DE19962330B4 - Method and device for determining the magnetization of electron or nuclear spin polarized media - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Magnetisierung M von strömenden elektronen- oder kernspinpolarisierten Medien, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung M als Induktionssignal aus der Änderung des magnetischen Flusses gewonnen wird, die beim Durchtritt des Mediums durch eine Induktionsspule an der Grenzfläche des zu untersuchenden Mediums zu einem Medium bekannter Magnetisierung auftritt.A method for determining the magnetization M of flowing electron- or nuclear spin-polarized media, characterized in that the magnetization M is obtained as an induction signal from the change in the magnetic flux which, when the medium passes through an induction coil at the interface of the medium to be examined to form a medium known magnetization occurs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Magnetisierung von strömenden elektronen- oder kernspinpolarisierten Medien, insbesondere von Gasen oder Flüssigkeiten, ein Verfahren zur Bestimmung des Polarisationsgrades oder der Suszeptibilität derartiger Medien, eine Vorrichtung, genannt Induktionsstoßpolarimeter, zur Bestimmung der Magnetisierung von strömenden elektronen- oder kernspinpolarisierten Medien sowie eine Vorrichtung zur Verabreichung elektronen- oder kernspinpolarisierter Medien mit einer Vorrichtung zur Bestimmung der Magnetisierung.The invention relates to a method to determine the magnetization of flowing electron or nuclear spin polarized Media, especially gases or liquids, a process for Determination of the degree of polarization or the susceptibility of such Media, a device called induction impact polarimeter, for determination the magnetization of flowing electron or nuclear spin polarized media and a device for the administration of electron or nuclear spin polarized media with a device for determining the magnetization.

Unter polarisierten Medien werden in der vorliegenden Anmeldung Medien verstanden, bei denen ein Teil der Elektronen- oder Kernspins, die ein magnetisches Moment tragen, orientiert sind und zu einer messbaren makroskopischen Magnetisierung führen. Von besonderem Interesse sind hierbei kernspinpolarisierte Gase, wie das Heliumisotop der Massenzahl 3 (³He), das Xenonisotop mit der Massenzahl 129 (¹²⁹ Xe) oder elektronenspinpolarisierte Gase, wie Sauerstoff (O₂).In the present application, polarized media are understood to mean media in which some of the electron or nuclear spins that carry a magnetic moment are oriented and lead to a measurable macroscopic magnetization. Of particular interest here are nuclear spin-polarized gases, such as the helium isotope of the mass number 3 ( ³ He), the xenon isotope with the mass number 129 ( ¹²⁹ Xe) or electron spin polarized gases such as oxygen (O ₂ ).

Auf dem Gebiet der Medizin werden derartige Isotope insbesondere für eine Anwendung in der Kernspintomographie beispielsweise der Lunge diskutiert.Be in the field of medicine such isotopes especially for an application in magnetic resonance imaging, for example of the lungs discussed.

Bei der Kernspintomograpie (MRI bzw. NMR-Tomographie) wird ein Bild des zu untersuchenden Gegenstandes dadurch erzeugt, daß ein Kernspinresonanzsignal der Kernspins des zu untersuchenden Gegenstandes aufgenommen wird.Magnetic resonance imaging (MRI or NMR tomography) becomes an image of the object to be examined generated by a Nuclear magnetic resonance signal of the nuclear spins of the object to be examined is recorded.

Bei den üblichen bildgebenden Kernspinverfahren, werden die Signale durch Protonenspins induziert, üblicherweise die Protonen des Wassers oder Fettgewebes. Die Stärke des Kernspinsignales ist proportional dem Populationsunterschied, d.h. der Polarisation P zwischen in diesem Beispiel zwei verschiedenen Kernspinzuständen der bildgebenden Kerne und wird durch den Boltzmannfaktor bestimmt. Sie ist von der magnetischen Feldstärke und der Temperatur abhängig. Die Gleichgewichtspolarisation P_B für einen Kern mit Spin I = 1/2 wird dann durch nachfolgende Gleichung gegeben:

wobei Nα die Population der Kerne mit einem Spinzustand α (beispielsweise + 1/2 ist),
Nβ die Population der Kerne in einem anderen Spinzustand β (beispielsweise – 1/2),
γ das gyromagnetische Verhältnis des Kerns,
hħ die Planksche Konstante dividiert durch 2 π,
k die Boltzmann Konstante,
B₀ das Magnetfeld,
T die Temperatur in Kelvin und
μ_N das magnetische Kerndipolmoment.In the usual imaging nuclear spin processes, the signals are induced by proton spins, usually the protons of the water or adipose tissue. The strength of the nuclear spin signal is proportional to the population difference, ie the polarization P between two different nuclear spin states of the imaging nuclei in this example and is determined by the Boltzmann factor. It depends on the magnetic field strength and the temperature. The equilibrium polarization P _B for a core with spin I = 1/2 is then given by the following equation:

where Nα is the population of nuclei with a spin state α (e.g. + 1/2),
Nβ the population of the nuclei in a different spin state β (for example - 1/2),
γ the gyromagnetic ratio of the nucleus,
hħ the Plank constant divided by 2 π,
k the Boltzmann constant,
B ₀ the magnetic field,
T is the temperature in Kelvin and
μ _{N is} the magnetic core dipole moment.

Ein Kernspinsignal kann verstärkt werden, in dem die Polarisation der eingesetzten Kernspins auf einen Polarisationswert erhöht wird, der oberhalb des Gleichgewichtswertes der Gleichung (1) für eine vorgegebene Feldstärke und Temperatur liegt. Neben Protonen können auch Isotope wie beispielsweise ³He, ¹²⁹Xe in der Kernspintomographie nachgewiesen werden. Beim Einsatz von Tracergasen wie ³He oder ¹²⁹Xe sind um 3-5 Größenordnung überhöhte Polarisationsgrade notwendig, um die geringere Dichte des Tracer-Gases zu kompensieren und der Protonenbildgebung vergleichbare Signalstärken zu erreichen. Eine Möglichkeit, eine derartige sogenannte Hyperpolarisation aufzubauen, ist das optische Pumpen, welches beispielsweise bei den Gasen ³He und ¹²⁹Xe eingesetzt wird. Diesbezüglich wird beispielsweise auf die Druckschrift Schearer et al., Phys. Rev. Letters 10: 108 – 110 (1963) und Eckert et al., Nucl. Instr. and Methods A 320: 53 – 65 (1992) verwiesen. ³He und ¹²⁹Xe besitzen einen Kernspin I = 1/2, der hyperpolarisiert und für bildgebende Kernspinverfahren eingesetzt werden kann. Diesbezüglich wird beispielsweise auf die US-A-5642625 , die US-A-5612103 , die US-A-5545396 , die WO 95/27438, die WO 97/37239 sowie J. P. Mugler, B. Driehuys, J.R. Brookeman, G.D. Cates, S.S. Berr, R.G. Bryant, T.M. Daniel, E.E. de Lange, J.H. Downs Jr, C.J. Erickson, W. Happer, D.P. Hinton, N.F. Kassel, T. Maier, C.D. Phillips, B.T. Saam, K.L. Sauer, M.E. Wagshul; "MR Imaging and Spectroscopy Using Hyperpolarized ¹²⁹Xe Gas: Preliminary Human Results"; MRM 37 (1997) 809-815 und M. Ebert, T. Großmann, W. Heil, E.W. Offen, R. Surkau, M. Leduc, P. Bachert, M.V. Knopp, L.R. Schad, M. Thelen; "Nuclear magnetic resonance imaging with hyperpolarized ³He"; THE LANCET, 347 (1996) 1297–1299.A nuclear spin signal can be amplified by increasing the polarization of the nuclear spins used to a polarization value which is above the equilibrium value of equation (1) for a predetermined field strength and temperature. In addition to protons, isotopes such as ³ He, ¹²⁹ Xe can also be detected in magnetic resonance imaging. When using tracer gases such as ³ He or ¹²⁹ Xe, polarization levels that are 3-5 orders of magnitude higher are necessary to compensate for the lower density of the tracer gas and to achieve signal strengths comparable to proton imaging. One possibility of building up such a so-called hyperpolarization is optical pumping, which is used, for example, for the gases ³ He and ¹²⁹ Xe. In this regard, reference is made, for example, to Schearer et al., Phys. Rev. Letters 10: 108-110 (1963) and Eckert et al., Nucl. Instr. and Methods A 320: 53-65 (1992). ³ He and ¹²⁹ Xe have a nuclear spin I = 1/2, which is hyperpolarized and can be used for imaging nuclear spin processes. In this regard, for example, US-A-5642625 , the US-A-5612103 , the US-A-5545396 , WO 95/27438, WO 97/37239 and JP Mugler, B. Driehuys, JR Brookeman, GD Cates, SS Berr, RG Bryant, TM Daniel, EE de Lange, JH Downs Jr, CJ Erickson, W. Happer, DP Hinton, NF Kassel, T. Maier, CD Phillips, BT Saam, KL Sauer, ME Wagshul; "MR Imaging and Spectroscopy Using Hyperpolarized ¹²⁹ Xe Gas: Preliminary Human Results"; MRM 37 (1997) 809-815 and M. Ebert, T. Großmann, W. Heil, EW Offen, R. Surkau, M. Leduc, P. Bachert, MV Knopp, LR Schad, M. Thelen; "Nuclear magnetic resonance imaging with hyperpolarized ³ He"; THE LANCET, 347 (1996) 1297-1299.

