(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分極希ガス生成物の有効分極寿命を延長する方法であって、
（ａ）磁場を形成する段階（１１００）と、
（ｂ）分極希ガス（１００）を凍結させる段階と、
（ｃ）凍結分極ガス（１００）を回収するための密封容器（３０）内で凍結分極希ガス（１００）を密封する段階（１１１５）と、
（ｄ）磁場の存在下で分極ガスを融解させる段階（１１２０）と、
（ｅ）上記融解段階（ｄ）において密封容器中の凍結希ガスを液相に直接変換する段階（１１３０）と
を含む方法。
【請求項２】
液体を気体にするための密封容器（３０）を減圧する段階（ｆ）をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記減圧段階（ｆ）が、前記密封容器（３０）を回収容器に開放することによって行われる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記融解段階（ｄ）が、前記密封容器（３０）の内部の所定の部分と前記密封容器（３０）の外部を加熱することによって行われる、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記密封容器（３０）が単一患者用量を保持するように構成されており、前記融解段階（ｄ）が１０秒未満で達成される、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記融解段階（ｄ）が６秒未満で達成される、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記凍結段階（ｂ）が磁場の存在下で実施され、前記融解段階（ｄ）後の分極ガスが、前記凍結段階（ｂ）の前の分極希ガスの分極量の３０％超を保持している、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
密封容器（３０）が、充填操作中に分極ガスの流れを容器７５の底に向ける内部ノズル（１１０）を含んでいて、前記融解段階（ｄ）が、凍結分極希ガスから液状分極ガスへの急速な相変化を促進するため内部ノズル（１１０）の一部を加熱することを含んでいる、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記凍結段階（ｂ）が第１の場所で行われ、前記変換段階（ｅ）が第１の場所から離れた第２の場所で行われる、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
さらに前記凍結段階（ｂ）後及び前記変換段階（ｅ）前に輸送段階（ｇ）を含んでいて、凍結分極希ガスが129Ｘｅを含んでいて緩和時間Ｔ１を有しており、上記輸送段階（ｇ）でＴ１時間の終了前に密閉容器（３０）を第２の場所に輸送する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の方法であって、
（ｈ）内部流路（８０）と、凍結分極ガスを保持するための回収チャンバー（７５）とを備える密封容器を準備する段階と、
（ｉ）凍結分極ガス（１００）を磁場４２に暴露する段階と、
（ｊ）回収チャンバー（７５）に隣接した内部流路（８０）の部分を加熱する段階と、
（ｋ）密封容器（３０）の外部を加熱する段階と
をさらに含む方法。
【請求項１２】
さらに融解時に凍結分極希ガスを液化する段階（ｌ）を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記密封容器（３０）が一対の遮断弁（３５，３７）と動作可能に結合していて、前記液化段階（ｌ）が、前記遮断弁を閉じて、容器（３０）内の圧力を前記加熱段階（ｊ，ｋ）中に所定のレベルに上昇させることによって行われる、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
さらに前記遮断弁（３５，３７）の少なくとも一方を開けて、容器内の圧力を下げて液化ガスを気体にする段階と、
ガスの流れを容器に導く段階と
を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記内部流路（８０）の部分を加熱する段階（ｊ）が前記密封容器（３０）の外部を加熱する段階（ｋ）の開始前に行われる、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
さらに凍結ガス（１００）を磁場４２に暴露する段階と、
密封容器の外側を加熱する段階と
を含む、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
前記密封容器（３０）が一対の遮断弁（３５，３７）と動作可能に結合していて、前記液化段階（ｌ）が、前記遮断弁を閉じて、容器（３０）内の圧力を前記加熱段階（ｊ，ｋ）中に所定のレベルに上昇させることによって行われる、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
さらに前記遮断弁（３５，３７）の少なくとも一方を開けて容器内の圧力を下げて液化ガスを気体にする段階と、
ガスの流れを容器に導く段階と
を含む、請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ＡＦＳＯＲ交付番号Ｆ４１６２４−９７−Ｃ−９００１として政府から支援を受けてなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【０００２】
【技術分野】
本発明は、分極希ガスの回収及び蓄積に関し、より具体的には、磁気共鳴画像法（「ＭＲＩ」）及び分光用途のような、医療診断法における過分極（hyperpolarized）ガスの製造に関する。
【０００３】
【背景技術】
従来、ＭＲＩは、人の体内の水素分子（水のプロトンに存在）の核の励起による画像の精製に用いられてきた。しかし、分極希ガスを用いると、従前のこの方法では不十分な画像しか得られなかった人体のある領域及び部位で改善された画像が得られることが最近判明した。分極ヘリウム３（「３Ｈｅ」）及びキセノン−１２９（「１２９Ｘｅ」）がこの目的に特に適していることが判明している。残念なことに、以下で説明する通り、ガスの分極状態は取扱い及び環境条件に鋭敏であり、分極状態から比較的速く脱分極するおそれがある。
【０００４】
過分極装置（hyperpolarizer）は分極希ガスの製造及び蓄積に用いられる。過分極装置は、ある種の希ガス核種（１２９Ｘｅ及び３Ｈｅなど）の分極を天然又は平衡レベル（つまりボルツマン分極）を超えるレベルに人工的に高める。このような増大は核磁気共鳴画像（「ＭＲＩ」）シグナル強度を増強し、体内の物質の良好な画像を得ることができるので、望ましい。例えば、米国特許第５，５４５，３９６号（Ａｌｂｅｒｔ他）参照。
【０００５】
過分極ガスを製造するには、通例、希ガスをルビジウム（「Ｒｂ」）のような光励起アルカリ金属蒸気と混合する。この光励起金属蒸気は希ガスの核と衝突して「スピン交換」として知られる現象によって希ガスを過分極する。アルカリ金属蒸気の「光励起」は、アルカリ金属の最初の主共鳴の波長（例えば、Ｒｂに関しては７９５ｎｍ）の円偏光でアルカリ金属蒸気を照射することによって行われる。一般に、基底状態原子が励起し、続いて基底状態に脱分極して戻る。穏やかな磁場（１０ガウス）下で、原子を基底状態と励起状態との間で循環させると、数マイクロ秒で原子のほぼ１００％分極が得られる。この分極は、アルカリ金属の価電子が１であるという特性によって一般に保持される。核スピンがゼロでない希ガスの存在下で、アルカリ金属蒸気原子を希ガス原子と衝突させると、価電子の分極を相互スピンフリップ「スピン交換」によって希ガス核に移動させることができる。
【０００６】
従来、レーザーがアルカリ金属の光励起に使用されている。様々なレーザーは種々の波長域で光信号を放射する。あるタイプのレーザー（特に放射バンド幅の広いもの）の光励起プロセスを改善するため、選択したレーザーの特定のレーザー放射バンド幅とより密接に対応するようにアルカリ金属の吸収又は共鳴線幅を広くすることができる。この広幅化は、圧力広幅化、すなわち光励起室内での緩衝ガスの使用によって達成できる。アルカリ金属蒸気と緩衝ガスの衝突は、アルカリの吸収バンド幅の広幅化を導く。
