一種基于超極化氣體的便攜式儲存和回收裝置的制作方法

本發明涉及磁共振成像技術，尤其涉及的是一種基于超極化氣體的便攜式儲存和回收裝置。

背景技術：

隨著大氣污染的日益加劇，肺部患病率也逐年顯著提高。有研究顯示，十幾年來，肺癌已經躍居惡性腫瘤之首，嚴重威脅著人類的健康。肺部作為乏水器官，氫質子密度僅為人體其它組織的十分之一，而傳統的mri主要利用生物體內較高的氫質子密度對組織進行成像，所以傳統成像方法對于肺部并不適用，很難判斷肺部的早期病變，導致絕大多患者就醫時已至肺病中晚期，喪失了手術治療的最佳時機。針對此現狀提出的將超極化氣體應用于肺部的核磁共振成像(mri)方法，可以獲得高質量的肺部功能圖像，對于觀察肺部的早期病變有重要意義，具有廣闊的發展前景。

目前，主要通過自旋交換光泵浦方法(seop)獲得超極化氣體，但是氣體極化后，極易受周圍環境因素的影響而迅速退極化，導致其存儲、轉運困難，很難應用于臨床試驗中。因此如何減緩超極化氣體的退極化速度對實際應用非常關鍵。另外考慮到地球上可用于肺部mri的超極化氣體，諸如³he、¹²⁹xe等儲量較少且價格非常昂貴，對氣體的回收也顯得尤為重要。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種基于超極化氣體的便攜式儲存和回收裝置。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于超極化氣體的便攜式儲存和回收裝置，包括儲存裝置和回收裝置，所述儲存裝置包括一個箱體，所述箱體內設置有相互獨立的第一氣室和第二氣室，所述第一氣室內設置有第一螺線管線圈，所述第一螺線管線圈內設置有極化腔體，所述極化腔體存儲有超極化氣體，所述第二氣室內設置有第二螺線管線圈，所述第二螺線管線圈內設置有多層托盤，所述托盤內放置有氣體儲存袋，所述箱體內設置有用于給第一螺線管線圈和第二螺線管線圈供電的電源模塊；

所述回收裝置包括t型閥、提存單元、氣體回收袋，所述t型閥包括第一接口、第二接口和第三接口，所述第一接口和第二接口位于同一水平線上，所述第一接口內設置有第一膜片，所述第二接口內設置有第二膜片，所述t型閥的第一接口通過第一支管連接所述儲存裝置的氣體儲存袋，所述t型閥的第二接口通過第二支管連接所述提存單元，所述t型閥的第三接口通過第三支管連接有呼吸面罩，所述第三支管上設置有過濾器，所述提存單元包括依次連通的三個腔室，所述三個腔室從靠近所述第三支管的一側開始依次為第一腔室、第二腔室和第三腔室，所述第一腔室內懸浮設置有用于過濾氧氣的氧氣過濾劑，所述第二腔室內懸浮設置有用于過濾水蒸汽的水蒸汽過濾劑，所述第三腔室內懸浮設置有用于過濾二氧化碳的二氧化碳過濾劑，所述第三腔室外側通過第四支管連接有氣體回收袋。

作為上述技術方案的優選實施方式，所述第一腔室和第二腔室之間通過第一通道相連通，所述第二腔室和第三腔室之間通過第二通道相連通，所述第一通道和第二通道內均設置有隔網。

作為上述技術方案的優選實施方式，所述托盤呈擴口結構。

作為上述技術方案的優選實施方式，所述第一支管、第二支管、第三支管、第四支管均為塑料支管。

本發明相比現有技術具有以下優點：

1、本發明提供的儲存和回收裝置，包括儲存裝置和回收裝置，儲存裝置結構簡單，攜帶方便，能夠在一定時間內保持超極化氣體的極化度。協同回收裝置可構成一個整體，克服了傳統超極化氣體在運輸和操作中迅速退極化的問題，，為以后臨床大范圍應用提供了可能性。

2、本發明將儲存裝置分隔為二個氣室，其中第一氣室主要用于放置載有極化氣體的封閉的極化腔體，因極化腔體和氣體儲存袋內裝的極化氣體相同，所以通過測量極化腔體內超極化氣體的極化度，就相當于間接測量氣體儲存袋內極化氣體的極化度。第二氣室用于存放裝有超極化氣體的氣體儲存袋，其主要目的是協同回收裝置，幫助患者吸入放置在儲存袋內的超極化氣體，進行肺部磁共振成像。儲存裝置分隔為二個氣室，在應用過程中為使用超極化氣體提供便利條件。

3、儲存裝置中第二氣室的托盤結構設計新穎，多層托盤可同時存放多個氣體存儲袋，另外具體到每層托盤的設計時，考慮到保證每層的氣體存儲袋放置需固定牢靠，特別設計為擴口結構。

4、回收裝置中便攜式呼吸面罩結合特殊的結構設計，克服了傳統系統體積龐大，不易攜帶的缺點。這種特殊的結構設計不但實現了對昂貴的超級化氣體的回收，而且結合磁共振儀器對基于超極化氣體的肺部實現清晰成像。

