(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を換気するための換気フロー経路を有する換気器システムであって、
マスフロー制御装置と、
前記マスフロー制御装置の下流側でこれと連通して配置された気体伝達バルブであって、複数種の気体を被検体に選択的に分配するように構成された気体伝達バルブと、
前記気体伝達バルブと流体連絡する第１の気体源と、
前記気体伝達バルブと流体連絡する第２の気体源と、
前記気体伝達バルブの上流側に配置された第１の圧力センサと、
前記気体伝達バルブの下流側に配置された第２の圧力センサと、
前記第１及び第２の圧力センサ並びに前記マスフロー制御装置と動作可能に関連付けされた制御装置であって、前記第１及び第２の圧力センサによって計測された圧力並びに前記マスフロー制御装置の流量をモニタリングし、前記第１の圧力が実質的に定常状態にあるときの前記マスフロー制御装置の流量の読み値を使用して伝達される１周期ボリュームを自動的に決定するように構成された制御装置と、
を備える換気器システム。
【請求項２】
前記制御装置は、第１の圧力センサによって計測される圧力が過偏極された気体の伝達の間に実質的に一定となるように前記マスフロー制御装置の流量を自動調整するように構成されており、
前記第１の気体源は偏極気体源でありかつ前記第２の気体源は未偏極気体源であると共に、該システムはさらに前記気体伝達バルブと流体連絡する気管チューブを備えており、前記気体伝達バルブは呼気時に吐いた息が通気できるようにする通気ポートを備えるように構成されており、かつ前記気体伝達バルブはある呼吸停止期間を伴って選択可能な毎分呼吸数及び吸息／呼息比で動作すると共に偏極済み気体を単独でまたは未偏極気体と一緒に選択的に伝達するように構成されている、請求項１に記載の換気器システム。
【請求項３】
前記制御装置は、伝達１周期ボリュームを以下の数学的関係、
流量／頻度＝１サイクルあたり排出されるボリューム        （式１）
（上式において、流量は第１の圧力が実質的に安定または一定であるときに得られるマスフロー制御装置の流量であり、かつ頻度は毎分の呼吸数である）
を用いて決定するように構成されており、
さらに、前記制御装置と連絡した温度モニタを備え、
前記温度モニタは、動作時に被検体を所望の温度まで加温するかつ／または冷却するように構成された熱源と連絡している、請求項１に記載の換気器。
【請求項４】
マスフロー制御装置と、気管チューブと、過偏極気体及び少なくとも１つの未偏極気体を伝達するように構成された気体伝達バルブとを備える換気器システムの作動方法であって、
前記気体伝達バルブの上流側の第１の圧力センサで計測された前記換気器システム内の第１の圧力をモニタリングする工程と、
前記気体伝達バルブの下流側の第２の圧力センサで計測された前記換気器システム内の第２の圧力をモニタリングする工程と、
前記第１の圧力が実質的に一定であるときに前記マスフロー制御装置の読み値を取得する工程と、
伝達される過偏極気体の１周期ボリュームを、前記取得したマスフロー制御装置読み値を用いて現場で自動的に決定する工程と、
を含むプロセスを、前記第１及び第２の圧力センサ並びに前記マスフロー制御装置と動作可能に関連付けされた制御装置によって行う方法。
【請求項５】
前記換気器システムは前記気体伝達バルブの上流側に配置された可変流量マスフロー制御装置を含んでおり、前記プロセスが、過偏極気体の換気伝達中に実質的に一定の第１の圧力を維持するように前記マスフロー制御装置の流量を自動的に動的調整する工程をさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記プロセスが、所望の１周期ボリュームが選択された状態の１周期ボリューム動作モードまたは所望のピーク吸気圧力が選択された状態のピーク吸気圧力動作モードを選択するためのユーザ入力を受け付ける工程をさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記プロセスが、前記気管チューブの遠位端部分が閉じている間に取得した圧力計測値に基づいて固定の幾何学ボリュームを決定する工程と、決定された１周期ボリュームから該固定の幾何学ボリュームを差し引く工程と、をさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項８】
過偏極された気体を被検体に伝達するためのシステムであって、
過偏極気体及び少なくとも１つの未偏極気体を被検体に伝達するように構成された気体伝達バルブと、
前記気体伝達バルブの上流側に配置されたマスフロー制御装置と、
前記気体伝達バルブの下流側に配置された気管チューブと、
前記気体伝達バルブの上流側において換気器システム内の第１の圧力をモニタリングするための手段と、
前記気体伝達バルブの下流側において換気器システム内の第２の圧力をモニタリングするための手段と、
前記マスフロー制御装置の読み値を自動的に取得するための手段と、
前記モニタリングした第１の圧力及び該第１の圧力が実質的に一定であるときに取得した前記マスフロー制御装置の読み値を用いて被検体に伝達される過偏極気体の１周期吸気ボリュームを現場で自動的に決定するための手段と、
を備えるシステム。
【請求項９】
関連する気体伝達バルブ及び気管チューブと共に換気器を使用して過偏極された気体を伝達させるためのコンピュータ・プログラムであって、
前記気体伝達バルブの上流側において換気器システム内の第１の圧力をモニタリングするコンピュータ・プログラム・コードと、
前記気体伝達バルブの下流側において換気器システム内の第２の圧力をモニタリングするコンピュータ・プログラム・コードと、
前記第１の圧力が実質的に一定の圧力で安定しているときにマスフロー制御装置の読み値を取得するコンピュータ・プログラム・コードと、
前記第１の圧力が実質的に一定であるときの前記マスフロー制御装置の読み値を用いて１周期ボリュームを計算するコンピュータ・プログラム・コードと、
を備えるコンピュータ・プログラム。
【請求項１０】
被検体を換気するための換気フロー経路を有する換気器システムであって、
複数種の気体を被検体に選択的に分配するように構成された気体伝達バルブと、
前記気体伝達バルブの上流側に配置されたマスフロー制御装置と、
前記気体伝達バルブと流体連絡する第１の偏極気体源と、
前記気体伝達バルブと流体連絡する第２の気体源と、
前記気体伝達バルブの上流側に配置された第１の圧力センサと、
前記気体伝達バルブの下流側に配置された第２の圧力センサと、
前記気体伝達バルブの上流側に配置された流体チューニング可能なキャパシタンスを有するマニホールド・ラインであって、該流体キャパシタンスは被検体の肺のボリュームに対して少なくとも約１０倍大きいボリュームを有しているマニホールド・ラインと、
を備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＭＲスペクトロスコピー及び／または磁気共鳴撮像（「ＭＲＩ」）を用い
た評価を行うための被検体への偏極済み希ガスの伝達に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏極済みの不活性希ガスによれば、身体内のある種の部位や領域に関して改善されたＮ
ＭＲ信号やＭＲＩ画像の作成が可能である。この目的には、偏極済みのヘリウム３（「３
Ｈｅ」）やキセノン１２９（「１２９Ｘｅ」）などの希ガスが特に適していることが分か
っている。しかしながら、これらの気体の偏極状態は取り扱いや環境条件の影響を受けや
すく、またその偏極状態が望ましくない比較的急激な崩壊を起こす可能性がある。
【０００３】
偏極済みの希ガスの生成及び集積のためには過偏極装置が使用される。過偏極装置は、
ある希ガス原子核（１２９Ｘｅや３Ｈｅなど）の偏極を天然レベルまたは平衡レベル（す
なわち、ボルツマン偏極）を超えて人工的に増強させている。こうした増大によってＭＲ
Ｉ信号の強度が増強されて増大し、これによって医師が身体内の物質に関するより良好な
画像を得ることができるため、こうした増大は望ましい。その開示を参照によって本明細
書に全面的に示したかのようにしてここに組み込むものとする米国特許第５，５４５，３
９６号、同第５，６４２，６２５号、同第５，８０９，８０１号、同第６，０７９，２１
３号、及び同第６，２９５，８３４号を参照されたい。
【０００４】
過偏極された気体を生成させるためには、ルビジウム（「Ｒｂ」）などの光学ポンピン
グされたアルカリ金属蒸気と希ガスを調合することができる。これら光学ポンピングされ
た金属蒸気は、希ガスの原子核と衝突し、「スピン交換（ｓｐｉｎ−ｅｘｃｈａｎｇｅ）
」と呼ばれる現象を通じて希ガスを過偏極させる。アルカリ金属蒸気に対する「光ポンピ
ング（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｕｍｐｉｎｇ）」は、アルカリ金属蒸気に対してそのアルカリ
金属の第１の主共鳴波長（例えば、Ｒｂでは７９５ｎｍ）の円偏向光を照射することによ
って生成される。一般的に述べると、基底状態の原子は励起状態となり、次に引き続いて
崩壊して基底状態まで戻る。適度な磁場（１０ガウス）下において、基底状態と励起状態
の間での原子の循環によって、数マイクロ秒でこれら原子の概ね１００％の偏極を得るこ
とが可能である。この偏極は一般に、アルカリ金属の単独価電子特性によって実行される
。非ゼロ核スピンの希ガスが存在しているため、相互スピン・フリップ「スピン交換」を
通じて価電子の偏極が希ガス原子核に転移されるようにしてアルカリ金属蒸気の原子が希
ガス原子と衝突することがあり得る。別の偏極増強技法が使用されることもある。
【０００５】
偏極過程の後、過偏極された気体は、典型的には、非毒性で医薬品として受容可能な生
成物が形成されるように、患者に投与する前にアルカリ金属から分離される（ここでは、
スピン交換技法が使用されている）。しかしながら、生成中及び／または回収中や回収後
において、過偏極気体は比較的急速に劣化または崩壊する（その過偏極状態が失われる）
可能性があり、したがってその取り扱い、回収、輸送、及び保管を慎重にしなければなら
ない。
【０００６】
従来から幾人かの研究者は、ヘリウムやキセノンなどの過偏極された希ガスを撮像する
ように偏極済み気体を被検体に伝達するための過偏極気体対応の換気器を使用している。
例えば、Ｈｅｄｌｕｎｄらは、「ＭＲ−ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  ｖｅｎｔｉｌａｔｏｒ  
ｆｏｒ  ｓｍａｌｌ  ａｎｉｍａｌｓ；  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｖ
ｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｐｒｏｔｏｎ  ａｎｄ  ｎｏｂｌｅ  ｇａｓ  ｉｍａｇ
ｉｎｇ」（１８  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ、７５３〜７
５９ページ（２０００））において、自身の実験室では換気器が多年にわたってルーチン
で使用されていると述べている。さらに、Ｈｅｄｌｕｎｄらによる「Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍ
ｅｎｓｉｏｎａｌ  ＭＲ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  ｏｆ  ｐｕｌｍｏｎａｒｙ  ｄｙｎａ
ｍｉｃｓ」（Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ（Ｎｅｗ  
Ｙｏｒｋ、ＮＹ、１９９６））、並びにＨｅｄｌｕｎｄらがＡｍｅｒ．  Ｔｈｏｒａｃｉ
ｃ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  １９９８  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ（Ｃｈｉ