【０００７】
例えば、単位時間当たり製造できる分極１２９Ｘｅの量は、Ｒｂ蒸気によって吸収される光パワーに正比例することが知られている。そこで、大量の１２９Ｘｅを分極させるには、一般に大量のレーザー出力光が必要とされる。ダイオードレーザーアレイを使用すると、天然Ｒｂ吸収線バンド幅は典型的にレーザー放出バンド幅よりも数倍狭い。Ｒｂ吸収域は、緩衝ガスの使用によって増大させることができる。無論、緩衝ガスの選択によっては、アルカリ金属の角運動量損失が所望の希ガスではなく緩衝ガスへと誘導されるおそれがあるので、Ｒｂ−希ガススピン交換に有害な影響を与えることもある。
【０００８】
いずれにせよ、スピン交換の完了後、過分極ガスを患者に投与する前にアルカリ金属から分離しておく。残念なことに、回収後及び回収中に、過分極ガスは比較的急速に劣化又は脱分極（過分極状態の喪失）し、そのため取扱い、回収、輸送及び貯蔵を慎重に行う必要がある。このように、過分極状態が環境及び取扱い因子によって鋭敏に影響されること並びに過分極状態から不都合な脱分極を起こす可能性があるため、過分極ガスの取り扱いは重要である。
【０００９】
幾つかの蓄積システムでは、緩衝ガスを分極ガスから分離し、回収した分極ガスを凍結させるための極低温（cryogenic）アキュムレーターが用いられる。残念なことに、ガスの分極の低下は、凍結ガスの最終融解後にガスの分極レベルが１桁ほど低下している可能性があるので、問題となる。さらに、アキュムレーターの極低温剤源近傍での非常に低温の操作温度は、アキュムレーターの回収領域を詰まらせてしまうことが多々あり、回収速度が低下したり、回収が妨害されることもある。
【００１０】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
以上の点に鑑みて、本発明の目的の一つは、回収分極希ガスの分極寿命を延長すること並びに最終使用時までの回収分極ガスの脱分極量を低減することである。
本発明の別の目的は、実質的に連続生産環境で使用できる改善された極低温アキュムレーターを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、加工処理時の分極損失量が低減した改良回収装置及び方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、エンドユーザーに送達する前の凍結分極ガス生成物の融解に起因する脱分極作用を最小限に抑制する方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記その他の目的は、本発明の内部加熱ジャケットを有する極低温アキュムレーターによって達成される。具体的には、本発明の第１の態様は、分極ガスが流れるように構成された対向する第１端部と第２端部を有する第１流路、及び第１流路の周りに位置する外部スリーブを含む分極希ガスの回収のための極低温アキュムレーターに関する。外部スリーブは、流路の第２端部の下に位置する回収チャンバーを画成する閉鎖端部を有する。アキュムレーターはまた第１流路及び外部スリーブの中間に位置する第２流路を含む。第２流路は第１流路の第２端部近傍に位置する閉鎖端部を有する。
【００１２】
好ましい実施形態では、外部スリーブと第２流路の外壁とは、それらの間に緩衝ガス出口通路を画成し、第２流路の（周方向に延在する）内壁は第１流路を画成する。第１流路の第２端部がノズルとして構成され、第２流路が、そこを通る窒素のような循環室温乾燥ガスを流すための加温又は加熱ジャケットとして構成されているのが好ましい。循環窒素ガスは流路から分離され、第１流路の外部に沿って存在する冷緩衝ガス及び極低温剤浴の極低温からノズル領域を補償又は保護する作用をもつ。有利なことに、かかる第２流路は希ガスの昇華によって第１フローノズルが凍結して詰まる可能性を低減できる。
【００１３】
さらに、アキュムレーターは第１流路と緩衝ガス出口通路との連絡部に第１及び第２遮断弁を含む。第１遮断弁は第１流路の第１端部に位置し、そこを通る目標ガスの流れの制御に使用できる。第２遮断弁は、緩衝ガス出口通路に沿って外部スリーブ閉鎖端部から離れて位置しており、緩衝ガス出口通路を開放自在に封止し、そこを通る緩衝ガスの放出を制御する。この実施形態では、アキュムレーターはＭＲＩ用の量（０．５〜２リットルの分極ガス）を収容するように構成され、離れた場所に容易に輸送できるように過分極装置から着脱自在に取り外すことができる。
【００１４】
本発明の別の態様は、冷却アキュムレーター用の加熱ジャケットに関する。ジャケットは、対向する第１端部と第２端部とを有する外壁及び対向する第１端部と第２端部とを有する内壁を含む。内壁は外壁から離れている。内壁は、分極ガス回収経路に近接するように構成される。ジャケットは外壁と内壁とをつないで密封する上面及び底面を含む。上面、底面、外壁及び内壁はそれらの間に１種以上の封入流体（ガス又は液体など）循環経路を画成する。ジャケットは流体及び流体ベントも含んでおり、それらの各々は循環経路と連通している。流体入口及びベントは、循環経路を流体、ガス又はガス混合物が流れることができるように構成される。
【００１５】
好ましい実施形態では、加熱ジャケット流体入口は弁と動作可能に結合していて、循環経路でガスの所定の流速が得られるように構成されている。内壁が中心開口部の周りに周方向に延在して、そこを通る分極ガスの流路を画成しているのも好ましい。
【００１６】
内壁が、流路第１直径を規定する第１の部分と流路第２直径を規定する減少部分とを含んでいることも好ましい。本実施形態では、第２直径は第１直径よりも狭く、流路ノズルを画成する。
【００１７】
本発明のさらに別の態様は、分極ガス回収用のアキュムレーターに関する。アキュムレーターは、対向する入口端と出口端を有する第１流路を含み、出口端はフローノズルとして構成される。入口端は、分極ガス回収経路に着脱自在に接続される。アキュムレーターは、フローノズルと整列しかつ隣接して位置する回収チャンバーを有する外部スリーブも備えている。好ましい実施形態では、アキュムレーターは、上述の外囲加熱ジャケットのような熱源も含む。操作中は、熱源は、フローノズルを加熱してそこでの分極ガスの詰まり及び凍結を防止するように装置に配置される。第１流路にノズルを有するアキュムレーターは、入口流からすべての過分極ガスを除去・捕捉して、排出による分極ガスの浪費を低減するのに役立つ。ノズルの使用によって、１２９Ｘｅのような分極ガスの局在化が改善される。さらに、かかるノズルは蓄積された１２９Ｘｅの熱負荷を最小限にし（従って、その緩和又は脱分極時間が長くなる）。加温ジャケットの使用によって、極低温剤の流動領域でノズルを使用することができるようになり、流路のノズル領域の詰まりが低減することでノズルの操作又は機能が向上する。
【００１８】
本発明のさらに別の態様は、分極希ガスの回収法に関する。本方法は、分極希ガスを含むガス混合物を回収経路に導くことを含む。ガス混合物は、回収経路に位置するアキュムレーターに受入れられる。アキュムレーターは、入口通路、回収貯蔵部及び出口通路を有する。回収貯蔵部は、分極希ガスの凝固点よりも低い温度に曝される。分極希ガスは、実質的に凍結状態で回収貯蔵部にトラップされる。残りのガス混合物は出口通路へと進む。回収経路の一部は、そこを通るガス混合物の流れを促進するため加熱又は加温される。好ましくは、加熱段階は、ガス混合物とは別個のガスを入口通路の所定の領域に導入する段階を含んでいおり、上記所定の領域は入口通路から離れた位置に含まれている。ガスは、ガス混合物とは別個に入口通路の一部の周囲を循環して、入口通路の少なくとも一部に伝導熱を与えて、暴露段階に起因する入口通路での閉塞の可能性を低減させる。好ましくは、入口通路の少なくとも一部の外側に室温Ｎ２ガスを循環させることによって加熱する。次いで、Ｎ２ガスを捕捉し、凍結蓄積希ガスから離れた大気中に排出させる。
【００１９】
