MRI基础知识 -- 超导MR液氦液位知识(二)

本期我们接着上一期磁体内部结构的知识，进一步介绍磁体的相关技术。首先我们先来看看磁体的压力控制，先以GE的磁体结构进行说明：

正常情况下的压力控制老王之前讲过，4K磁体的压力是通过Heater对液氦加热生成氦气升高压力，匹配冷头将氦气冷却成液氦造成的压力降低，从而达到动态平衡。在此之外，超导磁体还有3个单向阀对应3个压力：

1. 5.25 psig单向阀，连接冷头与氦管。磁体压力大于5.25 psig 的时候氦气从这里排出，对冷头进行降温，作用一般是在运输过程中将冷头冻住，减少液氦的挥发速度。

2. 7.25 psig 单向阀，链接磁体内部与氦管。磁体压力大于7.25 psig时氦气从这里排出，作用是磁体最后一道压力保护，当磁体压力继续升高时增加泄压速度。

3. 10 psig 爆破膜，超导磁体最后一道压力保护措施，爆破膜式一次性的，一旦压力超过10psig 爆破膜就会破裂，使磁体内部与氦管直接相通，失超的时候就会发生这个过程。前面讲过的5.25 psig和7.25psig两个单向阀一定程度上就是为了在不打开冷头的情况下保护爆破膜这个最终屏障。

磁体上除了单向阀。还有一个主动泄压阀，飞利浦磁体上叫做黄阀，GE磁体上是V2阀，他们作用都差不多，主要有两个：

1. 顾名思义，压力过高时主动卸掉磁体压力，这是最直接的作用。

2. 励磁时对电极降温。励磁时电极是有电阻的，因此通电流后会发热，而我们是不希望这个热量被传导到主线圈的，打开单向阀之后，低温氦气接通传输通道，从而给电极棒降温。

看上去很简单的压力控制实际上是有很巧妙设计的，那么我们来看看另一个重要问题，液氦液位是如何测量的。在开始之前老王先介绍一个研究生时学过的必修课程，叫做《非电量电测技术》，归根到底实际上就是说，把物理量的测量最终都归结为电压的测量。利用非电量电测技术，液氦的测量也就简单了。

下面这张图是老王介绍磁体时用过的，实际上测量液氦就是用到了一根特别的电阻。

这跟电阻丝的特点是在液氦的温度下电阻为0，在液氦液位以上有电阻，通过MEU给电阻丝一个固定的电流，通过液位的不同也就对应了电阻丝不同的电阻，从而读取电压值就可以读出不同的液位容量。

同时由于磁体内部是一个圆柱形，因此液氦液位所对应的液氦容积其实并不一样，界面可以看作是一个同心圆，那么中部液氦容积也就多一些，顶部和底部同样高度所对应的容积相对小一些，因此实际布置液氦传感器的时候不是简单的直上直下布置，而是根据计算采取不同的角度。下图中白色线管包裹着的就是液氦探头。

同时由于液氦的测量原理其实是给一个电阻丝加电流，因此对于液位以上部分必然会发热，但是这恰恰是我们不希望看到的，因此液氦液位不能实时查看，飞家设备目前的做法是测量液氦时对电阻丝上电一会儿以后等待稳定时读出数值，而不点击程序的时候无法实施查看，也就是不会一直给探头上电。

其实对于目前的4K冷头磁体来说，也没有必要对液氦液位过于上心，一般情况老王建议一天测一次就可以了。一方面正常情况下4K冷头磁体的液位是不会有变化的，一旦发生变化也会是一个长周期过程。

另一方面目前各厂家远程诊断的措施都比较完善，对于安装了远程诊断设备的飞家MR设备来说，如果液氦液位异常是会直接给工程师发邮件报警的，因此各位老师不需要对液位太过焦虑。

MR技术博大精深。本章继续从磁体内部结构出发，介绍了超导MR磁体几个重要的单向阀以及他们的简单作用，从而宏观的给大家了一个印象，就是MR超导磁体的设计实际上是经过长时间积累才走到现在的。后面继续介绍了非电量电测技术在MR超导磁体液氦测量时的应用，也明确了测量的方法。

相信通过这两篇文章的学习，大家应该会对超导磁体有了进一步的了解。实际上现在使用4K冷头的磁体技术经过长时间的发展已经越来越完善，几乎所有的技术进步都是为了一件事：“液氦焦虑”。对于超导MR来说，实际上售后工程师对于液位的关注比远胜于医院，因此还是那句话：相信随着技术的进步，传统上技师和工程师一直存在的“液氦液位焦虑”会逐步成为历史。下篇文章开始老王将重新回到MR射频链路技术，继续介绍MR射频链路的相关知识，敬请期待！