Procedimiento y aparato para hiperpolarizar materiales para técnicas de RM potenciadas.

Un sistema de polarizador (10) para polarizar un material (22) a usar en la formación de imágenes por resonancia magnética (RM),

comprendiendo el sistema:

un contenedor (24) que tiene un baño de helio líquido en el mismo, en el que el material a polarizar se sitúa en el baño de helio líquido;

una bomba de sorción (46) operable para reducir una presión en el contenedor (24) y, de ese modo, vaporizar una porción del baño de helio líquido;

un sistema de enfriamiento (14) operable para enfriar la bomba de sorción (46) y promover la adsorción molecular en la misma;

una unión térmicamente conductora (72) para conectar de forma selectiva la bomba de sorción (46) y el sistema de enfriamiento (14) para proporcionar un enfriamiento selectivo a la bomba de sorción (46);

en el que el sistema de polarizador (10) está dispuesto para operar en un ciclo térmico cíclico cerrado que alterna entre una fase de polarización y una fase de recalentamiento en base a la conexión de la bomba de sorción (46) con el sistema de enfriamiento (14);

comprendiendo además dicho sistema de polarizador (10) un conmutador térmico (84) para conectar y desconectar la unión térmicamente conductora (72) de la bomba de sorción (46), en el que el conmutador térmico (84) es operable para conectar la unión térmicamente conductora (72) con la bomba de sorción (42) durante la fase de polarización y desconectar la unión térmicamente conductora (72) de la bomba de sorción (42) durante la fase de recalentamiento;

un dispositivo de producción de campo magnético (28) para mantener un campo magnético seleccionado en el mismo y en el que el dispositivo de producción de campo magnético (28) es enfriado mediante el sistema de enfriamiento (14), en el que el dispositivo de producción de campo magnético (28) comprende además:

un imán que tiene un taladro a través del mismo que está situado en torno al contenedor (24); y

un recipiente de imán (70) para encerrar el imán, conteniendo el recipiente de imán (70) helio líquido en el mismo para enfriar el imán;

comprendiendo además el sistema de polarizador (10) un recondensador (74) unido al recipiente de imán (70) para recondensar el helio líquido que se ha evaporado por ebullición del mismo;

caracterizado porque:

el imán es un imán superconductor, y porque el sistema de polarizador (10) comprende un condensador de helio (88) conectado con la bomba de sorción (46) por medio de una línea de bombeo (76), siendo enfriado dicho condensador de helio (88) mediante dicho sistema de enfriamiento (14) a través de una barra colectora común (90) conectada con la unión térmicamente conductora (72), estando dispuesto el condensador de helio (88) para recondensar el gas helio liberado de un material de sorción en la bomba de sorción (46) en un estado líquido, para volver a entrar en dicho contenedor (24).

Procedimiento y aparato para hiperpolarizar materiales para técnicas de RM potenciadas La invención se refiere en general a un procedimiento y aparato para polarizar muestras para su uso en la formación de imágenes por resonancia magnética (MRI) .

La presente invención se refiere al análisis por resonancia magnética nuclear (RMN) , en particular a la espectroscopía de formación de imágenes por resonancia magnética nuclear (MRI) y por RMN de alta resolución analítica. La MRI es una técnica de diagnóstico que se ha vuelto particularmente atrayente para los médicos debido a que esta es no invasiva y no comporta exponer al paciente bajo estudio a potencialmente ninguno tal como el procedente de los rayos X. La espectroscopía por RMN de alta resolución analítica se usa de forma rutinaria en la determinación de la estructura molecular.

La espectroscopía de MRI y por RMN carece de un cierto grado de sensibilidad debido a la polarización normalmente muy baja de los espines nucleares de los agentes de contraste que se usan habitualmente. Existe un número de técnicas para mejorar la polarización de los espines nucleares. Estas técnicas se conocen como técnicas de hiperpolarización y conducen a un aumento en la sensibilidad. En las técnicas de hiperpolarización, una muestra de un agente de formación de imágenes, por ejemplo, 13C1-piruvato u otro agente, se introduce o se inyecta en el sujeto que se está sometiendo a formación de imágenes. Tal como se usa en el presente documento, la expresión "polarizar" se refiere a la alineación de los espines nucleares de un agente para su uso adicional en MRI. Además, tal como se usa en el presente documento, la expresión "hiperpolarizado" se refiere a polarizado hasta un nivel por encima del que se encuentra a temperatura ambiente y a 1 T, lo que se describe adicionalmente en el documento US 6.466.814.

