“匠心”系列是醫(yī)工研習(xí)社的全新專題，專門技術(shù)拆解影像設(shè)備。

與“盤點"系列的“全”不同，“匠心”系列主要寫有創(chuàng)新精神的設(shè)備，涉及普放/CT/MR/PET等。以事實作為分析基礎(chǔ)，適當(dāng)加入評價，有優(yōu)點亦有缺點。

P.S. 沒有產(chǎn)品是完美的，瑕不掩瑜已是最好。

比起CT的快速發(fā)展，磁共振顯得落后了一些，這與磁共振更復(fù)雜有關(guān)。不過，近幾年磁共振也有幾項技術(shù)進步，比如靜音核磁、快速采集技術(shù)(她倆同樣很有趣，后面也會以具體設(shè)備為例解析這兩項技術(shù))，以及今天的主角：無液氦磁共振。 2020年6月，全球首臺“無液氦”磁共振飛利浦Ingenia Ambition通過NMPA批準(zhǔn)，正式在我國發(fā)布，其官方介紹：

Ambition采用BlueSeal技術(shù)，將7L液氦完全封裝在容器中一次成型，在保持磁體超導(dǎo)狀態(tài)的同時實現(xiàn)了：0液氦泄漏、0失超風(fēng)險、7升微循環(huán)冷卻技術(shù)，從根本上避免了磁共振的“失超”風(fēng)險，實現(xiàn)了磁共振領(lǐng)域的顛覆性突破。

熟悉“醫(yī)工研習(xí)社”的朋友，想必讀過我的“磁體四部曲”，從超導(dǎo)、失超、冷鏈到預(yù)防，完整的分析了超導(dǎo)磁體及外設(shè)，這是目前關(guān)于超導(dǎo)磁共振最全最易懂的文章。

對于這臺號稱革新磁體的設(shè)備，我非常好奇，帶著幾個問題，分析了其產(chǎn)品發(fā)布會和歐洲官網(wǎng)資料，基本明白實現(xiàn)思路。為方便快速了解該產(chǎn)品，本文采用問答方式，逐層推進。

01、為什么是液氦？

要我說，早就該朝液氦下手了，其他磁共振技術(shù)都可以等等，這才是剛需！氦氣，被譽為“氣體稀土”，對航天、國防科技、高科技制造業(yè)、火箭引擎測試、焊接、商業(yè)潛水、粒子加速器磁鐵、光纖、半導(dǎo)體芯片而言，氦氣的作用都不可或缺。她最重要的用途還是超導(dǎo)磁共振，也是消耗量最大的。然而，氦氣在空氣中含量極微，平均只有百萬分之五。此外，我國絕大部分液氦依賴美國進口，因此液氦價格昂貴。更重要的是，氦氣是不可再生資源，按照全球目前的使用速度，預(yù)計2040年全球氦氣將被消耗殆盡。2020年即將結(jié)束，只有20年了。。。

2、“007”磁共振是什么意思？

先來回顧一下傳統(tǒng)超導(dǎo)磁體：正常的超導(dǎo)磁體，液氦水平60、70%左右，只有部分磁體線圈浸泡在液氦中，如下圖所示。磁體腔體的上面是氦氣，下面是液氦，通過4K冷頭和加熱器協(xié)同工作，使磁體處于“氣液交融”的壓力平衡狀態(tài)。

發(fā)布會視頻截圖傳統(tǒng)超導(dǎo)磁體大約需要1500-2000L液氦。如果冷頭停止工作4小時以上，液氦會氣化(類似下面這個電水壺)，磁體腔體內(nèi)的液氦變成氦氣，體積會膨脹739倍，導(dǎo)致磁體壓力會上升，為保持磁體壓力，部分氦氣會通過失超管揮發(fā)到外部環(huán)境。

