專利名稱：用于傳送超極化的氣體的泵系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超極化的氣體的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明有關(guān)于用于處理超極化的氣體的泵系統(tǒng)和方法。
相關(guān)申請本發(fā)明要求對2003年1月17日提交的美國臨時專利申請No.60/440,747的優(yōu)先權(quán)，并且也要求對2003年7月2日提交的美國臨時專利申請No.60/484,460的優(yōu)先權(quán)，通過參考，由此合并所有這些專利申請披露的全部東西，就如同在此已經(jīng)充分披露了這些東西。
背景技術(shù)：
為了成像和光譜應(yīng)用，應(yīng)用像129Xe和3He那樣的超極化的稀有氣體的使用，正變得更廣泛。對于身體腔隙的磁共振成像，超極化的氣體是特別有用的對照劑。一旦使氣體極化，這些應(yīng)用的每個都需要一些量的氣體處理。已經(jīng)看到的是，超極化的氣體的處理和傳送能夠?qū)O化水平具有不利的影響。例如，知道的是，用于形成氣體處理系統(tǒng)的不同材料對氣體極化具有不同的影響。在許多處理和傳送系統(tǒng)中，必須的是，使氣體壓縮或充氣，以影響氣體傳送。想要的是，在不丟失極化的情況下，特別在通過亞穩(wěn)態(tài)交換光學(xué)泵(MEOP)在低壓(～0.1kPa)引發(fā)極化的情況下，完成氣體傳送。知道的是，使用可市場上得到的泵(例如隔膜泵)導(dǎo)致難以接受地高的極化丟失。因此，需要一種系統(tǒng)用于將所有極化的氣體從一個容器傳送到另一個容器，同時使極化丟失最小化。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于技術(shù)要求，本發(fā)明提供了用于傳送超極化的氣體的泵系統(tǒng)。泵系統(tǒng)包括延長的流體管路，該延長的流體管路限定了用于通過其傳輸超極化的氣體的延長的通路。將第一入口閥門和第一出口閥門間隔地定位成與流體管路保持流體連通，以提供通過其的可中斷的并且可引導(dǎo)的流動。第一泵腔限定了內(nèi)部腔隙，并且包括可折疊的氣囊，該可折疊的氣囊限定氣體腔隙與在第一入口和出口閥門之間的流體管路保持流體連通。氣囊還限定第一流體腔隙通過囊與氣體腔隙相對。系統(tǒng)還包括限定第二流體腔隙的流體儲存器和定位成在第一和第二流體腔隙之間保持流體連通的抽吸機構(gòu)。抽吸機構(gòu)能夠在第一和第二流體腔隙之間引導(dǎo)流體，以在充氣的和放氣的構(gòu)造之間推動氣囊。
本發(fā)明的泵系統(tǒng)還可以包括間隔地定位在流體管路上的第二入口閥門和第二出口閥門，以提供通過其的可中斷的并且可引導(dǎo)的流動。然后，流體儲存器還包括第二可折疊的氣囊，該第二可折疊的氣囊限定第二氣體腔隙與在第二入口和出口閥門之間的流體管路保持流體連通。第二氣囊還流體地將第二氣體腔隙從第二流體腔隙隔離開來?？刹僮鞯厥沟诙肟诤统隹陂y門與所述的第一入口和出口閥門聯(lián)合，以提供極化的氣體的近連續(xù)抽吸。
本發(fā)明還提供了用于傳送超極化的氣體的泵，該泵具有限定用于傳輸通過其的超極化的氣體的延長的通路的延長的第一流體管路和限定第一內(nèi)部腔隙的第一泵腔。第一泵腔包括限定第一氣體腔隙與第一流體保持流體連通的第一可偏斜的氣囊。第一氣囊還限定第一流體腔隙通過第一氣囊與第一氣體腔隙相對。在第一內(nèi)部腔隙內(nèi)，第一氣囊在第一構(gòu)造和第二構(gòu)造之間是可偏斜的，以通過第一流體管路引入和排出超極化的氣體。延長的第二流體管路限定了用于通過其傳輸超極化的氣體的延長的通路。第二泵腔限定了第二內(nèi)部腔隙，并且包括限定第二氣體腔隙與第二流體管路保持流體連通的第二可偏斜的氣囊。第二氣囊還限定第二流體腔隙通過第二氣囊與第二氣體腔隙相對。在第二內(nèi)部腔隙內(nèi)，第二氣囊在第一構(gòu)造和第二構(gòu)造之間是可偏斜的，以通過第二流體管路引入和排出超極化的氣體。泵還包括具有殼的流體傳送裝置，該殼限定第一驅(qū)動腔與第一流體腔隙保持流體連通并且限定第二驅(qū)動腔與第二流體腔隙保持流體連通。流體傳送裝置包括流體驅(qū)動機構(gòu)，該流體驅(qū)動機構(gòu)用于在第一流體腔隙和第一驅(qū)動腔之間和在第二流體腔隙和第二驅(qū)動腔之間引導(dǎo)流體，以分別使第一和第二囊在它們的第一和第二構(gòu)造之間偏斜。


圖1描繪了本發(fā)明的第一個液壓泵。
圖2描繪了本發(fā)明的液壓泵的替換實施例。
圖3描繪了本發(fā)明的液壓泵的另一個實施例。
圖4為通過線4-4做的圖3的泵的截面圖。
圖5為圖3和4的泵腔分解圖。
圖6描繪了圖3和4的泵腔，該泵腔具有它的完全偏斜的隔膜，以從氣體腔隙排出超極化的氣體。
圖7描繪了本發(fā)明的泵的另一個實施例，該實施例包括兩個圖3和4的泵腔。
圖8描繪了處在排出超極化的氣體的構(gòu)造中的圖7的泵。
圖9描繪了本發(fā)明的又一個泵，該泵包括兩個圖3和4的泵腔。
圖10為圖9的泵的替換描繪。
圖11描繪了本發(fā)明的再一個泵，該泵包括兩個圖3和4的泵腔和流體驅(qū)動機構(gòu)，該流體驅(qū)動機構(gòu)包括雙頭活塞。