En muchos casos, el agente de formación de imágenes experimenta esta hiperpolarización en un aparato muy cerca de su uso final. Esto es debido al periodo de vida normalmente corto (el tiempo de relajación longitudinal T1) de la polarización que da lugar a que los espines se relajen de vuelta a la polarización de equilibrio térmico. Una técnica de este tipo para polarizar espines nucleares usa la polarización nuclear dinámica para polarizar los espines en el estado sólido. El aparato que se usar para producir las muestras hiperpolarizadas está provisto con un espacio de baja temperatura que se encuentra en un campo magnético. Tal como se construye habitualmente, el aparato está equipado con un criostato de flujo que incluye una cámara aislada de vacío, insertada en el taladro de un imán. El criostato se enfría por medio de una corriente de un criógeno frío proporcionada por un suministro de criógeno externo a través de una línea de transferencia y un dispositivo de bombeo, y el flujo de criógeno al interior del criostato de flujo enfría el taladro del imán y forma el espacio de baja temperatura.

Los dispositivos de bombeo que se usan en la actualidad para proporcionar la corriente de criógeno frío son unos sistemas de bombeo de ciclo abierto que son poco deseables para su uso en un escenario clínico por numerosas razones. En primer lugar, los sistemas de bombeo de ciclo abierto son grandes y generan unos niveles elevados de ruido. Además, los sistemas de bombeo de ciclo abierto son costosos y difíciles de operar debido a la gran cantidad de criógeno que se consume en el procedimiento de bombeo. Es decir, con el fin de proporcionar una corriente de criógeno frío al criostato de flujo, se evapora una porción considerable del criógeno líquido. En un sistema de bombeo de ciclo abierto, una gran medida de este criógeno evaporado no puede recuperarse. Por lo tanto, es necesaria una gran cantidad de criógeno para hiperpolarizar una muestra, lo que aumenta de forma significativa el coste de operación del sistema.

Además de añadir costes a la operación del sistema de bombeo, la incapacidad de recuperar el criógeno evaporado en un sistema de bombeo de ciclo abierto también conduce a una falta de eficiencia global del sistema. Es decir, una operación continua de un sistema de bombeo de ciclo abierto no es posible debido a la pérdida de criógeno que está asociada con la hiperpolarización de cada muestra de agente de formación de imágenes. Por lo tanto, solo se obtiene una operación continua para los sistemas de ciclo abierto mediante una carga de criógeno regular en depósitos intermedios.

Por lo tanto, los sistemas de hiperpolarización actuales son poco eficientes y costosos de operar. Por lo tanto, existe una necesidad de un sistema de hiperpolarización que minimice o elimine el consumo de criógeno y sea energéticamente eficiente. También es deseable que un sistema de hiperpolarización mejorado esté diseñado para operar de una forma que minimice la alteración en el entorno circundante y prever una operación más continua, sin el requisito de que el operador manipule criógenos líquidos, para aumentar la producción de muestras de agente de formación de imágenes hiperpolarizadas. Se describen diversos sistemas convencionales de este tipo, por ejemplo, en los documentos WO 2005/114244, WO 02/37132 y WO 01/96020. El documento WO2005/114244 divulga un sistema de polarizador de acuerdo con el preámbulo de la presente reivindicación 1.

La presente invención tal como se define por las reivindicaciones adjuntas supera los inconvenientes que se han mencionado en lo que antecede mediante la provisión de un aparato y procedimiento para producir unas muestras hiperpolarizadas para su uso en sistemas de resonancia magnética. Se incorpora una bomba de sorción en el aparato para crear un sistema cerrado para la hiperpolarización.

Diversas otras características y ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y los dibujos.

Los dibujos ilustran una realización que se contempla en la actualidad para llevar a cabo la invención.

