方法作为用于产生患者或受检者身体内图像的程序的一部分，由MRI扫描器将静态磁场用于对准原子的核自旋。这种大的静态磁场被称为Btl场。众所周知，增加用于执行MRI扫描所使用的Btl场的强度提供了增加诊断图像的空间分辨率和对比度分辨率的机会。这种分辨率和对比度的增加对使用MRI图像来诊断患者的医师而言是有益的。磁共振成像系统通常用于对受检者中的质子或氢原子的浓度进行成像。因此，磁共振成像系统对于对受检者的软组织的成像而言非常有用。还对肺以及其脉管的结构感兴趣。然而，肺大部分是空气，其不能够通过磁共振成像而容易地成像。已知注射的磁共振成像造影剂的使用。然而，通过静脉注射的物质到达肺血管通常花费大约15秒。许多超极化造影剂具有非常短的弛豫时间，使得造影剂的实质部分将在这15秒内失去其极化。例如，超极化13C具有60秒的量级的T1弛豫时间。期刊论文Ishii等人的Magnetic Resonance in Medicine57:459-463(2007)证明了用于评价肺灌注的超极化13C血管造影术的使用。在该试验研究中，将超极化羟基丙酸乙酯注射至猪的股动脉中。
本发明在独立权利要求中提供了用于分配超极化蒸气的分配器、磁共振成像系统以及采集磁共振图像的方法。在从属权利要求中给出了本发明的实施例。本发明的实施例通过使液体或固体超极化造影剂蒸发而解决了该问题及其他问题。分配器用于使超极化造影剂蒸发成雾或蒸气，然后，该雾或蒸气被受检者吸入。这将超极化造影剂直接递送至肺并增加超极化造影剂的有效性。本发明能够应用于适于超极化成像的任何MRI系统。更具体而言，本发明可以在用于检测病变和异常功能过程的肺成像中应用。若干种物质能够潜在地用于极化。在经历进一步消化的不同代谢物中，可以将酶、治疗剂或靶向剂超极化，以借助快速波谱13C成像来研究其在体内的生物分布和去向。如本文所使用的，术语线圈是指用于采集磁共振成像数据的射频天线。术语线圈可以指单个天线在磁共振成像数据的采集期间执行射频信号的发射和接收这两者的情况，或者，其可以指发射和接收天线。此外，考虑了包含多个单个元件的针对所提到的任一种情况的阵列配置。如本文所使用的，术语超极化造影剂是指在磁共振成像数据的采集期间用作造影剂的超极化材料。超极化造影剂在蒸发之前可以是液体或固体的形式。在使用之前，可以使用诸如动态核极化(DNP)的过程或任何其他适当的过程来使超极化造影剂极化。除了诸如He和Xe的惰性气体之外，还可以将超极化造影剂的极化核嵌入生物相容性分子中。可以用于制造超极化造影剂的同位素包括7Li、13C、14N、15N、170、19F、23Na、31P。由于将同位素嵌入生物相容性分子中是有益的，因而由于许多身体分子中的碳的存在而对13C特别感兴趣。14N和17O也提供了更容易地整合至生物相容性分子中的可能性。磁共振成像(MRI)数据在本文中被定义为在磁共振成像扫描期间由磁共振装置的天线通过原子自旋而发射的射频信号的记录的测 量。磁共振成像(MRI)图像在本文中被定义为磁共振成像数据内所包含的解剖数据的重建的二维或三维可视化。这种可视化能够使用计算机系统来执行。计算机系统在本文中被定义为计算机或一批计算机。对于磁共振成像而言，单个计算机可以用于操作和执行对磁共振成像数据的分析。然而，这项功能常常分布在许多不同的计算机之间，并且，可以存储磁共振成像数据，以供稍后由计算机或计算机系统进行分析。本发明提供了用于在磁共振成像检查期间将超极化蒸气分配至受检者的分配器。分配器包括用于面罩的附接部件，面罩适于容纳受检者的表面，使得在受检者吸气时，超极化蒸气进入受检者的呼吸系统。