圖12為圖11的泵的替換描繪。
圖13A-E描繪了本發(fā)明的另一個泵。
圖14A-D描繪了本發(fā)明的又一個泵，該泵包括褶皺的可偏斜的部件。
圖15A-B描繪了本發(fā)明的包括泵的極化器。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明提供了具有延長的中空的流體管路12的泵系統(tǒng)10，該流體管路12限定了入口端口14、出口端口16和在其之間延伸的用于通過其傳輸超極化的氣體的延長的通路18。將第一入口閥門20和第一出口閥門22間隔地定位在流體管路12內(nèi)，以提供通過其的可中斷的并且可引導(dǎo)的流動。系統(tǒng)10包括限定內(nèi)部腔隙26的第一泵腔24。將可折疊的氣囊28固定在腔隙26內(nèi)，以在入口和出口閥門20和22之間的某個位置限定氣體腔隙30與流體管路12的通路18保持流體連通。氣囊28包括囊壁32，該囊壁32還限定了腔隙26，以包括囊壁32外部的第一流體腔隙34和囊壁32內(nèi)部的氣體腔隙30。
泵系統(tǒng)10還包括限定第二流體腔隙38的流體儲存器36。將抽吸機構(gòu)40定位成在第一和第二流體腔隙34和38之間保持流體連通。抽吸機構(gòu)40能夠在第一和第二流體腔隙34和38之間引導(dǎo)驅(qū)動流體42，以在充氣的和放氣的構(gòu)造之間推動氣囊28。預(yù)期抽吸機構(gòu)40是雙向泵或單向泵，并且預(yù)期抽吸機構(gòu)40是用于在任一方向上抽吸流體的閥門系統(tǒng)。相似地，抽吸機構(gòu)40可以是壓力補償?shù)?，或可以包括旁路閥門，以供空載操作用。
泵系統(tǒng)10想要地用作驅(qū)動流體42，即在流體腔隙34和38內(nèi)的和在抽吸機構(gòu)40內(nèi)的不可壓縮的流體，雖然也預(yù)期的是，驅(qū)動流體42可以是可壓縮的流體或氣體。抽吸機構(gòu)40的激勵使得流體42在流體腔隙34和38之間傳送，以使得在泵殼24內(nèi)的氣囊28連續(xù)地或間歇地充氣和放氣?？刹僮鞯貙⑷肟诤统隹陂y門20和22與氣囊28的充氣和放氣關(guān)聯(lián)，以如在下面還將描述的那樣，將超極化的氣體的流從入口端口12引導(dǎo)到氣體腔隙30內(nèi)并且通過出口端口14。
由柔性材料想要地形成氣囊28，以允許囊壁32在充氣的和放氣的構(gòu)造之間偏斜，并且由此將所包含的任何超極化的氣體收納到氣體腔隙30內(nèi)和從氣體腔隙30排出所包含的任何超極化的氣體。預(yù)期的是，可以由可膨脹的或彈性體材料形成氣囊28。由被選擇用于對所包含的超極化的氣體的極化具有較低的不利影響的像聚合材料那樣的材料，想要地形成氣囊28。還預(yù)期的是，氣囊28可以采取延伸過腔隙26的彈性體的隔膜的形式。還由不透氣的材料想要地形成氣囊28，以避免氣體泄漏，該氣體泄漏可能影響正被抽吸的極化的氣體的極化或混合。
通過以下方法，使在抽吸循環(huán)期間的極化丟失保持低微1)可以選擇相對非去極化的聚合物材料，和2)可以使內(nèi)部的泵體積保持相對大(例如在我們現(xiàn)有的設(shè)計中為1升)，這導(dǎo)致有利的表面對體積的比例，以使表面接觸最小化。初始的研究表明，通過經(jīng)由泵系統(tǒng)10的氣體循環(huán)，將保留大于95％的3He極化。
典型的抽吸循環(huán)是如下面那樣的1)壓縮關(guān)閉入口閥門20，將流體42從第二流體腔隙38抽吸到第一流體腔隙34，并且開放出口閥門22。
2)收納關(guān)閉出口閥門22，顛倒流體42的流動方向，以從第一流體腔隙34流動到第二流體腔隙38，并且開放入口閥門22。
3)重復(fù)。
在壓縮階段期間，流體42壓縮氣囊28，迫使超極化的氣體通過出口閥門14。在出口處可得到的最高絕對壓力大體上等于抽吸機構(gòu)40的差壓能力。
在收納階段期間，在第一流體腔隙38內(nèi)的流體壓力下降，將超極化的氣體從入口端口12引入到氣囊28內(nèi)。如果在流體腔隙34和38內(nèi)的流體水平是低微的(使得水平下降到袋水平之下)，那么在袋內(nèi)可得到的最低壓力等于所使用的流體的蒸汽壓力。(然后，必須注意避免過分充氣氣囊28。)如果代替地選擇流體水平，使得在氣囊28完全充氣之前，用流體完全填充第二流體腔隙38，那么可得到的最低壓力將稍微提高，雖然然后過分充氣氣囊28是不可能的。
現(xiàn)在參考圖2，本發(fā)明提供了多囊泵系統(tǒng)110，其提供更連續(xù)的抽吸循環(huán)。泵系統(tǒng)110包括延長的中空流體管路112，該延長的中空流體管路112限定定位在中間的入口端口114并且與第一和第二出口端口116和117相對。流體管路112還限定了延長的通路118，該延長的通路118在入口端口114和出口端口116和117之間延伸，用于通過其傳輸超極化的氣體。將第一和第二入口閥門120和121和第一和第二出口閥門122和123間隔地定位成與流體管路112的通路118保持流體連通，以在流體管路112內(nèi)提供可中斷的并且可引導(dǎo)的流動，并且提供通過流體管路112的可中斷的并且可引導(dǎo)的流動。泵系統(tǒng)110包括限定內(nèi)部腔隙126的第一泵腔124。將第一可折疊的氣囊128固定在腔隙126內(nèi)，以在第一入口和第一出口閥門120和122之間的位置，限定氣體腔隙130與流體管路112的通路118保持流體連通。氣囊128包括囊壁132，該囊壁132還限定第一流體腔隙134通過囊壁132與氣體腔隙130相對。