ｃａｇｏ、１９９８）において提示した「ＭＲＩ  ｏｆ  ｐｕｌｍｏｎａｒｙ  ａｉｒｗ
ａｙｓ  ｗｉｔｈ  ｈｙｐｅｒｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｈｅｌｉｕｍ；  ａ  ｃｏｍｐｕｔ
ｅｒ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｖｅｎｔｉｌａｔｏｒ  ｆｏｒ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｓｙｎ
ｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｇａｓ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｉｎ  ａｎｉｍａｌ  ｓｔｕｄｉｅｓ」
（換気器テクノロジーを記述している）と題するポスターも参照されたい。さらに、Ｂｌ
ａｃｋ及び共同研究者らは、過偏極気体対応の換気器を使用して、モルモットの肺内の過
偏極された３Ｈｅに関して史上初のインビボ画像とされる画像を作成した。Ｂｌａｃｋら
による「Ｉｎ  ｖｉｖｏ  Ｈｅ−３  ＭＲ  ｉｍａｇｅｓ  ｏｆ  ｇｕｉｎｅａ  ｐｉｇ
ｌｕｎｇｓ」（Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ、１９９（３）、８６７〜８７０ページ（１９９６
））を参照されたい。過偏極された気体や別の呼吸気体を分配するように変更できる周知
の市販の小動物換気器のうちの１つは、ＣＷＥ  Ｉｎｃ．（Ａｒｄｍｏｒｅ、Ｐｅｎｎｓ
ｙｌｖａｎｉａ）がＭｏｄｅｌ  ＳＡＲ−８３０として市販しているものである。
【０００７】
しかしながら、過偏極気体を伝達するために使用される従来の小動物換気器は、動物に
伝達されるボリュームを正確に決定する方法を提供できていない。一般的に言って、従来
の換気器は、動物の肺に伝達されるボリュームを、システム自体によって伝達されるボリ
ュームから分離して適正に決定することができない。例えば従来式のある種の換気器は、
吸気圧力を制御し被検体に対するフロー出力を時間の経過に伴って平均化することによっ
て推定ボリュームを計算する圧力トランスジューサを備えた流量計を使用することを提唱
している。こうした推定値の変動は望ましくない、特に伝達される偏極済み気体量がわず
かでありかつＭＲＩ／ＮＭＲ信号が伝達される偏極済み気体の量、濃度及び偏極レベルに
依存する場合（例えば、ミリモル濃度レンジを用いた小動物の偏極気体検査の場合など）
において望ましくない。
【特許文献１】米国特許第５，５４５，３９６号
【特許文献２】米国特許第５，６４２，６２５号
【特許文献３】米国特許第５，８０９，８０１号
【特許文献４】米国特許第６，０７９，２１３号
【特許文献５】米国特許第６，２９５，８３４号
【特許文献６】米国特許第５，６１２，１０３号
【特許文献７】米国特許第６，４２３，３８７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、動物の肺に伝達される気体量及び／または気体のモル数をより正確に決定
できるシステムが必要とされた状態にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態は、動物伝達箇所において現場で採取された（自動式の）計測値に基
づいて換気分配される偏極済み気体ボリュームを計算できるＭＲＩ対応の改良型過偏極気
体伝達システム、方法、及びコンピュータ・プログラム成果物を提供することができ、こ
れにより：（ａ）既知のまたは計算される吸気または気体の１周期ボリューム（ｔｉｄａ
ｌ  ｖｏｌｕｍｅ）、（ｂ）自動制御式のボリューム伝達、（ｃ）圧力及びボリューム・
パラメータに基づいた現場での流量のリアルタイムまたは動的調整、並びに（ｄ）少なく
とも１つの過偏極気体を含んだ調合気体または選択可能な呼吸気体を提供するための制御
式の換気、のうちの１つまたは複数を提供することができる。
【００１０】
本発明のある種の実施形態は、計測／計算の間に定常状態が維持されるように（すなわ
ち、流入＝流出）フローを調整するために流入及び流出圧力を自動的にモニタリングでき
るフィードバック圧力または流量制御システムを含む。したがって、本発明の実施形態は
、システムと関連付けされたパラメータの現場での自動式評価に基づいて、該システムを
気体伝達バルブの上流側において実質的に一定の圧力に維持することができる。
【００１１】
本発明の具体的な実施形態は、偏極済み気体または気体調合の制御式伝達に関して定常
状態圧力を提供するためにチューニング可能なキャパシタンス・システムを備えるように
構成されている。このキャパシタンスは、システムのフロー経路に付加される、または該
フロー経路から差し引かれる流体を伴うチューニング・キャパシターの役割をする流体を
満たしたシリンジによって提供することができる。
【００１２】
吸気圧力を設定して既知のボリュームの伝達が可能であり、かつ／または吸気ボリュー
ムを設定して既知の圧力の伝達が可能である。
【００１３】
本発明のある種の実施形態は、被検体を換気するための換気フロー経路を有する換気器
システムを目標としている。本システムは、（ａ）マスフロー制御装置（ｍａｓｓ  ｆｌ
ｏｗ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）と、（ｂ）このマスフロー制御装置と連絡すると共に複数
種の気体を被検体に選択的に分配するように構成された気体伝達バルブと、（ｃ）気体伝
達バルブと流体連絡する第１の気体源と、（ｄ）気体伝達バルブと流体連絡する第２の気
体源と、（ｅ）気体伝達バルブの上流側に配置された第１の圧力センサと、（ｆ）気体伝
達バルブの下流側に配置された第２の圧力センサと、（ｇ）第１及び第２の圧力センサ並
びにマスフロー制御装置と動作可能に関連付けされた制御装置であって、第１及び第２の
圧力センサによって計測された圧力並びにマスフロー制御装置の流量をモニタリングし、
第１の圧力が実質的に定常状態にあるときのマスフロー制御装置の流量の読み値を使用し
て伝達される１周期ボリュームを自動的に決定するように構成された制御装置と、を含ん
でいる。
【００１４】
本システムはさらに気管チューブを含むことができ、またこの制御装置は偏極済み気体
の伝達中に第１の圧力センサの位置に実質的に一定の圧力が発生するようにその流量を調
整するように構成することができる。
【００１５】
別の実施形態は、過偏極された気体を被検体に伝達する方法を目標としている。本方法
は、（ａ）マスフロー制御装置と、気管チューブと、過偏極気体及び少なくとも１つの未
偏極気体を被検体に伝達するように構成された気体伝達バルブと、を備えた換気器システ
ムを設ける工程と、（ｂ）この気体伝達バルブの上流側で換気器システム内の第１の圧力
をモニタリングする工程と、（ｃ）この気体伝達バルブの下流側で換気器システム内の第
２の圧力をモニタリングする工程と、（ｄ）第１の圧力が実質的に一定であるときにマス
フロー制御装置の読み値を取得する工程と、（ｅ）この取得したマスフロー制御装置読み
値を用いて被検体に伝達される過偏極気体の１周期吸気ボリュームを現場で自動的に決定
する工程と、を含む。
【００１６】
別の実施形態は、過偏極気体を被検体に伝達するためのシステムであって、（ａ）過偏
極気体及び少なくとも１つの未偏極気体を被検体に伝達するように構成された気体伝達バ
ルブと、（ｂ）気体伝達バルブの上流側に配置されたマスフロー制御装置と、（ｃ）気体
伝達バルブの下流側に配置された気管チューブと、（ｄ）この気体伝達バルブの上流側で
換気器システム内の第１の圧力をモニタリングするための手段と、（ｅ）この気体伝達バ
ルブの下流側で換気器システム内の第２の圧力をモニタリングするための手段と、（ｆ）
マスフロー制御装置の読み値を自動的に取得するための手段と、（ｇ）モニタリングした
第１の圧力及びこの第１の圧力が実質的に一定であるときに取得したマスフロー制御装置
の読み値を用いて被検体に伝達される過偏極気体の１周期吸気ボリュームを現場で自動的
に決定するための手段と、を含んだ伝達システムを目標としている。
【００１７】
ある種の実施形態では、その換気器システムは気体操作バルブの上流側に配置された可
変式マスフロー制御装置を含むことができ、かつその方法は、被検体への過偏極気体の換
気伝達中に実質的に一定の第１の圧力を維持するようにマスフロー制御装置の流量を自動
的に動的調整するように実施することが可能である。
【００１８】
このシステム及び／または方法はさらに、所望の１周期ボリュームが選択された状態の
１周期ボリューム動作モードと所望のピーク吸気圧力が選択された状態のピーク吸気圧力
動作モードのいずれかなど所望の動作モードを選択するためのユーザ入力を受け入れるよ
うに動作することが可能である。
【００１９】
さらに別の実施形態は、被検体を換気するための換気フロー経路を有する換気器システ
ムを目標としている。本システムは、（ａ）複数種の気体を被検体に選択的に分配するよ
うに構成された気体伝達バルブと、（ｂ）気体伝達バルブの上流側に配置されたマスフロ
ー制御装置と、（ｃ）気体伝達バルブと流体連絡する第１の偏極気体源と、（ｄ）気体伝
達バルブと流体連絡する第２の気体源と、（ｅ）気体伝達バルブの上流側に配置された第
１の圧力センサと、（ｆ）気体伝達バルブの下流側に配置された第２の圧力センサと、（
ｇ）気体伝達バルブの上流側に配置された流体チューニング可能なキャパシタンスを有す
るマニホールド・ラインと、を含む。この流体キャパシタンスは、被検体の肺のボリュー
ムに対して少なくとも約１０倍大きいボリュームを有している。
【００２０】
本システムは、第１及び第２の圧力センサにより得られた圧力計測値に応答して流体キ
ャパシタンスを調整するためにマニホールドを選択的に係合するように構成させた少なく
とも１つの固定ボリューム・リザーバ（または、ライン）を含むことができる。本システ
ムは、その内部にある量の流体が入ったシリンジであって、マニホールド・ラインと連絡
しており、かつマニホールドに対して流体を選択的に追加または排除するように構成され
ているシリンジを含むことがある。
【００２１】
上に記載した実施形態に関する動作、特徴、機能及び／または構成のすべて、あるいは
選択された一部は、本発明の企図に応じて、方法、システム、コンピュータ・プログラム
成果物、アセンブリ及び／またはデバイスとして実施されることがある。
【００２２】
本発明に関する上述した目的及び態様、並びにその他の目的及び態様についてここで詳
細に説明することにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
ここで、本発明の好ましい実施形態を図示している添付の図面を参照しながらこれ以降
で本発明をより十分に説明することにする。しかし、本発明は、多くの異なる形式で具現
化されることがあり、また本明細書に示した実施形態に限定されるものと見なすべきでは
ない。全体を通じて同じ番号は同じ要素を表している。図面では明瞭にするために、層（
ｌａｙｅｒ）、領域、あるいは構成要素を誇張していることがある。これら図面において
破線は、特に記載がない場合、任意選択の特徴を示している。
【００２４】
本発明の以下に示す説明では、ある構造の別の構造に対する位置的関係を示すためにあ
る決まった用語を利用することがある。本明細書で使用する場合、「前方向（ｆｏｒｗａ
ｒｄ）」やこれに関する派生表現は、標的気体や標的気体混合物が換気器システムを通過
する際に移動する全般的方向を意味しており、この用語は、製造環境において、作用を受
けているある材料がその製造過程内で別の材料と比べてより遠方まで進んでいることを示
すために頻繁に用いられる「下流側（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）」という用語と同義語であ
るとする意図である。逆に、「後方向（ｒｅａｒｗａｒｄ）」や「上流側（ｕｐｓｔｒｅ