本発明のさらに別の態様は、凍結分極ガスの融解である。本方法では、密封容器を準備する。この容器は内部流路と回収チャンバーとを有しており、回収チャンバーはその内部に凍結分極ガスを保持するように構成される。凍結分極ガスを磁場に暴露する。回収チャンバーに隣接した内部流路の部分を加熱し、密封容器の外部を加熱する。好ましくは、融解段階は、凍結ガスの実質的な部分が凍結分極ガスの融解時に液化するような圧力下で行われる。好ましい実施形態では、容器は２つの弁を含み、凍結生成物が液化した後、少なくとも一つの弁を開けて容器内の圧力を減小させ、液化ガスを急速に気化させる。この時点で、ガスの流れは好ましくは患者に導かれる。この段階は、典型的にはガスを袋その他の種類の容器に回収して、それを患者に送達することによって達成される。この方法は、凍結ガスを急速に融解し、分極ガスが遷移状態にある時間を最小限にし、融解時に保持される分極レベルを向上させることができる。さらに、本融解法は、慣用法よりも融解時間を、ＭＲＩの単一患者用量に関して１０秒未満に短縮できる。好ましい実施形態では、分極装置に導入される１２９Ｘｅガス混合物は、１３１Ｘｅで誘起される１２９Ｘｅ同位体の緩和に付随する脱分極を最小にするため、最小限の量の１３１Ｘｅしか含まない。
【００２０】
本発明のさらに別の態様は、分極ガス生成物の有効分極寿命を延ばす方法に関する。本方法は、磁場を形成する段階と、磁場の存在下で分極ガスを凍結させる段階を含む。分極ガスは密封容器に密封される。凍結分極ガスを次いで所望の時間融解させる。凍結ガスの実質的な部分を密封容器内の圧力下で液化させる。好ましくは、融解段階は上述の加熱段階（密封容器の内部及び外部での加熱）を含む。いずれにせよ、一実施形態では、密封容器を減圧して液体を気化させる。さらに好ましくは、減圧段階は、分極ガスをエンドユーザーに送達する際に、密封容器を回収容器に開放して、液体を気相へと膨張させることによって行われる。
【００２１】
有利なことに、かかる方法は、慣用の処理法よりも、融解分極ガスの分極レベルを増大させることができる。実際、本発明は、慣用法で処理されたガス試料で保持される分極レベルを２倍にすることができる。さらに、本発明は希ガスの過分極状態の蓄積及び保存を改善できる改良アキュムレーターを提供する。慣用の融解及び蓄積法は、予測値よりも低く、分極大幅に低下してしまう（典型的には、９００ｓｃｃｍの出発分極レベルのわずか約１２．２％；出発分極レベルの８７．８％が喪失）。本発明は、分極の保存を大幅に改善できる。例えば、改良蓄積・融解法は、初期凍結前分極レベルの少なくとも３０％以上（好ましくは約４０％〜５０％）の融解後分極を保持できる（「分極分極保持率」）。さらに、本発明は患者又はエンドユーザーに送達する時点で、１０％以上の分極レベルをもたらすことができる。加えて、本発明は、送達経路の改善並びに回収時にコールドフィンガーが凍結ガスなどで閉塞する危険性の低減によって、一定期間に回収できる分極ガスの量を増やすことができる。
【００２２】
本発明の上記その他の目的及び態様は、以下に詳述する。
図面の説明
図１は、本発明の一実施形態に係る過分極装置装置の模式図である。
図２は、本発明の一実施形態に従って液体極低温剤に部分的に浸漬した図１の装置のアキュムレーター又は「コールドフィンガー」の側面斜視図である。
図３は、本発明の一実施形態に係る、図２のアキュムレーターの断面図である。
図４は、図３のアキュムレーターの正面図である。
図５は、本発明の別の実施形態に係るアキュムレーターの断面図である。
図６は、図３のアキュムレーターの部分切欠き斜視図である。
図７は、図５のアキュムレーターの部分切欠き斜視図である。
図８は、本発明の一実施形態に従って融解時に加熱される図７のアキュムレーターを説明する。
図９は、本発明の分極ガスの蓄積法の諸段階を説明するブロック図である。
図１０は、本発明の一実施形態に係る凍結分極ガスの融解法の諸段階を説明するブロック図である。
図１１は、本発明の一実施形態に係る分極ガスの有効寿命の延長方法の諸段階を説明するブロック図である。
図１２Ａは、従来の融解法を用いて融解した分極ガスの融解後の分極レベルと蓄積流速の関係を示すグラフである。
図１２Ｂは、本発明に従って融解した分極ガスの融解後の分極レベルと蓄積流速の関係を示すグラフである。
図１３は、本発明による分極ガスの凍結前の分極レベルと融解後の分極レベルの関係を示すグラフである。
図１３Ａは、本発明に従ってキセノンを処理したときに得られた融解後実験データに関して分極流速に対応する分極キセノンの予測及び実験分極レベルを示すグラフである。
【００２３】
【発明を実施するための形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を示す図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。ただし、本発明は、数多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載された実施形態に限定されるものではない。同じ符号は常に同じ要素を示す。層及び領域は、明瞭化のために拡大されていることがある。以下の説明において、ある構造体と他の構造体との位置関係を示すために幾つかの用語を用いる。本明細書で用いる「前方」という用語及びその派生語は、ガス混合物が過分極装置を通して移動する際に移動する方向を意味する。この用語は、製造環境において作用を受ける物質が製造プロセスにおいて他の物質よりも遠いことを示すため慣用される「下流」という用語と類似語である。逆に、「後方」及び「上流」並びにそれらの派生語は、各々前方及び下流方向とは逆の方向を意味する。また、本明細書に記載する通り、分極ガスは回収、凍結、融解され、ＭＲＩ分光又はＭＲＩ用途に使用される。便宜上、「凍結分極ガス」は、分極ガスが固体状態に凍結されていることを意味する。「液体分極ガス」という用語は、分極ガスが液体状態に液化されているか、液化していることを意味する。いずれの用語も「ガス」という語を含んでいるが、この語は分極「ガス」生成物を得るために過分極装置で生成されるガスを名付け記述的に辿るために用いる。そこで、本明細書で用いるガスという用語は、ある箇所では過分極希ガス生成物を記述的に示すために用いられ、その生成物の状態又は相を表すための固体、凍結及び液体などの修飾語と共に用いられることもある。
【００２４】
分極ガスの蓄積及び捕捉には様々な技術が用いられている。例えば、Ｃａｔｅｓ他の米国特許第５，６４２，６２５号には、スピン分極希ガス用の大容量過分極装置が記載されており、Ｃａｔｅｓ他の米国特許出願第０８／６２２，８６５号には、スピン分極１２９Ｘｅ用の極低温アキュムレーターが記載されている。本明細書で用いる「過分極」、「分極」等の用語は、ある希ガス核の分極を天然又は平衡レベルよりも人工的に高めることを意味する。かかる増大は、強い画像シグナルを与え、物質及び身体の目標部位のＭＲＩ画像の向上につながるので、望ましい。当業者には公知の通り、過分極は、光励起アルカリ金属蒸気によるスピン交換或いは準安定性交換によって誘導できる。Ａｌｂｅｒｔ他の米国特許第５，５４５，３９６号参照。
【００２５】
図面を参照すると、図１は好ましい過分極装置１０を示す。本装置は大容量装置であり、スピン分極希ガスを連続的に生成・蓄積、つまり本装置を通るガスの流れが実質的に連続的であるように構成される。図示した通り、装置１０は希ガス供給１２及び供給調節器１４を含む。清浄器１６がそのラインに位置し、以下でさらに説明する通り、システムからの水蒸気のような不純物を除去する。過分極装置１０はまた流量計１８及び分極装置セル２２の上流に位置する吸込み弁２０を含む。レーザー２６（好ましくは、ダイオードレーザーアレイ）のような光学光源を、レンズ、鏡のような様々な集光及び光分散手段２４によって分極装置セル２２に向ける。光源はセル２２中のアルカリ金属を光励起するために、循環性に分極する。更なる弁２８が、分極装置セル２２の下流に位置する。
【００２６】
ラインにおける次のものは、図１に示す通り、コールドフィンガー又はアキュムレーター３０である。アキュムレーター３０は、ねじ部材又は迅速切断手段３１、３２のような一対の解除機構によって過分極装置１０に接続される。これによって、システム１０とアキュムレーターとの着脱が容易になる。アキュムレーター３０は、冷却源又は冷却手段４２と動作可能に結合する。好ましくは、図示した通り、冷却源４２は液体極低温剤浴４３である。アキュムレーターは以下により詳細に記載する。
