一种用于肺部动态磁共振成像的便携式呼吸装置及方法与流程

本发明涉及磁共振成像技术领域，具体涉及一种用于肺部动态磁共振成像的便携式呼吸装置，还涉及一种用于肺部动态磁共振成像的便携式呼吸方法。适用于以超极化气体为造影剂的磁共振成像，如肺部吸气动态磁共振成像、肺部呼气动态磁共振成像、肺部换气冲洗动态磁共振成像、分子影像等。

背景技术：

肺部是人体主要的呼吸器官，其生理状态影响人体的健康状况。临床常用的肺部影像学检查包括胸片、ct、核素成像（spect、pet）等，但是这些方法均具有电离辐射或放射性，不适用于短期内频繁检查。磁共振成像（magneticresonanceimaging,mri）无电离辐射性或放射性，能够对人体大部分组织和器官进行成像。但是肺部为空腔结构，其水质子密度是肌肉组织低约1000倍，因此肺部在磁共振成像中为盲区。传统的磁共振成像根据样品中的观测核在磁场中受到射频脉冲(radiofrequencypulse,rfpulse)的激励而发生核磁共振的现象，使用梯度线圈对样品进行空间编码，利用电子系统接收到样品产生的磁共振信号，将其进行频谱变换，重建出磁共振图像。常规的mri多用于水或脂质中的h原子。对于惰性气体原子，通常利用自旋交换光抽运的方法，使得其非热平衡时的磁化矢量远高于稳态，即惰性气体核获得了较高的极化度，这种方法称为超极化气体技术。h气和惰性气体在室温条件下，核自旋极化度一般为10^-6量级，而超极化技术可将惰性气体的核自旋极化度增加4-5个量级，以弥补原子密度较低的因素，实现超极化气体磁共振成像。这使得肺部磁共振成像成为可能。

在超极化气体肺部磁共振成像中，受试者需要吸入超极化气体，因此需要气体介入的呼吸装置。目前的解决方案包括使用呼吸机插管、采样带储气经口腔或鼻腔吸入等。其中使用呼吸机插管方法能够定量输送气体，但是该方法使用正压供气，不适用于人体肺部动态呼吸磁共振成像且成本昂贵，采样带储气经口腔或鼻腔吸入方法较简便，但是无法定速输送气体。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种用于肺部动态磁共振成像的便携式呼吸装置，还提供一种用于肺部动态磁共振成像的便携式呼吸方法。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种用于肺部动态磁共振成像的便携式呼吸装置，包含第一气体采样袋，第一气体采样袋通过管道与第一直通阀连接，第一气体采样袋通过管道与第一单向阀的入口端连接，第一单向阀的出口端通过管道与第二直通阀一端连接，第二直通阀的另一端分别与第三直通阀一端、注射器的注射口、第四直通阀的一端、以及第二单向阀的入口端连接，第四直通阀的另一端和第二单向阀的出口端均通过管道与第五直通阀一端连接，第五直通阀另一端通过管道与第二气体采样袋、第六直通阀一端连接，第二气体采样袋通过管道与第三单向阀的入口端连接，第六直通阀的另一端通过管道与第三气体采样袋连接，第三气体采样袋通过管道与第四单向阀的出口端连接，第四单向阀的入口端通过管道与第七直通阀一端连接，第三单向阀的出口端、第七直通阀的另一端均通过管道与三通阀的第一连接端连接，三通阀的第二连接端通过管道与无磁数字节流阀一端连接，三通阀的第三连接端与外部空气连通，无磁数字节流阀另一端通过管道与呼吸滤膜连接，呼吸滤膜通过管道与呼吸面罩连接，第一气体采样袋中装有超极化气体。

超极化气体为³he或¹²⁹xe或¹³¹xe或⁸³kr或¹³c。

一种用于肺部动态磁共振成像的便携式呼吸方法，包含以下步骤：

步骤1、关闭第一直通阀、第三直通阀、第四直通阀、第五直通阀、以及第六直通阀，同时打开第二直通阀，然后控制三通阀的第二连接端和第三连接端连通；

然后使用注射器通过管道和第一单向阀的出口端从第一气体采样袋抽取定量的超极化气体，然后打开第五直通阀，

然后将注射器中定量的超极化气体通过第二单向阀、第五直通阀注入第二气体采样袋中，

然后设置无磁数字节流阀的流速，然后受试者通过呼吸面罩按照设定的流速呼吸空气，

步骤2、打开第七直通阀，然后控制三通阀的第一连接端和第二连接端连通，受试者开始吸入第二气体采样袋中定量的超极化气体，同时在开始吸气时同步触发磁共振成像采样，吸气结束后，受试者通过管道、第七直通阀、第四单向阀的入口端将气体呼出到第三气体采样袋中，