ａｍ）」並びにこれらに関する派生表現は、それぞれ前方向や下流側と反対の方向を意味
している。
【００２５】
さらに本明細書で記載する場合、偏極済み気体は生成され収集されており、また具体的
な実施形態では、ＭＲＩ及び／またはＮＭＲスペクトロスコピーの用途において偏極済み
気体は、冷凍され、解凍され、単独で使用されるかかつ／または別の構成成分と組み合わ
せられることがある。さらに本明細書で使用する場合、「偏極済み気体（ｐｏｌａｒｉｚ
ｅｄ  ｇａｓ）」という用語は、少なくとも１つの偏極させた関心対象気体（３Ｈｅ及び
／または１２９Ｘｅ（ただし、これらに限らない）など）を含んでおり、また所望により
別の担体、調合気体またはバッファ気体など１つまたは複数の別の構成成分を含むことが
ある。さらに、「偏極する（ｐｏｌａｒｉｚｅ）」、「偏極装置（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）
」、「偏極済みの（ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）」その他の用語は、「過偏極する（ｈｙｐｅｒ
ｐｏｌａｒｉｚｅ）」、「過偏極装置（ｈｙｐｅｒｐｏｌａｒｉｚｅｒ）」、「過偏極済
みの（ｈｙｐｅｒｐｏｌａｒｉｚｅｄ）」その他の用語と交換可能に使用されている。
【００２６】
本発明により企図される換気器システム及び気体伝達バルブは、任意の被検体に対して
使用することができると共に、ＮＭＲ及び／またはＭＲＩ手順向けに過偏極気体対応とさ
せることができる。本明細書では検討を簡略とするために選択可能な換気気体の伝達に対
する単一の気体伝達バルブとして記載しているが、離散的な複数のバルブが使用されるこ
ともある。本発明に関する「被検体（ｓｕｂｊｅｃｔ）」は、任意の動物対象とすること
ができると共に、哺乳類（例えば、ヒト、イヌ類、ネコ類、ウシ類、ヤギ類、ヒツジ類、
ウマ類、ゲッシ類、ブタ類、及び／またはウサギ類）であることが好ましい。「小動物（
ｓｍａｌｌ  ａｎｉｍａｌ）」という用語には、マウス、ラット、モルモット、イヌ、ネ
コ、サル、ブタ、及びラビットが含まれる。
【００２７】
偏極済み気体を集積しかつ捕捉するためには様々な技法が利用されてきた。例えば、Ｃ
ａｔｅｓらに対する米国特許第５，６４２，６２５号は偏極済み希ガスのスピン交換のた
めの大体積過偏極装置について記載しており、またＣａｔｅｓらに対する米国特許第５，
８０９，８０１号はスピン偏極した１２９Ｘｅ用の極低温アキュムレータについて記載し
ている。本明細書で使用する場合、「過偏極する」「偏極する」その他の用語は交換可能
に使用されており、ある種の希ガス原子核に対する偏極を天然レベルまたは平衡レベルを
超えて人工的に増強させることを意味している。こうした増大によって、身体の物質や目
標部位に関するより良好なＮＭＲスペクトロスコピー及び／またはＭＲＩ画像に対応した
より強力な撮像信号を得ることができるため、こうした増大は望ましい。当業者であれば
周知であるように、過偏極は光学ポンピングされたアルカリ金属蒸気によるスピン交換に
よって、また別法では準安定性交換（ｍｅｔａｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｅｘｃｈａｎｇｅ）
によって誘導することができる。Ａｌｂｅｒｔらによる米国特許第５，５４５，３９６号
を参照されたい。
【００２８】
具体的な実施形態では、換気する偏極済み気体は１２９Ｘｅや３Ｈｅなどの希ガスとす
ることができる。別の気体及び／または希ガスが単独であるいは組み合わせて使用される
こともある。さらにバッファ気体の形成は、その内容を参照によって本明細書に全面的に
示したかのようにしてここに組み込むものとする米国特許第６，２９５，８３４号に記載
されるようにして使用されることがある。別の実施形態では、その偏極済み気体は、動的
核偏極（ｄｙｎａｍｉｃ  ｎｕｃｌｅａｒ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＤＮＰ）及び／
またはパラ水素誘導偏極（ｐａｒａ−ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｐｏｌａｒｉ
ｚａｔｉｏｎ）を用いて偏極を受けることがあるような１３Ｃ濃度を高めた有機物分子な
どの１３Ｃ及び／または１５Ｎ化合物を成すことがある。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態に従って実行することができる動作を表している。図示のよ
うに、ＭＦＣ（「マスフロー制御装置」）、気管チューブ、及び過偏極気体と未偏極気体
を（選択的に）伝達するように構成された気体伝達バルブを備えた換気器システムが提供
される（ブロック１００）。気体伝達バルブの上流側において換気器システム内の第１の
圧力がモニタリングされる（ブロック１０２）。気体伝達バルブの下流側において換気器
システム内の第２の圧力がモニタリングされる（ブロック１０４）。肺に伝達される過偏
極気体の１周期ボリュームは、第１の圧力が実質的に定常状態にあるときのＭＦＣの流量
を用いて現場で自動的に決定することができる（ブロック１１０）。定常状態とは、圧力
変動が所望の許容誤差内にあり所望の時間間隔内で時間の経過に伴って増減しないことを
意味している。ある種の実施形態では、換気器システムは、過偏極気体の伝達中に実質的
に一定の第１の圧力に維持されるようにＭＦＣ流量を動的に自動制御し調整している。本
システムは、ユーザ選択可能な設定１周期ボリューム・モードとＰＩＰモードのどちらで
システムが動作するかに従って、実質的に一定のＰ１圧力及び／またはＭＦＣから実質的
に一定の流量が選択的に提供されるようにＭＦＣ流量を自動的に動的調整することができ
る（ブロック１０９）。
【００３０】
１つまたは複数の１周期ボリューム（１周期ボリュームは、各呼吸の間におけるボリュ
ーム変化として記述することができる）で伝達される過偏極気体のモル量は、ＭＦＣデー
タを用いて決定された１周期ボリュームに基づいて計算し、標準の温度及び圧力になるよ
うに調整することができる（ブロック１０８）。すなわち、１周期ボリュームは、標準温
度及び圧力において計測することができ、またこの値を標準温度及び圧力におけるこのボ
リュームでのモル値に変換し、これにより被検体の肺に伝達される過偏極気体のモル数の
決定を評価することができる。計測される量は、小動物の換気ではミリモル・レンジとす
ることができる。
【００３１】
図２Ａ〜Ｂは本発明の別の実施形態に従って換気器を動作させて過偏極気体を伝達する
ように実施できる動作を表している。上で検討した実施形態と同様に、この換気器伝達シ
ステムは、ＭＦＣと、気管チューブと、離間させた第１及び第２の圧力センサ（１つを気
体伝達バルブ及び／または気管チューブの上流側に配置させ、また１つを気体伝達バルブ
の下流側及び／または気管チューブの上または内部に配置させる）と、を含むことができ
る。これらのセンサは、動作時に換気器システム内でそれぞれ第１及び第２の圧力Ｐ１、
Ｐ２を自動的に計測するように構成することができる。所望の呼吸サイクル、呼吸数及び
／または吸気率（すなわち、毎分の呼吸数「ＢＰＭ」、並びに吸気／呼気「Ｉ／Ｅ」比）
を設定することができる（ブロック１５３）。この気管チューブは、（動作モードの選択
前、選択中、または選択後に）被検体内でその肺と流体連絡するように位置決めすること
ができる（ブロック１５７）。ＭＦＣ流量は、実質的に一定のＰ１が提供されるように調
整することができる（ブロック１５９）。Ｐ１が定常状態にあるときに、ＰＩＰ（ピーク
吸気圧力）で標準温度及び圧力において換気を受ける被検体の１周期ボリュームを、流量
／頻度＝排出ボリューム／サイクル（典型的には、ｍｌ／サイクルを単位とする、ただし
別の単位を使用することも可能）を用いて計算する、または決定することができる（ブロ
ック１６１）。過偏極気体の伝達量は、計算された１周期ボリュームを用いて現場で出力
することができる（ブロック１６５）。
【００３２】
気管チューブを含む換気システムの気体フロー経路の所定の部分によって、第１の静的
幾何学ボリューム「Ｖ１」が規定される（ブロック１５２）。動作時において、計算され
た１周期ボリュームＶ１’から第１の幾何学ボリューム「Ｖ１」が差し引かれる（ブロッ
ク１５４）、これがある特定の１つまたは複数のＰＩＰに関して（各）呼吸中に排出され
る気体のボリュームとなる。ボリューム補正によって、わずかな量もその結果に影響を及
ぼす可能性があるような小動物に伝達される１周期ボリュームに関するより適正な代表値
、すなわち「より正しい（ｔｒｕｅｒ）」値を提供することができる。固定の幾何学ボリ
ュームＶ１は、既知のまたは計測した寸法を用いて計算することや、気管チューブが閉じ
た状態で第１の圧力が安定しているときに動的に決定することができる。
【００３３】
具体的な実施形態では、気管チューブの遠位端部分（被検体内の最も深い位置にくるこ
とになる端部）には、被検体内に挿入する前にキャップを付けるか、現場で閉じた状態に
する（ブロック１５５）。すなわち、Ｖ１’は、Ｐ１が定常動作状態にあるときのＭＦＣ
の値を用いて決定することができる。下流側の幾何学ボリュームは一定である（チューブ
が閉じた状態にある）ため、Ｖ１は、ＰＩＰと大気圧の間の圧力変化から計算することが
できる。選択された気体は、Ｖ１固定の幾何学評価中は既知の流量で伝達させ、第１の圧
力及びピーク吸気圧力（Ｐ２において計測）が安定、すなわちＰＩＰ中に定常状態となっ
た後に、流入を流出と等しくさせる（すなわち、吸気時のフローを呼気時のフローと等し
くさせる）ことができる（ブロック１５６）。
【００３４】
第１及び第２の圧力をモニタリングしこのデータを用いてシステムの選択された動作パ
ラメータを自動的かつ動的に調整し、これにより所望のピーク吸気圧力に到達させかつ第
１の圧力を安定にすることができる（ブロック１６０）。この動的調整（複数回のことも
ある）を実施すると、偏極済み気体の伝達中に実質的に一定の第１の圧力を維持すること
ができる（ブロック１６２）。システムは、ユーザが設定できる選択可能な異なるモード
に従って動作することが可能であり、したがって、本システムは、吸気ボリュームが決定
され（または、計測され）る設定吸気圧力モード、あるいは吸気圧力が計測される設定１
周期（吸気）ボリューム・モード、を用いて動作することが可能である（ブロック１６６
）。
【００３５】
いずれの場合にも１周期ボリュームが計測される場合、「総」１周期ボリュームＶ１’
（気体伝達バルブの下流側のボリュームを主に表す）が計測される。チューブＶ１のボリ
ューム寄与は、ある特定のＰＩＰ時点で差し引かれることがある。中型動物や大型動物で
は、チューブに関するボリューム補正を必要としないことがある。
【００３６】
図３Ａは、換気器システム１０の一実施形態を表している。図示のように、システム１
０は、制御装置１５と、可変式マスフロー制御装置（ＭＦＣ）１８と、第１の圧力センサ
２１（圧力トランスジューサＰＴ１で示す）と、気体伝達バルブ２５と、第２の圧力セン
サ２７と、気管チューブ３０と、を含んでいる。気体伝達バルブ２５は偏極気体源４３及
び未偏極気体源４３と流体連絡している。ある種の実施形態では、その気体伝達バルブ２
５は、任意選択で、追加的な気体源（本図では機構４７で示す）と連絡させることがある
。マスフロー制御装置１８は、ニューヨーク州、Ｏｒａｎｇｅｂｕｒｇ所在のＡＡＬＢＯ
ＲＧから入手できる電圧制御式コントローラｐ／ｎ  ＤＦＣ２６００（商標）など、可変
較正式のマスフロー制御装置とすることができる。
【００３７】
図３Ａにはさらに、動物被検体５０で示す被検体に対する流入及び流出の方向（矢印で
表示）も示している。呼息すなわち呼気の間において、排気は被検体を出て気管チューブ
３０を通って戻され、通気ポート２５ｖを経由して気体伝達バルブ２５から出て行く。通
気ポート２５ｖは呼息される気体の内容、濃度または比を決定する気体センサ（図示せず
