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医用磁共振成像仪（MRI）是最先进的无损伤快速断面成像设备，已广泛用于人体成像诊断疾病、早期查看肿瘤（分辩率达1.5mm）和心血管发病预兆,具有很高的临床价值。磁共振成象设备已成为当今医院中最大型的低温诊疗机器，是医疗现代化的重要标志。
磁体体系是磁共振成像仪中的关键部件，因为它具有大孔口、高磁场、高均匀性和高可靠性要求，必须选用超导磁体。因而，MRI技能直接涉及九江液氦冷却技能和低温制冷机传导冷却技能。
一、MRI设备——液氦冷却的开展历程
（1） 敞口式超导磁体液氦杜瓦
1985 年前，所有的MRI超导磁体体系都是敞口式的。超导磁体被沉浸在一个液氦杜瓦中，液氦容量大约为300—1500升。液氦容器外面包围着一个氦蒸气冷却 屏，利用容器内蒸腾的氦蒸气将其冷却到大约30K，确保内容器中液氦的低蒸腾。氦蒸气冷却屏外面又包围着一个液氮保护屏，与一个附加的液氮容器相连接。液 氮保护屏与外壳体之间为多层绝热。液氦的损失大约为0.5—1 L/h，要求一个月弥补一次液氦。因为设备了液氮保护屏，还需求有一个外储存体系通过自动补液设备经常弥补液氮。敞口杜瓦体系需求由低温技能人员来操作。 加之，液氦价格高昂，不易获得。因而不能受到用户普遍欢迎，只能在大城市的研讨型医院使用。
（2） 选用G-M制冷机的液氦杜瓦
虽然A.Little公司在1960年就推出了第一台两级G-M制冷机，但因为不修理时间只有几星期到几个月，难以获得广泛使用。在70年代，低温冷凝真 空泵的快速开展促进了低温制冷机性能和可靠性的进步，也为在MRI液氦杜瓦中的使用发明了条件。其时的两级G-M制冷机在80K时的制冷量为50W、在 20K时为5W，输入功率大约为1.7～3.0 KW。运转频率大约为1Hz，修理距离为18个月。选用两级制冷机的MRI液氦杜瓦体系的弥补液氦的距离大为增长。在这种情况下，制冷机的第一级用来冷却 80K冷屏，因而省去了附加液氮冷却的需求。制冷机的 第二级用来冷却30K冷屏到更低温度，例如15K，使液氦的蒸腾损失减少为0.2~0.3L/h，因而将1200L的液氦容器作业到20%的液体，能维持 到4-6个月。下图示出选用两级G-M制冷机的MRI超导磁体恒温器的构造布置。制冷机与冷屏之间通过传导传热，互相应有良好的热接触。在需求修理时制 冷机应易于移走，并确保杜瓦的绝热真空不会破坏。因为80K冷屏具有一定的热稳定性，修理时将制冷机关闭或从恒温器中移出时，屏温的变化不会很明显。
1985年今后，选用两级G-M制冷机的MRI液氦杜瓦开始批量出产，修理距离增长到每年一次。从而把MRI体系的市场化推向一个新的水平。现 在，MRI体系已被 广泛使用到各种医院、诊所和活动医院，而不再仅仅局限于大城市的研讨型医院。这应归功于G-M制冷机的性能改善和进步。
（3） 具有零蒸腾的MRI液氦杜瓦
零蒸腾的MRI液氦杜瓦是一种抱负的设计方案，如果能够完成，将使MRI的操作和维护带来很大的方便。在1990年之前，低温界一直在探讨选用4K 级J-T 回路的氦气再冷凝制冷机的可能性，因为传统的两级G-M制冷机的最低制冷温度为8-10K，不能使氦液化。因而，选用具有J-T回路的两级制冷机体系是一 个颇为抱负的方案，机器的第一、二级可以分别用来冷却80K和30K冷屏，而节流级制冷温度（4K）则用来使蒸腾的氦蒸气再冷凝，使液氦容器中的液氦损耗 率降为零。但是，具有J-T回路的制冷体系构造复杂、价格昂贵，并且还需求有一种冷却磁体电流引线和外表引线的新方法，原来它们是由蒸腾的氦气冷却的。