泵系統(tǒng)110還包括限定第二腔隙127的第二泵腔136。將第二可折疊的氣囊129固定在腔隙127內(nèi)，以在第二入口和第二出口閥門121和123之間的位置，限定氣體腔隙131與流體管路112的通路118保持流體連通。氣囊129包括囊壁133，該囊壁133還限定第二流體腔隙138通過囊壁133與氣體腔隙131相對。
將抽吸機構(gòu)140定位成在第一和第二流體腔隙134和138之間保持流體連通。抽吸機構(gòu)140能夠在第一和第二流體腔隙134和138之間引導(dǎo)驅(qū)動流體142，以同時在充氣的和放氣的構(gòu)造之間推動氣囊128并且在放氣的和充氣的構(gòu)造之間推動氣囊129。預(yù)期抽吸機構(gòu)140是雙向泵或單向泵，并且是用于在任一方向上抽吸流體的閥門系統(tǒng)。相似地，抽吸機構(gòu)140可以是壓力補償?shù)模蚩梢园ㄅ月烽y門以供空載操作用。如可以看到的那樣，第一和第二流體腔隙134和138還各自作為泵腔136和124的流體儲存器。
泵系統(tǒng)110想要地用作驅(qū)動流體142，即在流體腔隙134和138內(nèi)的和在抽吸機構(gòu)140內(nèi)的不可壓縮的流體，雖然也預(yù)期的是，驅(qū)動流體142可以是可壓縮的流體或氣體。抽吸機構(gòu)140的激勵使得流體142在流體腔隙134和138之間傳送，以使得氣囊128和129連續(xù)地或間歇地充氣和放氣?？刹僮鞯貙⑷肟诤统隹陂y門120-123與氣囊128和129的充氣和放氣關(guān)聯(lián)，以如在下面還將描述的那樣，交替地將超極化的氣體的流從入口端口112引導(dǎo)到氣體腔隙130和131內(nèi)并且通過出口端口116和117。泵系統(tǒng)110想要地包括各自與第一和第二流體腔隙134和138保持壓力連通的壓力計150和152，用于在不需要直接測量在超極化的氣體傳導(dǎo)通路內(nèi)的氣體壓力的情況下，監(jiān)測系統(tǒng)壓力。
希望在柔性氣囊材料周圍使用不可壓縮的液壓液體，以減小透過袋的氣體污染物的量。然而，本發(fā)明的抽吸系統(tǒng)想要地使用液壓抽吸，每個抽吸系統(tǒng)也可以使用壓縮氣缸或空氣壓縮器代替液壓系統(tǒng)來依靠空氣工作。
泵系統(tǒng)110的抽吸循環(huán)是如下面那樣的1)關(guān)閉入口閥門120和出口閥門123，將流體142從第二流體腔隙138抽吸到第一流體腔隙134，并且開放入口閥門121和出口閥門122。在這個步驟期間，通過入口114將超極化的氣體引入到氣囊129內(nèi)，同時迫使超極化的氣體通過出口端口116從氣囊128出來。
2)關(guān)閉入口閥門121和出口閥門122，將流體142從第一流體腔隙134抽吸到第二流體腔隙138，并且開放入口閥門120和出口閥門123。在這個步驟期間，通過入口114將超極化的氣體引入到氣囊128內(nèi)，并且迫使超極化的氣體通過出口端口117從氣囊129出來。
3)重復(fù)。
以這種方式操作，泵系統(tǒng)110將氣體的準(zhǔn)連續(xù)流從入口端口114遞送到出口端口116和117。還預(yù)期的是，可以將本發(fā)明的額外的泵加到本發(fā)明的泵系統(tǒng)，或可以以交錯循環(huán)操作本發(fā)明的多泵系統(tǒng)，以提供更平滑的并且更連續(xù)的氣體供應(yīng)。
本發(fā)明的泵系統(tǒng)具有若干超越現(xiàn)有技術(shù)的氣體處理系統(tǒng)的重要的好處。在抽吸循環(huán)期間，希望泵系統(tǒng)10和110丟失不多于大約5％的極化。另外，在一個或兩個確定的氣囊周圍監(jiān)測流體42或142的壓力等同于監(jiān)測袋內(nèi)的極化的氣體的壓力。幾乎所有可市場上得到的壓力計包含使得超極化的氣體迅速削弱的弄濕的部分，所以這是顯著的好處。而且，本發(fā)明提供使流到每個氣囊內(nèi)或流出每個氣囊的超極化的氣體的流與通過抽吸機構(gòu)的流體的流相關(guān)，由此，通過測量流體流，允許精確測量超極化的氣體的流。再次，通過避免由流量計和計量閥直接與超極化的氣流接觸引起的對極化的不利影響，本發(fā)明提供了這個特點。
現(xiàn)在參考圖3和4，本發(fā)明也為泵系統(tǒng)提供了圓柱形的泵腔210，用于遞送超極化的氣體，使得對氣體的極化水平影響最小。泵腔210包括第一和第二殼部件212和214、柔性囊216和端帽218和220。用于將超極化的氣體傳導(dǎo)到泵腔210和從泵腔210傳導(dǎo)出來的流體管路222從泵腔210的一端引導(dǎo)出來，同時在泵腔210的對面端上提供第二流體管路或配件224。流體管路222限定了延長的氣體通路223，同時配件224限定了通過其的延長的流體通路225。
由聚碳酸酯想要地形成第一和第二殼部件212和214，雖然也可以使用其它已知的對氣體極化具有低微的影響的聚合材料。可以由鋁或其它類似材料形成端帽218和220，以將結(jié)構(gòu)剛性給予儲存器組件。預(yù)期端帽218和220都不與超極化的氣體直接接觸。由耐用的聚合物材料想要地形成柔性囊216，該耐用的聚合物材料展示了彎曲能力，同時對由流體管路222傳導(dǎo)的氣體的極化水平具有低微的影響。