）と流体連絡させることがある。
【００３８】
一般的に言って、動作時においてマスフロー制御装置１８の流量を調整して被検体に対
する所望のボリュームの伝達を制御するために制御フィードバック・システムが使用され
る。このフィードバックは、第１及び第２の圧力センサ２１、２７のモニタリングされた
圧力読み値に基づいている。第１のセンサ２１はマスフロー制御装置１８の近傍で気体伝
達バルブ２５の上流側に配置されている。第２のセンサ２７は動物５０の近傍で気体伝達
バルブ２５の下流側に配置されている。センサ２７は、圧力トランスジューサとすること
や、別のタイプの圧力センサとすることができる。ある種の実施形態では、その第２の圧
力センサ２７は、気管内チューブ自体の内部または該チューブ上に位置決めし、センサ２
７を発生源や目的物にできる限り近づけて配置することによって肺内の圧力の計測を可能
とさせることができる。しかし、マウスその他に使用する場合などで気管チューブ直径が
極めて小さい場合などのある特定の実施形態では、そのセンサ２７が肺の上流側に位置決
めされることがある。気体伝達バルブには、気管チューブをバルブ本体を通して接続する
ためのポートを追加することができる。
【００３９】
ある状況では「流入＝流出」という動作前提を使用することができる。この流入とは、
気体フロー経路の気体伝達バルブの上流側ボリューム内へのＭＦＣからのフローを意味し
ており、またこの流出は、気体伝達バルブの下流側のボリュームを出るフローを意味して
いる。第１のセンサ２１における圧力が換気中に増加し続ける場合、その流量が過大とな
り制御装置１５によってそのフローを動的に低減させることがあり得る。第１のセンサ２
１における圧力が換気中に低下すると、追加的なフローが必要となり制御装置１５によっ
てそのフローを動的に増加させることがあり得る。第１及び／または第２のセンサ２１、
２７における圧力がピーク吸気圧力計算の間に定常状態に達すると、適正フローの使用状
態となる。
【００４０】
マスフロー制御装置１８の読み値は、標準の大気圧（１ＡＴＭ、１４．７ｐｓｉａ、１
０３３．５１ｃｍＨ２Ｏ）及び温度（７０°Ｆ）にある較正気体に基づいている。温度及
び圧力をモニタリングし、適宜調整する（標準の大気圧及び温度に対して正規化した読み
値とする）ことができる。当初の、すなわち「第１パスの」動作設定または評価では、温
度の影響はわずかであると見なすことができる。較正気体が出力に使用する気体でない場
合、フロー設定点を決定するために変換定数を適用することができる。例えば、マスフロ
ー制御装置１８が窒素に対して較正されており、一方使用するのがヘリウムであれば、そ
の計算に変換係数１．４５４が使用される。表１は、換気器の動作に使用されるパラメー
タを計算する際に使用できるデフォルト設定（標準の温度及び圧力）に関する変換「Ｋ」
係数の例を一覧表示したものである。
【００４１】
【表１】
0004593562.tif 000002
【００４２】
図３Ｂは、較正ボリュームＶｃとしても記載可能な（また、以下においてＶｃａｌと記
載することがあるような）第１の固定システム・ボリューム「Ｖ１」を規定するように、
システム１０に取り付ける間に気管チューブ３０の出口側端部を閉じるために気管チュー
ブ３０にキャップ（端部キャップ３０ｃで示す）を付けて（キャップ、バルブまたは別の
手段により）閉じた気管チューブ３０を付けた被検体の外部に配置させたときに較正圧力
Ｐ１を確立できることを表している。この較正ボリュームＶｃは、換気器システムの気体
フロー経路のうち図３Ａに示すような固定の幾何学構成を有する所定の部分と関連付けさ
せている。典型的には、較正ボリュームＶｃは、気体伝達バルブ２５の一部分を通って気
管チューブ３０の遠位端３０ｄまで延びる長さ「Ｌ」を有する気体フロー経路の当該部分
となる。この長さは約１２インチとすることがある。気管内チューブ３０は、雄型ルアー
ロック（図示せず）を介してバルブ２５に解放可能に接続できる１／１６インチ内径の細
管から形成させることがある。図３Ｂは、複数の個別選択可能な気体バルブ２５１、２５
２、２５３を備えた気体伝達バルブ２５の一実施形態を表している。固定ボリュームＶ１
は、この実施形態では、フロー経路のクロスハッチ部分で示したボリュームであり、バル
ブ２５３の下流側すなわちバルブ２５３の先側に気管チューブ３０の遠位端３０ｄまで前
進入力フロー方向で延びるフロー経路を含んでおり、また圧力トランスジューサ２７まで
の接続、排出方向すなわち出力方向で、気管チューブから通気ポート２５ｖと関連付けさ
れたバルブ２５４までの接続を含んでいる。
【００４３】
気管チューブ３０を被検体の肺と流体連絡させた状態にして動作位置に配置させると、
肺が呼吸中に変化する関連する１周期ボリュームを有し、このボリュームが第１のシステ
ム・ボリュームＶ１に追加されて総１周期ボリュームＶ１’が提供される。図４は、この
ボリュームの換気器システム１０への追加を表したグラフである。すなわち、圧力フィー
ドバック制御システムがないため、気管チューブ３０を開いて肺内に置いた状態としたよ
り大きくなったリザーバ・ボリュームに対しても、システム１０は同じ流量で伝達してお
り、これが圧力を低下させることになる（図４でＶ２を追加したときで示した圧力の低下
によって表している）。しかし、この流量は増加させてシステム１０を所望の実質的に一
定の圧力に再度至らせる（あるいは、維持する）ことができる。これを図４では、肺がシ
ステムに追加された状態（気管チューブを開いた状態で被検体内の適所に置いたとき）で
も圧力がＰ１値まで戻り横ばいになるように表している。
【００４４】
図５Ａ及び５Ｂは、気管チューブ３０を被検体内の適所に置いた状態の動作時における
第１のセンサ２１の位置における圧力Ｐ１を、第２のセンサ２７の位置における圧力と関
連させて時間（ｔ）の経過に従って表している。第２のセンサ２７の位置における圧力Ｐ
２は、動作時において被検体の気道内で発生しており、選択したＢＰＭ及びＩ／Ｅ比に対
応する。このＰ２圧力の最大値がピーク吸気圧力（ＰＩＰ）である。図５Ａは、計測誤差
を生じさせる可能性がある第１の圧力の圧力変動を表している。図５Ｂは、システム１０
が、実質的に一定の動作圧力すなわちシステム圧力Ｐ１を、本発明の実施形態に従ってＰ
１が定常状態または安定状態（時間の経過と共に上昇したり低下したりしない）にありか
つＰＩＰと実質的に等しい及び／またはＰＩＰより大きいようにして提供するように制御
されていることを表している。ある種の実施形態では、このＰ１圧力の安定性は、気体伝
達バルブの上流側に配置させたキャパシタンス・ボリューム（これについては、以下でさ
らに検討することにする）を用いて実施することができる。このキャパシタンスの大きさ
は、図５Ａに示したＰ１の変動を低下させて、Ｐ１が図５Ｂに示したのとより近い挙動に
なるようにチューニングすることができる。キャパシタンスが過大になるとシステムの応
答が遅くなることに留意されたい。
【００４５】
図３Ａに戻ると、ある種の実施形態では、第１のセンサ２１は、マスフロー制御装置１
８と気体伝達バルブ２５の間におけるシステム１０の圧力を気体伝達バルブ２５への流入
に基づいてモニタリングするために使用される圧力トランスジューサＰＴ１とすることが
できる。第２のセンサ２７もまた圧力トランスジューサＰＴ２とすることができ、被検体
（動物とすることが可能）からの気道圧力のモニタリングのために使用することができる
。気体伝達バルブ２５は、被検体に空気を供給すること、または被検体に呼吸または呼息
の保持を可能とすることのいずれか、あるいはこの両方を行うように構成させることがで
きる。
【００４６】
図６は、供給気体（複数のこともある）の発生源（図示せず）、または通気ポート２５
ｖのいずれか、あるいはこれら両方と同一ラインに流量計３１を用いている換気器システ
ム１０’の代替的な実施形態を表している。別の実施形態は、独立の流量計及びプロポー
ショナル（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）バルブ（図示せず）を使用することができる。さ
らに別の実施形態は、手動で調節可能なフローバルブ（同じく図示せず）を利用すること
ができる。上述のものを組み合わせて使用することもある。
【００４７】
肺は典型的には幾分か伸縮性であるため、肺のボリュームはＰＩＰ及びＢＰＭに伴って
変化することがある。したがって、流量調整増分及びデフォルト動作パラメータを確立す
るのに役立てるために、その動物の期待肺生理学特性のアプリオリの評価をプログラムし
ておくことができる。例えば、換気器システム１０、１０’は、フィードバック制御シス
テムの動作を支援するために、圧力、ＰＩＰ、ＢＰＭ、流量、その他に対する推定肺ボリ
ューム（ただし、これに限らない）などの動物特性に関する参照ライブラリと動作可能に
関連付けさせることができる。デフォルト・パラメータの一例を、以下の表２に一覧表示
している。
【００４８】
【表２】
0004593562.tif 000003
【００４９】
気体伝達バルブ２５のある種の実施形態は、少なくとも１つのスプールまたはピストン
を利用して、ＮＭＲ／ＭＲＩ対応のバルブ本体内で少なくとも１つの気体フロー経路を作
動させている。この構成は、ＮＭＲスペクトロスコピー及び／またはＭＲＩ撮像セッショ
ン中に使用される小動物換気器に特に適している。スプールまたはシャトル・バルブに関
する追加的な説明については、その内容を参照によって本明細書に全面的に示したかのよ
うにしてここに組み込むものとする米国特許仮出願第６０／４５０，２０９号（２００３
年２月２６日出願）を参照されたい。隔膜バルブ及び／または鉗子（ｐｉｎｃｈｅｒ）バ
ルブ（ただし、これらに限らない）などの別のバルブ構成が使用されることもある。
【００５０】
いずれの場合も、気体伝達バルブ２５は高速応答時間を提供するように構成することが
でき、被検体が低い吸息／呼息すなわち低い吸気／呼気比（Ｉ／Ｅ）で高ＢＰＭ呼吸数で
換気を受けるような状況に特に適当となり得る。Ｉ／Ｅ比は、呼気時間に対する吸気時間
の割合である。「吸気（Ｉｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ）」とは動物（または、別の被検体）に
気体が提供されている期間であり、一方「呼気（ｅｘｐｉｒａｔｉｏｎ）」は動物（また
は、別の被検体）が呼息している期間である。したがって、約１８０ＢＰＭなどの高いＢ
ＰＭでは、各呼吸の持続時間は３３３ｍｓであることになる。Ｉ／Ｅが２０／８０である
とは、そのデバイスが動物（または、別の被検体）に対して所望の１周期ボリュームを伝
達するのに６７ｍｓを要することを意味する。ＢＰＭが大きくなるほど、Ｉ／Ｅ％がそれ
だけ小さくなり、かつバルブを開いて所望量の気体を動物（または、別の被検体）に供給
するための時間がそれだけ短くなるため、バルブが開く速度が重要となる可能性がある。
【００５１】
Ｉ／Ｅ比は、典型的には約３０／７０から６０／４０の間にあるが、希望する結果によ
ってはこれと異なりこの範囲外となることもあり得る。Ｉ／Ｅ比及びＢＰＭは、「通常（
ｎｏｒｍａｌ）」（非撮像時）呼吸の間は実質的に固定とすることができる。ＢＰＭ及び
Ｉ／Ｅ比は、撮像時の（過偏極気体）呼吸行程については異なるように調整することが可
能であるが、撮像動作が終わった後は、これらの動作パラメータは「通常」呼吸パラメー
タに復帰することができる。例えば、本発明の実施形態に従った呼吸サイクルの例につい
ては、図１１〜１４を参照されたい。
【００５２】
さらに、１８０ＢＰＭは多くの小動物種に関する上限レンジとなることがあること、ま
たある種の実施形態ではその換気器１０、１０’はこれより低い速度で動作することがあ
ることに留意されたい。この動作パラメータは動物種／体重主導型となる。例えば、マウ
スではラビットと比べてより大きなＢＰＭを使用している。Ｉ／Ｅ比は動物によって異な
らせることができるが、上で言及したレンジ域内に留められるのが典型的である。ＮＭＲ