步骤3、步骤2呼气结束后，控制三通阀的第二连接端和第三连接端连通，即无磁数字节流阀连通外部空气，然后受试者通过无磁数字节流阀按照设定的流速呼吸空气，

步骤4、重复步骤1～步骤3，进行循环直至磁共振成像采样结束。

本发明相对现有技术，具有以下优点：

1、呼吸装置结构简单、材料轻便，便于制作和携带；

2、通过无磁数字节流阀实现恒定呼吸速率；

3、通过注射器、单向阀与气体采样袋的组合使用，实现吸入恒定体积的气体；

4、能够回收呼出的超极化气体；

5、装置操作简便，向采样带注入定量的超极化气体后，只需控制三通阀的方向即可。

附图说明

图1为一种用于肺部动态磁共振成像的便携式呼吸装置的结构示意图。

图中：1-第一直通阀1；2-第一气体采样袋；3-第一单向阀；4-第二直通阀；5-第三直通阀；6-注射器；7-第四直通阀；8-第二单向阀；9-第五直通阀；10-第二气体采样袋；11-第三单向阀；12-第六直通阀；13-第三气体采样袋；14-第四单向阀；15-第七直通阀；16-三通阀；17-无磁数字节流阀；18-呼吸滤膜；19-呼吸面罩。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种用于肺部动态磁共振成像的便携式呼吸装置，包含注射器6、无磁数字节流阀17、呼吸滤膜18、呼吸面罩19、第一气体采样袋2、第二气体采样袋10、第三气体采样袋13、第一单向阀3、第二单向阀8、第三单向阀11、第四单向阀14、第一直通阀1、第二直通阀4、第三直通阀5、第四直通阀7、第五直通阀9、第六直通阀12、第七直通阀15和三通阀16。

第一气体采样袋2通过管道与第一直通阀1连接，第一气体采样袋2通过管道与第一单向阀3的入口端连接，第一单向阀3的出口端通过管道与第二直通阀4一端连接，第二直通阀4的另一端分别与第三直通阀5一端、注射器6的注射口、第四直通阀7的一端、以及第二单向阀8的入口端连接，第四直通阀7的另一端和第二单向阀8的出口端均通过管道与第五直通阀9一端连接，第五直通阀9另一端通过管道与第二气体采样袋10、第六直通阀12一端连接，第二气体采样袋10通过管道与第三单向阀11的入口端连接，第六直通阀12的另一端通过管道与第三气体采样袋13连接，第三气体采样袋13通过管道与第四单向阀14的出口端连接，第四单向阀14的入口端通过管道与第七直通阀15一端连接，第三单向阀11的出口端、第七直通阀15的另一端均通过管道与三通阀16的第一连接端连接，三通阀16的第二连接端通过管道与无磁数字节流阀17一端连接，三通阀16的第三连接端与外部空气连通，无磁数字节流阀17另一端通过管道与呼吸滤膜18连接，呼吸滤膜18通过管道与呼吸面罩19连接。

第一气体采样袋2中装有超极化气体。

超极化气体包括³he或¹²⁹xe或¹³¹xe或⁸³kr或¹³c等。

第一气体采样袋2、第二气体采样袋10和第三气体采样袋13均采用医用级聚四氟乙烯材料。管道、注射器6、第一直通阀1、第二直通阀4、第三直通阀5、第四直通阀7、第五直通阀9、第六直通阀12、第七直通阀15、第一单向阀3、第二单向阀8、第三单向阀11、第四单向阀14和三通阀16均采用医用级乙烯共聚改性聚丙烯材料。无磁数字节流阀17采用磁共振兼容性无磁材料。呼吸滤膜18、呼吸面罩19均采用医用级磁共振兼容性无磁材料。

一种肺部动态磁共振成像的呼吸方法，该方法包含以下步骤：

步骤1（呼吸空气）、关闭第一直通阀1、第三直通阀5、第四直通阀7、第五直通阀9、以及第六直通阀12，同时打开第二直通阀4，然后控制三通阀16的第二连接端和第三连接端连通，即无磁数字节流阀17连通外部空气。

然后使用注射器6通过管道和第一单向阀3的出口端从第一气体采样袋2抽取定量的超极化气体。然后打开第五直通阀9。

然后将注射器6中定量的超极化气体通过第二单向阀8、第五直通阀9注入第二气体采样袋10中。

然后设置无磁数字节流阀17的流速，然后受试者通过呼吸面罩19按照设定的流速呼吸空气。

步骤2（呼吸超极化气体）、打开第七直通阀15，然后控制三通阀16的第一连接端和第二连接端连通，即无磁数字节流阀17与第三单向阀11的出口端连通，受试者开始吸入第二气体采样袋10中定量的超极化气体，同时在开始吸气时同步触发磁共振成像采样。吸气结束后，受试者通过管道、第七直通阀15、第四单向阀14的入口端将气体呼出到第三气体采样袋13中。

步骤3（呼吸空气）、步骤2呼气结束后，控制三通阀16的第二连接端和第三连接端连通，即无磁数字节流阀17连通外部空气，然后受试者通过无磁数字节流阀17按照设定的流速呼吸空气。

步骤4、重复步骤1、步骤2、步骤3，进行循环直至磁共振成像采样结束。

便携式呼吸装置的工作过程分为三步，即按照设定流速呼吸空气-按照设定流速呼吸超极化气体-按照设定流速呼吸空气。在步骤2呼吸超极化气体时也可以根据需要打开第六直通阀12，循环呼吸超极化气体。第一气体采样袋2中也可装有无毒含氟气体，如四氟化碳、六氟化硫等。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。