【００２７】
真空ポンプ６０は、本システムに伝導している。流れを制御し、ガスの出口に導く追加の弁が種々の点で示される（５２、５５として示す）。遮断弁４７が「オン−ボード」出口ガス栓５０に隣接して位置する。アキュムレーター３０の下流の一定の弁は、以下でさらに説明する通り、回収した分極ガスの「オン−ボード」融解及び送達に使用する。システムはまたデジタル圧トランスデューサー５４及び流動制御手段５７を、遮断弁５８と共に含む。遮断弁５８は、好ましくはシステム全体又は装置１０を通したガスの流れを制御する。下記のように、ガスの流れをオン及びオフにするのに使用する。当業者に既知のように、他の流動制御機構、装置（アナログ及び電子的）を本発明の範囲内で使用し得る。
【００２８】
操作中は、ガス混合物をガス源１２からシステムに挿入する。図１に示す通り、源１２は予め混合したガス混合物を入れた加圧ガスタンクである。ガス混合物は、低品質の希ガス及び緩衝ガス混合物ガスを含む（過分極するガスは、予め混合したガス混合物中に比較的少量存在する）。好ましくは、過分極１２９Ｘｅの製造のために、予め混合したガス混合物は約９５〜９８％Ｈｅ、約５％又はそれ以下の１２９Ｘｅ及び約１％Ｎ２である。
【００２９】
予め混合したガス混合物が少量のキセノン−１３１（又は１３１Ｘｅ）同位体を含むことも好ましい（その天然レベルから減少させた）。天然において、典型的なキセノン同位体発生量は下記の通りである：
【表１】
0004558931.tif 000002
【００３０】
「濃縮」１２９Ｘｅ混合物は、過分極ガス混合物の１２９Ｘｅガスの十分な量を提供するために使用される。本明細書で用いる「濃縮」は、その天然発生レベルよりも１２９Ｘｅの発生量を増加させることを意味する。しかし、濃縮１２９Ｘｅは典型的にまた他のキセノン同位体を含む。残念なことに、少なくとも一つの特定の異性体−１３１Ｘｅが凍結１２９Ｘｅと（特に、４．２°Ｋのような低温で）、１２９Ｘｅの脱分極をもたらすことができる方法で相互作用し得る。低温で、１３１Ｘｅは「スピン−シンク」のように働き、１２９Ｘｅ分極を吸収又は脱分極させ、凍結「固体」１２９Ｘｅ分極ガスの結晶境界の優勢な緩和機構となる可能性がある。
【００３１】
上記表Ｉに示すように、１３１Ｘｅは二分の一より大きい核スピンを有する同位体である。これ自体、「４重モーメント」を有し、これは、１３１Ｘｅが電場勾配と相互作用して軽減し得ることを意味する。例えば、Gatzke et al., Extraordinarily slow nuclear spin relation in frozen laser-polarized 129Xe, Phys. Rev. Lett. 70, pp.690-693 (1993)参照。
【００３２】
４．２°Ｋで、優勢な固相緩和機構は、結晶境界での１２９Ｘｅと１３１Ｘｅ同位体の間の「交差緩和」である。加えて、「凍結」又は「固体」１２９Ｘｅガスがフレーク（雪片のような）のような形を取るとき、その形は比較的大きい表面領域である。残念なことに、この比較的大きい表面領域がまた１３１Ｘｅとのより大きい脱分極相互作用を可能にする。最大の又は「最も効率的な」交換は、電場が典型的に最大である場所である、結晶境界である。この電場強度は、次いで、１３１Ｘｅ核スピンフリップエネルギーを１２９Ｘｅ核スピンフリップエネルギーとほぼ同等までさせることができる。
【００３３】
【実施例】
減少した１３１Ｘｅ同位体含量の濃縮１２９Ｘｅ混合物を下記に示す。
実施例１ ８２．３％濃縮１２９Ｘｅガス混合物
【表２】
0004558931.tif 000003
【００３４】
実施例２ ４７．２％濃縮１２９Ｘｅガス混合物
【表３】
0004558931.tif 000004
【００３５】
好ましい実施形態では、回収分極１２９Ｘｅを低温に曝し、凍結させるとき、濃縮１２９Ｘｅガス混合物は、好ましくは約３．５％未満の１３１Ｘｅ及びさらに好ましくは約０．１％未満の１３１Ｘｅを含む。
【００３６】
少なくとも、ガス「濃縮」混合物は、清浄器１６を通り、分極装置セル２２に入る。弁２０、２８は分極装置セル２２に動作可能に結合するオン／オフ弁である。ガス調節器１４は好ましくはガスタンク源１２（典型的に１３，７８０．２ｋＰａ（２０００ｐｓｉ又は１３６ａｔｍ）で操作）からの圧力を、システムで約６０８〜１０１３．２５ｋＰａ（６〜１０ａｔｍ）に減少させる。このように、蓄積の間、全部の集合体（導管、分極セル、アキュムレーター等）はセル圧（約６０８〜１０１３．２５ｋＰａ（６〜１０ａｔｍ））まで加圧する。装置１０の流れは、弁５８の開放により達成され、流動調節手段５７の調節により制御する。
【００３７】
セル２２内へのガスの典型的な滞留時間は、約１０〜３０秒である。すなわちセル２２を移動しながら、ガス混合物が過分極するのに１０〜３０秒の桁かかる。ガス混合物は、好ましくは、約６０８〜１０１３．２５ｋＰａ（６〜１０ａｔｍ）の圧力でセル２２に挿入される。無論、増加した圧力で動作可能なハードウェアでは、１０１３．２５ｋＰａ（１０ａｔｍ）を超えた圧力、例えば、約２０２６．５〜３０３９．７５ｋＰａ（２０〜３０ａｔｍ）での操作が、Ｒｂの圧力広幅化のために好ましく、１００％の光学的光まで吸収する。比較して、慣用の線幅より狭いレーザー線幅のために、低い圧力を用いることができる。分極装置セル２２は、レーザー放射光の挿入をさせるために形成された装置を備える加熱チャンバーに組み入れられた高圧光励起セルである。好ましくは、過分極装置１０は、１２９Ｘｅ（又は３Ｈｅ）のような選択した希ガスを、慣用のスピン交換法によって過分極する。ルビジウム（「Ｒｂ」）のような気化したアルカリ金属は、分極装置セル２２に挿入される。Ｒｂ蒸気は、光源２６、好ましくはダイオードレーザーによって光励起される。
【００３８】
装置１０はヘリウム緩衝ガスを使用し、Ｒｂ蒸気吸収バンド幅を圧力広幅化する。緩衝ガスの選択は、アルカリ金属が、望ましい希ガスよりむしろ緩衝ガスへの角運動量損失の導入の可能性があり、緩衝ガスが（吸収バンド幅を広幅化しながら）不都合なことにアルカリ金属−希ガススピン交換と衝突し得るため、重要である。好ましい実施形態では、１２９Ｘｅは、光励起Ｒｂ蒸気とのスピン交換によって過分極される。装置１０が、Ｒｂスピン分散を最小限に抑制する方法での圧力広幅化のために、１２９Ｘｅ圧よりも数倍大きい圧力で、ヘリウム緩衝ガスを使用することも好ましい。
【００３９】
当業者には認識されるように、ＲｂはＨ２Ｏと反応性である。したがって、分極装置セル２２に導入される水又は水蒸気が、Ｒｂがレーザー吸収を損失し、分極装置セル２２内のスピン交換の量又は効力を減少させる原因となり得る。このように、更なる用心として、外部フィルター又は清浄器（図示せず）を、さらに分極装置の効果を増加させる目的で、この不要な不純物の追加の量でさえ除去するために、外部表面領域を有する分極装置セル２２の入口前に配置できる。
【００４０】
過分極ガスは、緩衝ガス混合物と共に、分極装置セル２２を出、アキュムレーター３０に入る。図３〜図７を参照すると、分極ガス及び緩衝ガスは、第１流路（８０）を下がって、アキュムレーター３０の底面に位置する回収貯蔵部７５に導かれる。操作中は、アキュムレーター３０ａの下部において、過分極ガスはその凝固点よりも低い温度に曝され、凍結生成物１００として貯蔵部７５に回収される。残りのガス混合物はガス状のままであり、アキュムレーター３０から外に向かう点で第１流路７５と異なる出口通路９０に逆流することにより、第１流路（８０）及び貯蔵部７５を出る。アキュムレーター３０は下記により詳述する。分極ガスを、一般に少なくとも約５００ガウス、典型的には約２キロガウスの桁の磁場の存在下回収する（並びに貯蔵、輸送及び好ましくは融解する）が、より高い磁場も使用できる。低い場は、分極ガスの緩和速度を望ましくなく増加させるか、又は緩和時間を減少する可能性を有し得る。図２に示す通り、磁場は、磁性ヨーク４１の周りに位置する永久磁石４０により提供される。
【００４１】