Ganz allgemein wird bei der ³He und der ¹²⁹Xe Kernresonanz-Tomographie ein Bolus eines hyperpolarisierten ³He oder ²Xe-Gases mit einem Atemzug der zu untersuchenden Person zugeführt und das Kernspinsignal desselben dazu verwendet, ein Bild der Atemwege und der Lunge zu erzeugen. Da das natürliche Vorkommen von ³He oder ¹²⁹Xe im Körper vernachlässigbar ist und nach längstens einigen Minuten die Hyperpolarisation auf den Gleichgewichtswert abgefallen ist, sind die ³He oder ¹²⁹Xe-Signale des gerade eingeatmeten Bolus gegenüber Signalen anderen Körperregionen unzweideutig detektierbar.In general, in ³ He and ¹²⁹ Xe nuclear magnetic resonance imaging, a bolus of a hyperpolarized ³ He or ² Xe gas is supplied with one breath to the person to be examined and the nuclear spin signal is used to generate an image of the airways and lungs. Since the natural occurrence of ³ He or ¹²⁹ Xe in the body is negligible and after a few minutes the Hyper If the polarization has dropped to the equilibrium value, the ³ He or ¹²⁹ Xe signals of the bolus just breathed in can be unambiguously detected compared to signals from other body regions.

Da der ³He-Bolus bei der ³He-Kernspintomographie in verschiedenen Zeitpunkten des Atemzuges gegeben werden kann, ist es möglich, Kernspinbilder zu erzeugen, die unterschiedliche Teile der Atemwege abbilden, beispielsweise die Tracheen oder den alveolaren Raum. In letzterem tritt schließlich eine Mischung des Tracergases mit der übrigen Atemluft ein.Since the ³ He bolus can be given at ³ He magnetic resonance imaging at different times of the breath, it is possible to generate magnetic resonance images that depict different parts of the airways, for example the tracheae or the alveolar space. In the latter, a mixture of the tracer gas with the rest of the breathing air finally occurs.

Aufgrund der notwendigen Sauerstoffversorgung des zu untersuchenden Körpers ist anzustreben, die applizierte Gasmenge weitestmöglich zu reduzieren, wobei aber eine vorgegebene Signalintensität nicht unterschritten werden darf.Because of the necessary oxygen supply of the body to be examined the aim should be to increase the amount of gas applied as much as possible reduce, but not a predetermined signal intensity may fall below.

Die Verwendung von hyperpolarisiertem ³He zur Abbildung morphologischer Eigenschaften, beispielsweise der Atemwegsstruktur in der Lunge, sind in der Veröffentlichung N. U. Kauczor, R. Surkau, T. Roberts: "MRI using hyperpolarized mobil gases"; Eur. Radiol. 8 (1998) 820 – 827 beschrieben. Die dortigen Untersuchungen basieren auf der ³He-Kernspintomographie.The use of hyperpolarized ³ He for imaging morphological properties, for example the airway structure in the lungs, are described in the publication NU Kauczor, R. Surkau, T. Roberts: "MRI using hyperpolarized mobil gases"; Eur. Radiol. 8 (1998) 820-827. The investigations there are based on ³ He magnetic resonance imaging.

Mit der bildgebenden Kernspintomographie, beispielsweise von hyperpolarisiertem ³He können aber auch funktionale Bilder der Lunge gewonnen werden.Functional images of the lungs can also be obtained using imaging magnetic resonance imaging, for example of hyperpolarized ³ He.

Mit Hilfe der bildgebenden Kernresonanz von hyperpolarisierten Gasen ist es auch möglich, die Mikrostruktur komplexer Strukturen mit Hilfe von Diffusionsmessungen zu bestimmen. Diesbezüglich wird beispielsweise auf J. P. Mugler III, J. R. Brookeman, J. Night-Scott, T. Maier, E. E. Delange und B. L. Bogorad; "Regional Measurements of ³He-Difffusion Coefficient in the human Jung"; Proc. Int. Soc. Magn. Reson. Med. 6. Meeting 1998; 1906 verwiesen.With the help of the nuclear magnetic resonance of hyperpolarized gases it is also possible to determine the microstructure of complex structures with the help of diffusion measurements. In this regard, for example, JP Mugler III, JR Brookeman, J. Night-Scott, T. Maier, EE Delange and BL Bogorad; "Regional Measurements of ³ He-Diffusion Coefficient in the human Jung"; Proc. Int. Soc. Magn. Reson. Med. 6th meeting 1998; Referred to in 1906.

Ein weiteres Anwendungsgebiet der funktionalen ³He-Kernspintomographie ist die Auswertung der Intensität von Ausschnitten von aufeinanderfolgenden Bildern, die während oder nach dem Atemholen gewonnen wurden. Aus den Bildern mit Subsekundenabstand lassen sich z.B. die Belüftungsgeschwindigkeiten von Lungenbereichen bestimmen. Diesbezüglich wird beispielsweise auf H.Rupert, J.R.Brookeman, J.Mugler III; "Real time MR imaging of pulmonary gas-flow dynamics with hyperpolarized ³He"; Proc.Int.Soc.Mag.Reson. Med. 6, Meeting 1989, 1909 und W.G.Schreiber, K.Markstaller, R.Surkau, H.-U.Kauczor, B.Eberle, M.Thelen; "Ultrafast gardientechoimaging of lung ventilation using hyperpolarized ³He"; MRI Radiology 209(P) (1998) 432 verweisen.Another area of application for functional ³ He magnetic resonance imaging is the evaluation of the intensity of sections of successive images obtained during or after breathing. For example, the ventilation speeds of lung areas can be determined from the images with a sub-second interval. In this regard, for example, H. Rupert, JR Brookeman, J. Mugler III; "Real time MR imaging of pulmonary gas-flow dynamics with hyperpolarized ³ He"; Proc.Int.Soc.Mag.Reson. Med. 6, Meeting 1989, 1909 and WGSchreiber, K.Markstaller, R.Surkau, H.-U.Kauczor, B.Eberle, M.Thelen; "Ultrafast guard echo imaging of lung ventilation using hyperpolarized ³ He"; MRI Radiology 209 (P) (1998) 432.

Weiterhin kann aus dem zeitlichen Verlauf von Intensitäten innerhalb bestimmter Lungenabschnitte auf den Sauerstoffgehalt in dem betreffenden Volumen geschlossen werden. Dies basiert auf der Kopplung zwischen Kernspins des hyperpolarisierten Gases und den Elektronenspins des paramagnetischen O₂, die eine Relaxation der hyperpolarsierten Gaspolarisation innerhalb einiger Sekunden verursachen. Dafür muß sehr genau die zeitliche Abnahme der Bildhelligkeit gemessen werden, wofür größtmögliche Signal/Rauschverhältnisse anzustreben sind.Furthermore, the course of intensities over time within certain lung sections allows conclusions to be drawn about the oxygen content in the relevant volume. This is based on the coupling between nuclear spins of the hyperpolarized gas and the electron spins of the paramagnetic O ₂ , which cause a relaxation of the hyperpolarized gas polarization within a few seconds. For this, the temporal decrease in the image brightness must be measured very precisely, for which the greatest possible signal / noise ratios should be sought.

Vorteilhafterwesie wird das hyperpolarisierte Gas in Mengen hergestellt, die wesentlich über der Menge liegen, die zur Erzeugung von Bildern benötigt wird, um mehrere Aufnahmen mit unterschiedlicher Zielsetzung aufnehmen zu können. Mit Vorteil wird dann in der Anwendung nur ein Teil des Gases z.B. in Form eines Bolus appliziert. Andererseits ist es für klinische Studien und Messungen erstrebenswert, ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit in Bezug auf die Größe der Boli und Genauigkeit ihrer primären Kernspinpolarisation zu erreichen.The hyperpolarized one is more advantageous Gas produced in amounts that are significantly higher than the amount for Creation of images required is to take multiple shots with different objectives to be able to. Advantageously, only part of the gas, e.g. applied in the form of a bolus. On the other hand, it is for clinical Studies and measurements worth striving for, a high degree of reproducibility in terms of the size of the boluses and accuracy of their primary To achieve nuclear spin polarization.

Da die Heliumatome gegenüber Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen andere physikalische und physiologische Eigenschaften aufweisen, ist es vorteilhaft, wenn der ³He-Bolus nur einen relativ geringen Teil der gesamten eingeatmeten Luft ausmacht.Since the helium atoms have different physical and physiological properties compared to oxygen and nitrogen molecules, it is advantageous if the ³ He bolus only makes up a relatively small part of the total inhaled air.

Die aufgenommene Signalintensität hängt von einer Vielzahl von Parametern ab und kann wie nachfolgend beschrieben werden: S = gPBnsin(α)⋅γ⋅B0⋅μN, (2) worin
q ein Proportionalitätsfaktor,
P_B der olarisationsgrad der Spins, die für die Kernspinresonanz zur Verfügung stehen
n die Teilchendichte der Spins in Spins/Volumen
α der sogenannte Flip-Winkel, unter dem die Magnetisierung gegenüber der Richtung des Feldes von B₀ nach der NMR-Anregung geneigt ist,
γ das gyromagnetische Verhältnis des Isotops
B₀ der Wert des magnetischen Feldes und
μ_N das magnetische Kerndipolmoment des Isotops
ist.The recorded signal intensity depends on a variety of parameters and can be described as follows: S = gP B n sin (α) ⋅γ⋅B 0 ⋅μ N , (2) wherein
q a proportionality factor,
P _{B is} the degree of polarization of the spins that are available for nuclear magnetic resonance
n the particle density of the spins in spins / volume
α the so-called flip angle at which the magnetization is inclined with respect to the direction of the field of B ₀ after the NMR excitation,
γ the gyromagnetic ratio of the isotope
B ₀ the value of the magnetic field and
μ _{N is} the magnetic core dipole moment of the isotope
is.

Das Rauschsignal N andererseits ist durch die intrinsischen Eigenschaften des Detektors, insbesondere der Detektionsspule, des Verstärkers und der Umgebung vorgegeben, so daß der Rauschpegel festliegt.The noise signal N, on the other hand, is through the intrinsic properties of the detector, in particular the detection coil, the amplifier and the environment, so that the noise level is fixed.