上世纪80年代后期对稀土金属化合物回热填料在低温制冷机中的使用研讨取得了突破性进展，两级G-M制冷机的制冷温度从传统的10K摆布降低到液氦 温度以 下，并且在4.2K下可获得1W以上的制冷量。现在，这种新型的G-M制冷机已有批量商品，可用于MRI体系。例如，日本住友重机公司推出的4K级G-M 制冷机系列，在4K时的制冷量分别为0.5w，1.0w和1.5w。压缩机为空冷或水冷，制冷机可在各种朝向下作业。制冷机的无修理作业时间 MBTF≥20000h。较之带J-T体系的低温制冷机，它具有构造简单紧凑，成本低价等长处。它在MRI中的使用可完成液氦杜瓦的无损储存，因而零蒸腾 的MRI液氦杜瓦应运而生。
美国通用电器公司（GE）设计的零蒸腾液氦杜瓦。在这个体系中，磁体沉浸在液氦中，选用一台两级制冷机，制冷机的第一级用以冷却传 导屏； 第二级用来使蒸腾的氦蒸气再冷凝，消除了对设备磁体的液氦容器弥补液氦的需求。这样，MRI体系一次装满液氦后就可以稳定运转很长时间，制冷机也只需日常 的维护。这种零蒸腾的新商品具有下列特点：1）消除了一个80K冷屏，杜瓦体系愈加紧凑；2）制作成本下降；3）液氦的损耗量最小；4）维护更容易、修理 频率更低。在液氦价格昂贵且没有熟练低温人员的当地，零蒸腾设计在许多市场倍受欢迎。
（4） 选用传导冷却磁体的MRI设备
在新开发的选用传导冷却磁体的MRI体系中，使用两级低温制冷机取代液氦，承担一起冷却磁体和冷屏的使命。这样可以使传统杜瓦的双冷屏绝热构造简化为只有 一 个冷屏。一起，因为去除了液氦容器和一个冷屏之后，使低温恒温器的尺寸大为减少，成本也大幅度下降，并使体系变成开式成为可能。
1993 年，GE公司制成一台0.5T的用传导冷却磁体的开式设备，如下图所示。磁体由三个Nb3Sn线圈组成，每个线圈分成两半, 被一对制冷机传导冷却到10K。用于制冷的两台G-M制冷机的冷头装于恒温器底部的一个抽空壳套中，以获得高度可靠性和易于维护，通过两台制冷机的合作， 使超导线圈保持在低于其临界温度13.5K以下的低温。
选用传导冷却的MRI设备于1994年首先由GE公司出产。这种开式磁体体系不仅消除了对液氦供运的需求，并且能减轻病人在查看中的恐惧感、施行介入疗法，在诊断的一起进行治疗。
总之，从上述MRI设备的4个典型的开展过程，清楚地看到了MRI技能与低温技能的密切关系。首先，制冷机在超导液氦杜瓦绝热腔中的使用，消除了液氮保护 屏和附加液氮槽的需求。其次，这种设计只用制冷机来冷却绝热冷屏而不去冷却液氦槽，使磁体对制冷机的故障不敏感，导致体系的高度可靠性。成为MRI设备商 品走向市场的里程碑。
4K级G-M制冷机的突破性进展，导致MRI完成了超导液氦杜瓦零蒸腾的梦想。选用双制冷机传导冷却MRI，不仅消除了液氦的需求，使设备的尺寸和重量大幅度减小，并且可使磁体设计成开式体系，可选用介入疗法，受到用户欢迎。
MRI设备今后的进一步开展仍然在很大程度上与制冷机有关，例如，G-M制冷机成本的下降和寿命的进步，脉管制冷机的稳定性的进步和使用，都将会对MRI医疗设备的新开展带来新动力。
二、无液氦超导磁体研制
中国科学院电工研讨所研制成功具有10T高磁场、100mm孔径可以长时间运转的无液氦超导磁体体系。该体系已于09年通过中国计量科学院的现场测试，可供长时间稳定运转。