另外參考圖5的分解圖，第一殼部件212包括平坦的主表面226，該平坦的主表面226限定了用于接收流體管路222的中心孔228。第一殼部件212也包括面對與主表面226相對的環(huán)形表面230。相似地，第二殼部件214包括平坦的主表面232，該平坦的主表面232限定了用于接收配件224的中心孔234。第二殼部件214還包括面對與主表面232相對的環(huán)形表面236。第一殼部件212包括球形的內(nèi)部表面238，并且第二殼部件214包括相對的球形的內(nèi)部表面240，該球形的內(nèi)部表面238和球形的內(nèi)部表面240在其之間限定了內(nèi)部腔隙241。在表面238和240之間插入囊216還限定氣體腔隙242通過囊216與流體腔隙244相對。第一和第二殼部件212和214還限定了多個定位在圓周的固定器孔246和248，用于容納穿過其的螺釘和螺母固定器250和252。
端帽218和220包括圓形主體254和256，并且各自具有外部環(huán)形凸緣258和260。端帽218限定了定位在中心的穿過其延伸的用于容納流體管路222的孔262。端帽220限定了定位在中心的穿過其延伸的用于容納配件224的孔264。環(huán)形凸緣258和260各自穿過其限定了多個用于容納螺釘和螺母固定器250和252的固定器孔266和268。
囊216具有圓形隔膜270的形式，該圓形隔膜270具有在第一和第二殼部件212和214的相對的環(huán)形表面230和236之間壓縮的外周邊緣272。隔膜270限定了多個沿著外周邊緣272定位在圓周的穿孔274，并且該穿孔274延伸成與第一和第二殼部件212和214的固定器孔246和248對準(zhǔn)，以便穿過其容納螺釘250。
本發(fā)明預(yù)期可以將流體遞送到流體腔隙234內(nèi)并且將流體從流體腔隙234遞送出來，以使得囊216交替地偏斜到氣體腔隙242內(nèi)，以迫使其中的超極化的氣體出來，以及到流體腔隙244內(nèi)，以從流體管路222吸出超極化的氣體。如圖3所示，流體管路222與延長的流體管路227保持流體連通，該延長的流體管路227在其相對的端部具有閥門284和286，以控制超極化的氣體從它的源290到患者或儲存容器292的定向流動。圖6描繪了偏斜靠著內(nèi)部表面226的囊216，以從氣體腔隙228充分排出任何超極化的氣體。通過將內(nèi)部表面描述成“球形的”，本發(fā)明也預(yù)期，表面想要地展示了任何形狀，當(dāng)偏斜的時候，囊216能夠與該形狀一致。
現(xiàn)在參考圖7和8，本發(fā)明提供了用于超極化的氣體的包括泵腔210的泵系統(tǒng)310。泵系統(tǒng)310包括流體傳送裝置312，該流體傳送裝置312包括殼314。流體殼314限定流體孔315和流體驅(qū)動腔316與流體腔隙244保持流體連通。流體傳送裝置312也包括活塞驅(qū)動機構(gòu)，該活塞驅(qū)動機構(gòu)包括固定到延長的活塞桿320的一端的活塞頭318?？梢苿拥幕钊聞悠?22朝向流體孔315推動活塞頭并且推動活塞頭遠(yuǎn)離流體孔315，以使得隔膜270偏斜并且將超極化的氣體控制地遞送到氣體腔隙242內(nèi)和將超極化的氣體從氣體腔隙242控制地遞送出來。電子控制器295包括必要的電路和軟件，用于協(xié)調(diào)閥門284和286的開放和關(guān)閉與活塞致力器322的操作。控制器295使閥門284開放，使閥門286關(guān)閉并且使得活塞頭318向致動器322縮回。這個動作使得流體從流體腔隙244流動到驅(qū)動腔316內(nèi)，這朝向表面240拉動隔膜270，使得超極化的氣體從源290流動到氣體腔隙242內(nèi)。然后，控制器295使閥門284關(guān)閉，使閥門286開放并且使得活塞頭318朝向孔315延伸。這個動作使得流體從驅(qū)動腔316流動到流體腔隙244內(nèi)，這使隔膜270朝向表面238延伸，使得超極化的氣體從氣體腔隙242流動到儲存容器292內(nèi)。
圖9和10描繪了本發(fā)明的另一個泵系統(tǒng)410。泵系統(tǒng)410包括本發(fā)明的第一和第二泵腔210和210’和流體傳送裝置412，該流體傳送裝置412使得儲存器交替地引入和排出超極化的氣體。流體傳送裝置412包括限定第一和第二流體孔415和417的殼414。殼414限定了內(nèi)部腔隙416并且包括固定到延長的活塞桿420的一端的單一活塞頭418，通過致動器422，該活塞頭418在箭頭A和B的方向上是可推動的?；钊^418將腔隙416分成與孔415和流體腔隙244保持流體連通的第一驅(qū)動腔424和與孔417和流體腔隙244’保持流體連通的第二驅(qū)動腔426。用各自與流體腔隙244和244’相同的流體填充流體驅(qū)動腔424和426。如圖9和10所示，活塞頭418在每個方向上的移動使得隔膜270和270’同時地、但交替地在它們的第一和第二位置之間偏斜。由此，泵系統(tǒng)410能夠提供更連續(xù)的通過流體管道222和222’的超極化的氣體的流，將該流體管道222和222’連接到共同的目的物，雖然也預(yù)期了分開的目的物。