Aus all dem folgt, daß die Erzielung eines bestimmten Signal-Rausch-Verhältnisses S/N einen entsprechend hohen Wert des Produktes P⋅n sin (α) erfordert. Nimmt man mit demselben Bolus eine Vielzahl aufeinanderfolgender Lungenaufnahmen auf, so ist es erforderlich, daß für alle Bilder ein ausreichender Wert für S/N vorliegt. Bei einem Magnetfeld von B = 1,5 Tesla unter Verwendung von FLASH-Sequenzen zur Untersuchung von Menschen ist typischerweise eine Gasmenge von 200 bis 300 bar cm^{3 3}He notwendig, wobei die Polarisation P zwischen 20 und 40 % liegt. Bei derartigen Bedingungen können beispielsweise 50 Bilder mit Auflösung von 128 x 128 Pixel aufgenommen werden, je nach Bildfrequenz, Lungenbeschaffenheit und Flip-Winkel.It follows from all of this that the achievement of a certain signal-to-noise ratio S / N requires a correspondingly high value of the product P⋅n sin (α). If you take a large number of consecutive lung images with the same bolus, it is necessary that there is a sufficient S / N value for all images. With a magnetic field of B = 1.5 Tesla using FLASH sequences for examining humans, a gas quantity of 200 to 300 bar cm ^{3 3} He is typically necessary, the polarization P being between 20 and 40%. Under such conditions, for example, 50 pictures with a resolution of 128 x 128 pixels can be taken, depending on the frame rate, lung condition and flip angle.

Die in der Lunge eingestellte Spindichte ergibt sich aus dem Volumen V_L, in dem das Gas plaziert wird und der verwendeten Gasmenge V_G⋅p an hyperpolarisiertem Gas, die appliziert wird zu n = VG/VL⋅pG/po⋅NA/Vm (3) mit
p_o = 1013 mb
p_G = Druck in der Lunge
N_A = 6.022 x 10²³/mol Avogadro-Konstante
V_m = 0.02441 m³/mol Molvolumen unter NormalbedingungenThe spin density set in the lungs results from the volume V _L in which the gas is placed and the amount of gas V _G ⋅p of hyperpolarized gas used, which is applied to n = V G / V L ⋅p G / p O ⋅n A / V m (3) With
p _o = 1013 mb
p _G = pressure in the lungs
N _A = 6,022 x 10 ²³ / mol Avogadro constant
V _m = 0.02441 m ³ / mol molar volume under normal conditions

Für vorgegebene Dichten muß also ein bestimmtes Volumen V_G hyperpolarisiertes Gas verabreicht werden. Für solche Untersuchungen ist es daher notwendig, den Polaristionsgrad P des verabreichten hyperpolarisierten Gases zu kennen, um das für das gewünschte Signal S notwendige Volumen V_G bestimmen zu können.For given densities, a certain volume V _{G of} hyperpolarized gas must therefore be administered. For such investigations it is therefore necessary to know the degree of polarization P of the hyperpolarized gas administered in order to be able to determine the volume V _G necessary for the desired signal S.

Die Bestimmung von P vor jeder Applikation empfiehlt sich, weil eine langsame zeitliche Abnahme der Polarisation des im Vorratsbehälter gelagerten hyperpolarisierten Gases aufgrund einer Vielzahl von Relaxationsprozessen beobachtet wird (beispielsweise aufgrund einer Wandrelaxation sowie Relaxation aufgrund von inhomogenen Magnetfeldern). Die Verluste aus diesen Relaxationsprozessen können durch Anpassung des Volumens V_G an hyperpolarisiertem Gas kompensiert werden, um die geforderte Signalintensität S in dem Gesamtvolumen V_L, zu erreichen.The determination of P before each application is recommended because a slow temporal decrease in the polarization of the hyperpolarized gas stored in the storage container is observed due to a large number of relaxation processes (for example due to wall relaxation and relaxation due to inhomogeneous magnetic fields). The losses from these relaxation processes can be compensated for by adapting the volume V _G to hyperpolarized gas in order to achieve the required signal intensity S in the total volume V _L.

Zur Bestimmung der Polarisation bei hohen Drücken existieren im Stand der Technik bereits Verfahren. So sind Verfahren zur Bestimmung der Kernspinpolarisation eines hyperpolarisierten Gases aus der DE 197 42 543 C2 bekannt geworden.Methods for determining the polarization at high pressures already exist in the prior art. So are methods for determining the nuclear spin polarization of a hyperpolarized gas from the DE 197 42 543 C2 known.

Bei dem aus der DE 197 42 543 C2 bekannt gewordenen Verfahren wurde der Polarisationsgrad eines hyperpolarisierten Gases, das in einem Behälter aufbewahrt wird, gemessen. Bei diesem Verfahren wird die Tatsache genutzt, daß die Stärke des statischen Magnetfeldes des kernspinpolarisierten Gases, mit Polarisationsgrad P, der im Bereich von 0,1 % bis 100 % liegt, ein Magnetfeld B_d erzeugt, das eine Stärke im Bereich von nT bis μT aufweist. Wenn der Behälter, in dem das hyperpolarisierte Gas aufbewahrt wird, z.B. eine sphärische Gestalt aufweist, dann hat das Magnetfeld außerhalb des Behälters eine Verteilung, die der eines Punktdipols entspricht.The one from the DE 197 42 543 C2 known method, the degree of polarization of a hyperpolarized gas, which is stored in a container, was measured. This method makes use of the fact that the strength of the static magnetic field of the nuclear-polarized gas, with degree of polarization P, which is in the range from 0.1% to 100%, generates a magnetic field B _d which has a strength in the range from nT to μT having. For example, if the container in which the hyperpolarized gas is stored has a spherical shape, then the magnetic field outside the container has a distribution that corresponds to that of a point dipole.

Bei einem kugelförmigen Behälter gilt dann für das Magnetfeld B_d, das vom polarisierten Gas im Außenraum des Gehäuses verursacht wird, beispielsweise in der Äquatorialebene des Dipols:

R ist der Kugeldurchmesser und r der Abstand, den die Meßeinrichtung vom Mittelpunkt der Gefäßkugel senkrecht zur Dipolachse aufweist. Es ist μ_° _ 1,257 x 10^–6 Vs/Am, die Induktionskonstante. Nach Gleichung (4) kann aus dem durch eine empfindliche Meßeinrichtung bestimmten B_d der interessierende, absolute Polarisationsgrad P berechnet werden. Das Produkt P⋅n⋅μ_N = M ist die Magnetisierung des Gases mit seiner Polarisation P.In the case of a spherical container, the following then applies to the magnetic field B _d , which is caused by the polarized gas in the exterior of the housing, for example in the equatorial plane of the dipole:

R is the sphere diameter and r is the distance that the measuring device has from the center of the vessel sphere perpendicular to the dipole axis. It is μ _° _ 1.257 x 10 ^-6 Vs / Am, the induction constant. According to equation (4) of interest, absolute degree of polarization P may be selected from the determined by a sensitive measuring device B are calculated _d. The product P⋅n⋅μ _N = M is the magnetization of the gas with its polarization P.

Legt man beispielsweise einen Polarisationsgrad von P = 50 % und eine Teilchenzahldichte von n = 10²⁰°/cm³ (entsprechend einem Partialdruck von ca. 4 bar bei Raumtemperatur) zugrunde, so erreicht das Feld für den Fall von ³He mit μ_N = 1,075 x 10^–26 Am² am Kugelrand (r = R) den Wert von B_d = 0,22μT. Dieser Wert liegt in der Größenordnung von 1 Promille des die Polarisation aufrechterhaltenden homogenen Magnetfeldes, welches beispielsweise innerhalb von Transporteinheiten für polarisierte Gase herrscht. Letztere sind in DE 197 42 548 C2 offenbart.If, for example, a degree of polarization of P = 50% and a particle number density of n = 10 ²⁰ ° / cm ³ (corresponding to a partial pressure of approx. 4 bar at room temperature) are taken as a basis, the field for the case of ³ He with μ _N = 1.075 x 10 ^–26 Am ² at the edge of the sphere (r = R) the value of B _d = 0.22μT. This value is of the order of 1 per mille of the polarization-maintaining homogeneous magnetic field which prevails, for example, within transport units for polarized gases. The latter are in DE 197 42 548 C2 disclosed.

Der Polarisierungsgrad P eines hyperpolarisiterten Gases kann somit mit Hilfe einer statischen Magnetfeldmessung gemäß der DE 19742 543 C2 bestimmt werden.The degree of polarization P of a hyperpolar-sittered gas can thus be measured with the aid of a static magnetic field measurement DE 19742 543 C2 be determined.

Will man Messungen und Ergebnisse auswerten, bei denen der Grad der Polarisation des hyperpolarisierten Gases im Augenblick der Anwendung benötigt wird, so ist es von entscheidender Bedeutung, auch den Polarisationsgrad eines strömenden Gases zu wissen, da während Transport und Verabreichungsprozeß die Polarisation, wie sie beispielsweise mit dem Verfahren nach DE 197 42 543 C2 bestimmt wurde, um ein unbekanntes Maß abnehmen kann. In einem derartigen Fall ist die Kenntnis lediglich des Ergebnisses der vorausgegangenen, statischen Bestimmung unzureichend. Verfahren zur Bestimmung der Magnetisierung M von magnetisierten Medien, bei dem aus der Änderung des magnetischen Flusses die Magnetisierung ermittelt wird, sind aus Encyclopedia of Materials Science and Engineering, Vol. 4, M. B. Bever (ID), Pergamon Press, 1986, S. 2689 – 2690 bekannt geworden.If you want to evaluate measurements and results where the degree of polarization of the hyperpolarized gas is needed at the moment of application, it is crucial, too to know the degree of polarization of a flowing gas, because during transport and administration process the polarization, as for example with the method according to DE 197 42 543 C2 was determined to decrease to an unknown degree. In such a case, knowledge of only the result of the previous static determination is insufficient. Methods for determining the magnetization M of magnetized media, in which the magnetization is determined from the change in the magnetic flux, are described in Encyclopedia of Materials Science and Engineering, Vol. 4, MB Bever (ID), Pergamon Press, 1986, p. 2689 - became known in 2690.