過分極装置１０はまた加熱ポンプ輸送セル２２と冷却している冷トラップ又はアキュムレーター３０の間の排出ラインの温度変化に使用でき、分極ガス流から、アルカリ金属をアキュムレーター３０の上の導管に沈殿させる。当業者に認められるように、アルカリ金属は、約４０℃の温度でガス流の外で沈殿できる。装置まはたアルカリ金属還流凝縮器を含む（図示せず）。好ましくは、還流凝縮器は、室温に保たれた垂直還流出口パイプを使用する。還流パイプを通るガス流粘度及び還流出口パイプのサイズは、アルカリ金属蒸気が凝縮し、引力によりポンピングセルに滴り戻るようなものである。いずれにせよ、分極ガスを患者に送達する前に、生成物が非毒性であり、規制標準（例えば、少なくとも１０ｐｐｂ以下のレベル）に適合するように、アルカリ金属を除去することが望ましい。
【００４２】
所望により、中間冷トラップはまた分極装置セル２２とコールドフィンガー３０の間に位置することができる。中間冷トラップ（図示せず）の温度は、好ましくはアルカリ金属（例えば、Ｒｂ）をトラップするが、希ガス及び担体ガス（複数もある）はコールドフィンガー３０に自由に近づけるように設定する。これは、Ｒｂを過分極ガスから除去することが重要である、インビボ用途で重要であり得る（すなわち患者に送達したときに、Ｒｂの残りが１ｐｐｂ以下のような痕跡量を超えないようなレベルまで過分極ガスから除去する）。
【００４３】
所望の量の過分極ガスをアキュムレーター３０に回収したら、アキュムレーターをシステムから放すか、分離できる。好ましい実施形態では、弁２８を閉じ、セル２２を加圧したままにする。これは、アキュムレーター３０及び下流の配管が、フロー弁５８の開放のために減圧を開始するようにする。好ましくは、弁２８の下流の装置１０は、フロー弁５８を封鎖する前、約１．５ａｔｍに減圧させる。フロー弁５８の封鎖後、弁５５を開け、残りのガスを多方面に抜くことができる。排出配管を排気したら、弁３５及び３７を閉じる。回収ガスが「オン−ボード」に分散する場合、すなわち装置１０からアキュムレーター３０を離さない場合、袋又は他の容器のような容器を出口５０に接着できる。弁４７を開け、接着した袋に排出できる（図示せず）。袋に排出され、ガスの融解の準備がされたら、弁５２を所望により閉じることができる。これは、装置１０の分極ガスと圧トランスデューサー領域５９の接触を最小にする。この領域は、典型的に分極ガスに脱分極作用を有する物質を含む。このように、この領域との長時間の接触は、分極ガスの緩和を促進し得る。
【００４４】
弁５２を閉めない場合、弁５５を好ましくは閉じ、分極融解ガスの排出を防止する。セル２２の下流側の流路を、ガスの分極状態の減衰効果を最小にする物質から形成するのも好ましい。米国特許第５，６１２，１０３号に記載のようなコーティングも使用できる。「オン−ボード」融解操作中は、弁３７は開放してガスを出させる。次いで、弁４７及び出口５０を通して処理する。
【００４５】
「分離」又は「移動アキュムレーター」融解形態において、アキュムレーター第１及び第２遮断弁（３５，３７）を、アキュムレーター３０の減圧及び排出後に閉じる。アキュムレーター３０の排出は、除去するアキュムレーター内にガスを残す。凍結分極ガスと共にアキュムレーター３０内の残った残余ガスは、凍結ガスの熱負荷に寄与し得、恐らく凍結ガスの温度を上げ、緩和時間を短くし得る。このように、好ましい実施形態では、減圧及び排出及び遮断弁（３５，３７）の封鎖後、アキュムレーター３０を装置１０から、解放点３１、３２で離す。
【００４６】
アキュムレーターが溝内にＯリング（図２、２２０）を含み、システム中の管路への急速接続（又は他の接続手段）の封印を助けることも好ましい。このタイプのＯリング／溝密封機構は、装置の上昇した操作圧（すなわち６０８〜１０１３．２５ｋＰａ（６〜１０ａｔｍ）以上）でさえ、封印の完全さの確実性を助長し得る。同様に、ＣＨＥＭ−ＴＨＲＥＡＤＳ（登録商標）（ＣｈｅｍＧｌａｓｓ，  Ｉｎｃ．  Ｖｉｎｅｌａｎｄ，  ＮＪにより製造）などの接続手段を使用する場合、それらがシステムの操作圧と適合した圧を保持するように構成するのが好ましい。適当な遮断弁（３５，３７）は、Ｖｉｎｅｌａｎｄ，  ＮＪに存在するＫＩＭＢＬＥ  ＫＯＮＴＥＳ弁８２６４５０−００４、８２６４６０−０００４である。
【００４７】
遮断弁（３５，３７）は、各々第１流路（８０）及び緩衝ガス出口通路９０と伝導し、各々そこを通る流体の量を調節でき、同様にシステム１０及び環境からアキュムレーター１０を分離するために各々の通路を封鎖できる。充填されたアキュムレーター３０を除去した後、他のアキュムレーターを容易にそして比較的早く解放点３１、３２に接続できる。好ましくは、新アキュムレーター３０を接続したとき、排出多岐管は、弁５５（弁５２、３５，３７は開けたまま）を使用して排出する。典型的に、約１分以内程度で起こる適当な真空状態（約１３．３Ｐａ（１００ミリトル）のような）が達成されたとき、弁５５を閉める。弁２８を次いで再び開け、セル圧を操作するために排出多岐管を再加圧する。次いで、弁５８を開け、装置１０内の流れを再開させる。好ましくは、流れが再開したら、液体窒素をアキュムレーター３０に適用して、過分極ガスの回収を続ける。典型的に、かかる移行は、約５分又はそれ以下かかる。このように、好ましい過分極装置１０は、連続生成及びその蓄積のために、過分極１２９Ｘｅガスの連続流を提供する。
【００４８】
図２に目を移して、アキュムレーター及び磁性ヨーク組み立て品２３０を示す。アキュムレーター３０は、極低温剤浴４３の上に位置する支持台２１０により支持される。プレート２１５の対が、支持台２１０から縦に伸び、磁性ヨーク４１に接続する。磁性ヨーク４１は、アキュムレーター３０の回収貯蔵部７５に隣接及び密接して位置し、回収された分極ガスに所望の磁場を提供する。図示した通り、アキュムレーター３０は支持接触部分２１１を含み、これは支持台２１０に対して据えるために形成される。
【００４９】
アキュムレーター
図３及び４は本発明のアキュムレーター３０の一つの態様を示す。図示した通り、アキュムレーター３０は中心第１流路（８０）、第２流路９５及び排出緩衝ガス経路９０を含む。第２流路又は経路９５は第１流路（８０）と緩衝出口通路９０の中間に位置する。好ましい実施形態では、アキュムレーター３０は第１流路の下部末端のノズル１１０を含む。ノズル１１０は、貯蔵部７５の冷表面に影響するため、過分極ガスの局在性を改善する。ノズル１１０はまた、過分極ガスの凝固点より十分低いガス流の冷却のジュール−トンプソン伸長を可能にし得、好都合なことに静止し、回収した過分極ガスの熱負荷を最小にし、そして、それにより、その緩和時間をおそらく延長する。いずれにせよ、アキュムレーター３０は好ましくは、貯蔵部７５及び約７．６２〜１５．２４ｃｍ（３〜６インチ）の管が浸されるように極低温剤浴４３に浸される。液体窒素に浸されている場合、外部スリーブ１０３の外壁及び貯蔵部７５の外壁は約７７°Ｋである。キセノンの凝固点は約１６０°Ｋである。従って、第１流路（８０）の排出により、過分極ガスは冷表面を打ち、貯蔵部７５に凍結して入るが、緩衝ガスは出口通路９０を通ってアキュムレーターを出る。貯蔵部は表面コーティングを含むことができ、それと分極ガスの接触による緩和の防止を助ける。米国特許第５，６１２，１０３号「Improved Coatings for the Production of Hyperpolarized Noble Gases」参照。或いは、容器を高純度非磁性金属フィルムのような他の物質から、又はこれを含んで製造できる。、同時出願され、同時譲渡された、Containers for Hyperpolarized Gases and Associated Methodsと題する特許出願第０９／１２６，４４８号参照。
【００５０】
図４に示すように、第２流路９５は、アキュムレーター３０の上面から約１８０°離れた所に位置する入口及び出口、各々１２５及び１２６を有する。無論、当業者に認められるように、第２流路入口及び出口１２５、１２６の別の配置も用いることができる。好ましくは、入口及び出口１２５、１２６は、アキュムレーター３０がそれに組み立てられている時、極低温剤浴４３又は他の冷却手段の上に形成される。その各々の入口及び排出部分１２５、１２６以外に、第２流路９５が含まれ、第１流路（８０）及び排出ガス経路９０を離す。これ自体、第２流路は密封閉鎖端部９６を含む。
