Magnetic resonance imaging of hiperpolarised xenon-129 and studying nuclear relaxation of the noble gas transported to the scanner

Obrazowanie medyczne płuc w rezonansie magnetycznym z użyciem hiperspolaryzowanych gazów nie jest metodą powszechną z uwagi na wysokie koszty produkcji tych gazów. Celem niniejszej pracy było badanie dynamiki procesu SEOP (Spin Exchange Optical Pumping) oraz procesów relaksacyjnych hiperspolaryzowanego 129Xe w niskobudżetowym polaryzatorze SEOP działającym w trybie zatrzymywanego przepływu. Do pompowania optycznego, w komórce o objętości 1dm3 stosowano laser o mocy 10W. Czas narastania polaryzacji mieszanek o różnych proporcjach ksenonu-129 osiągnięto średnio po 2,521,11[min]. Zanik polaryzacji po wyłączeniu lasera w obecności rubidu trwał średnio około 1,860,62 [min]. Po wymrożeniu mieszanek w „zimnym palcu” i odseparowaniu ksenonu-129 wydłużono czas relaksacji T1 do średnio 8,072,72 [min]. Osiągnięto polaryzację gazu z zakresu od 8% - 15%. Uzyskano obraz płuc wypełnionych hiperspolaryzowanym 129Xe, przetransportowanego w stanie zamrożonym do Szpitala im. Jana Pawła II w Krakowie.

Medical imaging of the lung in magnetic resonance using hyperpolarized gases is not a common method due to the high cost of production of these gases. The aim of this work was to study the dynamics of the SEOP (Spin Exchange Optical Pumping) process and the relaxation processes of the hyperpolarized 129Xe in a low-cost SEOP polarizer operating in the stop-flow mode. A 10 W laser was used as well as a 1 liter optical pumping cell. Polarization “build-up time" of mixtures with different proportions of xenon-129 was achieved after on average 2,521,11[min]. Polarization "decay time" after turning off the laser in the presence of rubid lasted on average 1,860,62 [min]. After freezing the mixtures in the "cold finger" and separating the xenon-129, the relaxation time T1 was extended to average 8,072,72 [min]. Gas polarization has been achieved in the range of 8% - 15%. An image of lungs filled with hyperpolarized 129Xe, transported in a frozen state to the John Paul II Hospital in Krakow was also achieved.