分配器还包括适于容纳超极化造影剂的储存器。分配器还包括连接至附接部件的气体流管。分配器还包括用于使气体流中的超极化造影剂蒸发成超极化蒸气的蒸发器。分配器还包括用于控制蒸发器何时使超极化造影剂蒸发的控制器。附接部件允许面罩或管中的面罩附接至分配器。这是有益的，因为可以使用磁共振成像装置系统来处置多于一个患者。在这种情况下，使用能够移除和清洁的一次性面罩将是有益的。储存器适于容纳超极化造影剂，后者为固体或液体形式。存在着气体流管，在该气体流管中，使超极化造影剂蒸发。控制器控制蒸发器何时使超极化造影剂蒸发。这是特别有益的，因为超极化造影剂可能极其昂贵，并且一次可能仅有非常小的量可用。这使在检查期间所使用的超极化造影剂的量最小化。控制器可以通过若干种不同的方式操作，例如，在允许超极化造影剂的分配时，控制器能够从磁共振成像系统接收信号。控制器还能够通过具有检测受检者的呼吸周期的某种传感器系统来操作。例如，可以在面罩或气体流管或将附接部件连接至面罩以便在受检者呼吸时进行检测的管中的某个点处测量压力或流量或者温度。控制器还能够通过从磁共振成像系统接收信号以及通过使用传感器系统而进行控制。在本发明的实施例中，分配器还包括与储存器邻近的核磁共振线圈。核磁共振线圈适于在连接至核磁共振装置时测量超极化造影剂的极化度。这是有利的，因为能够测量超极化造影剂的极化度。核磁共振装置在本文中被定义为使用核磁共振来测量样本的材料性质的装置。在本发明的实施例中，储存器适于以液体形式存储超极化造影剂。这是有利的，因为能够以固体形式生成超极化造影剂，然后，使超极化造影剂液化并放入储存器中，然后，使超极化造影剂蒸发。在实施例中，储存器适于以固体形式存储超极化造影剂。分配器还包括适于使超极化造影剂在蒸发之前液化的加热器。该实施例是有利的，因为在超极化造影剂仍然为固体形式时，超极化造影剂的寿命更长。在超极化过程期间，超极化造影剂可能富含促进超极化过程的化学物质。这些化学物质可能是有毒的。在准备液体超极化造影剂时，使固体超极化造影剂融化，并在将任何有毒化学物质施予至受检者之前，滤除有毒化学物质。如果使用固体造影剂，则将过滤器并入分配器或药筒中可能是有益的，该药筒纳入用于超极化造影剂的分配器的储存器中。使固体超极化造影剂融化，该造影剂通过过滤器以去除任何有毒化学物质，然后，使该造影剂蒸发。在另一实施例中，加热器适于使超极化造影剂以等于蒸发速率的速率融化。该实施例是特别有利的，因为超极化造影剂以精确地正确速率离开固体形式。这意味着超极化造影剂将具有更长的寿命。在另一实施例中，分配器还包括适于检测受检 者的吸气和呼气的呼吸传感器。控制器适于控制蒸发器，使得仅在受检者吸气期间使超极化造影剂蒸发。该实施例是有利的，因为不浪费超极化造影剂。呼吸传感器能够以通过各种方式实施，例如，可以测量通过气体流管的气体流，可以使用压力传感器检测受检者何时不呼吸，或者，甚至可以通过使用温度传感器确定从受检者的呼吸系统排出的气体的温度。能够使用温度传感器、气体流量传感器和/或压力传感器来实施呼吸传感器。在另一实施例中，控制器适于从磁共振成像系统的计算机接收指令。计算机系统适于指导控制器何时允许蒸发器使超极化造影剂蒸发。该实施例是有利的，因为在成像序列期间，仅在必要时施予超极化造影剂。如果超极化造影剂的寿命极其短，那么，除非磁共振成像系统正出于对超极化造影剂的浓度进行成像的目的而采集磁共振成像数据，否则分配超极化蒸气是无用的。 在另一实施例中，使用气雾器来使超极化造影剂蒸发。气雾器在本文中被理解为出于汽化或蒸发的目的将液体喷射成气体流的设备。