／ＭＲＩ信号収集の間では、マウスなどの小動物に関してそのＢＰＭは約３０ＢＰＭとす
ることがある。
【００５３】
さらに、単一気体（典型的には、過偏極気体）や様々な気体の伝達またはホールドバッ
クのため及び／または被検体への制御式吸入伝達向けの単一または複数の気体フロー経路
（図示せず）の開閉のために、このバルブは単一気体または様々な気体に関して「入り切
り（ｏｎ−ｏｆｆ）」動作するように構成させることがあり、一方気体伝達バルブ２５は
さらに、吸息、呼息及び／または呼吸停止の換気動作間で選択されるように構成すること
ができる。
【００５４】
バルブ本体及び偏極済み気体フロー経路（気管チューブ３０を含む）、並びにその内部
構成要素は、過偏極気体の脱偏極化（気体との相互作用に起因する緩和などに由来する）
を阻止する能力が得られるように選択された１つまたは複数の材料から形成すること、か
つ／または該材料でコーティングすることができる。ゾル・ゲル式コーティング、重水素
化ポリマー・コーティング、金属薄膜コーティング及び別のコーティングなどのコーティ
ング、並びに脱偏極化を阻止する非磁性材料を使用することも可能である。例えば、その
内容を参照によって本明細書に全面的に示したかのようにしてここに組み込むものとする
米国特許出願第０９／４８５，４７６号、並びに米国特許第５，６１２，１０３号、同第
６，４２３，３８７号を参照されたい。例えば、バルブ本体及び／または構成要素はアル
ミニウム、ＴＥＤＬＡＲ、ＴＥＦＬＯＮ、ＰＴＦＥ、ＤＥＬＲＩＮ（アセタール）、その
他（ただし、これらに限らない）などの材料から形成されることがある。平滑な表面仕上
げを提供すること、並びにＯリングの個数を減少させるか摩擦を低下させるようなＯリン
グ材料を選択することによって、摩擦源を低減させるように注意を払うべきである。さら
に、バルブ本体は、十分な封止を提供しながらスプールとバルブ本体レセプタクルの間の
摩擦が低減されるような許容誤差に合わせた製作とすることができる。したがって、バル
ブ本体の中ぐり仕上げ、気管内チューブとの界面、任意のＯリング圧縮、及び潤滑材はい
ずれも、摩擦源を低減させるように配慮されることがある。気管内チューブはさらに、医
用等級の生体親和性材料から構成することができ、またさらに過偏極気体崩壊を阻止する
材料（複数のこともある）やコーティングによって構成することができる。
【００５５】
バルブ２５は、制御装置１５による指令に従って本発明の実施形態に従った換気呼吸出
力及び／または入力の選択を自動的に提供するように構成することができる。ここで検討
のために、気体Ａが過偏極気体を表すとし、また気体Ｂが未偏極気体を表すとする。動作
によっては逆の構成を使用することも可能である。「呼吸停止（ｂｒｅａｔｈ−ｈｏｌｄ
）」という用語は、気体の生体摂取を促進するため及び／または通常呼吸と比較してより
強力な過偏極気体信号を可能とするために肺内で気体（または、複数種の気体）を呼吸停
止時間にわたって保持状態とすることを意味する。この呼吸停止期間は５秒から３０秒の
間とすることがある。
【００５６】
バルブ２５は、（ａ）気体「Ａ」吸息、（ｂ）気体「Ｂ」吸息、（ｃ）気体「Ａ」＋気
体「Ｂ」吸息、（ｄ）呼息、（ｅ）部分的呼息及び呼吸停止、（ｆ）気体「Ａ」吸息及び
呼吸停止、（ｇ）気体「Ｂ」吸息及び保持、並びに（ｈ）気体「Ａ」＋気体「Ｂ」吸息及
び呼吸停止、に対応するように作動させることができる。上で指摘したように、この過偏
極気体は３Ｈｅ及び／または１２９Ｘｅなどの過偏極希ガスとすることがある。未偏極気
体は、幾つかの未偏極気体の混合気とすることがある。未偏極気体は、過偏極気体の脱偏
極化を阻止するように選択することができると共に、生体親和性が得られるように選択さ
れることもある。適当な未偏極気体の例としては、窒素、キセノン及びヘリウム（ただし
、これらに限らない）が含まれる。バルブ２５はさらに、麻酔剤気化器に接続するために
使用されることがある。
【００５７】
さらに、換気器システム内のバルブ２５及び偏極済み気体フロー経路は、吸息した気体
（複数のこともある）の任意のデッド・ボリュームを低下させるように構成することがで
きる。「デッド・ボリューム」という用語は、気体を被検体に到達させる前に気体で満た
すことを要するバルブまたは下流側システムの内部など、供給源から被検体までのボリュ
ームのことを意味する。このボリュームが小さいほど、「無駄になる」気体がより少なく
なる。デッド・ボリュームを低下させることは、過偏極気体の分配の際において特に望ま
しい、その理由は、過偏極気体は供給源から被検体までのフロー経路のボリュームを満た
すと共に、デッド・ボリューム内に残される偏極済み気体は未偏極となったり望ましくな
い偏極レベルまで崩壊することがあり、さらに適当に偏極させた気体が被検体に届くよう
に次の偏極呼吸に際して置換しなければならないためである。
【００５８】
ある種の実施形態では、その換気器システム１０、１０’は、約５Ｔまでの磁場強度を
有するＮＭＲ／ＭＲＩセットで動作するように構成されている。別の実施形態では、その
換気器１０、１０’は、低磁場環境（典型的には、約１００ガウス未満）で動作するよう
に構成することができる。換気器システム１０、１０’は、強度が約１００ガウスを超え
かつ約１．５Ｔまで（ただし、これに限らない）など中間的な磁場強度でも同様に動作す
るように構成することができる。
【００５９】
ある種の実施形態では、その換気器システム１０、１０’は、０．１ｍＬ増分で約０．
２ｍＬから約１００ｍＬまでの１周期ボリューム制御を提供するように構成することがで
きる。システム１０、１０’は、概ね調節可能な増分を１ＢＰＭとした約５〜１８０のＢ
ＰＭレンジで動作するように構成されることがある。システム１０、１０’はさらに、約
１％の増分調整で約５：１から１：５の間で選択可能な吸気／呼気比が可能であり、かつ
約１インチのＨ２Ｏ増分で約０〜４０インチＨ２Ｏの範囲の制御式ＰＩＰを提供するよう
に構成されることがある。１周期ボリュームのフローは約０〜５リットル／分の範囲とす
ることができる。換気器１０、１０’は、発生させたＥＭＩ／ＲＦＩが気体の偏極レベル
やＭＲＩ／ＮＭＲ装置の動作に過度の悪影響を及ぼさないようにシールドすることができ
る。
【００６０】
図７は、本発明のある種の実施形態による制御装置１５の一構成を表している。図示の
ように、制御装置１５は、少なくとも１つのＲＳ２３２通信ポート２１０と、体温モニタ
リング・ポート２１２と、複数のアナログ対ディジタル及び／またはディジタル対アナロ
グ・ポート２１４と、信号収集中または信号収集前にＮＭＲ／ＭＲＩシステムに対してシ
ーケンス制御する、またはゲート制御トリガ信号を発生させることができるトリガ入力／
出力ポート２１６と、を含むことができる。ゲート制御トリガ信号は、呼吸停止サイクル
の所望の一部分及び／または検出したＱＲＳ心臓リズム内の「Ｒ」トリガに関連させるこ
とができる。制御装置１５はさらに、心拍数、ＥＣＧ、血圧、酸素飽和レベル、呼気時Ｃ
Ｏ２、体温、その他のうちの少なくとも１つに関するデータを受け取るための生理学的モ
ニタ接続ポート２１８、並びに圧力トランスジューサ入力ポート（複数のこともある）２
１９を含むことができる。
【００６１】
温度モニタは、動物内体温をモニタリングすること、並びに体温を所望のレンジ内に維
持するために動物の加温及び／または冷却を指令すること、が可能である。この温度モニ
タは制御装置１５から独立とさせることがある。
【００６２】
図８は、リモート・デバイス、周辺デバイス及び／または集積デバイスに対する複数の
異なるインタフェース接続を有するインタフェース・モジュールを備えた制御装置１５の
一実施形態を表している。図示のように、この接続やポートは、マスフロー制御装置への
制御ライン２５１と、第１と第２のセンサ間の通信ライン２５２、２５３と、気体伝達バ
ルブへの制御ライン２５４と、を含んでいる。制御装置１５はさらに、フロー方向（すな
わち、吸気／呼気）を制御し指令するように構成させた気体伝達バルブ制御ライン２５５
と、トリガ事象モニタリング・ライン２５６と、生理学的データ収集通信ライン２５７と
、を有することができる。図示のように、制御装置１５はさらに、動作パラメータ２５９
向けのユーザ入力を受け取る通信ポートを含むことができ、また１周期ボリューム／ＰＩ
Ｐ、あるいはＮＭＲ／ＭＲＩ信号収集または画像に関する別の情報を記録するためにＮＭ
Ｒ／ＭＲＩデバイスまたはシステム・ラインを係合させる通信ポートまたはライン２５８
を含むことができる。
【００６３】
図９は、本発明による換気器システム１０”の別の実施形態を表している。この実施形
態は、指定された１周期ボリューム動作モードでＭＲＩ／ＮＭＲ撮像や信号収集と時間的
に接近して（すなわち、当該操作の直前や操作中に）偏極済み気体または気体混合物を分
配するのに特に適当となり得る。図示のように、偏極気体源４３は圧力容器１８０内部に
圧縮可能容器１８０ｂを備えている。この実施形態では、容器１８０内への窒素の流れを
制御している可変フロー圧力調節器内に、一定フローの窒素が供給されている。容器１８
０内の窒素によって容器１８０ｂが圧縮されて、過偏極気体（Ｈｐ）が気体伝達バルブ２
５に放出される。容器内には圧力センサ２６が配置されており、容器１８０ｂの圧縮に使
用される圧力Ｐｃを計測している。通常呼吸（未偏極気体）から取得したＰＩＰは、バッ
グを絞るために使用する気体の特性に基づき必要に応じて一定値だけまたはある比率だけ
調整させる圧力Ｐｃとして使用することができる。すなわち、窒素と空気は同様の特性を
有しており、このため通常呼吸圧力が使用されることがある。しかし、ヘリウムは密度が
より低いため、空気対ヘリウムの補正率を使用して所望の圧力を提供することができる（
例えば、空気のＸｃｃ＝ＨｅのＹｃｃ）。１周期ボリュームＶＴは通常呼吸サイクルで計
算した値と同じ値とすることができる。
【００６４】
動作の際に、システム１０”は、容器１８０内のチェンバ１８０ｃに与圧することによ
ってバッグ１８０ｂに圧力を加えている。チェンバ１８０ｃは、「目下の」ＰＩＰ圧力（
実質的にリアルタイムの動的計測値として取得される）より大きな圧力まで与圧すること
ができる。チェンバ１８０ｃに対する圧力は、密度の差及びその動物までの距離に関する
調整のための一定の調整率をＰＩＰに掛け算することによって決定することができる。
【００６５】
図１６は、本発明の実施形態に従って被検体を換気するように実施することが可能な動
作のブロック図である。図示のように、換気システムは、気体伝達バルブ及びチューニン
グ可能な流体キャパシタンスを備えるように構成することができる（ブロック４００）。
このシステムは、評価中の被検体の肺の大きさと比べて少なくとも約３倍、典型的には少
なくとも約１０倍、またさらに典型的には少なくとも約１００倍大きい調節可能なキャパ
シタンス・ボリュームを有するように構成することができる（ブロック４０１）。このキ
ャパシタンスの大きさは、評価を受ける動物種の肺の平均的な大きさに基づいて選択され
ることがある。このシステムは、システム内の気体伝達バルブの上流側のマニホールド・
ラインに保持される流体のボリュームを調整することによってチューニングすることがで
きる（ブロック４０５）。
【００６６】
このチューニングは、実質的に一定の圧力が維持されるように実施することができる（
ブロック４０６）。流体の増加及び／または減少は、１つまたは複数の固定ボリュームの
ラインまたはリザーバを選択的に係合または脱係合させること（ブロック４０７）及び／
またはシステム内への流体の注入及びシステムからの流体の排出が可能なシリンジを使用
してキャパシタンスを調整することによって実施することができる。
【００６７】
図１０Ａは、チューニング可能なキャパシタンス「Ｃ」を有する可変式マスフロー・チ
ューニング・システムを備えた換気器システム１０ａの一実施形態であって、圧力変動を
軽減しかつシステム１０ａの動作圧力を一様にすることを可能とした実施形態を表してい
る。図示のように、このシステム１０ａは、増加させた流体ボリューム３０１及びシリン