Aus der DE 4037930 A1 ist ein Verfahren zur physikalischen Charakterisierung von magnetischen Flüssigkeiten bekannt geworden, das sich zur Gebrauchswertbestimmung magnetischer Flüssigkeiten eignet. Bei dem aus der DE 40 37 930 A1 bekannten Verfahren werden die physikalischen Kenngrößen mit elektromagnetischen Sensoren bei konstanter Frequenz und Wechselfeldstärke zu verschiedenen Zeiten bezogen auf ein Referenzmedium und verschiedenen Höhen einer Küvette unter verschiedenen Umgebungseinflüssen gemessen.From the DE 4037930 A1 A method for the physical characterization of magnetic liquids has become known which is suitable for determining the utility value of magnetic liquids. The one from the DE 40 37 930 A1 In known methods, the physical parameters are measured with electromagnetic sensors at a constant frequency and alternating field strength at different times based on a reference medium and different heights of a cuvette under different environmental influences.

Weder die erstgenannte, noch die zweitgenannte Druckschrift beschäftigen sich mit Verfahren zur Bestimmung der Magnetisierung M in strömenden Medien.Neither the former, nor the deal with the second-mentioned publication deal with methods for determining the magnetization M in flowing media.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein System zur Verfügung zu stellen, das die Bestimmung der Polarisation eines strömenden Mediums nach Entnahme aus einem Probenbehälter, wie beispielsweise in der DE 197 42 548 C2 offenbart, erlaubt. Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß die Magnetisierung eines elektronen- oder kernspinpolarisierten Mediums aus der Änderung des magnetischen Flusses beim Einströmen und/oder Ausströmen einer Einrichtung, genannt "Induktionsstoßpolarimeter", zur Bestimmung des magnetischen Flusses ermittelt wird. Eine derartige Einrichtung zur Bestimmung des magnetischen Flusses umfaßt bevorzugt einen elektrischen Leiter, beispielsweise eine Spule, in der eine Spannung induziert wird, die aus der Änderung des magnetischen Flusses resultiert, die das ein- oder ausströmende magnetisierte Gas verursacht.The object of the invention is therefore to provide a system which enables the determination of the polarization of a flowing medium after removal from a sample container, such as in the DE 197 42 548 C2 revealed, allowed. According to the invention, this is achieved in that the magnetization of an electron-polarized or nuclear-spin-polarized medium is determined from the change in the magnetic flux during the inflow and / or outflow of a device called "induction impact polarimeter" for determining the magnetic flux. Such a device for determining the magnetic flux preferably comprises an electrical conductor, for example a coil, in which a voltage is induced which results from the change in the magnetic flux which causes the inflowing or outflowing magnetized gas.

Bevorzugt ist es, wenn die Spule einen rohrförmigen Abschnitt umgibt, durch den das Medium geleitet werden kann.It is preferred if the coil a tubular one Surrounds section through which the medium can be passed.

Um die Magnetisierung eines polarisierten Mediums absolut zu bestimmen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Einrichtung zur Bestimmung der Magnetisierung, beispielsweise eine Röhre, zunächst mit einem vergleichsweise schwach magnetisierten Medium, beispielsweise reinem Stickstoff, befüllt oder vollständig evakuiert ist. Aus der Änderung des Induktionssignales beim Einströmen des polarisierten Mediums kann dann die absolute Magnetisierung ermittelt werden.To magnetize a polarized Absolute determination of the medium is advantageously provided that the Device for determining the magnetization, for example a Tube, first with a comparatively weakly magnetized medium, for example pure nitrogen, filled or completely is evacuated. From the change of the induction signal when the polarized medium flows in then the absolute magnetization can be determined.

Die Bestimmung der Magnetisierung ist auch möglich, wenn sich in der Röhre zunächst ein polarisiertes Medium befindet, das durch ein nicht polarisiertes Medium verdrängt wird, so daß beim Ausströmen des polarisierten Mediums eine Induktionsspannung umgekehrten Vorzeichens in der Spule erzeugt wird.The determination of magnetization is possible, too, if in the tube first is a polarized medium, which is replaced by a non-polarized Medium displaced will, so that at escape of the polarized medium an induction voltage of the opposite sign is generated in the coil.

Eine Kalibrierung des Induktionssignales kann vorgenommen werden, wenn ein polarisiertes Medium mit bekannter Magnetisierung in die Einrichtung zur Bestimmung der Magnetisierung, beispielsweise einer Röhre, einströmt oder aus ihr herausströmt.A calibration of the induction signal can be made if a polarized medium with known Magnetization in the device for determining the magnetization, for example a tube, flows or flows out of it.

Neben dem Verfahren zur Bestimmung des Magnetisierungsgrades stellt die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Verfügung, die ein Rohr oder einen Behälter, in den das elektronen- oder kernspinpolarisierte Medium ein- oder herausströmt, umfaßt. Erfindungsgemäß ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter derart angeordnet ist, daß bei in das Rohr bzw. den Behälter einströmenden polarisiertem Medium eine Spannung im elektrischen Leiter induziert wird.In addition to the procedure for determination In terms of the degree of magnetization, the invention also provides a device to disposal, which is a pipe or a container, into which the electron or nuclear spin polarized medium flowing out includes. According to the invention Device characterized in that the electrical conductor such is arranged that at into the pipe or container incoming polarized medium induces a voltage in the electrical conductor becomes.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben werden.The invention is based on the following of the drawings are described by way of example.

Es zeigen:Show it:

1a eine erfindungsgemäße Röhre, zum Zeitpunkt t = 0 s, das heißt ohne in die Röhre eingetretenes magnetisiertes Medium 1a a tube according to the invention, at time t = 0 s, that is to say without magnetized medium having entered the tube

1b eine Röhre mit Meßspulen zum Zeitpunkt t, mit einströmendem magnetisiertem Medium 1b a tube with measuring coils at time t, with inflowing magnetized medium

2a den Verlauf der aufgenommenen Magnetisierung über der Zeit 2b den Verlauf des induzierten Ladestroms 2a the course of the recorded magnetization over time 2 B the course of the induced charging current

2c den Verlauf der aufintegrierten Ladespannung 2c the course of the integrated charging voltage

3 einen beispielhaften analogen Integrator zur Aufintegrierung des aufgrund der Magnetisierung hervorgerufenen induziierten Signals 3 an exemplary analog integrator for integrating the induced signal due to the magnetization

4 eine Einrichtung zur Verabreichung eines Bolus von hyperpolarisiertem Gas mit einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung. 4 a device for administering a bolus of hyperpolarized gas with a measuring device according to the invention.

Erfindungsgemäß wird zur Bestimmung des Magnetisierungsgrades die Tatsache ausgenutzt, daß beim Einströmen oder Ausströmen eines Mediums durch beispielsweise eine Röhre 1 eine Spannung in der die Röhre umgebenden Spule 3 induziert wird. Die Induktionsspannung U_i wird dazu verwendet, die Magnetisierung des polarisiertem Mediums, beispielsweise des hyperpolarisierten Gases zu bestimmen. Bei bekannter Dichte und magnetischem Moment des Gases kann aus der mit Hilfe der induzierten Spannung bestimmten Magnetisierung die Polarisation von kernspinpolarisierten Gasen berechnet werden. Generell gilt, daß beispielsweise dann, wenn ein nicht polarisiertes bzw. unpolarisiertes Medium 5 durch ein polarisiertes Medium 7 ersetzt wird, der magnetische Fluß Φ = MA_t in der Spule sich ändert, was wiederum eine Spannung U_i aufgrund nachfolgenden Gesetzes: Ui = –(d/dt⋅Φ)⋅N = –μ0(d/dt⋅M)AT⋅N (5) erzeugt, wobei M die Magnetisierung des Mediums, A_t der Querschnitt der Röhre und d/dt die Ableitung nach der Zeit ist. Dabei wurde angenommen, daß die Magnetisierungsrichtung senkrecht zu den elektrischen Leitern bzw. parallel zur Spulenachse orientiert ist. Sollten Magnetisierungsrichtung und Spulenachse einen Winkel β einschließen, so reduziert sich das induzierte Signal auf Ui' = cosβ⋅Ui (6) wobei U_i gemäß Gleichung (5) gegeben ist. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird im weiteren β =0 und U_i' = U_i angenommen.According to the invention, the fact that when a medium flows in or out through a tube, for example, is used to determine the degree of magnetization 1 a voltage in the coil surrounding the tube 3 is induced. The induction voltage U _i is used for the magneti determination of the polarized medium, for example the hyperpolarized gas. If the density and magnetic moment of the gas are known, the polarization of nuclear spin-polarized gases can be calculated from the magnetization determined with the aid of the induced voltage. The general rule is that, for example, if a non-polarized or unpolarized medium 5 through a polarized medium 7 is replaced, the magnetic flux Φ = MA _t in the coil changes, which in turn results in a voltage U _i due to the following law: U i = - (d / dt⋅Φ) ⋅N = –μ 0 (D / dt⋅M) A T ⋅N (5) generated, where M is the magnetization of the medium, A _{t is} the cross section of the tube and d / dt is the derivative over time. It was assumed that the direction of magnetization was oriented perpendicular to the electrical conductors or parallel to the coil axis. If the direction of magnetization and the coil axis enclose an angle β, the induced signal is reduced to U i '= cosβ⋅U i (6) where U _{i is given} according to equation (5). Without restriction of generality, β = 0 and U _i '= U _{i are} assumed in the following.

Um den gewünschten Magnetisierungsgrad aus dem induzierten Spannungssignal U; ermitteln zu können, muß das Induktionssignal über das Zeitintervall t₀ bis t₁, über das sich die Änderung des magnetischen Flusses erstreckt, aufintegriert werden.To the desired degree of magnetization from the induced voltage signal U; To be able to determine, the induction signal must be integrated over the time interval t ₀ to t ₁ over which the change in the magnetic flux extends.