圖11和12描繪了本發(fā)明的另一個泵510。泵510與泵410相似，即它通過流體傳送裝置512包括了第一和第二儲存器210和210’。流體傳送裝置512包括固定到延長的活塞桿518的相對的端部的第一和第二活塞頭514和516。流體傳送裝置512包括殼522，該殼522限定用于各自容納配件224和224’的孔524和526。殼522還限定了內(nèi)部腔隙528。第一活塞頭514和殼522還限定了第一驅(qū)動腔530，該第一驅(qū)動腔530與孔524和儲存器210的第一流體腔隙244保持流體連通。第二活塞頭516和殼522還限定了第二驅(qū)動腔532，該第二驅(qū)動腔532與孔526和儲存器210’的第二流體腔隙244’保持流體連通。在箭頭A和B的方向上，活塞致動器520控制活塞頭514和516的移動，以使得隔膜270和270’同時地、但交替地偏斜，由此，提供了更連續(xù)的來自氣體腔隙242和242’的超極化的氣體的流。
圖13A顯示了氣體分配系統(tǒng)700，該氣體分配系統(tǒng)700具有帶有氣體傳送機構(gòu)702的可選擇的流動路徑730f，該氣體傳送機構(gòu)702使用壓差，以在光抽吸室720和選擇的保持室706之間引導(dǎo)目標(biāo)氣體。如所示的那樣，氣體分配閥門704與保持室706(為了明晰，顯示為單一室)和極化或光抽吸室708保持流體連通。圖13B顯示了氣體分配系統(tǒng)700使用氣體分配閥門704，以連續(xù)地連接到想得到的保持室706并且將它連接到氣體傳送機構(gòu)702，以能夠在想得到的方向上使目標(biāo)氣體流動。
圖13B將閥門704顯示成在氣體分配系統(tǒng)700內(nèi)，它連接到每個保持室708A-708D，該氣體分配系統(tǒng)700使用氣體傳送機構(gòu)702，以將目標(biāo)氣體引導(dǎo)到光抽吸室706和將目標(biāo)氣體從光抽吸室706引導(dǎo)開，以及將極化的氣體的劑量給予或分配到分配端口710。再次參考圖13A，氣體傳送機構(gòu)702使用帶有壓力腔750和彈性的或可壓縮的部件760的殼。在所示的實施例中，彈性的部件760是彈性體的袋，如TEIDLAR袋或其它由能夠為極化的氣體提供適宜的T1的材料形成的或由能夠為極化的氣體提供適宜的T1的材料覆蓋的袋。閥門712是可選擇的，并且可以是用于隔離保持室和/或傳送機構(gòu)702的玻璃閥門。在操作中，將流體，典型地為像油那樣的不可壓縮的液體(其可以是無毒的可生物降解的油)，引導(dǎo)到壓力腔750的腔隙745內(nèi)?？蛇x擇地，像氮氣那樣的可壓縮的氣體也可以是適宜的。到腔隙745內(nèi)的流體輸入壓縮袋760，并且迫使袋760內(nèi)的氣體出來到流動路徑(到室708或706)內(nèi)。相反，從腔移除流體用作使系統(tǒng)變空并且將目標(biāo)氣體拉到袋760內(nèi)。
以小內(nèi)徑的管道形成在本發(fā)明的任何泵的氣體流動路徑內(nèi)的管路，以減小在流動路徑的管路內(nèi)的死體積。例如，對于形成所有流動路徑的部分，0.03英寸的PTFE管道可以是適宜的。在某些實施例中?？梢詫怏w傳送機構(gòu)702用于將給予體積的極化的目標(biāo)氣體705提供給分配端口710。使用像油那樣的不可壓縮的液體，并且知道了液體的體積、溫度和壓力，可以計算分配的目標(biāo)氣體的體積。氣體傳送機構(gòu)702不需要操作機械化的泵來傳送極化的氣體，但可以使用這樣的泵來傳送非極化的流體(目標(biāo)氣體、填充物氣體、凈化氣體和類似物)。
圖13C顯示了使用膜770的壓力腔750，如彈性的部件760那樣，該膜770延伸過腔隙745。膜770將腔隙745分成用于接收和排出氣體705的氣體部分745a和用于接收和排出液體壓縮流體715的流體部分745b。膜770想要地與腔隙的形狀(即氣體傳送結(jié)機構(gòu)702的殼的內(nèi)部形狀)是可一致的。由于迫使液體到流體部分745b內(nèi)，膜770偏斜以將目標(biāo)氣體705推出來?？梢源_定膜770的尺寸為充分偏斜，以接觸腔隙745的上壁和/或下壁。當(dāng)已經(jīng)將足夠的液體引入到腔隙745b內(nèi)的時候，發(fā)生向上的偏斜，并且當(dāng)已經(jīng)將液體從其撤出的時候，發(fā)生向下的偏斜，以由此拉下膜770(如圖所示)或另外遠(yuǎn)離腔隙745a?？梢源_定腔隙745的尺寸，從而在完全偏斜處，膜770和腔隙745可以在其中保持大約1升的目標(biāo)氣體。也可以容納其它尺寸。如圖13D和13E所示，可以使膜770分別預(yù)先成形為成傾斜的突出外形和成圓頂?shù)男螤?，以有助于將目?biāo)氣體從腔隙750c推出來。其它膜形狀也可以是使用的。
