(57)【要約】【課題】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実現する。【解決手段】保存手段４を、磁気共鳴撮像装置の主磁場コイル部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、混合ガスパイプ４０に含まれる混合ガス中の超偏極状態のキセノンを、超偏極状態のまま、窒素パイプ２１０の液体窒素で冷却し、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、被検体の撮像の際には、加温パイプ２２０による加温により、超偏極状態のキセノンを気体状態とし、被検体に吸引させる、廉価な超偏極希ガス供給システムを実現させる。【選択図】        図２
2005021323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
超編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、前記超編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磁気共鳴撮像装置。
【請求項２】
前記保存手段は、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請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項３】
前記保存手段は、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請求項２に記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項４】
前記保存手段は、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請求項１に記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項５】
前記多層パイプは、前記同心円の中心に位置する中空断面に、前記混合ガスが注入されることを特徴とする請求項４に記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項６】
前記多層パイプは、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請求項５に記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項７】
前記混合ガスパイプ、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は、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請求項２あるいは６のいずれか１つに記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項８】
前記保存手段は、さらに前記磁気共鳴撮像装置が、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請求項１ないし７のいずれか１つに記載の磁気共鳴撮像装置。
【請求項９】
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、前記超編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、
を特徴とする超偏極希ガス供給システム。
【請求項１０】
前記供給手段は、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請求項９に記載の超偏極希ガス供給システム。
【発明の詳細な説明】
【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、超編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、前記超編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、超編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、超編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、超編極状態の希ガスを、超編極状態のまま、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、超編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、前記超編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、超編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、超編極状態の希ガスを、超編極状態のまま、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、超編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（ｍａｇｎｅｔ  ｓｙｓｔｅｍ）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（ｓｃａｎ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）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（ｄｉｇｉｔａｌ  ｄａｔａ）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（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等のグラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ  ｄｉｓｐｌａｙ）で構成される。また、操作部７９０はポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）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（ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ  ａｒｒａｙ）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、超編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、超編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、超編極状態の希ガスを、超編極状態のまま、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、超編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編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
７１０  ＲＦ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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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