【００５１】
操作中は、図６に示す通り、第２流路９５はアキュムレーター３０の領域に熱を提供する。好ましくは、第２流路は加熱ジャケット９３を画成する。加熱ジャケット９３は含まれる第１流路（８０）の周りの流体、好ましくはガスの暖かい流れを提供するように構成される。さらに好ましくは、加熱ジャケット９３は温かい又は環境温度の窒素を第２経路を下がって第１経路８０の下部に隣接する領域に導く。すなわち第２経路の部分は貯蔵部７５に近接又は隣接している。好ましい実施形態では、加熱ジャケット９３中の温かいガスは、第２流路９５を通って第１流路（８０）のノズル１１０領域に導かれる。有利なことに、かかる温かいガスは、流路（８０）の中にトラップされた凍結ガスのために、第１経路のこの領域が凍結し、詰まる望ましくない傾向を帳消しにできる。さらに、この配置はまた貯蔵部７５に導かれる、及び回収凍結分極ガスの関連する熱負荷を最小にできる。詰まる問題は、ノズル設計を有するアキュムレーターでは、狭まった排出領域におけるの小量の蓄積でさえ、第１流路（８０）を遮断し、そして更なる分極ガスの回収を妨げさえし得るため、特に厄介であり得る。本明細書で用いる「加温」は、選択した分極ガスの凝固点を超える、すなわち１２９Ｘｅでは１６０°Ｋ以上の温度での加熱の適用であり得る。
【００５２】
一般に、固体分極ガス（特に１２９Ｘｅ）の緩和時間は、凍結ガスの温度に強く依存する。換言すれば、凍結ガスの温度が低いほど、緩和時間が長い。従って、蓄積された凍結ガスにおける熱負荷の最小化が重要である。第１流路（８０）を下に向けられたガス流により存在する熱負荷は、室温から極低温（本明細書で述べるように、液体窒素（ＬＮ２）又は７７°Ｋ）まで緩衝ガスを冷却する必要性に大きく寄与する。この熱負荷は、２Ｗの桁であると概算される。このように、蓄積された分極１２９Ｘｅへの熱負荷を最小にするために、ノズル１１０の出口点の前に分極ガスの凍結温度近く（しかしそれ以上）にガス流を冷却することが望ましい。１２９Ｘｅに関して、緩衝ガスは好ましくは１６０°Ｋのすぐ上まで冷却し、それ以下ではＸｅはノズルの中で凍結し得、おそらく詰まり、又は遮断をさせる。有利なことに、１６０°Ｋまで冷却した排出ガスは、５０％ほど多くまで凍結分極ガスの熱負荷を削除できる。本発明の配置は、この排出導管が緩衝ガスの逆流によりこのように冷却されることを可能にする。有利なことに、この冷却逆流は、ノズル１１０又は流路（８０）の最も感受性の領域が、加熱ジャケット又は第２流路９５により出口通路から離されているため、過度にノズル１１０を低温にさらさない。
【００５３】
再び図４に関して、図示した通り、第１流路（８０）は加熱ジャケット９３の内壁９３ａの形により画成される。好ましくは、内壁９３ａは、第１流路（８０）を画成する開口部の周りに円周状に伸びる。同様に、加熱ジャケット９３の外壁９３ｂは、アキュムレーター３０の外部スリーブ１０３と一緒に緩衝排出路９０を画成する。図６に示す通り、好ましい実施形態では、内壁９３ａ、外壁９３ｂ及び外部スリーブ１０３は容易に放射状に配置される。加熱ジャケット９３の内壁は、内壁の前述の直径よりも小さい直径の段階的に減少した部分１９３を含む。この段階的に減少した部分は、第１流路（８０）にノズル１１０を提供するように構成する。
【００５４】
図５及び７は、本発明のアキュムレーター３０’の好ましい態様を示す。本態様に示す通り、加熱ジャケット９３は第２流路９５の主要な部分に沿って伸びる少なくとも一つの細長い導管１４５を含む。導管１４５が極低温に曝されるため、ＰＴＦＥ等のような、適当な実質的に非脱分極及び極低温許容物質から作るべきである。適当な物質は、低温抵抗性を有する物質を含む。かかる物質の商標の一つの例は、ＴＥＦＬＯＮ（商標）又は金属フィルム被覆表面である。導管１４５は、加温したガスを第１流路（８０）の下部に下がるように導き、さらに好ましくは、加温ガスを、貯蔵部７５の上の第１流動チャネルのノズル領域１１０に導く。これ自体、導管の下部末端１４５ａは好ましくは、ノズル１１０に隣接して位置する。一度放出されたら、温かいガスは円周状に伸びている第２流路９５を通って上がり、出口ベント１２６から出る。この加温ガスは冷／詰まる作用と逆反応でき、冷緩衝ガスの逆流が、上述の、閉塞に感受性の領域の第１流路にある。無論、更なる加熱ジャケット入口、導管及びベント（図示せず）も本発明の範囲内で用いることができる。
【００５５】
第１流路（８０）、第２流路９５及び緩衝ガス出口通路９０の適当な直径の例は、各々６．３５、１２．７及び１９．０５ｍｍ（０．２５、０．５０及び０．７５インチ）である。一実施形態では、ノズル１１０は第１流路に沿って、約２５．４ｍｍ（約１．０インチ）伸びる。好ましくは、アキュムレーター３０はＰＹＲＥＸ（商標）のようなガラスから形成され、約６０８〜１０１３．２５ｋＰａ（６〜１０ａｔｍ）以上の圧力に耐えるように構成される。
【００５６】
操作中は、凍結過分極ガスの蓄積中、加温ガスは第２経路に約７．８６５８〜４７．２ｍｌ／ｓ（１〜６ｆｔ３／時間）の速度、さらに好ましくは、約１５．７３２  〜３９．３２９ｍｌ／ｓ（２〜５ｆｔ３／時間）の速度、及びさらに一段と好ましくは約２３．５９７ｍｌ／ｓ（３ｆｔ３／時間）の速度で導入される。好ましくは、回収中、アキュムレーター３０は光励起セルと同じ圧力で操作する。
【００５７】
上述の、好ましい加温ガスは乾燥環境温度Ｎ２（Ｎ２はヘリウムの約２倍の熱容量を有する）であるが、本発明はそれに限定しない。例示的な加温ガスの好ましい温度は約１０〜２６．７℃（５０°〜８０°Ｆ）、及びさらに好ましくは約２０〜２５．６℃（６８°〜７８°Ｆ）である。好ましい実施形態では、対応する「加熱ガス」流速は、加温ガスの所定の温度に対応する最小レベルに設定する。すなわち最小速度を、詰まりが発生するより低いある温度に設定し、この最小速度を「臨界流速」と呼ぶことができる。高温を使用する場合、低流速が典型的に必要である。他の加温ガスの例は、ヘリウム、乾燥空気などであるが、これらに限定されない。好ましくは、高温「加温」ガスを使用する時、低対応流速を使用する。対照的に、もし低温「加温」ガスを使用するとき、高対応流速を使用する。
【００５８】
有利なことに、本発明は、ガス流中の約８０〜１００％の分極ガスを回収できる。加えて、本発明は伸びた利用寿命の分極ガス生成物を生成できる。これは、改善された回収及び／又は融解法に寄与し、これは以下に記載する慣用法と比較して、大きな分極レベルを保持する分極ガスを生成できる。
【００５９】
融解
上述の、本発明の好ましい態様は、過分極ガスの周りに位置する小型永久磁石配置を用いる。残念なことに、かかる配置から提供される磁場は、幾分不均質であり得る。ガスが融解されているため、この不均質性は比較的早く過分極ガスを脱分極させる。新たに融解した１２９Ｘｅは不均質誘導脱分極（「分極の損失）」に感受性である。例えば、ガス状１２９Ｘｅの緩和はそれが不均質場を通って拡散するため、特に問題である。この緩和は、一般的にガスの逆圧と直線状に比例する。すなわち融解プロセスの最初に起こる低いガス圧で、不均質性（場勾配）誘導緩和は最強である。（１０１．３２５ｋＰａ（１ａｔｍ）のガス圧での１２９Ｘｅの緩和は、２２秒ほどと測定されている）。本発明は、最初の融解の間の、アキュムレーター３０内の遮断弁（３５，３７）の封鎖によりこの問題を解決する。分極ガスが融解したため、圧力は急速に増加し、直ぐに１ａｔｍを超え、更に上昇する。
【００６０】
圧力が増加するため、残りの固体１２９Ｘｅはガス状形よりもむしろ液状形になる。液体１２９Ｘｅは磁場勾配、不均質性緩和、温度効果及び磁場強度に比較的不感受性であり、従って過分極１２９Ｘｅのより強い形の一つを成す。液体１２９Ｘｅは約２０〜３０分の典型的緩和時間を有している。K. L. Sauer et al., Laser Polarized Liquid Xenon, Appl. Phys. Lett. (Accepted 1997)参照。液体状態は、更に残りの固体１２９Ｘｅへの素早い熱分散を助け、従って更に融解を速くする。
【００６１】