圖14A-14D顯示了使用囊804作為彈性的部件760的氣體傳送機構(gòu)802。囊804可以包括一系列褶皺806。壓力腔810包括蓋812，支撐密封圈816的平臺814和主要的主體818。平臺814限定了通過其的用于目標(biāo)氣體進出的端口820及限定了通過其的用于儲存流體或驅(qū)動流體的端口822。將蓋812緊固到主體818，并且壓縮密封圈816，由此限定了壓力腔810。蓋812還限定了用于容納通過其的流動路徑822和824的開口819。將密封圈816定位成在蓋812和平臺814之間流體密封的接合。通過任何對于本領(lǐng)域是已知的方式，還將蓋812和主體818結(jié)合成流體密封的接合。囊804支撐延長的中空的管821，該管821限定延長的通路823與囊804的內(nèi)部805保持流體連通。將管821固定到平臺814，以在囊內(nèi)部805和流動路徑828之間建立流體連通。預(yù)期的是，管821以匹配的螺紋嚙合容納在端口820中，雖然可以粘著地或以任何其它對于本領(lǐng)域是已知的方式使兩個構(gòu)件結(jié)合。
確定壓力腔構(gòu)件的尺寸并且使壓力腔構(gòu)件成形為在其中保持囊804并且允許儲存器流體(典型地為不可壓縮的流體或液體)可控制地經(jīng)由端口822和流動路徑824(接附到流體源)從壓力腔810進出。由于將儲存器流體遞送到在囊804周圍的壓力腔810以及從在囊804周圍的壓力腔810撤出儲存器流體，經(jīng)由端口820和氣體流動路徑828，將超極化的氣體從囊內(nèi)部805排出以及將超極化的氣體引入到囊內(nèi)部805內(nèi)。像前面描述的那樣控制閥門組(未顯示)，允許氣體傳送機構(gòu)802將超極化的氣體802提供給想要的位置，用于想要的用途。
圖15A-B顯示了帶有氣體傳送機構(gòu)802的超極化器950的內(nèi)部構(gòu)件，將該氣體傳送機構(gòu)802定位在保持室708和光抽吸室706之下。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地認(rèn)識到，可以使用本發(fā)明的任何泵作為在超極化器950內(nèi)的氣體傳送機構(gòu)。而且，超極化器950可以包括在以下共同轉(zhuǎn)讓的美國專利中描述的特點美國專利No.5,642,625、美國專利No.6,269,648和2003年1月17日提交的并且作為美國專利申請與其在同一天再次提交的美國臨時專利申請No.60/440,747，通過參考，由此合并這些專利披露的全部東西，就如同在其中已經(jīng)充分描述了這些東西。圖15A描繪了超極化器950的內(nèi)部構(gòu)件的局部分解圖。光學(xué)系統(tǒng)910包括上層的殼912，并且光學(xué)地連接到光學(xué)管道914，該光學(xué)管道914阻塞周邊的光并且在殼912和烘箱920的光端口922之間延伸，以將激光引導(dǎo)到室706。通過接附到光學(xué)管道914的上部部分916的支架932，將光學(xué)殼912懸置在螺線管930(在圖15B中部分顯示)之上。螺線管930在光抽吸室706、保持室708和氣體傳送機構(gòu)802周圍提供了均勻性區(qū)域。在光抽吸室706處，引導(dǎo)在殼912內(nèi)產(chǎn)生的激光輻射。
如同15B所示，氣體傳送機構(gòu)802的壓力腔810、保持室708和帶有光學(xué)室706的烘箱920全都在由螺線管930限定的螺線管腔隙936的內(nèi)側(cè)延伸，以在均勻性“BH”區(qū)域內(nèi)延伸。螺線管930可以是端部補償?shù)?相對于螺線管的中心部分，在兩個相對的端部部分上，增加了線圈纏繞的數(shù)量)，以增加均勻性BH區(qū)域的長度，但典型地，區(qū)域可以近似地處在大約螺線管930長度的中間三分之一的位置?？梢岳p繞單一連續(xù)長度的16標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格金屬線(未顯示)，以相對于中心部分(該中心部分可能具有比兩個端部部分的長度之和大的長度)，在端部部分上，為螺線管930提供大約雙倍數(shù)量的纏繞，以提供直徑大約8英寸并且大約18英寸長的均勻的區(qū)域BH。本發(fā)明也預(yù)期，可以由鎳鐵高導(dǎo)磁合金形成螺線管930，以更好地保護極化的氣體。
本發(fā)明預(yù)期，通過控制器控制本發(fā)明的泵，該控制器協(xié)調(diào)氣體遞送閥門的開放和關(guān)閉與在儲存器內(nèi)的囊偏斜?？刂破髟试S超極化的氣體從第一容器傳送到患者或傳送到第二氣體儲存裝置。而且，通過在儲存器的流體腔隙內(nèi)使用不可壓縮的流體，本發(fā)明可以提供更完全地從用于儲存超極化的氣體的剛性容器撤出和遞送到用于儲存超極化的氣體的剛性容器內(nèi)。可選擇地，可以反復(fù)操作本發(fā)明的泵，以將超極化的氣體的近連續(xù)流提供給目的物，即患者或儲存容器。預(yù)期本發(fā)明的泵以像120p.s.i.那樣高的壓力及達(dá)到200p.s.i.的壓力，使彈性的泵腔部件偏斜。
本發(fā)明還預(yù)期，可以選擇相對于儲存器的流體傳送裝置的實際設(shè)計，以適應(yīng)許多不同形狀的殼。圖片描繪了由這些構(gòu)件的想要布置，以大體上成一線，然而，通過使用在流體傳送裝置的驅(qū)動腔和儲存器的流體腔隙之間的流體導(dǎo)管，可以實現(xiàn)其它空間構(gòu)造。要理解的是，因此泵的物理設(shè)計可以是很多任何構(gòu)造。