5、各單元連接的管道、提純單元的三個腔室和t型閥均選用塑料材質。超極化³he氣體，其原子比氟小，為了避免泄漏，塑料支管均需優選聚烯烴(聚乙烯，聚丙烯或者為它們的共聚物和混合物)，而不能選擇聚氟烯烴。塑料材質的選用使回收裝置重量輕、結構簡單緊湊。

附圖說明

圖1是本發明的儲存裝置結構示意圖；

圖2是本發明的第二氣室的整體結構示意圖；

圖3是本發明的托盤的結構示意圖；

圖4是本發明的氣體儲存袋的結構示意圖；

圖5是本發明的回收裝置結構示意圖；

圖中標號：1-第一氣室；2-極化腔體；3-第一螺線管線圈；4-第二氣室；5-第二螺線管線圈；6-托盤；7-屏蔽板；8-運行電路板；9-電源模塊；10-電源線；11-儲存袋閥門；12-袋體；13-氣體儲存袋；14第一支管；15-第一膜片；16-t型閥；17-第三支管；18-過濾器；19-面罩；20-人體；21-第二膜片；22-第二支管；23-第一腔室；24-第二腔室；25-第三腔室；26-第四支管；27-氣體回收袋；

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例以本發明技術方案為基礎，給出了詳細實施方式和具體操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

參見圖1至圖5，本實施例公開了一種基于超極化氣體的便攜式儲存和回收裝置，包括儲存裝置和回收裝置。儲存裝置將裝有超極化氣體的氣體儲存袋，遠距離運輸到目的地后，將氣體儲存袋內的超極化氣體吸入肺部，進行磁共振成像，通過回收裝置對成像結束后呼出的氣體進行回收，從而最大程度的避免珍貴氣體的浪費。回收裝置可以拆分成若干部分放入儲存裝置的箱體內，在到達臨床試驗地點處取出，并進行組裝。

參見圖1，儲存裝置包括一個箱體，箱體內設置有相互獨立的第一氣室1和第二氣室4，第一氣室1內設置有第一螺線管線圈3，第一螺線管線圈3內設置有極化腔體2，極化腔體2內存儲有超極化氣體。第二氣室4內設置有第二螺線管線圈5，第二螺線管線圈5內設置有多層托盤6，托盤6呈擴口結構，托盤6內放置有氣體儲存袋13；由第一螺線管線圈3提供固定均勻磁場，箱體內還設置有用于給第一螺線管線圈3和第二螺線管線圈5供電的電源模塊9，螺線管線圈至少包括一個載流天線。

儲存裝置能在一定時間內維持超極化氣體極化度，保證極化氣體在數個小時內不退極化，從而可以從生產地點運輸至臨床地點對患者進行肺部成像。該系統能夠使超極化氣體免于振蕩磁場、電磁噪聲和電磁干擾等外部環境影響的去極化作用。儲存裝置的箱體外殼采用的是具有一定表層深度的導電材料，這種材料使得第一氣室1和第二氣室4內的超極化氣體免受由外部磁場產生的電磁干擾，并提供有力的機械支撐和保護。

儲存裝置中的第一氣室1主要用于放置裝有極化氣體的極化腔體2，在應用過程中需通過測量極化腔體2內超極化氣體的極化度，間接判斷氣體儲存袋13內相同極化氣體是否可以用于臨床試驗。第二氣室4主要用于放置裝有超極化氣體的氣體儲存袋13，考慮到氣體儲存袋13可以通過壓縮袋子便可排盡氣體，其具備良好的貯存和運輸功能。相反，若采用剛性容器，其通常需要更為精細的氣體抽取裝置，操作繁瑣。協同回收裝置是在患者吸入氣體儲存袋13內的超極化極化氣體進行肺部成像后，再對患者呼出的氣體進行過濾處理，最終得到粗提純的超極化氣體。儲存裝置中的第二氣室4內可放置多個氣體儲存袋13，并通過托盤6予以固定，托盤6由非導電且有利于極化的材料制成。可在第二氣室4內設計制多層托盤6，每一層托盤6存放一個氣體儲存袋13，最大的限度不影響氣體儲存袋13內超極化氣體的極化度。為了保證氣體儲存袋13具有非常好不可滲透性，其由四層不同材料制成。由內至外，最內層由低密度聚乙烯制成，可形成有利于極化的表面、保持長時間的極化度。第二層為鋁制成，可制止氧滲透；第三層為聚乙烯制成；最外層由聚對苯二甲酸丁二酯制成。這種具有復合層結構的袋容器顯示出其校正的弛豫時間t1(只由材料造成的)約為14h,而在一個大氣壓(101kpa)下，其氧滲透率顯著小于約3×10^-8amgt/min。

儲存裝置中的運行電路板8和螺線管線圈、電源相連，故放置在內部安裝的印刷線路板上。由于運行電路板8中會不可避免的使用部分磁活性材料和元件，考慮到這種材料對第一氣室1和第二氣室4會產生一定的影響，為此運行電路板8與第一氣室1和第二氣室4需保持足夠的距離，避免導致第一氣室1和第二氣室4產生過度的梯度弛豫。