En los dibujos:

La figura 1 es un diagrama de bloques y diagrama esquemático de un aparato para hiperpolarizar materiales de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 2 es una vista en sección transversal de una disposición de trayectoria de muestras y de contenedor de contención de acuerdo con una realización de la presente invención.

La figura 3 es una vista en sección transversal de una disposición de trayectoria de muestras y de contenedor de contención de acuerdo con otra realización de la presente invención.

La figura 4 es una vista en sección transversal de una disposición de trayectoria de muestras y de contenedor de contención de acuerdo con otra realización de la presente invención.

La figura 5 es una vista en sección transversal de una bomba de sorción de acuerdo con una realización de la presente invención.

Haciendo referencia a la figura 1, se muestra un aparato para hiperpolarizar un material para su uso en la resonancia magnética nuclear (RMN) y la formación de imágenes por resonancia magnética (MRI) . El sistema de polarizador 10 es un sistema térmico cíclico cerrado que está configurado para hiperpolarizar una muestra de un agente de formación de imágenes para su uso en MRI. Por ejemplo, la muestra puede estar compuesta de 13C1piruvato u otro agente que pueda polarizarse. El sistema de polarizador 10 está formado en parte por una cámara de vacío 12 que rodea los componentes internos del sistema. El sistema de polarizador 10 también incluye una pantalla térmica 16 en el interior de la cámara de vacío 12. La pantalla térmica 16 rodea los componentes principales del sistema de polarizador 10 y tiene como función reducir la carga de calor radiativo a esos componentes. En una realización, la pantalla térmica 16 está compuesta de aluminio y está aislada con veinte o más capas de un material sumamente aislante, tal como un aislamiento de múltiples capas (MLI) .

Un refrigerador 14, que funciona como un sistema de enfriamiento para el sistema de polarizador, también está incluido y puede estar seleccionado de entre un número de refrigeradores (cabezas frías o crio-enfriadores) que son conocidos y se usan comúnmente en los imanes de MRI. El refrigerador 14 está situado, por lo menos en parte, externamente con respecto a la cámara de vacío 12. Una configuración de este tipo permite que cualquier calor que se genere por el refrigerador 14 se expulse al entorno ambiente en lugar de al interior de la cámara de vacío 12.

En una realización, el refrigerador 14 es un refrigerador de ciclo cerrado capaz de proporcionar unos entornos de baja temperatura por debajo de 10 K. Se proporciona una envuelta... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de polarizador (10) para polarizar un material (22) a usar en la formación de imágenes por resonancia magnética (RM) , comprendiendo el sistema:

un contenedor (24) que tiene un baño de helio líquido en el mismo, en el que el material a polarizar se sitúa en el baño de helio líquido; una bomba de sorción (46) operable para reducir una presión en el contenedor (24) y, de ese modo, vaporizar una porción del baño de helio líquido; un sistema de enfriamiento (14) operable para enfriar la bomba de sorción (46) y promover la adsorción molecular en la misma; una unión térmicamente conductora (72) para conectar de forma selectiva la bomba de sorción (46) y el sistema de enfriamiento (14) para proporcionar un enfriamiento selectivo a la bomba de sorción (46) ; en el que el sistema de polarizador (10) está dispuesto para operar en un ciclo térmico cíclico cerrado que alterna entre una fase de polarización y una fase de recalentamiento en base a la conexión de la bomba de sorción (46) con el sistema de enfriamiento (14) ; comprendiendo además dicho sistema de polarizador (10) un conmutador térmico (84) para conectar y desconectar la unión térmicamente conductora (72) de la bomba de sorción (46) , en el que el conmutador térmico (84) es operable para conectar la unión térmicamente conductora (72) con la bomba de sorción (42) durante la fase de polarización y desconectar la unión térmicamente conductora (72) de la bomba de sorción (42) durante la fase de recalentamiento; un dispositivo de producción de campo magnético (28) para mantener un campo magnético seleccionado en el mismo y en el que el dispositivo de producción de campo magnético (28) es enfriado mediante el sistema de enfriamiento (14) , en el que el dispositivo de producción de campo magnético (28) comprende además: un imán que tiene un taladro a través del mismo que está situado en torno al contenedor (24) ; y un recipiente de imán (70) para encerrar el imán, conteniendo el recipiente de imán (70) helio líquido en el mismo para enfriar el imán; comprendiendo además el sistema de polarizador (10) un recondensador (74) unido al recipiente de imán (70) para recondensar el helio líquido que se ha evaporado por ebullición del mismo;