盡管已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的特別實施例，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，明顯的是，在不偏離本發(fā)明的教示的情況下，可以進行變化和更改。通過僅有的并且不作為限制的說明，提供了在前面的描述和附圖中陳述的東西。當(dāng)以適當(dāng)?shù)幕诂F(xiàn)有技術(shù)的觀點考察的時候，旨在將本發(fā)明的實際范圍限定在接下來的權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種用于傳送超極化的氣體的泵，其包括限定用于通過其傳輸超極化的氣體的延長的通路的延長的流體管路；間隔地定位成與所述的流體管路保持流體連通以提供通過其的可中斷的并且可引導(dǎo)的流的第一入口閥門和第一出口閥門；限定內(nèi)部腔隙的第一泵儲存器，所述的第一泵儲存器還包括限定與在所述第一入口和出口閥門之間的所述的流體管路保持流體連通的氣體腔隙的可偏斜的氣囊，所述的氣囊還限定第一流體腔隙通過所述的囊與所述的氣體腔隙相對；限定第二流體腔隙的流體儲存器；及能夠在所述的第一和第二流體腔隙之間引導(dǎo)流體以在第一和第二構(gòu)造之間推動所述的氣囊的抽吸機構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述的第一和第二流體腔隙包含不可壓縮的流體。
3.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述的第一和第二流體腔隙包含可壓縮的流體。
4.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，由不透氣的材料形成所述的氣囊。
5.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，由被選擇用于對包含在所述的氣體腔隙內(nèi)的超極化的氣體的極化水平具有低微的影響的材料形成所述的氣囊。
6.如權(quán)利要求1所述的泵，還包括與所述的第一和第二流體腔隙中的一個保持流體連通的第一壓力計。
7.如權(quán)利要求6所述的泵，還包括與所述的第一和第二流體腔隙中的另一個保持流體連通的第二壓力計。
8.如權(quán)利要求1所述的泵，還包括間隔地定位在所述的流體管路上以提供通過其的可中斷的并且可引導(dǎo)的流的第二入口閥門和第二出口閥門；及在其中，所述的流體儲存器還包括第二泵腔，該第二泵腔包括限定與在所述的第二入口和出口閥門之間的所述的流體管路保持流體連通的氣體腔隙的第二可偏斜的氣囊，所述的第二氣囊還流體地將所述的第二氣體腔隙從所述的第二流體腔隙隔離開來，可操作地使所述的第二入口和出口閥門與所述的第一入口和出口閥門關(guān)聯(lián)。
9.如權(quán)利要求8所述的泵，其特征在于，沿著所述的流體管路，將所述的第一和第二入口閥門定位在所述的第一和第二出口閥門的外部，所述的流體管路還限定了在所述的出口閥門之間的氣體入口端口。
10.如權(quán)利要求8所述的泵，其特征在于，沿著所述的流體管路，將所述的第一和第二入口閥門定位在所述的第一和第二出口閥門之間，所述的流體管路還限定了在所述的入口閥門之間的氣體出口端口。
11.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述的第一泵腔還包括限定所述的氣體腔隙的第一殼部件和限定所述的第一流體腔隙的第二殼部件，并且在其中，所述的氣囊以定位在所述的第一和第二殼部件之間的可偏斜的隔膜為形式，以流體地將所述的氣體腔隙從所述的第一流體腔隙隔離開來。
12.如權(quán)利要求9所述的泵，其特征在于，所述的第一殼部件還包括限定所述的氣體腔隙的內(nèi)部表面。
13.如權(quán)利要求9所述的泵，其特征在于，所述的第一殼還包括限定所述的氣體腔隙的半球形的內(nèi)部表面。
14.如權(quán)利要求10所述的泵，其特征在于，所述的隔膜是可延伸的，以大體上與所述的內(nèi)部表面一致。
15.如權(quán)利要求9所述的泵，其特征在于，所述的第二殼部件包括限定所述的第一流體腔隙的半球形的內(nèi)部表面。
16.如權(quán)利要求12所述的泵，其特征在于，所述的隔膜是可延伸的，以大體上與所述的第二殼部件的所述的內(nèi)部表面一致。
17.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述的抽吸機構(gòu)還包括限定所述的第二流體腔隙的活塞殼并且包括在所述的第二流體腔隙內(nèi)是可移動的活塞頭，以在所述的第一和第二流體腔隙之間引導(dǎo)流體。
18.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述的可偏斜的氣囊還包括彈性的袋，該袋具有限定所述的氣體腔隙并且還限定與所述的流體管路保持流體連通的氣體端口的袋壁。
19.如權(quán)利要求14所述的泵，其特征在于，所述的第一泵腔還包括限定所述的氣體腔隙的第一殼部件和限定所述的第一流體腔隙的第二殼部件，并且在其中，所述的氣囊以定位在所述的第一流體儲存器的所述的第一和第二殼部件之間的可偏斜的隔膜為形式，以流體地將所述的氣體腔隙從所述的第一流體腔隙隔離開來。