電源模塊9中的電源是12v的dc電源，通過電流調節裝置，向第一螺線管線圈3和第二螺線管線圈5提供100ma～200ma可調節的電流，從而保證產生固定磁場維持超極化氣體的極化度。

回收裝置包括t型閥16、提存單元、氣體回收袋27，t型閥16為三通接頭為塑料材質，包括第一接口、第二接口和第三接口，第一接口和第二接口位于同一水平線上，第一接口內設置有第一膜片15，第二接口內設置有第二膜片21，通過吸入和呼出氣體的壓力差控制第一膜片15和第二膜片21的關斷進而對氣體產生隔離。t型閥16的第三接口通過第三支管17連接有呼吸面罩19。t型閥16的第一接口通過第一支管14連接儲存裝置的氣體儲存袋13，t型閥16的第二接口通過第二支管22連接提存單元，提存單元包括依次連通的三個腔室，三個腔室從靠近第三支管17的一側開始依次為第一腔室23、第二腔室24和第三腔室25，第一腔室23內懸浮設置有用于過濾氧氣的氧氣過濾劑，第二腔室24內懸浮設置有用于過濾水蒸汽的水蒸汽過濾劑，第三腔室25內懸浮設置有用于過濾二氧化碳的二氧化碳過濾劑，第二腔體外側通過第四支管26連接有氣體回收袋27。第一支管14、第二支管22、第三支管17、第四支管26均為塑料支管。出于衛生的考慮，在連接面罩19和t型閥16的第三接口之間加一個特殊的過濾器18，可以過濾掉人體吸入和呼出氣體中高達99.99％的細菌和病毒。除此之外該過濾器18還同時兼有防止氣體冷凝和除濕的功效。

其中，第一腔室23和第二腔室24之間通過第一通道相連通，第二腔室24和第三腔室25之間通過第二通道相連通，第一通道和第二通道內均設置有隔網。

一般的，由于氮氣屬于惰性氣體，暫可不予考慮。分別對呼出的二氧化碳，氧氣和水蒸汽進行過濾提純。氧氣過濾劑采用脫氧劑，水蒸氣過濾劑采用吸附干燥劑，二氧化碳過濾劑采用二氧化碳吸附劑。例如超極化³he氣體，由于其原子比氟小，為了避免泄漏，氧氣過濾劑，水蒸氣過濾劑，吸附干燥劑均盛放于由聚烯烴材料制成特殊形狀的塑料腔體即第一腔室23、第一腔室23、第三腔室25中。

打開氣體儲存袋13內上方的閥門，其袋內具有一定極化度超極化氣體經由第一支管14、t型閥16的第一接口、第三接口和第三支管17，人體通過面罩19吸入氣體儲存袋13內超極化氣體，此時第一接口內第一膜片15由于吸入氣體壓力差打開，第二接口內第二膜片21處于關閉狀態，關閉氣體儲存袋13上方的閥門。當吸入超極化氣體至肺部時進行mr成像，成像結束后，呼出氣體，呼出的氣體主要包括氮氣、二氧化碳、氧氣、水蒸氣和已經退極化的氣體。呼出氣體經由第三接口、第二接口、第二支管22、提純單元、第四支管26最終進入氣體回收袋27內，關閉氣體回收袋27上方的閥門，實現氣體提純回收，此時第二接口內第二膜片21由于呼出氣體壓力差打開，第一接口內第一膜片15處于關閉狀態。

以下以超極化³he氣體為例來對本實施例提供的儲存和回收裝置的工作過程如下：

(1)為了保證用于人體肺部成像的超極化³he氣體具有較高的極化度，首先通過儲存裝置將裝有一定極化度超極化³he氣體的儲存袋13運至指定地點，待需進行試驗時，再將氣體儲存袋13拿出。

(2)調整安裝好回收裝置，并令人體站到磁共振設備指定位置后，帶上面罩19。準備開始進行肺部成像試驗。

(3)一切準備就緒，打開氣體儲存袋13上方的儲存袋閥門11，由人體從面罩19吸入氣體，由于吸入氣體導致壓力差，使得第一膜片15打開，第二膜片21關閉，氣體儲存袋13內的氣體經由第一支管14、t型閥16的第一接口、第三接口和第三支管17，人體吸入具有一定極化度的超極化³he氣體并至肺部，屏住呼吸快速進行肺部成像。

(4)然后由人體呼出含有³he氣體的混合氣體，由于呼出壓力差的原因，第一膜片15關閉，第二膜片21打開。呼出氣體經由第三接口、第二接口、第二支管22、提純單元、第四支管26最終進入氣體回收袋27內，通過提純單元的第一腔室23、第二腔室24、第三腔室25中分別濾除掉混合氣體中氧氣、二氧化碳、水蒸氣。現在剩余的混合氣體主要含有³he氣體、氮氣。

(5)最后混合氣體主要為³he氣體、氮氣通過第四支管26進入到氣體回收袋27內進行回收，關閉氣體回收袋27上方的閥門。

以上所述僅為本發明的示例性實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。