因此，對于傳統(tǒng)超導(dǎo)磁共振來說，損失液氦幾乎是必然的。。。損失點液氦，其實問題不大，可怕是失超。所謂失超，磁共振由于人為或磁體故障，主磁體線圈由超導(dǎo)體變?yōu)閷?dǎo)體，線圈中的電流瞬間消失，電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，液氦大量揮發(fā)，磁場強度迅速下降。

失超之所以可怕，是因為她的“百萬損失”：

1）一般來說，原廠保修是不含液氦的(也不建議保液氦，性價比太低)。失超后大概需要補1000-1500L液氦，液氦價格一般300元左右/L(隨市場波動)，大概40萬-60萬元。2）失超后，磁共振要經(jīng)過更換爆破膜，除冰，加液氦，勵磁等，大概7-10天。從社會角度：停機一周，多少患者檢查被推遲，多少患者治療被影響；從經(jīng)濟角度：三甲醫(yī)院平均每臺磁共振60部位/天，600元/部位，1次失超醫(yī)院大概損失36萬元。更可怕的是，失超后如果不及時到現(xiàn)場處理，液氦會繼續(xù)揮發(fā)，最后導(dǎo)致磁體熱了，那損失的可不就百萬了。。。

2）BlueSeal磁體

磁體還是原來的磁體，或者差別不大，她改變的是磁體制冷方式！BlueSeal磁體中，液氦腔體不再是傳統(tǒng)杜瓦罐，而且變成4個小的腔體。將7L液氦直接注入BlueSeal容器中，4個液氦儲存罐通過極細(xì)的管道互相連接，一次成型，與外界不導(dǎo)通，沒有失超管。這就是“0液氦泄漏”的原因。

所謂的“0失超”風(fēng)險，不是不“失超”，而是以主動“退場”代替被動“失超”，不損失液氦，更不會像傳統(tǒng)磁共振那樣給醫(yī)院帶來巨大損失。

該設(shè)備有個一鍵式退場功能：一旦冷頭停止工作4個小時，BlueSeal磁體會自動“退場”，等工程師來維修。

問題1

問：這個“無液氦”磁共振和之前的“零液氦”磁共振有什么區(qū)別？

答：1）“零液氦”磁共振指的是“零液氦揮發(fā)”磁共振。大約20或30年前，超導(dǎo)磁共振使用的是10K冷頭。然而，氦氣的沸點4.3K，顯然10K冷頭無法將氦氣液化，因此10K冷頭磁共振必須要定期補充液氦。液氦很貴，為解決這個問題，超導(dǎo)磁共振開始使用4K冷頭，4K冷頭保證了磁共振液氦零揮發(fā)。在當(dāng)時，這是一項重大進步。

2）“無液氦”磁共振，嚴(yán)格來說并不是“無液氦”，而是磁體腔體里只有7L液氦，與傳統(tǒng)磁體的2000L液氦相比，簡直小巫見大巫。因此，稱之為“無液氦”磁共振。今天這項技術(shù)同樣變革巨大。

問題2

問：一旦冷頭故障，液氦揮發(fā)變成氦氣后，體積會膨脹739倍，沒有失超管，那么小的BlueSeal液氦腔體豈不是很快就憋炸了？

答：這個問題相當(dāng)專業(yè)。并不會。

首先，注入到BlueSeal液氦腔體的確是液氦，但只有7L。部分液氦氣化是無妨的，因為她有4個BlueSeal液氦儲存罐，用于釋壓；

其次，BlueSeal液氦腔體的極限承壓能力很強，達(dá)到194bar，即便7L液氦全部氣化也必然能扛得住，否則這就不是磁共振，而是炸彈。

3、“7升微循環(huán)”怎么實現(xiàn)的？

這才是“007”無液氦磁共振的創(chuàng)新所在，也是將其列入“匠心”系列的原因。我們知道，傳統(tǒng)磁共振的液氦腔體通過4K冷頭和加熱器協(xié)同工作，使磁體處于壓力平衡的狀態(tài)，其磁體壓力是略高于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的。其中，4K冷頭的第二級直接插入到液氦腔體，與氦氣直接接觸(西門子/飛利浦是，GE不是)。但是，BlueSeal的液氦腔體是處于真空狀態(tài)的，這是7L微循環(huán)的核心所在，并且控制液氦腔體的真空壓力大小處于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)：既不能太高，以便使氦氣分子吸附于腔體表面；又不能太低，否則會使導(dǎo)致氦氣分子產(chǎn)生滲透效應(yīng)。