该实施例是有利的，因为能够将液体超极化造影剂喷射成气体流并使该造影剂蒸发。在另一实施例中，使用压电振动器来使超极化造影剂蒸发。这可以采用填充有超极化造影剂的储存器的形式，或者，可以采用将超极化造影剂喷射至气体流中的压电喷嘴的形式。在另一实施例中，储存器适于以固体形式存储超极化造影剂。蒸发器包括粉碎器(chopper)，粉碎器适于将超极化造影剂粉碎成足够小的颗粒，从而颗粒在被受检者吸入之前融化或蒸发。该实施例是有利的，因为它使被受检者吸入之前的超极化造影剂的寿命最大化。在另一实施例中，储存器适于容纳含有超极化造影剂的药筒。这是有利的实施例，因为药筒提供了一种将超极化造影剂带入分配器中的方便的方式。在另一实施例中，分配器还包括适于保持至少两个药筒的药筒保持器。药筒保持器适于自动地改变将哪个药筒安装于储存器中。该实施例是有利的，因为能够准备超极化造影剂，以供在长期的时期期间使用。在检查的过程期间或在若干不同的检查过程期间，能够将超极化造影剂自动装入到储存器中。在另一实施例中，分配器还包括旁通阀，该旁通阀适于选择是否将通过气体流管的气体流导向面罩或导向清洁出口，该清洁出口用于在自清洁程序期间排出。控制系统适于控制旁通阀，以便在自清洁程序期间使气体流导向清洁出口。该实施例是有利的，因为如果系统无需拆卸和清洁，则系统能够在长期的时期期间使用。在另一实施例中，气体流管的至少一部分具有适于使超极化蒸气的凝结物再次蒸发的电加热器。该实施例是有利的，因为超极化材料可能在气体流管上凝结。该实施例使得超极化造影剂的使用更有效，并且，能够与自清洁程序协同使用。在另一实施例中，分配器、面罩和/或药筒可以具有用于识别的RFID标签。在另一实施例中，分配器、面罩和/或药筒可以具有条形码。在另一实施例中，分配器、药筒和/或面罩是一次性的。在另一方面，本发明提供了一种磁共振成像系 统，该磁共振成像系统适于采集磁共振成像图像，包括用于生成用于对核的磁自旋进行取向的磁场的磁体。磁体可以是超导磁体、电阻式磁体或超导磁体与电阻式磁体的组合。还可以使用环形磁体或所谓的开放型磁体。磁共振成像系统还包括射频系统，该射频系统包括被校准以采集质子的磁共振成像数据的第一线圈。射频系统还包括被校准以针对超极化造影剂采集磁共振成像数据的第二线圈。应当理解的是，第一线圈和第二线圈可以整合成单个线圈组件，并且，可以共享共同的部分。基本上，第一线圈和第二线圈可以是相同的线圈。磁共振成像系统还包括用于对核的磁自旋的取向进行空间编码和操控的磁场梯度线圈。磁共振成像系统还包括用于将电流供给至磁场梯度线圈的磁场梯度电源。磁共振成像系统还包括用于从磁共振成像数据构建图像以及用于控制磁共振成像系统的操作的计算机系统。在本文中应当理解的是，计算机系统可以是指一个或多个计算机嵌入式系统或控制器。如先前所提到的，在某些情况下，一个计算机控制磁共振成像系统，而另一计算机或计算机系统从数据重建图像。磁共振成像系统还包括根据本发明的实施例的分配器。在另一实施例中，分配器的储存器以相对于磁体的磁场固定的位置进行安装。选择所述位置，使得磁体的磁场保持对超极化造影剂的超极化。该实施例是有利的，因为磁场有助于增加超极化造影剂的寿命。在另一方面中，本发明提供了一种使用根据本发明的实施例的磁共振成像系统来采集受检者的磁共振成像系统的方法。该方法包括使用第一线圈来从受检者的感兴趣区域内采集第一组磁共振成像数据的步骤。校准第一线圈，以采集质子磁共振成像数据。质子磁共振成像数据是指使用氢原子的磁共振成像数据的采集。在受检者体内，将氢分子并入诸如水、脂肪或身体组织的分子中。