ジ３００を備えるように、あるいはシステムをチューニングして（図５Ｂに示すように）
第１のセンサ２１の位置に実質的に一定の圧力が生成されるように制御された所望量の流
体を追加するかつ／または排除することが可能な別の入力／出力流体調整機構を備えるよ
うに構成されている。キャパシタンス・ボリュームは約５０から１５００ｍｌまでとする
ことがある。システム１０ａはさらに、マスフロー制御装置１８の上流側に配置させた圧
力調節器１６を含むことができる。このキャパシタンスは、気体伝達バルブの上流側２５
の流体ボリューム３０１によって規定される。このキャパシタンスは、肺のボリュームの
少なくとも１０倍、また典型的には被検体の肺のボリュームより少なくとも約１００倍大
きくすることができる。したがって例えば、肺のキャパシティが３ｍｌの被検体では、シ
ステム１０ａは３００ｍｌの流体キャパシタンスを有するように構成することができる。
【００６８】
図１０Ｂは、システムの別の実施形態１０ｂを表している。この実施形態では、マスフ
ロー制御装置１８と偏極気体源４３の中間に３方向バルブ１１４を位置決めすることがで
きる。システム１０ｂはさらに、３方向バルブ１１４と連絡した圧力調節器１４と、マス
フロー制御装置１８の上流側の圧力調節器１６と、を含むことができる。動作の際に、３
方向バルブ１１４は、システム１０ｂが１周期ボリューム分配モード（過偏極気体の選択
された所定の１周期ボリュームを分配する動作）にあるときにマスフロー制御装置１８を
一時的に切断するように構成されている。窒素圧力は、偏極済み気体の１周期ボリューム
分配中に圧力が実質的に定常状態に維持されるように、圧力調節器１４、並びにリザーバ
またはランプ（ｌｕｍｐ）キャパシタンス３０１（ライン内に直列または並列につなげら
れた１つまたは複数の上流側リザーバまたは固定ボリュームによって規定される）によっ
て制御または設定することができる。次いで、この制御された圧力にある窒素が容器１８
０内に導かれ、過偏極気体のバッグ１８０ｂを圧縮する。適当なバッグの例は、その内容
を参照によって本明細書に全面的に示したかのようにしてここに組み込むものとする米国
特許第６，４２３，３８７号に記載されている。
【００６９】
図１１は、換気の間の呼吸サイクルに関する基本構成要素を表している。図示のように
、Ｉ／Ｅ比に基づいて選択可能な吸気／呼気持続時間を示している。図１１に示す実施形
態ではさらに、入力トリガ遅延３００ｔＩ（ＭＲＩ／ＮＭＲ信号を得るためのトリガ）の
領域を示しており、このトリガ遅延は、当該サイクルのこの時点から所定の遅延期間が開
始されるようにタイミング調整することが可能となる。図１２は、１つの呼吸停止部分と
、出力トリガ遅延に関する３つの潜在的領域（すなわち、吸気開始からの出力トリガ遅延
３００ｔＯＩ、呼吸停止時間開始からの出力トリガ遅延３００ｔＯＨ、並びに呼気開始か
らの出力トリガ遅延３００ｔＯＥ）と、を伴った呼吸サイクルを表している。
【００７０】
図１３及び１４は、呼吸サイクルのうち、偏極済み気体の呼吸停止時間を開始させる部
分が異なるように表している。図１３は吸気停止を表しており、また図１４は呼気停止を
表している。
【００７１】
図１７並びに図１７Ａ〜Ｉは、本発明のある種の実施形態による自動式換気器システム
１０ｄの例を表している。図示のように、システム１０ｄは、卓上筐体内に収められるよ
うに構成できる気体制御モジュール５００を含んでいる。気体制御モジュール５００は呼
吸気体制御システム５１０と、偏極済み気体制御システム５２０と、気体伝達バルブ２５
の制御システム５３０と、を含んでいる。呼吸気体制御システム５１０は、関連する圧力
センサ、バルブ及び調節器を備えた第１の呼吸気体入力５００ｉ、並びにマスフロー制御
装置１８及び第１の圧力センサ２１を含んでいる。図示のように、呼吸気体制御セクショ
ン５１０は、調節可能なキャパシタンス・ボリューム・リザーバ３０１（約５０〜１５０
０ｍｌ、またある種の実施形態ではこれ以上のキャパシタンス・ボリュームを有すること
ができる）と連絡させることができる。任意選択では、呼吸気体制御システム５１０はさ
らに、麻酔剤気化器及び／またはスクラバー（ｓｃｒｕｂｂｅｒ）とも連絡させることが
できる。構成要素を接続するために小内径のコンジット（典型的には、約１／８〜１／１
６インチ）を使用することができる。同じく図示したように、呼吸気体制御システム５１
０は任意選択で第２の呼吸気体入力５００ｉ２を含むことができる。
【００７２】
偏極済み気体制御システム５２０はまた、圧力調節器と、圧力センサと、偏極気体源４
３と連絡したバルブと、を含んでいる。一方この偏極気体源４３は、小内径偏極対応の細
管（１／１６インチ内径の細管で示す）を介して気体伝達バルブ２５と連絡している。
【００７３】
気体伝達バルブ２５の制御システム５３０は、圧力調節器及び圧力トランスジューサと
、吸息、呼息及び被検体に対する気体出力を制御する一連のバルブと、を含んでいる。図
示した構成は隔膜バルブ２５を使用することを企図しているが、上で指摘したように、別
の気体伝達バルブ２５構成を使用すると共にこれに対応して気体伝達バルブ制御システム
５３０を変更することもできる。圧力の遷移が望ましくない及び／または問題となるよう
なある種の実施形態では、トランスジューサ・ライン（図示せず）にオリフィスを追加す
ることができる。
【００７４】
制御モジュール５００は、様々な構成要素または周辺デバイスと連絡するように構成す
ることができる。図示のように、システム１０ｄは、同じく制御モジュール５００を収容
する卓上筐体内に設けることができるバイタルサイン／電源モジュール５５０を含むこと
ができる。バイタルサイン／電源モジュール５５０は、血圧センサ５５０ｓと連絡した血
圧サブモジュール５５２と、心臓モニタリング・センサ５５０ｓと連絡した心タコメータ
・サブモジュール５５３と、気体圧力サブモジュール５５１と、を含むことができる。シ
ステム１０ｄはさらに、温度制御装置５７０を備えた毛布タイプの加温パッド５６０を含
むことができる。システム１０ｄはさらに、バルブ２５の通気ポート２５ｖに接続された
任意選択のＣＯ２解析装置５７５１及び／またはスクラバー５７５２を含むことができる
。番号６００及びソフトウェア制御のボックスで示すように、システム１０ｄは自動式動
作が得られるようにソフトウェア制御を受けることができる。
【００７５】
ある種の実施形態では、図１７Ａに示すように、本システムは２つのマスフロー制御装
置１８及び１８２を利用することができる。これらのマスフロー制御装置は、未偏極気体
換気の間に標準の換気気体（酸素や空気など）を調合するために使用することができる。
このシステムは、気体の所望の調合、混合または濃度を被検体に伝達する（７０％の空気
と一緒に約３０％の酸素を供給するためなど）補助的なマスフロー制御装置の動作を自動
的に制御するように構成することができる。
【００７６】
本明細書に記載した換気器の一実施形態に関して上で記載した特徴は別の実施形態に適
用することもできることに留意されたい。
【００７７】
当業者であれば理解されるであろうように、本発明は、方法、データまたは信号処理シ
ステム、あるいはコンピュータ・プログラム成果物として具現化することができる。した
がって、本発明は、全面的にハードウェアの実施形態、全面的にソフトウェアの実施形態
、あるいはソフトウェアとハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形式を取ること
ができる。さらに、本発明は、具現化させたコンピュータ利用可能なプログラム・コード
手段をその内部に有するコンピュータ利用可能な記憶媒体上にあるコンピュータ・プログ
ラム成果物の形式を取ることができる。ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光学記憶デバイ
ス、あるいは磁気記憶デバイスを含め、適当な任意のコンピュータ読み取り可能な媒体を
利用することができる。
【００７８】
コンピュータ利用可能なまたはコンピュータ読み取り可能な媒体は例えば、電子式、磁
気式、光学式、電磁気式、赤外線式、または半導体式のシステム、装置、デバイス、また
は伝播媒体（ただし、これらに限らない）とすることがある。コンピュータ読み取り可能
な媒体のさらに具体的な例（非網羅的な一覧）には、１つまたは複数の配線を有する電気
的接続、可搬式コンピュータ・ディスケット、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、
読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯ
Ｍまたはフラッシュ・メモリ）、光ファイバ、及び可搬式コンパクト・ディスク読み取り
専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）が含まれる。コンピュータ利用可能またはコンピュータ読み
取り可能な媒体は、その上にプログラムがプリントされた紙や別の適当な媒体とし、例え
ばこの紙やその他の媒体に対する光学走査を介してプログラムを電子式に捕捉し、次いで
必要に応じて適当な方式でこれをコンパイル、翻訳さもなければ処理し、次いでコンピュ
ータ・メモリ内に保存することができるようにすることもあり得ることに留意されたい。
【００７９】
本発明の動作を実施するためのコンピュータ・プログラム・コードは、Ｊａｖａ７（商
標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ（商標）、Ｐｙｔｈｏｎ（商標）、あるいはＣ＋＋などのオブ
ジェクト指向プログラミング言語で記述されることがある。しかし、本発明の動作を実施
するためのコンピュータ・プログラム・コードはまた、「Ｃ」プログラミング言語や、さ
らにはアセンブリ言語などの従来の手続型プログラミング言語で記述されることもある。
プログラム・コードは全面的にユーザのコンピュータ上で実行すること、部分的にユーザ
のコンピュータ上で実行すること、スタンドアロンのソフトウェア・パッケージとして実
行すること、その一部をユーザのコンピュータ上でかつその一部を遠隔のコンピュータ上
で実行すること、あるいは全面的に遠隔のコンピュータ上で実行すること、があり得る。
最後の方式の場合、その遠隔のコンピュータをローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ
）やワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）を介してユーザのコンピュータに接続させ
ることがあり、あるいはその接続は外部のコンピュータに対して実施する（例えば、イン
ターネット・サービス・プロバイダを使用してインターネットを介する）こともある。
【００８０】
図１５は、本発明の実施形態によるシステム、方法、及びコンピュータ・プログラム成
果物を表したデータ処理システムの例示的な実施形態のブロック図である。プロセッサ３
１０はアドレス／データバス３４８を介してメモリ３１４と連絡している。プロセッサ３
１０は市販されているあるいは特注の任意のマイクロプロセッサとすることができる。メ
モリ３１４は、データ処理システム３０５の機能を実現するために使用されるソフトウェ
ア及びデータを包含した記憶デバイスの全体階層を表している。メモリ３１４は、キャッ
シュ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュ・メモリ、ＳＲＡＭ、
及びＤＲＡＭなどのタイプのデバイス（ただし、これらに限らない）を含むことができる
。
【００８１】
図１５に示すように、メモリ３１４は、データ処理システム３０５（すなわち、オペレ
ーティング・システム３５２と、アプリケーション・プログラム３５４と、入力／出力（
Ｉ／Ｏ）デバイス・ドライバ３５８と、選択可能な吸気１周期ボリューム動作モードとＰ
ＩＰ動作モードを備えた自動式動的圧力フィードバック・フロー調整モジュール３５０と