問題3

問：BlueSeal液氦腔體是一體成型的，冷頭怎么制冷？答：與傳統(tǒng)超導(dǎo)磁體一樣的是，BlueSeal磁體內(nèi)部也是處于“氣液交融”的壓力平衡狀態(tài)；與傳統(tǒng)4K冷頭不一樣的是，第二級冷頭不與氦氣直接接觸，而是直接將冷頭緊貼在腔體表面，如下圖(個人猜測冷頭應(yīng)該就是在最上面)。由于低溫腔體及真空的共同作用，氦氣分子都吸附在了腔體表面，導(dǎo)致整體低溫的表面積擴大，從而實現(xiàn)了對超導(dǎo)線圈的制冷。其微循環(huán)過程：磁體腔體中的底部氦氣會因為自然的熱交換等因素溫度升高，產(chǎn)生向上的微運動，當(dāng)這些氦氣進入冷頭區(qū)域后，再次變成液氦，向下運動回到磁體底部，周而復(fù)始，形成“熱-冷-熱”循環(huán)。因為自然熱交換的程度很低，大部分氦氣分子被束縛在各自所處的腔體表面，整個循環(huán)過程運行得比較緩慢，因此叫做“微循環(huán)”。因此，飛利浦將"7升微循環(huán)"稱之為將“大水漫灌”進化為“精準(zhǔn)滴灌”，是有一定道理的。

問題4

問：磁共振室溫一般保持在20℃(293K)左右，而磁體是4K的，意味著磁體和外界存在290度的溫差。這個“微循環(huán)”恐怕不好維持吧？答：從物理角度來講，這是肯定的。為使磁體腔體內(nèi)部與外界的熱交換不會過于激烈，飛利浦為BlueSeal磁體配備了液氦腔體隔熱技術(shù)，總體原理比較簡單：1）真空隔熱。這是超導(dǎo)磁共振常用的隔熱方法，將BlueSeal磁體置入10-6的超高壓真空，由于外界與液氦腔體之間隔著真空層，阻止了熱對流，隔絕了外界大部分熱量傳遞到磁體。

2）BlueSeal黑體模型。有了真空保護后，外界熱量傳遞到液氦腔體的唯一途徑只剩熱輻射。熱輻射很難阻止，只能盡力減少，飛利浦的方法是建立了一個吸收熱量的黑體模型，即：對于真空層的內(nèi)外兩層使用不同的電鍍工藝，靠近液氦腔體的一面使用高反射率亮銀電鍍工藝，用于發(fā)射反射熱量，使熱量不會輻射至液氦腔體；外表面使用較高吸收率的黑體電鍍層，用于吸收外界的熱量，以及吸收內(nèi)層反射的熱量。黑體模型保證了磁體有極強的絕熱能力，進一步減少了熱量輻射。