In den 1a und 1b ist die zeitliche Entwicklung der Grenze zwischen einem vergleichsweise schwach magnetisierten Medium 5 und einem magnetisierten Medium, beispielsweise einem hyperpolarisierten Gas 7 dargestellt, wenn das hyperpolarisierte Gas im laminaren Fluß in der Röhre das nicht magnetisierte bzw. polarisierte Medium verdrängt. Die Grenze zwischen nicht polarisiertem Medium und polarisiertem Medium ist in 1a und 1b mit 9 bezeichnet. Der Übergangsbereich zwischen dem nicht magnetisierten Medium 5 und dem magnetisierten Medium 7 ist mit 11 bezeichnet. Die Länge des Übergangbereiches 11 wiederum bestimmt die Zeitdauer Δt = t₁ – t₀ des Auf- oder Abbaus des magnetischen Flusses in der Spule. Bei gegebener Flußänderung ist das induzierte Spannungssignal U_i umgekehrt proportional zu Δt, weswegen hohe Strömungsgeschwindigkeiten und steile Fronten beim Medienwechsel bevorzugt sind.In the 1a and 1b is the temporal development of the boundary between a comparatively weakly magnetized medium 5 and a magnetized medium, for example a hyperpolarized gas 7 shown when the hyperpolarized gas in the laminar flow in the tube displaces the non-magnetized or polarized medium. The boundary between non-polarized medium and polarized medium is in 1a and 1b designated 9. The transition area between the non-magnetized medium 5 and the magnetized medium 7 is designated 11. The length of the transition area 11 in turn determines the time period Δt = t ₁ - t _{0 of} the build-up or breakdown of the magnetic flux in the coil. For a given flow change, the induced voltage signal U _{i is} inversely proportional to Δt, which is why high flow velocities and steep fronts are preferred when changing media.

In 2a ist der Anstieg der Magnetisierung über der Zeit t beim Einströmen in die Spule 3 dargestellt. Deutlich zu erkennen ist der Anstieg 20 der Magnetisierung aufgrund des in die Röhre einströmenden hyperpolarisierten Mediums. Da nachfolgend auf das hyperpolarisierte Medium die Röhre wiederum mit nicht magnetisierter Substanz gespült wird, ergibt sich beim Ausströmen ein Abfall der Magnetisierung 22 und eine Signalumkehr. Die 2b und 2c zeigen den induzierten Ladestrom und die Ladespannung einer Kapazität C eines analogen Integrators wie er in 3 näher beschrieben wird. Im nachfolgenden sollen zwei Beispiele beschrieben werden: Beim ersten Beispiel ersetzt ein hyperpolarsiertes Gas, beispielsweise ³He Luft gleichen Druckes und im zweiten Beispiel strömt ein hyperpolarisiertes Gas, beispielsweise ³He in eine evakuierte Röhre. Für den ersten Fall kann eine Zeitdauer Δt von 16 ms und für den zweiten Fall eine Zeitdauer von 0,16 ms angenommen werden, wenn man einen Röhrendurchmesser D_t von 1,5 cm für den Fall der laminaren Strömung und 0,8 cm für den Fall eines Flusses ins Vakuum annimmt sowie einen Fluß f von 600 cm³/s im Falle des laminaren Flusses und 60000 cm³/s im Falle des Flusses in ein Vakuum. Die Werte f des Flusses wurden unter Zugrundelegen eines Gasvolumens von 300 cm³ von hyperpolarisiertem Gas berechnet, das in die Röhre innerhalb von 0,5 sek einströmt. Im Falle des Vakuums wurde angenommen, daß der Gasfluß 100 mal schneller erfolgt.In 2a is the increase in magnetization over time t when flowing into the coil 3 shown. The increase is clearly visible 20 magnetization due to the hyperpolarized medium flowing into the tube. Since the tube is again rinsed with non-magnetized substance after the hyperpolarized medium, the magnetization drops when it flows out 22 and a signal reversal. The 2 B and 2c show the induced charging current and the charging voltage of a capacitance C of an analog integrator as in 3 is described in more detail. Two examples will be described below: In the first example, a hyperpolarized gas, for example ³ He air replaces the same pressure and in the second example a hyperpolarized gas, for example ³ He flows into an evacuated tube. For the first case, a time period Δt of 16 ms and for the second case, a time period of 0.16 ms can be assumed if one has a tube diameter D _t of 1.5 cm for the case of the laminar flow and 0.8 cm for the Assumes a flow into a vacuum and a flow f of 600 cm ³ / s in the case of laminar flow and 60,000 cm ³ / s in the case of flow in a vacuum. The flux values f were calculated on the basis of a gas volume of 300 cm ³ of hyperpolarized gas which flows into the tube within 0.5 seconds. In the case of vacuum, the gas flow was assumed to be 100 times faster.

Die Induktivität L der Spule zusammen mit dem Spulenwiderstand R_L bestimmt wiederum die Zeitkonstante τ_c = L/R_L der Detektionsspule, die stets viel kürzer sein muß als Δt, um den einfachen Zusammenhang zwischen M und dem integrierten Spannungssignal in Gleichung (7) durch eine zusätzliche zeitabhängige Funktion der Form exp(-(L/R_L)t) im Integranden nicht zu verfälschen. Betreffend die Induktivität und den Widerstand von Spulen mit großer Windungszahl wird auf D. Nührmann "Das große Werkbuch Elektronik", Franzis-Verlag GmbH, 6. Auflage, 1994, S. 954 – 965 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.The inductance L of the coil together with the coil resistance R _L in turn determines the time constant τ _c = L / R _{L of} the detection coil, which must always be much shorter than Δt by the simple relationship between M and the integrated voltage signal in equation (7) not to falsify an additional time-dependent function of the form exp (- (L / R _L ) t) in the integrand. Regarding the inductance and resistance of coils with a large number of turns, reference is made to D. Nührmann "The Great Workbook Electronics", Franzis-Verlag GmbH, 6th edition, 1994, pp. 954-965, the disclosure content of which is fully incorporated in the present application ,

Berechnet man das Induktionssignal für den Fall von hyperpolarisierten ³He und legt eine Magnetisierung von M = 1,00 E-07 Tesla/μ₀, entsprechend einer Kernspinpolarisation von P = 30% bei Normaldruck und 20°C Temperatur, zugrunde sowie die oben angegebenen Zeitdauern für Δt und die in Tabelle 1 niedergelegten Daten der Spule, so folgt für die induziierte Spannung aus U_i = M'⋅A_t⋅N/Δt ein Wert von 10,8 μV für Beispiel 1 bzw. 15,4 μV für Beispiel 2.Calculate the induction signal for the case of hyperpolarized ³ He and use a magnetization of M = 1.00 E-07 Tesla / μ ₀ , corresponding to a nuclear spin polarization of P = 30% at normal pressure and 20 ° C temperature, as well as the above Time periods for Δt and those shown in Table 1 Coil data, for the induced voltage U _i = M'⋅A _t ⋅N / Δt results in a value of 10.8 μV for example 1 and 15.4 μV for example 2.

Tabelle 1: Dimensionen der Spule für Beispiel 1 und 2

Table 1: Dimensions of the coil for example 1 and 2

Nachfolgend sollen diese Werte mit Störungen aufgrund von Fluktuationen von elektromagnetischen Feldern und Rauschen verglichen werden. Rauschsignale der Spule können minimiert werden, wenn die Röhre der Meßeinrichtung zur Bestimmung der Magnetisierung von einer Abschirmung hoher elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise einem Kupfergehäuse, umgeben ist. Das Rauschen wird dann im wesentlichen durch die Ladungsfluktuationen im Draht der Spule bestimmt. Bei einer Temperatur von T = 293° Kelvin ergibt sich ein Rauschsignal U_{i_noise} im Bereich von 5 E-07 bzw. 2,5 E-07 Volt aus U_{i_noise}= √4kT⋅R _L Δf mit Konstanten aus Tabelle 1.In the following, these values are to be compared with disturbances due to fluctuations in electromagnetic fields and noise. Noise signals from the coil can be minimized if the tube of the measuring device for determining the magnetization is surrounded by a shield of high electrical conductivity, for example a copper housing. The noise is then essentially determined by the fluctuations in charge in the wire of the coil. At a temperature of T = 293 ° Kelvin, a noise signal U _{i_noise results} in the range of 5 E-07 or 2.5 E-07 volts from U _{i_noise} = √ 4kT⋅R _L .delta.f with constants from Table 1.

Diese Rauschsignale liegen im typischen Bereich des Eingangsrauschens von MOSFET-Verstärkern und sind um zwei 10er-Potenzen niedriger als die Amplituden der detektierten Signale. Das S/N ist damit in der Größenordnung 10-100 und ausreichend. Eine Maximierung der Signalleistung und damit des S/N erreicht man im übrigen durch eine in 3 nicht näher gezeigte Anpassung der Eingangsimpedanz eines Eingangsverstärkers an den Widerstandswert R_L der Meßspule.These noise signals are in the typical range of the input noise of MOSFET amplifiers and are two powers of ten lower than the amplitudes of the detected signals. The S / N is in the order of 10-100 and sufficient. A maximization of the signal power and thus the S / N is achieved by an in 3 Not shown adaptation of the input impedance of an input amplifier to the resistance value R _{L of} the measuring coil.

Um die Magnetisierung des hyperpolarisierten Gases bestimmen zu können, muß das Induktionssignal U_i aufintegriert werden, wie bereits zuvor mit Gleichung (7) beschrieben. In 3 ist ein Schaltkreis in analoger Ausführung dargestellt, um ein Induktionssignal U_i aufzuintegrieren. Das induziierte Spannungssignal U_i in der Spule ruft im Widerstand R_L einen Strom I_i = U_i/R_L hervor, da der Minus-Eingang des Verstärkers A₁ auf Erdpotential liegt. Mit Hilfe des Verstärkers A₁ wird die induziierte Spannung U_i in eine Spannung U₁ um Faktor

verstärkt, bevor sie über den Widerstand R₃ dem Operationsverstärker A₂ zugeführt wird.In order to be able to determine the magnetization of the hyperpolarized gas, the induction signal U _i must be integrated, as previously described with equation (7). In 3 A circuit is shown in an analog design to integrate an induction signal U _i . The induced voltage signal U _i in the coil causes a current I _i = U _i / R _L in the resistor R _L , since the minus input of the amplifier A _{1 is} at ground potential. With the aid of amplifier A ₁ , the induced voltage U _{i is converted} into a voltage U ₁ by a factor

amplified before it is fed to the operational amplifier A ₂ via the resistor R ₃ .