好ましい実施形態では、加熱ジャケット９３はまた凍結分極ガスの融解プロセスを改善できる。本発明は、キセノンの固体及びガス状態の両方が遷移中の脱分極に非常に感受性であるため、凍結分極ガスを液体状態に急速に移動することが重要であると認識する。例えば、固体又は凍結１２９Ｘｅをその融点近くまで暖めると、緩和時間は７７°Ｋでの３時間から、相遷移点近くでは数秒にまで劇的に減少する。加えて、１２９Ｘｅの昇華温度の直ぐ上の温度でのガス状緩和は急速であり、温度に指数的に依存する。例えば、１６０°Ｋのある表面でのガス状１２９Ｘｅの緩和は、３００°Ｋの同じ表面のわずか３％の長さである。さらに、融解の初期段階で、Ｘｅガス圧が低い時、ガス状１２９Ｘｅは上記の不均質性問題により感受性である。
【００６２】
従来、熱は融解時にアキュムレーターの外部から供給されている。凍結過分極ガスが融解し始めると、第１流路（８０）の排出点でのように、再び凍結を始める。これは、融解段階中の１２９Ｘｅの１回以上の凍結及び融解をもたらし、分極ガス生成物が、緩和がより急速である感受性遷移相の周りで多くの時間を費やさす原因となる。
有利なことに、上記のアキュムレーター３０、３０’の加熱ジャケット９３は、更に融解段階を改善できる。図８に目を向けて、アキュムレーターの加熱ジャケット又は第２流路９５は、融解段階中にアキュムレーター３０のノズル領域１１０に熱を供給できる。好ましくは、流路又はノズル領域の下部領域は融解前に予熱され、ノズル１１０が貯蔵部７５の外部表面に熱を供給する前に分極ガスの凝固点より高くなるようにする。融解時に、コールドフィンガーの外部及び内部の両方に熱を供給するのが更に好ましい。内部加熱は、好ましくは、アキュムレーターの下部領域、すなわちノズル領域に適用する。ノズル１１０は、このように、加熱ジャケット９３中の循環流体（好ましくはガス）により温められる。上述の種々の加温ガスが使用できる。好ましくは、融解中の加温ガスの流速は、蓄積段階中に使用するより早く、例えば、約３９．３２９〜９４．３９ｍｌ／ｓ（５〜１２ｆｔ３／時間）、及びさらに好ましくは約７８．６５８ｍｌ／ｓ（１０ｆｔ３／時間）である。同様に、融解時に供給する「加温」ガスの好ましい温度は、典型的には内部で制御された環境条件である（例えば、２０〜２５．６℃（６８〜７８°Ｆ）のような室温ガスである）。
【００６３】
「輸送」アキュムレーター３０に関して、すべての１２９Ｘｅが液体になったら、遮断弁３５を好ましくは開けて、接続した排出チャンバー又は袋又は他の送達手段又は回収容器に導く。無論、弁（３５，３７）のいずれかをどこに送達容器又は容器を接着するかに依存して開けることができる（図示せず）。「オン−ボード」アキュムレーターに関して、遮断弁３７は上述の操作弁である。圧力の突然の減小は、液体１２９Ｘｅをガス状にし、急速にアキュムレーターから排出し、有利なことにそれによりガス状態で不均質磁場における時間を最小とする。同様に、「オン−ボード」放出を用いる場合、遮断弁３７を開け、ガスは弁４７を通り、出口５０の送達容器に流れる。融解の慣用法は、コールドフィンガー（アキュムレーター）を、充填する容器に開け、次いで融解を開始することを含む。この融解は、典型的に、１患者投与量が終わるまでに、３０秒又はそれ以上かかる。比較して、有利なことに、本融解法は、凍結過分極ガスの一投与量を、約１０秒以下で、好ましくは約５〜６秒以下で完了できる。典型的な患者投与量は、約０．２０〜１．２５リットル（「Ｌ」）及び好ましくは約０．５〜１．０Ｌである。換算重量はＸｅで約５．４グラム／Ｌである。同様に、固体Ｘｅの密度は約３．１ｇ／ｃｍ３、及び分極凍結Ｘｅの対応する患者容量は約１．８ｃｍ３／Ｌと換算できる。
【００６４】
有利なことに、本融解法の観察は、慣用法で融解されたものと比較して、融解１２９Ｘｅの最終分極レベルにおける信頼要素の約２倍以上の改善を示す。
【００６５】
図１２Ａ、図１２Ｂに関して、図１２Ａは慣用融解法で得られた分極結果を説明し、図１２Ｂは上記の本発明の改善された融解法で得られた結果の関係を示すグラフである。いずれのグラフも、分極セル２２（及び従って全装置）を通る全ガス流速と関連させた、融解後の１２９Ｘｅの分極％をプロットする。対応する１２９Ｘｅ流速は、全ガス混合物の％である。示す実施例において、１２９Ｘｅは全ガス混合物の約１％を形成し、１２９Ｘｅ流速は１００で割った全流速である。例えば、１０００標準ｃｍ３（１分当りの標準立法センチメートル（「ｓｃｃｍ」））の流速で、１２９Ｘｅは典型的に１０ｃｍ３／分又は６００ｃｍ３／時間の速度で蓄積する。より高い流速が、１２９Ｘｅの処理量の増加のために望ましい。しかし、分極は高流速で減少する。これは、高流速で、１２９Ｘｅが、光励起Ｒｂとのスピン交換接触における滞留時間を費やすため、時間の減少に寄与する。すなわちＸｅのセル２２への滞留時間は、一般に、流速で割るセル容量により多様化されるガス圧と数学的に等しいと言うことができる（ＰＶ／ｍ）。
【００６６】
図１２Ａは、主に融解時に起こる無作為分極損失に寄与する、消散分極結果をもたらす慣用融解法を示す。図１２Ｂは、上記の光励起特性を追跡し、そして蓄積流速に対応する予期される融解後分極レベルを生成する。
図１２Ｂに示す通り、上記の改善された方法に従って融解したとき（加圧及び内部及び外部加熱下に）、例えば、１０００ｓｃｃｍ（又は標準ｃｍ３／分）より低い流速で、１０％を超える融解後の分極レベルが確実に達成される。本図に示す結果は、１９０ｃｍ３容量の１２９Ｘｅ（及び約０．２５〜０．４９のＲｂ分極レベル）を示す。無論、当業者には認められるように、分極ガスの異なる容量（すなわち多かれ少なかれ）は、それに付随して異なる相対的容量を有する。例えば、多い容量の１２９Ｘｅは、分極に長い時間かかり、しながって、同じ流速で、大容量の分極は図１２Ｂに示すもの未満の。違う言い方で、大容量の分極ガスでは、付随する分極曲線が、図１２Ｂに示す分極がガスの例示的１９０ｃｍ３容量のものと比較して、下がる。また、典型的に、多い容量の分極がガスは、固相緩和起因する多い損失をもたらし得る。しかし、グラフから見られるように、本発明は、初期分極曲線に予想された通りに従う融解後分極曲線をもたらす。対照的に、図１２Ａに示す通り、融解後の慣用の分極レベルは、平均約４．４％で、非常に予測されない。実際、約９００ｓｃｃｍ（標準ｃｍ３／分）で、分極点は約２．１６％であるが、予測は１８．７％であり、分極保持率を１２．２％減少させる（初期分極の約８７．８％の損失）。慣用法と異なり、本発明は、蓄積中に用いる流速に予測可能に対応する融解後分極レベルを作る。
【００６７】
図１３は、融解前及び後の実験的及び理論的分極レベルを説明する。実験的流動曲線は、凍結前に達成される分極レベルを示す（１２９Ｘｅとして測定されるレベルは、ポンピングセル２２を出る）。グラフの実験データポイントは、本発明の回収、凍結分極ガスの融解により達成された融解データポイントを示す。実験データは、本発明の方法が、ここで達成可能な分極分極保持率の予測性を改善し、同時に分極分極保持率（凍結前に達成されたものと比較した、融解後分極保持の量）の値を増加させることを確認する。
【００６８】
図１３Ａは、キセノン生成物から予期される分極レベルの予測に使用する流動曲線を説明し、この曲線は凍結及び融解時に分極損失なしに達成できる融解後分極レベルを示す。この曲線は、固体Ｘｅの正常保持の損失を含む（一般に、７７°Ｋで約２時間と概算される）。図示した通り、低流速は典型的に付随する比較的大きい分極損失がある。これは、低流速で、蓄積時間を長くし得、氷「Ｔ１」が次いで大きな又はより優位な役割を担うためである。図示した通り、本発明の凍結及び融解法を使用して達成された分極分極保持率は、すべての流速で約４０％を超え、平均は約４９．９％である。従って、図１３Ａに示す通り、この分極保持時間は実質的に流速に反応しない。下記のリストのデータはここで達成可能な例示的分極保持時間を示す。
【００６９】
【表４】
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【００７０】