以上保證了冷頭的制冷量要與傳遞給氦氣的熱量相互匹配，從而使液氦腔體內(nèi)部的熱力學(xué)分布相對均衡，最終使磁體狀態(tài)保持穩(wěn)定。

4、冷頭停了，磁共振怎么辦？

根據(jù)以上分析，我們知道BlueSeal磁體技術(shù)的核心：一體成型的真空液氦腔體，微循環(huán)以及液氦腔體隔熱。這有個疑問，發(fā)布會強調(diào)，一旦冷頭停了，7L“液氦”給工程師爭取了4個小時維修時間。然而實際情況是，4個小時工程師是很難到現(xiàn)場的，更別說完成維修，4小時的意義在哪兒？經(jīng)過仔細(xì)研究后，事情是這樣的：1）眾所周知，水冷機是磁共振最容易故障的部分。為了防止因水冷機故障導(dǎo)致冷頭停止工作，Ambition配備了兩個壓縮機以維持一個冷頭的工作，包括正常用的水冷氦氣壓縮機F-40，以及水冷機故障時應(yīng)急用的風(fēng)冷壓縮機，這保證了冷頭停止工作的可能性極小。2）"4個小時"只是指導(dǎo)時間，也可能5小時、6小時。個人猜測其自動退場邏輯是：根據(jù)其“8級AI溫控技術(shù)”實時監(jiān)測磁體8個位置的溫度，一旦某處的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的閾值，BlueSeal磁體會自動實現(xiàn)“退場”，等工程師來維修。總結(jié)來說：一旦冷頭停了4小時，磁共振會主動“退場”保平安，隨便工程師幾小時到。如果工程師4小時內(nèi)能到，磁共振無需自動“退場”。

問題5

問：如果4小時沒人管，難道這臺機器就廢了？答：首先，并不存在所謂的4個小時，一旦監(jiān)測到磁體溫度超過閾值，磁共振就自動“退場”了。即便醫(yī)院停電也一樣，設(shè)備靠UPS也能完成“自動退場”；其次，既然磁共振已經(jīng)“退場”了，液氦又跑不出來，擔(dān)心就多余了，我們需要做的就是繼續(xù)等工程師。

問題6

問：有人說這臺機器用了大功率冷頭才維持了磁體超導(dǎo)，很耗電，是真的嗎？答：不是。首先，這臺機器只有1個冷頭，使用的是F40氦氣壓縮機，屬于常規(guī)配置，冷頭自然也是常規(guī)冷頭。之所以能憑借常規(guī)冷頭能維持住超導(dǎo)磁體，是因為她的液氦腔體隔熱技術(shù)。否則，哪怕你冷頭功率再大，整個磁體會與外界產(chǎn)生劇烈的熱交換，整個磁體會處于不穩(wěn)定狀態(tài)，失超是隨時的。

問題7

問：有人說這臺機器更容易失超，是真的嗎？答：冷頭停止4小時，自動“退場”是大概率的，因此是的。不過，與傳統(tǒng)磁共振不同，她的“失超”是主動的，所以不必拿“老眼光”看待她。此“失超”，與磁共振的常規(guī)停機故障區(qū)別不大，不必談之色變。

5、點評

1）更少。液氦更少，無需再贅述，這也是其最大意義。2）更好。沒有了失超風(fēng)險，減少了醫(yī)院損失；也無需復(fù)雜的失超管設(shè)計，自然更安全。3）更輕。一般1.5T超導(dǎo)磁體在3.5噸左右，而 Ambition是2.3噸，這比一臺CT還輕(飛利浦 Ingenuity Core128 整機是2.35噸)，意味著她不再限制在1樓或2樓。

缺點

因為沒看到看真機，談缺點意義不大。如果硬要現(xiàn)在找茬：傳統(tǒng)磁共振的冷頭停了，或許可以熬個兩三天再“失超”，Ambition基本上4小時后就自動“退場”。不過，作為7年內(nèi)經(jīng)歷過3次“失超”的輕度PTSD患者，認(rèn)為這應(yīng)該是好事兒，誰家的磁共振不壞，等一天又何妨，起碼再也不用像擔(dān)心傳統(tǒng)磁共振“失超”那樣擔(dān)驚受怕了。

6、小結(jié)

最后，無論從什么角度，超低液氦磁共振一定代表著未來，而飛利浦是第一個吃螃蟹的，至于這螃蟹味道如何，我期待醫(yī)院同行的真實體驗感受。

我更相信，其他廠家也必然會推出超低液氦磁共振，我們拭目以待。。。

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