、データ３５６と）で使用される幾つかのカテゴリーのソフトウェア及びデータを含むこ
とがある。
【００８２】
データ３５６は、換気システムから取得できる換気システム動作データ３６２や患者生
理学的データを含むことがあり、かつ／またはＮＭＲスペクトロスコピーまたはＭＲＩシ
ステム３２０からのＮＭＲ／ＭＲＩデータを含むこともある。当業者であれば理解される
であろうように、オペレーティング・システム３５２は、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  
Ｂｕｓｉｎｅｓｓ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ａｒｍｏｎｋ、ＮＹ）
によるＯＳ／２（商標）、ＡＩＸ（商標）またはＯＳ／３９０（商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏ
ｆｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｒｅｄｍｏｎｄ、ＷＡ）によるＷｉｎｄｏｗｓＸＰ（商
標）、ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ（商標）、ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ（商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ９５
（商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ９８（商標）またはＷｉｎｄｏｗｓ２０００（商標）、Ｐａｌ
ｍ，Ｉｎｃ．によるＰａｌｍＯＳ（商標）、Ａｐｐｌｅ  ＣｏｍｐｕｔｅｒによるＭａｃ
ＯＳ（商標）、ＵＮＩＸ（商標）、ＦｒｅｅＢＳＤ（商標）、またはＬｉｎｕｘ（商標）
、専有のオペレーティング・システムや専用のオペレーティング・システム（例えば、埋
込み式データ処理システム用）などデータ処理システムと共に使用するのに適した任意の
オペレーティング・システムとすることがある。
【００８３】
Ｉ／Ｏデバイス・ドライバ３５８は、典型的には、Ｉ／Ｏデータ・ポート（複数のこと
もある）、データ記憶機構３５６、ある種のメモリ３１４構成要素及び／または画像収集
システム３２０などのデバイスと通信するために、オペレーティング・システム３５２を
介してアプリケーション・プログラム３５４によるアクセスを受けるソフトウェア・ルー
チンを含んでいる。アプリケーション・プログラム３５４は、データ処理システム３０５
の様々な特徴を実現させるプログラムの例示であり、好ましくは本発明の実施形態に従っ
た動作を支援する少なくとも１つのアプリケーションを含んでいる。最後に、データ３５
６は、アプリケーション・プログラム３５４、オペレーティング・システム３５２、Ｉ／
Ｏデバイス・ドライバ３５８、並びにメモリ３１４内に常駐する別のソフトウェア・プロ
グラムによって使用される静的データや動的データを意味している。
【００８４】
本発明は例えば、図１５でアプリケーション・プログラムとしたフィードバック・モジ
ュール３５０を参照しながら例証しているが、本発明の教示による恩恵を保ちながら別の
構成を利用することもできることは当業者であれば理解されるであろう。例えば、圧力フ
ィードバック・モジュール３５０が、オペレーティング・システム３５２、Ｉ／Ｏデバイ
ス・ドライバ３５８、あるいはデータ処理システム３０５のこうした別の論理区分内に組
み込まれることもある。したがって、本発明は図１５の構成に限定されるものと見なすべ
きではなく、本明細書に記載した動作を実施することが可能な任意の構成を包含するよう
に意図している。
【００８５】
ある種の実施形態では、圧力フィードバック・モジュール３５０は、所望の吸入気体（
複数のこともある）の伝達をタイミング調整するためのコンピュータ・プログラム・コー
ドを含んでおり、また分配した過偏極気体に関する偏極レベル・データの追跡のためのコ
ードを含むことがある。モジュール３５０は、所望の毎分呼吸数、所望のＩ／Ｅ比、目標
呼吸停止時間で出力するようにシステムを自動シーケンス制御する動作の開始を指令する
ことができ、また検知した圧力に基づいてシステムの圧力を自動的に調整することもある
。
【００８６】
Ｉ／Ｏデータ・ポートは、ＮＭＲ／ＭＲＩ信号収集を起動させるため、及び／またはデ
ータ処理システム３０５とＮＭＲ／ＭＲＩデータ収集システム３２０あるいは別のコンピ
ュータ・システム、ネットワーク（例えば、インターネット）または当該プロセッサによ
る制御を受けた別のデバイスの間で情報を転送するために使用することができる。これら
の構成要素は、従来式の多くのデータ処理システムで使用されているものなど、本発明に
従って本明細書に記載した動作をするように構成することができる従来式の構成要素とす
ることがある。
【００８７】
本発明について、例えばプログラム、機能及び記憶装置に関する具体的な区分に関連し
て例証してきたが、本発明は、こうした論理区分に限定されるものと見なすべきではない
。したがって、本発明は、図１５の構成に限定されるものと見なすべきではなく、本明細
書に記載した動作を実施することが可能な任意の構成を包含するように意図している。
【００８８】
本明細書の図面のうちの幾つかの流れ図及びブロック図は、本発明によるプローブ・セ
ル評価手段の可能な実現形態に関するアーキテクチャ、機能及び動作を例証している。こ
の際、流れ図やブロック図内の各ブロックは、指定された論理機能（複数のこともある）
を実現するための１つまたは複数の実行可能な命令を含むようなモジュール、セグメント
またはコードの一部分を表している。幾つかの流れ図やブロック図は、本発明の実施形態
に従って偏極済み気体を生成するように過偏極装置やその構成要素を動作させるための方
法を例証している。この際、流れ図やブロック図内の各ブロックは、指定された論理機能
（複数のこともある）を実現するための１つまたは複数の実行可能な命令を含むようなモ
ジュール、セグメントまたはコードの一部分を表している。さらに、代替的な実現形態の
幾つかでは、ブロックで示した機能が図面に示した順序と異なるようにして実施されるこ
とがあることに留意すべきである。例えば、連続して示した２つのブロックが実際上は実
質的に同時に実行されることや、これらのブロックがその関連する機能に応じて逆の順序
で実行されることもある。
【００８９】
上で指摘したように、システム１０、１０’、１０”、１０ａ、１０ｂは、システムへ
の流入がシステムからの流出と等しいという理論に基づいて動作するように構成すること
ができる。本発明の追加的な説明に関して以下の非限定の例を提供する。
［実施例］
換気器からの気体の伝達には、以下に示す動作シーケンスの例示的リストを使用するこ
とができる。
１．１）固定ボリューム計算：
１．１．１）吸息ポートから圧力トランスジューサを含んだ動物接続点までのシステムの
固定ボリュームが計算される。この計算は、マスフロー制御装置及び圧力トランスジュー
サを使用するか、あるいは体積計算値と既知のチューブ長さ及び直径を使用するかのいず
れかによる自動化シーケンスを介して実施されることがある。
１．１．２）自動式シーケンスは以下の工程を含むことがある：
１．１．２．１）動物接続点において細管をオフにするキャップを付けるようにユーザに
プロンプトを出す／指令する。
１．１．２．２）換気させようとする被検体（動物）の種類についてユーザにプロンプト
を出す。
１．１．２．３）吸気／呼気比を５０％に設定する。
１．１．２．４）ＢＰＭ及びＰＩＰを、換気中の動物に対する事前プログラムのシステム
・デフォルトに設定する。
１．１．２．５）選択された動物に対するデフォルト流量でフローを行うようにシステム
に指令する。
１．１．２．６）ＰＴ１の読み取った圧力がＰＴ２の読み取った圧力と所定の許容誤差内
で実質的に一致するようになるまで流量を調整する。
１．２）定常状態圧力が達成された後、次式に従ってボリュームを決定する：
固定ボリューム＝Ｖｃａｌ＝ＦＲ／（ＢＰＭ（（ＰＴ８／１０３３．５１ｃｍＨ２Ｏ
）＋１ＡＴＭ））
上式において、ＦＲ＝流量である。
１．３）通常呼吸気体伝達：
１．３．１）ユーザが換気器システムと関連付けされた入力デバイス（コンピュータのタ
ッチスクリーン、キーボードその他）に動物の種類を入力する。
１．３．２）ユーザが所望のＰＩＰまたは１周期ボリューム（ＶＴ）のいずれかを入力す
る。
１．３．３）ユーザが所望の吸気／呼気比を入力する。
１．３．４）ユーザが所望のＢＰＭを入力する。
注）ある具体的な動物に関する選択可能なパラメータのそれぞれ及び／または動物の大き
さに関するデフォルト設定はプログラムしておくことができる。
１．３．５）ＰＩＰモード（ＰＩＰはＰＴ２で読み取られることに留意されたい）の場合
：
１．３．５．１）システムが較正済みボリュームＶｃａｌに基づいて開始時流量（ＦＲ）
を計算する。この計算は、ＦＲｔｏｔａｌ＝ＦＲｃａｌ＋ＦＲａｎｉｍａｌ（ここで、Ｆ
Ｒｃａｌは固定ボリュームを１ＡＴＭから所望のＰＩＰまで上昇させるのに使用される流
量であり、またＦＲａｎｉｍａｌは所望のＰＩＰにおいてその動物に対してデフォルトの
１周期ボリュームを伝達するのに使用される流量である）に基づくことができる。
１．３．５．２）初期流量は以下により確定または推定することができる：
１．３．５．２．１）ＦＲｃａｌ＝ＢＰＭ＊（（（１＋（ＰＩＰｄｅｓｉｒｅｄ／１０３
３．５１ｃｍＨ２Ｏ））＊Ｖｃａｌ
１．３．５．２．２）ＦＲａｎｉｍａｌ＝ＢＰＭ＊ＶＴｄｅｆａｕｌｔ
１．３．５．２．３）ＦＲｔｏｔａｌ＝ＦＲｃａｌ＋ＦＲａｎｉｍａｌ
１．３．５．３）次いでフローを開始することができる。
１．３．５．３．１）ＰＩＰｒｅａｄ＜ＰＩＰｄｅｓｉｒｅｄであれば、ＦＲを所望のＰ
ＩＰに達するまで（増分式に）増加させることができる。
１．３．５．３．２）ＰＩＰは複数のサイクル（典型的には、隣接する５サイクルの平均
値）に基づくことができる。
１．３．５．３．３）ＰＩＰｒｅａｄ＞ＰＩＰｄｅｓｉｒｅｄであれば、ＦＲをＰＩＰｄ
ｅｓｉｒｅｄに達するまで（減分式に）減少させることができる。
１．３．５．３．４）ＰＩＰｄｅｓｉｒｅｄに達することができない場合は、ユーザに対
してエラーを指示することができる。
１．３．５．４）ＰＩＰ読み値が安定化した後：
１．３．５．４．１）ＰＩＰをｃｍＨ２Ｏを単位とする安定化した読み値とさせる。
１．３．５．４．２）次いで１周期ボリュームが以下により計算される：
１．３．５．４．２．１）ＶＴ＝ＶＴｏｔａｌ−Ｖｆｉｘｅｄ
１．３．５．４．２．２）Ｖｆｉｘｅｄ＝Ｖｃａｌ＊（（ＰＩＰｒｅａｄ／１０３３．５
１ｃｍＨ２Ｏ）＋１）
１．３．５．４．２．３）ＶＴｏｔａｌ＝ＦＲ／ＢＰＭ＊（（ＰＩＰｒｅａｄ／１０３３
．５１ｃｍＨ２Ｏ）＋１）
１．３．５．４．３）１周期ボリュームを計算し終えた後、換気中の動物の最小レンジ（
ＶＴｍｉｎ）及び最大レンジ（ＶＴｍａｘ）の域内にあるか否かを確認するようにテスト
することができる。
１．３．５．４．４）ＶＴ＜ＶＴｍｉｎであれば、ＰＩＰｄｅｓｉｒｅｄを上げることに
なり、ユーザに対してエラーメッセージを送ることができる。
１．３．５．４．５）ＶＴ＞ＶＴｍｉｎであれば、ＰＩＰｄｅｓｉｒｅｄを下げることに
なり、ユーザに対してエラーメッセージを送ることができる。
１．３．６）ＶＴモードの場合：
１．３．６．１）システムはユーザが入力した所望のＶＴに基づいて開始時ＦＲを計算す
ることができる。
１．３．６．１．１）ＦＲｔｏｔａｌ＝ＦＲｃａｌ＋ＦＲａｎｉｍａｌ
１．３．６．１．２）ＦＲａｎｉｍａｌ＝ＢＰＭ＊ＶＴｄｅｓｉｒｅｄ
１．３．６．１．３）ＦＲｃａｌ＝ＢＰＭ＊（（（１＋（ＰＩＰｄｅｆａｕｌｔ／１０３
３．５１ｃｍＨ２Ｏ））＊Ｖｃａｌ
１．３．６．２）ＶＴはＰＩＰが安定化されるごとに計算することができる。
１．３．６．２．１）ＶＴ＝ＶＴｏｔａｌ−Ｖｆｉｘｅｄ
１．３．６．２．２）Ｖｆｉｘｅｄ＝Ｖｃａｌ＊（（ＰＩＰｒｅａｄ／１０３３．５１ｃ