20.一種用于傳送超極化的氣體的泵，其包括限定用于通過其傳輸超極化的氣體的延長的通路的延長的第一流體管路；限定第一內(nèi)部腔隙的第一泵腔，所述的第一泵腔包括限定與所述的第一流體管路保持流體連通的第一氣體腔隙的第一可偏斜的氣囊，所述的第一氣囊還限定第一流體腔隙通過所述的第一氣囊與所述的第一氣體腔隙相對，在所述的第一內(nèi)部腔隙內(nèi)，所述的第一氣囊是可從第一構(gòu)造偏斜到第二構(gòu)造的；限定用于通過其傳輸超極化的氣體的延長的通路的延長的第二流體管路；限定第二內(nèi)部腔隙的第二泵腔，所述的第二泵腔包括限定與所述的第二流體管路保持流體連通的第二氣體腔隙的第二可偏斜的氣囊，所述的第二氣囊還限定第二流體腔隙通過所述的第二氣囊與所述的第二氣體腔隙相對，在所述的第二內(nèi)部腔隙內(nèi)，所述的第二氣囊是可從第一構(gòu)造偏斜到第二構(gòu)造的；及具有殼的流體傳送裝置，該殼限定與所述的第一流體腔隙保持流體連通的第一驅(qū)動腔并且限定與所述的第二流體腔隙保持流體連通的第二驅(qū)動腔，所述的流體傳送裝置包括流體驅(qū)動機構(gòu)，該流體驅(qū)動機構(gòu)用于在所述的第一流體腔隙和所述的第一驅(qū)動腔之間和在所述的第二流體腔隙和所述的第二驅(qū)動腔之間引導(dǎo)流體，以各自使所述的第一和第二囊在所述的第一和第二構(gòu)造之間偏斜。
21.如權(quán)利要求20所述的泵，其特征在于，所述的流體驅(qū)動機構(gòu)包括與所述的第一驅(qū)動腔保持面對聯(lián)系的第一活塞表面和與所述的第二驅(qū)動腔保持面對聯(lián)系的第二活塞表面。
22.如權(quán)利要求21所述的泵，還包括可在將流體從所述的第一驅(qū)動腔引導(dǎo)到所述的第一流體腔隙內(nèi)的第一位置和將流體從所述的第一流體腔隙引入到所述的第一驅(qū)動腔內(nèi)的第二位置之間推動的活塞頭。
23.如權(quán)利要求22所述的泵，其特征在于，所述的活塞頭還包括所述的第一和第二活塞表面。
24.如權(quán)利要求22所述的泵，還包括可在將流體從所述的第二驅(qū)動腔引導(dǎo)到所述的第二流體腔隙內(nèi)的第一位置和將流體從所述的第二流體腔隙引入到所述的第二驅(qū)動腔內(nèi)的第二位置之間推動的第二活塞頭。
25.如權(quán)利要求24所述的泵，其特征在于，所述的第一活塞頭還包括所述的第一活塞表面并且所述的第二活塞頭還包括所述的第二活塞表面。
26.如權(quán)利要求25所述的泵，還包括在所述的第一和第二活塞頭之間延伸的活塞桿。
27.如權(quán)利要求20所述的泵，其特征在于，所述的第一泵腔還包括限定所述的氣體腔隙的第一殼部件和限定所述的第一流體腔隙的第二殼部件，并且在其中，所述的氣囊包括定位在所述的第一流體儲存器的所述的第一和第二殼部件之間的可偏斜的隔膜，以流體地將所述的氣體腔隙從所述的第一流體腔隙隔離開來。
28.如權(quán)利要求27所述的泵，其特征在于，所述的第二泵腔還包括限定所述的第二氣體腔隙的第一殼部件和限定所述的第二流體腔隙的第二殼部件，并且在其中，所述的氣囊包括定位在所述的第二流體儲存器的所述的第一和第二殼部件之間的可偏斜的隔膜，以流體地將所述的第二氣體腔隙從所述的第二流體腔隙隔離開來。
29.如權(quán)利要求27所述的泵，其特征在于，所述的第一殼部件還包括限定所述的氣體腔隙的內(nèi)部表面。
30.如權(quán)利要求29所述的泵，其特征在于，所述的第一殼還包括限定所述的氣體腔隙的半球形的內(nèi)部表面。
31.如權(quán)利要求30所述的泵，其特征在于，所述的隔膜是可延伸的，以大體上與所述的內(nèi)部表面一致。
32.如權(quán)利要求28所述的泵，其特征在于，所述的第二殼部件包括限定所述的第一流體腔隙的半球形的內(nèi)部表面。
33.如權(quán)利要求32所述的泵，其特征在于，所述的隔膜是可延伸的，以大體上與所述的第二殼部件的所述的內(nèi)部表面一致。
34.如權(quán)利要求28所述的泵，其特征在于，所述的第一儲存器、所述的第二儲存器和所述的流體驅(qū)動機構(gòu)大體上成線性排列。
35.如權(quán)利要求20所述的泵，還包括測量在所述的第一流體腔隙內(nèi)的流體壓力的壓力計。
36.如權(quán)利要求20所述的泵，其特征在于，所述的流體傳送裝置可以交替地將足夠的流體引導(dǎo)到所述的第一和第二流體腔隙中的每個內(nèi)，以分別從所述的第一和第二氣體腔隙中的至少一個完全排出任何超極化的氣體。
全文摘要
用于超極化的氣體的抽吸系統(tǒng)使用靠著可偏斜的氣體傳輸囊(28)的可逆的流體流?？刹僮鞯厥箽怏w傳輸囊(28)的充氣和放氣與閥門(20、22)相關(guān)，用于引導(dǎo)超極化的氣體的流。可以可操作地使第二氣體傳輸囊(129)與附加的閥門組(121、123)相關(guān)，以提供更連續(xù)的超極化的氣體流?？梢詫⒌谝缓偷诙怏w傳輸囊設(shè)置成與可逆的抽吸機構(gòu)(40、140)串聯(lián)。
文檔編號F04B43/00GK1739035SQ200480002385
公開日2006年2月22日 申請日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月17日
發(fā)明者I·內(nèi)爾遜, S·卡德萊塞克, J·諾爾斯 申請人:醫(yī)療物理有限公司