Die Diode D stellt sicher, daß der ansteigende Ast 20 oder der abfallende Ast 22 aufintegriert werden. Andernfalls würde nach Durchtritt eines Bolus von magnetisiertem Medium, beispielsweise des ³He-Bolus wieder eine Löschung des aufintegrierten Signals stattfinden. Nimmt man nun der Einfachheit halber an, daß der Widerstand R_d einen unbegrenzt großen Wert hat, so fließt ein Strom I₃ = U₁/R₃ über den Kondensator C nach R₄. Damit ein Strom I₃ über den Kondensator C fließt, nimmt die Ausgangsspannung am Ausgang des Verstärkers A₂ wie folgt zu:

wobei Q die Ladung ist, die im Kondensator gespeichert wird, die wiederum proportional zur zu messenden Magnetisierung gemäß nachfolgender Formel ist:

Der Verstärker A₃ dient dazu, den Integrationsteil vom Ausgang der Schaltung zu entkoppeln und stellt U_C um Faktor V₃ verstärkt als Ausgangsspannung U_out mit einem niedrigen Ausgangswiderstand zur Verfügung.The diode D ensures that the rising branch 20 or the falling branch 22 be integrated. Otherwise, after the passage of a bolus of magnetized medium, for example the ³ He bolus, the integrated signal would be deleted again. Assuming, for the sake of simplicity, that the resistance R _{d has} an unlimited value, a current I ₃ = U ₁ / R _{3 flows} through the capacitor C to R ₄ . So that a current I _{3 flows} through the capacitor C, the output voltage at the output of the amplifier A _{2 increases} as follows:

where Q is the charge stored in the capacitor, which in turn is proportional to the magnetization to be measured according to the following formula:

The amplifier A ₃ serves to decouple the integration part from the output of the circuit and provides U _C amplified by a factor V ₃ as the output voltage U _out with a low output resistance.

Bevor eine Messung durchgeführt wird, wird U_out auf 0 gesetzt, indem der Schalter S kurzzeitig geschlossen wird und der Kondensator C entladen wird. Der Widerstand R_d ist notwendig, um den Verstärker A₂ zu stabilisieren, da kleinste Störungen am Eingang des Verstärkers A₂ dazu führen würden, daß dieser oszilliert aufgrund eines hohen Verstärkungsverhältnisses. In Tabelle 2 sind beispielhafte Werte elektrischer Prozeßgrößen, wie sie in 3 auftreten, angegeben.Before a measurement is carried out, U _{out is set} to 0 by briefly closing switch S and discharging capacitor C. The resistor R _d is necessary to stabilize the amplifier A ₂ , since the smallest disturbances at the input of the amplifier A ₂ would cause it to oscillate due to a high amplification ratio. Table 2 shows exemplary values of electrical process variables, as shown in 3 occur.

Tabelle 2:

Table 2:

Bei Durchströmen eines Bolus von magnetisiertem Medium mit einem zeitlichen Verlauf der Magnetisierung, wie in 2a dargestellt, ergeben sich Ladestrom und Ladespannung am Kondensator wie in 2b und 2c dargestellt. Deutlich zu erkennen ist, daß eine Aufintegration aufgrund der in der Schaltung in 3 zwischen R₃ und Verstärker A₂ vorgesehenen Diode D nur im Bereich des Anstiegs der Magnetisierung erfolgt, nicht jedoch im Bereich des Abfalls. Die Spitzenspannung, wie in 2c gezeigt, wiederum ist bei entsprechender Kalibrierung, beispielsweise mit Hilfe eines Gases vorbestimmter Magnetisierung ein Maß für die zu bestimmende Magnetisierung eines unbekannten, in die Röhre 1 einströmenden Mediums.When flowing through a bolus of magnetized medium with a time course of the magnetization, as in 2a shown, the charging current and charging voltage at the capacitor result as in 2 B and 2c shown. It can be clearly seen that an integration due to the in the circuit in 3 between R ₃ and amplifier A ₂ provided diode D occurs only in the area of the increase in magnetization, but not in the area of the decrease. The peak voltage, as in 2c shown, again with appropriate calibration, for example with the aid of a gas predetermined magnetization, a measure of the magnetization to be determined of an unknown, in the tube 1 inflowing medium.

Nachfolgend soll die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Magnetisierungsgrades von strömenden elektronen- oder kernspinpolarisierten Medien in einer Vorrichtung zur Verabreichung eines Bolus von magnetisiertem Medium beschrieben werden.Below is the use of a device according to the invention to determine the degree of magnetization of flowing electron or nuclear spin polarized Media in a device for administering a bolus of magnetized Medium are described.

Wird eine derartige Vorrichtung in einem Kernspintomographen verwendet, so müssen einige zusätzliche Bedingungen eingehalten werden. Insbesondere muß darauf geachtet werden, daß die Verbindung nach außerhalb des bildgebenden Kernspingerätes nur drahtlos erfolgt, und die das polarisierte Gas umgebenden Medien nicht relaxierend wirken. Des weiteren sollte darauf geachtet werden, daß die Wegstrecke zwischen Detektionsspule und der Verstärkereinrichtung möglichst kurz gewählt wird, um den Rauschanteil im Signal niedrig zu halten. Beispielhaft könnte dies durch eine Anordnung der Detektionsspule direkt auf der Platine des elektronischen Schaltkreises und die Verwendung einer Batterie als Spannungsquelle realisiert werden. Die Signalübertragung an das außerhalb angeordnete Anzeigegerät bzw. die außerhalb angeordnete Anzeigeeinheit kann mit Hilfe von Faserlichtleitern erfolgen.If such a device in an MRI scanner, so some additional Conditions are met. In particular, care must be taken that the connection outside of the imaging nuclear spin device only done wirelessly, and the media surrounding the polarized gas do not have a relaxing effect. Furthermore, care should be taken that the Distance between the detection coil and the amplifier device preferably briefly chosen to keep the noise component in the signal low. exemplary could this by arranging the detection coil directly on the circuit board of the electronic circuit and the use of a battery can be realized as a voltage source. The signal transmission to the outside arranged display device or the outside arranged display unit can with the help of fiber optic cables respectively.

In 4 ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Bestimmung der Magnetisierung eines Mediums in einem Kernspintomographen schematisch dargestellt. Bezugszeichen 20c bezeichnet die gesamte Einrichtung, die Mittel zur Signalaufnahme und die Übertragungsmittel innerhalb des bildgebenden Kernspinresonanz-Gerätes. Bezugsziffer 40 bezeichnet die Mittel zur Entgegennahme und Darstellung des aufgenommenen Induktionssignales außerhalb des Kernspinresonanz-Gerätes. Die Anzeigeeinrichtung 40 kommuniziert mit der Verabreichungskontrolleinheit 214 über Leitung 223, beispielsweise eine elektrischer Verbindung. Die Kontrolleinheit 214 schaltet das Ventil 204 des Behälters 201, in dem das magnetisierte Medium gespeichert ist. Das Schalten des Ventiles 204 erfolgt beispielsweise mit Hilfe von Preßluft über die Preßluftleitung 221b. Wird das Ventil 204 derart geöffnet und nach einer gewissen Zeit τ geschlossen, so fließt spontan eine vorbestimmte Menge, das heißt ein Bolus an magnetisiertem Medium, beispielsweise ein Bolus an hyperpolarisiertem ³He-Gas, durch die Leitung 206 und die Detektionsspule 250 in eine Meßeinrichtung 232 und die nicht dargestellte, sich daran anschließende Verabreichungseinheit 20b. Betreffs die Verabreichungseinheit wird auf die PCT-Anmeldung PCT/EP 98/07516 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird.In 4 the use of a device according to the invention for determining the magnetization of a medium in a magnetic resonance tomograph is shown schematically. reference numeral 20c denotes the entire device, the means for signal recording and the transmission means within the imaging magnetic resonance device. numeral 40 denotes the means for receiving and displaying the recorded induction signal outside the magnetic resonance device. The display device 40 communicates with the administration control unit 214 via line 223 , for example an electrical connection. The control unit 214 switches the valve 204 of the container 201 in which the magnetized medium is stored. Switching the valve 204 takes place for example with the help of compressed air via the compressed air line 221b , Will the valve 204 opened in this way and closed after a certain time τ, a predetermined amount, that is to say a bolus of magnetized medium, for example a bolus of hyperpolarized ³ He gas, flows spontaneously through the line 206 and the detection coil 250 into a measuring device 232 and the subsequent administration unit (not shown) 20b , With regard to the administration unit, reference is made to PCT application PCT / EP 98/07516, the disclosure content of which is incorporated in full in the present application.