ｍＨ２Ｏ）＋１）
１．３．６．２．３）ＶＴｏｔａｌ＝ＦＲ／ＢＰＭ＊（（ＰＩＰｒｅａｄ／１０３３．５
１ｃｍＨ２Ｏ）＋１）
１．３．６．３）ＶＴ＜ＶＴｄｅｓｉｒｅｄであれば、ＰＩＰｄｅｓｉｒｅｄを上げるこ
とができる。
１．３．６．４）ＶＴ＞ＶＴｄｅｓｉｒｅｄであれば、ＰＩＰｄｅｓｉｒｅｄを下げるこ
とができる。
１．３．６．５）ＰＩＰは、撮像中の動物の最小ＰＩＰ（ＰＩＰｍｉｎ）と最大ＰＩＰ（
ＰＩＰｍａｘ）の域外にあるか否かを確認するようにテストすることができる。
１．３．６．５．１）ＰＩＰｍｉｎ≦ＰＩＰｒｅａｄ≦ＰＩＰｍａｘであれば、異状メッ
セージを出さずにこの新たな値を利用することができる。
１．３．６．５．２）ＰＩＰｒｅａｄ＜ＰＩＰｍｉｎであれば、ＰＩＰを上昇させると共
に、ユーザに対してエラーメッセージを表示することができる。
１．３．６．５．３）ＰＩＰｒｅａｄ＞ＰＩＰｍａｘであれば、ＰＩＰを低下させると共
に、ユーザに対してエラーメッセージを表示することができる。
１．３．６．６）ＰＩＰ値を変更すると、コンピュータ・プログラムまたはソフトウェア
に対してＦＲ設定点を変化させることになる。
１．３．６．７）所望のＶＴに達した後は、ＰＩＰはＰＩＰｒｅａｄとなる。
１．４）撮像気体呼吸：
１．４．１）通常呼吸解析からのＰＩＰは、偏極気体源を絞るための圧力として使用する
ことができる。
１．４．２）ＴＶは通常呼吸サイクルで計算された値と同じであると仮定することができ
る。
１．４．３）バッグに対する実際の圧力は、バッグを絞るために使用している気体の特性
に基づいて一定率で調整することができる。
要約すると、本発明の換気システムは、動物に伝達される１周期ボリューム及びピーク
吸気圧力のコンピュータによる制御及び調整を可能にしている。本システムはさらに、気
体伝達バルブ（複数のこともある）の両側からのデータ・フィードバックを可能とさせる
ように構成することができると共に、このフィードバックを使用してデバイスの動作時に
おいて自動式の調整を行うことができる。本システムは、動物に対するモル濃度を決定で
きるようにするマスフロー制御装置を含むことができる。
【００９０】
上記の説明は本発明の例示であり、本発明を限定するものと見なすべきではない。本発
明の例示的実施形態の幾つかについて記載しているが、本発明の新規性をもつ教示や利点
を実質的に逸脱することなく例示的な実施形態において多くの修正が可能であることは、
当業者であれば容易に理解されよう。したがって、こうしたすべての修正は本特許請求の
範囲の規定に従った本発明の趣旨の域内に包含されるように意図したものである。本特許
請求の範囲において、手段＋機能の表現（ｍｅａｎｓ−ｐｌｕｓ−ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｃ
ｌａｕｓｅ）は（使用されている場合）、列挙された機能を実行するものとして本明細書
に記載した構造体、並びに構造上の等価物及び等価的構造体を包含するように意図してい
る。したがって、上記の説明は本発明の例示であって開示した特定の実施形態に限定され
るものと見なすべきでないこと、並びに開示した実施形態並びに別の実施形態に対する修
正は、添付の特許請求の範囲の趣旨の域内に含まれるように意図したものであること、を
理解すべきである。本発明は添付の特許請求の範囲によって規定されており、この際該特
許請求の範囲に対する等価物は本発明の域内に含めるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施形態に従って実施できる動作のブロック図である。
【図２Ａ】本発明の追加的な実施形態に従って実施できる動作のブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の追加的な実施形態に従って実施できる動作のブロック図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に従った換気器伝達システムの概要図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に従った固定ボリュームを規定するために使用できる気管チューブ及び気体伝達バルブを備えた換気器システムの一部分の概要図である。
【図４】本発明の実施形態に従った換気システムに対するボリューム変化を表した圧力対時間のグラフである。
【図５Ａ】吸気及び／または呼気圧力に応答した可変のシステム圧力を表した圧力対時間のグラフである。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に従った換気中のシステム圧力及びＰＩＰ圧力を表した圧力対時間のグラフである。
【図６】本発明の実施形態に従った制御装置／インタフェース・モジュールの概要図である。
【図７】本発明の実施形態に従った代替的な換気器伝達システムの概要図である。
【図８】本発明の実施形態に従った換気器に関する制御装置ポート構成のブロック図である。
【図９】本発明の実施形態に従った別の代替的な換気器伝達システムの概要図である。
【図１０Ａ】本発明の実施形態に従ったさらに別の換気器伝達システムの概要図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態に従った追加的な換気器伝達システムの概要図である。
【図１１】本発明の実施形態と一緒に使用できる吸気及び呼気のタイミング図である。
【図１２】本発明の実施形態と一緒に使用できる呼吸停止及び関連するトリガ領域を伴う換気サイクルのタイミング図である。
【図１３】本発明の実施形態に従った吸気／呼気及び呼吸停止サイクルに関連させた吸気停止のタイミング図である。
【図１４】本発明の実施形態に従った吸気／呼気及び呼吸停止サイクルに関連させた呼気停止のタイミング図である。
【図１５】本発明の実施形態に従った換気器システムを使用した過偏極気体の伝達向けに１周期ボリュームまたは吸気圧力を制御するための自動式動的圧力フィードバック・システムのブロック図である。
【図１６】本発明の実施形態に従った被検体に対する換気中に選択気体を分配するために使用できる動作のブロック図である。
【図１７】本発明の実施形態に従った自動式換気器システムの概要を表すために図１７Ａ〜Ｉがどの様に配置されるか示す概要図である。
【図１７Ａ】図１７に従って組み合わせる概要図の各部分の図である。
【図１７Ｂ】図１７に従って組み合わせる概要図の各部分の図である。
【図１７Ｃ】図１７に従って組み合わせる概要図の各部分の図である。
【図１７Ｄ】図１７に従って組み合わせる概要図の各部分の図である。
【図１７Ｅ】図１７に従って組み合わせる概要図の各部分の図である。
【図１７Ｆ】図１７に従って組み合わせる概要図の各部分の図である。
【図１７Ｇ】図１７に従って組み合わせる概要図の各部分の図である。
【図１７Ｈ】図１７に従って組み合わせる概要図の各部分の図である。
【図１７Ｉ】図１７に従って組み合わせる概要図の各部分の図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０  換気器システム
１０’  換気器システム
１０”  換気器システム
１０ａ  換気器システム
１０ｂ  換気器システム
１０ｄ  換気器システム
１４  圧力調節器
１５  制御装置
１６  圧力調節器
１８  マスフロー制御装置（ＭＦＣ）
１８２  マスフロー制御装置
２１  第１の圧力センサ
２５  気体伝達バルブ
２５１  気体バルブ
２５２  気体バルブ
２５３  気体バルブ
２５４  気体バルブ
２５ｖ  通気ポート
２６  圧力センサ
２７  第２の圧力センサ
３０  気管チューブ
３０ｃ  端部キャップ
３０ｄ  チューブ遠位端
３１  流量計
４３  偏極気体源
４３  未偏極気体源
４７  追加的気体源
５０  検査対象動物
１１４  ３方向バルブ
１８０  圧力容器
１８０ｂ  バッグ
１８０ｃ  チェンバ
２１０  ＲＳ２３２通信ポート
２１２  体温モニタリング・ポート
２１４  アナログ対ディジタル・ポート、ディジタル対アナログ・ポート
２１６  トリガ入力／出力ポート
２１８  生理学的モニタ接続ポート
２１９  圧力トランスジューサ入力ポート
２５１  マスフロー制御装置制御ライン
２５２  第１のセンサ制御ライン
２５３  第２のセンサ制御ライン
２５４  バルブ制御ライン
２５５  気体伝達バルブ制御ライン
２５６  トリガ事象モニタリング・ライン
２５７  生理学的データ収集通信ライン
２５８  通信ポート
２５９  動作パラメータ
３００  シリンジ
３００ｔＩ  入力トリガ遅延
３００ｔＯＥ  呼気開始からの出力トリガ遅延
３００ｔＯＨ  呼吸停止時間開始からの出力トリガ遅延
３００ｔＯＩ  吸気開始からの出力トリガ遅延
３０１  キャパシタンス・ボリューム・リザーバ
３０５  データ処理システム
３１０  プロセッサ
３１４  メモリ
３２０  ＮＭＲ／ＭＲＩデータ収集システム
３４８  アドレス／データバス
３５０  圧力フィードバック・モジュール
３５２  オペレーティング・システム
３５４  アプリケーション・プログラム
３５６  データ
３５８  Ｉ／Ｏデバイス・ドライバ
３６２  換気システム動作データ
５００  気体制御モジュール
５００ｉ  第１の呼吸気体入力
５００ｉ２  第２の呼吸気体入力
５１０  呼吸気体制御システム
５２０  偏極済み気体制御システム
５３０  気体伝達バルブ制御システム
５５０  バイタルサイン／電源モジュール
５５０ｓ  センサ
５５１  気体圧力サブモジュール
５５２  血圧サブモジュール
５５３  心タコメータ・サブモジュール
５６０  加温パッド
５７０  温度制御装置
５７５１  ＣＯ２解析装置
５７５２  スクラバー
６００  ソフトウェア制御
【図１】
0004593562.tif 000004
【図２Ａ】
0004593562.tif 000005
【図２Ｂ】
0004593562.tif 000006
【図３Ａ】
0004593562.tif 000007
【図３Ｂ】
0004593562.tif 000008
【図４】
0004593562.tif 000009
【図５Ａ】
0004593562.tif 000010
【図５Ｂ】
0004593562.tif 000011
【図６】
0004593562.tif 000012
【図７】
0004593562.tif 000013
【図８】
0004593562.tif 000014
【図９】
0004593562.tif 000015
【図１０Ａ】
0004593562.tif 000016
【図１０Ｂ】
0004593562.tif 000017
【図１１】
0004593562.tif 000018
【図１２】
0004593562.tif 000019
【図１３】
0004593562.tif 000020
【図１４】
0004593562.tif 000021
【図１５】
0004593562.tif 000022
【図１６】
0004593562.tif 000023
【図１７】
0004593562.tif 000024
【図１７Ａ】
0004593562.tif 000025
【図１７Ｂ】
0004593562.tif 000026
【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
0004593562.tif 000028
【図１７Ｅ】
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【図１７Ｆ】
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【図１７Ｇ】
0004593562.tif 000031
【図１７Ｈ】
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【図１７Ｉ】
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