普通的高磁场超导磁体需求在液氦环境下运转，但是日益高涨的液氦价格使得磁体运转成本高昂，繁琐复杂的液氦操作也限制了超导磁体的广泛使用。研讨和开展新 型的超导磁体体系以消除对于液氦的依赖和节省运转成本具有重要的意义。中科院电工所王秋良研讨组，长时间致力于具有特种功能和构造的复杂磁场散布的高磁场 超导磁体科学和技能的研讨。在中科院重大仪器项目和国家自然科学基金资助下，研制成功具有10T/100mm大口径的无液氦高磁场超导磁体体系，解决了一 系列 关键的基础技能问题。研制成功的超导磁体可提供的最大磁场为10.3T，磁体的室温可利用孔径为100mm，运转电流为120A，超导线圈的全体温度之差 小于0.1K，磁体的最低运转温度达到3.6Ｋ。超导磁体体系完成连续运转，先后提供给中国科学院理化技能研讨所、西门子（中国）有限公司、天津医科大 学、深圳大学、农业科学研讨院等单位进行了物理和生物医学、海水淡化等方面的科学实验研讨。
该项技能的开展极大降低了体系运转费用，为超导强磁场技能的使用开辟了一个新的时代，尤其对于需求长时间运转的超导磁体（例如核磁共振NMR，MRI及其它科学仪器）具有重要的科学使用价值。体系的研制成功使得我国跻身于实用化超导磁体研讨开发的世界先进行列。
10T/100mm无液氦高磁场大口径超导磁体体系
三、现有零液氦MRI品牌罗列
G.P.S三家中，1.5TMRI分别是：GE Signa HDe 1.5T新一代ECO 磁共振，飞利浦Achieva 1.5T H，西门子MAGNETESSENZA 1.5T磁共振，其间西门子这款MRI选用的即是零液氦消耗技能。
2008年北美放射年会上，飞利浦推出业界首台多源发射磁共振Achieva 3.0T TX，堪称开创3.0T的里程碑。此款设备选用的即是业界领先的零液氦消耗的磁体技能。（节省运转成本，无停机风险）在正常作业状态下，充填距离达十年以 上，而其他两家公司则分别要四年充填周期甚至个月就需充填一次。这样一来仅液氦一项，以机器十年的使用期核算，将为医院节省至少120万元人民币。一起因 为目前液氦短缺，如果在需求充填液氦时找不到货源，将面临停机影响正常的作业的风险。
有公司正在研制1.5T液氦零挥发核磁共振成像超导磁体，此项目是2012年山东省自主创新成果转化重大专项项目入库项目。
四、MRI设备全体开展趋势
(1)MRI的主磁场强度不断进步，20世纪80年代从最初0.16 T(甚至0.04 T)，逐步升高至0.35 T，再经0.5 T升至1.0 T，然后在相当长的时期内(上世纪90年代)稳定在1.5 T(个别公司曾经出产过2.0 T的设备)，而21世纪初3.0 T磁共振问世，经过10年开展，技能逐渐成熟，我国2002年装备首台3.0 T设备，至2010年末全国装机量已经达到近200台。
(2)伴随主磁场强度的不断进步，其接受线圈也历经体线圈、表面线圈、正交线圈、相控阵线圈、多通道(甚至全身一体化)线圈的开展历程。
(3)虽然MRI具有多长处，但是其扫描速度较慢，为其首要不足之处。近年来MRI的扫描速度逐年加快，首要通过梯度场场强不断进步，切换率逐渐加快和并 行采集技能来完成秒级、屏气扫描或者获得实时动态图像。扫描速度慢是制约MRI临床使用的瓶颈问题，科学家仍然进行不懈的尽力以缩短总查看时间。期间还出 现过双梯度发射场技能。
(4)目前MRI技能进步首要体现在磁体方面，包括推出短磁体、大孔径磁体，以进步被查看者舒适度，降低“幽闭恐惧”发生率，大孔径磁体还有助于完成 MRI/PET一体机。此外，因为冷头技能的进步，高场强磁体已经完成“零液氦”添加，可以每3～5年添加一次液氦，使运转成本大为降低。
(5)近年来MRI设备的技能进步首要体现在射频多通道发射方面，以使激发野更为均匀，降低图像变形和伪影。
(6)在现有技能不变的情况下，进一步优化脉冲序列和扫描参数，编制新的图像后处理软件和简化操作流程，使作业效率得到进一步进步。