Die Flußrate in der Leitung 206 und damit die Flußrate des Bolus kann mit Hilfe des Flußsteuerventils 205 eingestellt werden. Nimmt man an, daß die Leitung 206 zunächst mit einem nicht polarisierten Medium beispielsweise über die Ventile 213a und 212a von einer Quelle mit nicht polarisiertem Medium 211a, die vorliegend nicht näher dargestellt ist, gespeist wird, so führt das plötzliche Einströmen von magnetisiertem Medium, beispielsweise hyperpolarisiertem ³He, zu einer Induktionsspannung in der Spule 250, die mit Hilfe der nachgeschalteten Integrationseinheit 251, wie beispielsweise in 3 dargestellt, aufintegriert wird. Das von der analogen Integrationseinheit 251 erhaltene Ausgangssignal wird mit Hilfe der Einrichtung 252 in einen digitalen Wert gewandelt und diese digitale Information beispielsweise mit Hilfe einer Leuchtdiode 253, die an einen Faserlichtleiter 222a angeschlossen ist, an eine Empfangsdiode 263 am anderen Ende des Faserlichtleiters gesandt. Das primäre Signal wird von der Empfangseinrichtung 262 wiederum in z.B. digitale Spannungssignale konvertiert und entweder auf der Anzeigeeinrichtung 265 angezeigt oder an die Kontrolleinheit 214 übermittelt.The flow rate in the pipe 206 and thus the flow rate of the bolus can be adjusted using the flow control valve 205 can be set. Assuming that the line 206 first with a non-polarized medium, for example via the valves 213a and 212a from a source with a non-polarized medium 211 , which is not shown in the present case, is fed, the sudden inflow of magnetized medium, for example hyperpolarized ³ He, leads to an induction voltage in the coil 250 using the downstream integration unit 251 , such as in 3 shown, is integrated. That from the analog integration unit 251 Output signal obtained is with the help of the device 252 converted into a digital value and this digital information, for example with the help of a light emitting diode 253 attached to a fiber optic 222a is connected to a receiving diode 263 sent at the other end of the fiber optic cable. The primary signal is from the receiving device 262 again converted into, for example, digital voltage signals and either on the display device 265 displayed or to the control unit 214 transmitted.

Von der Steuereinrichtung 214 der Verabreichungsvorrichtung kann auf der anderen Seite über Empfänger 262, LED 264, Faserlichtleiter 222b und Empfänger 254 die Einrichtung 252 veranlaßt werden, den Kondensator in der Integrationseinheit 251 zu entladen bevor eine Messung gestartet wird.From the control device 214 the delivery device, on the other hand, can be via receiver 262 , LED 264 , Fiber optic 222b and receiver 254 the establishment 252 caused the capacitor in the integration unit 251 discharge before a measurement is started.

Als ferngesteuerter Schalter S kann ein MOSFET-Transistor oder ein transistorgetriebenes REED-Relais zum Einsatz gelangen, die über eine Spannung des Ausgangs der Übertragungseinrichtung 252 gesteuert werden. Die Übertragungs- und Empfangseinrichtungen 252 und 262 sind im Regelfall hochintegrierte Schaltkreise beispielsweise mit einem RISC-Prozessor PIC12C67X für die Übertragungseinheit 252 und PIC16C7X für die Empfängereinheit 262.A MOSFET transistor or a transistor-driven REED relay can be used as the remote-controlled switch S, which operates via a voltage of the output of the transmission device 252 to be controlled. The transmission and reception facilities 252 and 262 are usually highly integrated circuits, for example with a RISC processor PIC12C67X for the transmission unit 252 and PIC16C7X for the receiver unit 262 ,

Das von der Spule 250 detektierte Signal wird von einer Vielzahl von Parametern beeinflußt, beispielsweise dem Querschnitt der Leitung bzw. des Rohres 206 sowie der Spule 250 und den Eigenschaften des Verstärkers.That from the spool 250 Detected signal is influenced by a large number of parameters, for example the cross section of the line or the pipe 206 as well as the coil 250 and the characteristics of the amplifier.

Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, anstelle der numerischen Bestimmung eines Kalibrierungsfaktors diesen mit Hilfe einer Kalibrierungsmessung zu ermitteln.For this reason, it is advantageous instead of numerically determining a calibration factor with the help of a calibration measurement.

Hierzu wird das Signal eines Gases bekannter Magnetisierung gemessen. Als Kalibrierungsmittel kann beispielsweise reiner Sauerstoff dienen, der aufgrund seines hohen paramagnetischen molaren Suszeptibilität von χ_m = 3,45e-3 cm³ /mol in einem Magnetfeld von beispielsweise B = 1,5 T eine Magnetisierung M = (χmnB)/(NAμo) (10) von 2,12e-7 T/μ_o besitzt, die hier näherungsweise vorausgesetzt wird (n: Teilchenzahldichte von Sauerstoff bei herrschendem Druck und Temperatur (in diesem Beispiel Atmosphärendruck und Raumtemperatur)). Sie ist von der gleichen Größenordnung wie die von hyperpolarisiertem ³He. Der Sauerstoff wird aus dem Sauerstoffbehälter, der vorliegend nicht näher dargestellt wird, über Ventil 212b und 213b dem Induktionsstoßpolarimeter mit beispielhafter Meßspule 250 beispielsweise anstelle des hyperpolarisierten Gases zugeführt. Um einen sehr kurzen Übergangsbereich 11 wie in 1b dargestellt, zu erhalten, und damit kurze Zeiten Δt und hohe induziierte Spannungen U_i ist es vorteilhaft, die Ventile zu 212b und 213b nahe dem Ventil 205 innerhalb der bildgebenden Kernspineinrichtung zu plazieren. Hat man durch das Einströmen von magnetisiertem Sauerstoff ein Kalibriersignal S(O₂) bestimmt, so kann die ³He-Polarisation eines ³He-Bolus, der einströmt und das Signal S(³He) induziiert, durch nachfolgende Gleichung bestimmt werden:

Die Proportionalitätskonstante C ergibt sich nach Gleichung (4) und (10) zu

mit
n_He: Teilchenzahldichte des beispielhaften ³He-Gases (in Atomen/Volumen) und
n₀: Teilchenzahldichte des Sauerstoffs (in Molekülen/Volumen)
wobei B₀ das äußere Magnetfeld am Ort des Induktionsstoßpolarimeters ist. Mit B = 1,5 Tesla, n_He = n₀ und obigen Werten ist C = 1,57For this purpose, the signal of a gas of known magnetization is measured. Pure oxygen, for example, can serve as a calibration agent, which, due to its high paramagnetic molar susceptibility of χ _m = 3.45e-3 cm ³ / mol, magnetizes in a magnetic field of, for example, B = 1.5 T. M = (χ m nB) / (N A μ O ) (10) of 2.12e-7 T / μ _o , which is approximately assumed here (n: particle number density of oxygen at the prevailing pressure and temperature (in this example, atmospheric pressure and room temperature)). It is of the same order of magnitude as that of hyperpolarized ³ He. The oxygen is from the oxygen container, which is not shown in the present case, via a valve 212b and 213b the induction impact polarimeter with an exemplary measuring coil 250 for example, instead of the hyperpolarized gas. Around a very short transition area 11 as in 1b shown, and thus short times Δt and high induced voltages U _i , it is advantageous to close the valves 212b and 213b near the valve 205 to be placed within the imaging nuclear spin device. If a calibration signal S (O ₂ ) has been determined by the inflow of magnetized oxygen, the ³ He polarization of a ³ He bolus that flows in and induces the signal S ( ³ He) can be determined by the following equation:

The proportionality constant C results from equations (4) and (10)

With
n _He : particle number density of the exemplary ³ He gas (in atoms / volume) and
n ₀ : particle number density of oxygen (in molecules / volume)
where B _{0 is} the external magnetic field at the location of the induction impact polarimeter. With B = 1.5 Tesla, n _He = n ₀ and the above values, C = 1.57

Mit Hilfe der Kalibrierungsmethode ist es möglich, die Polarisation eines hyperpolarisierten Mediums unbekannter Polarisation mit einem Fehler von ΔP besser als absolut 10 % zu bestimmen.Using the calibration method Is it possible, the polarization of a hyperpolarized medium of unknown polarization with an error of ΔP better than to determine absolutely 10%.

Nachdem die Kalibrierung der Einrichtung zur Bestimmung des Magnetisierungsgrades vorgenommen wurde, sind folgende Betriebsmodi öglich:

• 1. Die Steuereinheit 214 wird derart betrieben, daß stets ein vorbestimmtes Bolusvolumen an hyperpolarisiertem Gas zur Verfügung gestellt wird und dessen Polarisation bei jeder Verabreichung gemessen wird.
• 2. Die Steuereinheit 214 wird derart betrieben, daß eine vorbestimmte Anzahl von hyperpolarisierten Kernen appliziert wird, um eine vorbestimmte Dichte polarisierter Spin innerhalb der Lunge zur Verfügung zu stellen.

After the calibration of the device for determining the degree of magnetization has been carried out, the following operating modes are possible:

• 1. The control unit 214 is operated in such a way that a predetermined bolus volume of hyperpolarized gas is always made available and its polarization is measured with each administration.
• 2. The control unit 214 is operated such that a predetermined number of hyperpolarized nuclei are applied to provide a predetermined density of polarized spin within the lungs.

Beim zweitgenannten Betriebsmodus wird der Fluß dann unterbrochen, wenn das Produkt aus gemessener Polarisation und eingeströmter ³He-Menge seinen vorbestimmten Wert erreicht hat.In the second-mentioned operating mode, the flow is interrupted when the product of the measured polarization and the ³ He quantity that has flowed in has reached its predetermined value.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Polarisation eines eingeleiteten Bolus bestimmt wird und hieraus die benötigte Menge momentan berechnet wird. Auf diese Art und Weise ist es möglich; vorbestimmte Werte aus Polarisierung * Menge reproduzierbar zu verabreichen, selbst wenn der Grad der Polarisation innerhalb des Vorratsbehälters 201 mit der Zeit abfiele.It is particularly preferred if the polarization of an introduced bolus is determined and the amount required is currently calculated from this. In this way it is possible; Predetermined values from polarization * amount to be administered reproducibly, even if the degree of polarization within the storage container 201 would decrease over time.