例えば、６００ｓｃｃｍの流速でのデータポイントは、２２．１の理論的分極レベルを有し、融解後、１１．１８の分極の対応する実験的データポイントを有する。この流速の初期分極レベル（蓄積／凍結前）は２２．１％である。従って、凍結／融解プロセス後の分極分極保持率は、１１．１８／２２．１、即ち５０．６％である。このように、有利なことに、本融解法は、初期分極レベルの少なくとも３０％を保持し、このデータを基にして、好ましくは初期分極レベルの４０％、及び最も好ましくは４５％以上を保持する。さらに、改善された保持率は、一桁ほど融解分極レベルを増加させる（約２％の慣用の融解分極レベルと比較して、ここでは確実にそして予測可能に約１０％以上）。
【００７１】
特に１２９Ｘｅに適しているが、本融解法はまた他の過分極希ガスに用いることができる。さらに、当業者には、分極ガスの凍結に使用する極低温剤は液体Ｎ２に限定されないことは認められる。しかし、別の冷却源又は極低温剤を使用すると、流速、蓄積速度、「加温」ガス温度等はそれに応じて調節しなければならない。さらに、分極ガスの回収のために、少なくとも液体窒素（７７Ｋ）程度低い温度の冷却源の使用が望ましい。低い温度は固体分極ガスのＴ１時間を増加させ、これは緩和時間の増大をもたらす。例えば、液体窒素温度で凍結させた分極ガスは、約２．８時間の氷緩和時間（Ｔ１）を有するが、一方液体ヘリウム温度で凍結した分極ガスは、約１２日の氷緩和時間（Ｔ１）を有する。したがって、融解後に高い分極レベルを達成するために、融解は好ましくは対応するＴ１時間内に行われる。
【００７２】
図９、図１０及び図１１は本発明の方法のブロック図である。方法の順序は、示すブロックの番号及び順番に限定されない。更なる段階も上記に操作上記載されるように含まれる。
【００７３】
図９は、本発明の一実施形態に係る凍結分極ガスの蓄積又は凍結の段階を示す。分極ガスを含む混合物は、回収経路（ブロック９００）に導かれる。分極ガスを回収経路のアキュムレーターに入れる。アキュムレーターは入口通路、回収貯蔵部及び出口通路を有する（ブロック９１０）。回収貯蔵部は分極希ガスの凝固点以下の温度に暴露する（ブロック９２０）。分極ガスを回収貯蔵部に実質的に凍結状態でトラップする（好ましくは全部固体の凍結状態）（ブロック９３０）。ガス混合物の残りは出口経路に進む（ブロック９４０）。アキュムレーターの入口通路の部分を加熱し、そこを通るガス混合物の流れを促進する（ブロック９５０）。加熱段階（ブロック９５０）を好ましくはガスを挿入し、ガスを入口通路の所定の伝導的加熱領域から離し、離したガスは入口及び排出通路から離れて含まれる。含まれる離したガスは、次いで入口通路の部分を循環し暴露段階に起因する入口通路での閉塞の可能性を低減させる。
【００７４】
図１０は、本発明の好ましい態様にしたがった凍結分極ガスの融解法を示す。内部流路及び凍結分極ガスを保持するための回収チャンバーを含む密封容器を提供する（ブロック１０００）。凍結ガスを磁場に付す（ブロック１００５）。回収チャンバーに隣接した内部流路を加熱する（ブロック１０１０）。密封容器の外部も加熱する（ブロック１０２０）。凍結ガスを、最小限の量の分極ガスがガス相に遷移する（そして、逆に、実質的な量の分極ガスが直接液相に遷移する）ように加熱段階中に液化する（ブロック１０３０）。好ましくは、液化段階は弁を閉め、容器を密封して、圧力が予定のレベル上昇するようにして行い、そのレベルは「即時の」融解を提供するための時間に対応する。異なる言い方で、弁は出きるだけ短い時間閉め（上述の、単一患者用量に関して約１０秒以下）、その時間はアキュムレーター遮断弁を開けた際、実質的に完全がガス圧を達成するものに対応する。排出圧は液体Ｘｅ蒸気圧曲線にしたがって計算できる。V. A. Rabinovich et al., Thermophysical Properties of Neon, Argon, Krypton, and Xenon (Hemisphere Publishing Corp., Wash, 1988)参照。例示的圧力排出は、２００Ｋよりも低い温度で、３０ｃｍ３アキュムレーターへの０．５Ｌ蓄積で、約５０６．６２５〜１０１３．２５ｋＰａ（５〜１０ａｔｍ）（及び少なくとも約１７２２．５２５ｋＰａ（１７ａｔｍ））より小さいと考えられる。この弁は、異なるコールドフィンガー容量、異なる蓄積容量及び液体Ｘｅ中のガスの温度に対して異なる。Ｓａｕｅｒ  ｅｔ  ａｌ．、引用文献、前掲は、１６１．４Ｋ、Ｐ＝８１．０６ｋＰａ（．８１ａｔｍ）、及び三重点２８９．７Ｋ、Ｐ＝５７７５．５２５ｋＰａ（５７ａｔｍ）、２４０Ｋ、Ｐ＝４０５３ｋＰａ（４０ａｔｍ）でのものを示す。このように、ブロック１０４０で示す通り、ガス圧は密封容器から、液体状態が達成されると直ぐに排出される。上述の内部を加熱するのも好ましい。
【００７５】
図１１は本発明の態様にしたがった分極ガス生成物の有効分極寿命の延長法を説明する。磁場を形成する（ブロック１１００）。分極ガス生成物を磁場の存在下で凍結させる（ブロック１１１０）。一定量の凍結分極ガスを容器装置中に密封する（ブロック１１１５）。分極ガスを磁場の存在下で融解する（ブロック１１２０）。実質的な量の凍結ガスを、融解段階中に直接密封容器中で液相に変換させる（ブロック１１３０）。本図には示していないが、様々な他の段階を上記に沿って行うことができる。（例えば、他の段階は、濃縮ガス混合物における１３１Ｘｅの量の減少、流路の内部の加熱、ガスの流れを導くノズルの使用、弁を開けることにより密封容器を減圧し、ガスを液体にし、袋又は他の送達装置のような接続器に分極ガスを放出することを含むが、これらに限定されない。）
【００７６】
前記は本発明の説明であり、それに限定されるものとみなしてはならない。本発明の数個の例示的態様を記載しているが、当業者は、本発明の新規な教示及び利点から実質的に逸脱することなく、この例示的態様に多くの修飾が可能であることを認識する。従って、すべてのかかる修飾は特許請求の範囲に定義された本発明の範囲に包含されると解釈される。特許請求の範囲で、手段と機能の項は、記載の機能の性能として本明細書に記載の構造をカバーし、構造上同等なものだけでなく、同等な構造も含む。このように、前記は本発明の説明であり、記載の具体的な態様に限定されると解釈してはならず、記載の態様の修飾、並びに他の態様が添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれると解釈される。本発明は、特許請求の範囲により定義し、特許請求の範囲と同意義のものがそこに含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る過分極装置装置の模式図である。
【図２】  本発明の一実施形態に従って液体極低温剤に部分的に浸漬した図１の装置のアキュムレーター又は「コールドフィンガー」の側面斜視図である。
【図３】  本発明の一実施形態に係る、図２のアキュムレーターの断面図である。
【図４】  図３のアキュムレーターの正面図である。
【図５】  本発明の別の実施形態に係るアキュムレーターの断面図である。
【図６】  図３のアキュムレーターの部分切欠き斜視図である。
【図７】  図５のアキュムレーターの部分切欠き斜視図である。
【図８】  本発明の一実施形態に従って融解時に加熱される図７のアキュムレーターを説明する。
【図９】  本発明の分極ガスの蓄積法の諸段階を説明するブロック図である。
【図１０】  本発明の一実施形態に係る凍結分極ガスの融解法の諸段階を説明するブロック図である。
【図１１】  本発明の一実施形態に係る分極ガスの有効寿命の延長方法の諸段階を説明するブロック図である。
【図１２Ａ】  従来の融解法を用いて融解した分極ガスの融解後の分極レベルと蓄積流速の関係を示すグラフである。
【図１２Ｂ】  本発明に従って融解した分極ガスの融解後の分極レベルと蓄積流速の関係を示すグラフである。
【図１３】  本発明による分極ガスの凍結前の分極レベルと融解後の分極レベルの関係を示すグラフである。
【図１３Ａ】  本発明に従ってキセノンを処理したときに得られた融解後実験データに関して分極流速に対応する分極キセノンの予測及び実験分極レベルを示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１３Ａ】
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