该方法还包括使用第一组磁共振成像数据和模型来利用计算机系统校准第二射频线圈。该步骤是特别有利的，因为超极化造影剂的寿命极其小，校准第二线圈不一定实用，而代之将模型与第一组磁共振成像数据协同使用以构建校准更为实用。模型能够以多种不同的方式构建；能够通过将来自第一线圈的磁共振成像数据与制造第二射频线圈所进行的测量相关联而以经验为主地引导模型。还能够使用受检者的射频模型并使用利用第一线圈获得的关于受检者的信息来对射频范围内的可能响应是什么进行建模来构建校准。该方法还包括使用分配器来对受检者施予超极化蒸气。该方法还包括使用第二线圈在感兴趣区域中采集第二组磁共振成像数据。该方法还包括使用计算机系统从第二组磁共振成像数据构建磁共振成像图像。在本文中，应当理解的是，计算机系统不一定处于与磁共振成像系统相同的物理位置。例如，一批计算机能够通过网络链接而连接至磁共振成像系统。下文将仅通过示例并参考附图来描述本发明的优选实施例，在附图中图I图示了根据本发明的实施例的磁共振成像系统；图2示出了根据本发明的实施例的方法的流程图；图3图示了根据本发明的实施例的分配器；图4图示了根据本发明的又一实施例的分配器；图5图示了根据本发明的又一实施例的分配器； 图6图示了根据本发明的又一实施例的分配器；图7图示了根据本发明的实施例的具有药筒保持器的分配器；图8图示了根据本发明的又一实施例的具有药筒保持器的分配器；图9图示了根据本发明的又一实施例的具有药筒保持器的分配器；图10图示了根据本发明的实施例的磁共振成像系统的功能框图；图11示出了根据本发明的实施例的又一方法的流程图；图12图示了根据本发明的又一实施例的分配器；图13图示了解释在自清洁操作期间使用的旁通阀的操作的图解；图14图示了根据本发明的实施例的整合至气体流管中的加热系统；以及图15示出了根据本发明的实施例的又一方法的流程图。参考标记列表100 磁共振成像系统102 磁体104 第一线圈106 第二线圈108 射频收发器110 磁场梯度线圈112 磁场梯度线圈电源114 受检者116 受检者支撑物118 感兴趣区域120 计算机系统122 硬件接口124 用户接口126 微处理器128 计算机程序产品130 模型模块132 分配器134 药筒136 附接部件138 面罩140 具有固定于102的磁场的位置的区域300 储存器
302气体入口304超极化造影剂400电气控制402用于控制器和传感器的电子器件404阀406气体流管
408液体流管410至附接部件的出口412喷嘴414支撑物500旁通阀502清洁出口504显示气体流的方向的箭头506显示振动的幅度的箭头508液滴510压电致动器600置602用于压电致动器的支撑物606振动喷嘴700药筒保持器702旋转的方向900药筒保持器1000控制台1002磁共振成像波谱仪1004磁共振成像磁体和磁场梯度1200冷冻超极化造影剂1202致动器1204冷却系统1206旋转粉碎器1208旋转的方向1210冷冻颗粒1400电加热系统



一种分配器(132)、磁共振成像系统(100)以及用于在磁共振成像检查期间使用超极化造影剂(304)的方法。分配器包括用于面罩(138)的附接部件(136)。面罩适于容纳受检者(114)的表面，使得在受检者吸气时，超极化造影剂进入受检者的呼吸系统。分配器还包括适于容纳超极化造影剂的储存器(300)。分配器还包括连接至附接部件的气体流管(406)和用于将气体流管中的超极化造影剂蒸发成超极化蒸气的蒸发器(406、408、412、510、602、606)。分配器还包括用于控制蒸发器何时使超极化造影剂蒸发的控制器(402)。