Um zu verhindern, daß beim Schalten der Feldgradienten zur Aufnahme der Bilder der Kernspintomographieeinrichtung die Signalaufnahmeeinheit 20c durch Überlastung geschädigt wird, ist es vorteilhaft, einen Schalter parallel zur Spule zu schalten. Während des bildgebenden Verfahrens wird der Schalter geschlossen und schließt Spule und Verstärkereingänge kurz, so daß eine Beschädigung der Meßeinrichtung sowie der Integrationseinrichtung verhindert wird. Die Messung der Magnetisierung kann entweder vor Schalten der Feldgradienten oder danach vorgenommen werden.To prevent the signal recording unit when switching the field gradients to record the images of the magnetic resonance imaging device 20c is damaged by overload, it is advantageous to connect a switch in parallel to the coil. During the imaging process, the switch is closed and short-circuits the coil and amplifier inputs, so that damage to the measuring device and the integration device is prevented. The magnetization can be measured either before switching the field gradients or afterwards.

Die vorliegende Erfindung eines Induktionsstoßpolarimeters erlaubt somit erstmals nicht nur die Verabreichung eines vorbestimmten Gasvolumens wie in der Patentanmeldung PCT/EP 98/07516 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt in die vorliegende Anmeldung vollumfänglich mitaufgenommen wird, sondern auch die Messung des zweiten wichtigen Wertes in der bildgebenden Kernresonanz mit hyperpolarisierten Gasen, nämlich die zur Verfügung stehenden Polarisationen. Aus einem Reservoir können dann vorbestimmte Mengen an polarisierten Spins beim Atmen verabreicht werden.The present invention of an induction surge polarimeter thus not only allows the administration of a predetermined one for the first time Gas volume as described in the patent application PCT / EP 98/07516, the Disclosure content fully included in the present application is, but also the measurement of the second important value in the nuclear magnetic resonance imaging with hyperpolarized gases, namely the to disposal standing polarizations. Predetermined quantities can then be obtained from a reservoir on polarized spins when breathing.

Dies ermöglicht eine reproduzierbare funktionale MR-Bildgebung mit unterschiedlichen, aber genau vorbestimmten Werten aus Polarisierung Volumen.This enables reproducible functional MR imaging with different, but precisely predetermined Values from polarization volume.

Von besonderem Vorteil ist auch, daß sich dieses Induktionsstoßpolarimeter baulich und funktionell auf einfache Weise in eine Applikationseinheit zur Inhalation von hyperpolarisierten Gasen als Tracer für eine MR-Bildgebung integrieren läßt.It is also of particular advantage that itself this induction impact polarimeter structurally and functionally in one application unit for inhalation of hyperpolarized gases as a tracer for MR imaging integrates.

Claims (21)

Verfahren zur Bestimmung der Magnetisierung M von strömenden elektronen- oder kernspinpolarisierten Medien, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung M als Induktionssignal aus der Änderung des magnetischen Flusses gewonnen wird, die beim Durchtritt des Mediums durch eine Induktionsspule an der Grenzfläche des zu untersuchenden Mediums zu einem Medium bekannter Magnetisierung auftritt.Method for determining the magnetization M of the flowing electron or nuclear spin polarized media, characterized in that the magnetization M is obtained as the induction signal from the change of the magnetic flux, which during the passage of the medium through an induction coil at the interface of the examined medium to a medium known magnetization occurs. Verfahren zur Bestimmung der Magnetisierung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium bekannter Magnetiesierung nicht oder schwach magnetisch ist.Method for determining the magnetization according to claim 1, characterized in that the medium known magnetization is not or weakly magnetic. Verfahren zur Bestimmung der Magnetisierung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium bekannter Magnetisierung ein paramagnetisches Medium mit bekannter Magnetisierung M = χ_m⋅H ist, wobei die magnetische Suzepibilität χ_m sowie das magnetische Feld H bekannt sindMethod for determining the magnetization according to Claim 1, characterized in that the medium of known magnetization is a paramagnetic medium with known magnetization M = χ _m ⋅H, the magnetic susceptibility χ _m and the magnetic field H being known Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichntet, daß die Induktionsspule wenigstens einen rohrförmigen Abschnitt aufweist, der von der Induktionspule umschlossen wird.Procedure according to a of claims 1 - 3, characterized in that the Induction coil has at least one tubular section, which is enclosed by the induction coil. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Induktionssignal in der Zeit, in der ein elektronen- oder kernspinpolarisiertes Medium durch die Induktionsspule hindurchtritt, aufintegriert wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that that this Induction signal in the time in which an electron or nuclear spin polarized Medium passes through the induction coil, is integrated. Verfahren noch einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisierte Medium ein kernspinpolarisertes Gas umfassend eines der nachfolgenden Isotope ³He, ¹²⁹Xe, ¹⁹F, ¹³C, ³¹P ist.Method according to one of claims 1-5, characterized in that the magnetized medium is a nuclear spin polarized gas comprising one of the following isotopes ³ He, ¹²⁹ Xe, ¹⁹ F, ¹³ C, ³¹ P. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 – 6, dadurch gekennzeichnet, daß das paramagnetische Medium Sauerstoff umfasst.Method according to one of claims 3 - 6, characterized in that that this includes paramagnetic medium oxygen. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium bekannter Magnetisierung ein in einem Magnetfeld vorbestimmter Stärke magnetisiertes Sauerstoffgas ist.A method according to claim 7, characterized in that the medium known magnetization a magnetized in a magnetic field predetermined strength Is oxygen gas. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung M mit einer Genauigkeit genauer relativ 50% bestimmt wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the Magnetization M is determined with an accuracy of more than 50% becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung M mit einer Genauigkeit genauer relativ 10% bestimmt wird.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that that the Magnetization M is determined with an accuracy of relatively 10% becomes. Verfahren zur Bestimmung des Polarisationsgrades P von strömenden elektronen- oder kernspinpolarisierten Medien, insbesondere Gasen oder Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsgrad P aus der Dichte, dem magnetischen Moment und der Magnetisierung des Mediums, der nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ermittelt wurde, bestimmt wird.Method for determining the degree of polarization P of flowing electron or nuclear spin polarized media, especially gases or liquids, characterized in that the Degree of polarization P from the density, the magnetic moment and the magnetization of the medium according to any one of claims 1 to 10 was determined is determined. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsgrad P mit einer Genauigkeit genauer relativ 50% bestimmt wird.A method according to claim 11, characterized in that the degree of polarization P is determined with an accuracy more precisely relative to 50%. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsgrad P mit einer Genauigkeit genauer relativ 10% bestimmt wird.A method according to claim 11, characterized in that the degree of polarization P is determined with an accuracy more precisely relative to 10%. Verfahren zur Bestimmung der molaren Suszeptibilität χ_m von strömenden elektronenspinpolarisierten Medien, insbesondere Gasen oder Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die molare Suszeptibilität χ_m aus der Dichte, der Magnetfeldstärke, der Avogadroschen Zahl und dem Magnetisierungsgrad des Mediums, der nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ermittelt wurde, bestimmt wird.Method for determining the molar susceptibility χ _m of flowing electron-spin-polarized media, in particular gases or liquids, characterized in that the molar susceptibility χ _m from the density, the magnetic field strength, the Avogadro number and the degree of magnetization of the medium, which according to one of claims 1 to 10 was determined is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Indikationsspule Teil einer Vorrichtung zum Verabreichen von Gasen ist.Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that that the Indication coil Part of a device for administering gases is. Verfahren zum Verabreichen einer vorbestimmten Menge eines elektronen- oder kernspinpolarisierten Mediums, wobei die vorbestimmte Menge das Produkt aus Volumen und Magnetisierung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ermittelt wird.Method for administering a predetermined amount of an electron or nuclear spin polarized medium, the predetermined amount the product of volume and magnetization is characterized, that the Magnetization according to a method according to any one of claims 1 to 10 is determined. Vorrichtung zur Bestimmung der Magnetisierung von strömenden elektronen- oder kernspinpolarisierten Medien, gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10 umfassend – eine Leitung oder einen Behälter, in den das elektronen- oder kernspinpolarisierte Medium ein- und/oder herausströmt, – wenigstens einen elektrischen Leiter, der die Leitung oder den Behälter wenigstens teilweise umgibt, ergebend eine Induktionsspüle,Device for determining the magnetization of flowing electron or nuclear spin polarized media, according to a method according to a of claims 1–10 comprehensive - a line or a container, into and / or into the electron or nuclear spin polarized medium flowing out - at least an electrical conductor that at least the line or the container partially surrounding, resulting in an induction sink, Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine elektromagnetische Abschirmung umfaßt und das Rohr oder der Behälter von der elektromagnetischen Abschirmung umgeben ist.Device according to claim 17, characterized in that the device is an electromagnetic Shield includes and the tube or container is surrounded by the electromagnetic shield. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung des weiteren eine oder mehrere der nachfolgenden Einrichtungen umfaßt: einen Integrator zum Aufintegrieren des Induktionssignales, einen Verstärker zum Verstärken des Induktionssignales, eine Übertragungs- und/oder Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen des Induktionssignales und eine Rechnereinrichtung zur Bestimmung der Polarisation oder der Suszeptibilität aus der ermittelten Magnetisierung.Device according to one of claims 17 to 18, characterized in that that the Device further one or more of the following devices comprising: one Integrator for integrating the induction signal, one amplifier for reinforcement of the induction signal, a transmission and / or display device to display the induction signal and a computing device to determine polarization or susceptibility from the determined magnetization. Vorrichtung zur Dosierung von strömenden Medien mit einer Steuervorrichtung und einer Vorrichtung zur Bestimmung der Magnetisierung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der mittels der Vorrichtung zur Bestimmung der Magnetisierung bestimmten Magnetisierung eine vorbestimmte Menge an elektronen- oder kernspinpolarisiertem Medium zur Verfügung stellt.Device for metering flowing media with a control device and a device for determining the magnetization according to a of claims 17 to 19, characterized in that the control device in dependence by means of the device for determining the magnetization certain magnetization a predetermined amount of electron or nuclear spin polarized medium. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bestimmung der Magnetisierung mit der Steuereinrichtung über eine optische Datenleitung verbunden ist.Device according to claim 20, characterized in that the Device for determining the magnetization with the control device via a optical data line is connected.