caracterizado porque:

el imán es un imán superconductor, y porque el sistema de polarizador (10) comprende un condensador de helio (88) conectado con la bomba de sorción (46) por medio de una línea de bombeo (76) , siendo enfriado dicho condensador de helio (88) mediante dicho sistema de enfriamiento (14) a través de una barra colectora común (90) conectada con la unión térmicamente conductora (72) , estando dispuesto el condensador de helio (88) para recondensar el gas helio liberado de un material de sorción en la bomba de sorción (46) en un estado líquido, para volver a entrar en dicho contenedor (24) .

2. El sistema de polarizador (10) de la reivindicación 1, en el que el imán superconductor está configurado además para operar sin un enfriamiento rápido o pérdida de helio líquido cuando se desconecta del sistema de enfriamiento (14) y operar en las proximidades de un campo de formación de imágenes por resonancia magnética (RM) sin degradar una homogeneidad del mismo.

3. El sistema de polarizador (10) de cualquier reivindicación anterior, en el que la bomba de sorción (46) comprende además:

una envuelta de bomba (78) ; un material de sorción (80) alojado en el interior de la envuelta de bomba; y unas aletas de enfriamiento (82) intercaladas en el interior del material de sorción (80) y conectadas con el conmutador térmico (84) , en el que las aletas de enfriamiento enfrían el material de sorción cuando la bomba de sorción (46) se encuentra en un modo de sorción.

4. El sistema de polarizador (10) de cualquier reivindicación anterior, que comprende además una cámara de vacío

(12) que encierra el sistema de polarizador.

5. El sistema de polarizador (10) de la reivindicación 4, que comprende además una antecámara (32) unida a la cámara de vacío (12) para mantener un vacío en la cámara de vacío cuando se carga el material (22) a polarizar en el contenedor (24) .

6. El sistema de polarizador (10) de cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

una guía de ondas (48) que está situada para transmitir microondas al material (22) a polarizar; y una bobina de resonancia magnética nuclear (RMN) (60) que está situada en el interior del contenedor (24) y en torno al material (22) a polarizar, en el que la bobina de RMN está configurada para detectar un nivel de polarización del material (22) .

7. El sistema de polarizador (10) de cualquier reivindicación anterior, en el que el material (22) a polarizar es 13C1piruvato.

8. Un procedimiento de producción de un material hiperpolarizado para su uso en sistemas de espectroscopía de

formación de imágenes por resonancia magnética (MRI) o por resonancia magnética nuclear (RMN) , que 5 comprende:

usar el sistema de polarizador (10) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, mediante:

la colocación de un material (22) en el contenedor (24) que contiene un baño de helio líquido; la reducción de una temperatura en el baño de helio líquido por medio de la bomba de sorción (46) ; el enfriamiento de la bomba de sorción (46) para promover la adsorción molecular en la misma; y la conexión, de forma selectiva, de la bomba de sorción (46) y el sistema de enfriamiento (14) usando la unión térmicamente conductora (72) y el conmutador térmico (84) que son operables para proporcionar un enfriamiento selectivo a la bomba de sorción (46) en un ciclo térmico cíclico cerrado que alterna entre una fase de polarización y una fase de recalentamiento, para polarizar el material (22) cuando el baño de helio líquido ha sido enfriado lo suficiente.

9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que reducir una temperatura en el baño de helio líquido comprende además:

disminuir una presión en el contenedor (24) por medio de la bomba de sorción (46) ; y vaporizar una porción del baño de helio líquido a la presión disminuida.

10. El procedimiento de la reivindicación 9, que comprende además recondensar el helio vaporizado por medio de la 20 unidad de condensador (74) para rellenar el contenedor (24) con helio líquido.