來源：器械之家
氦被譽為氣體界的稀土，是一種不可再生資源。中國的氣氦/液氦約95%都依賴進口，且進口量還在逐年增加，價格也在逐年上升，是一種極其容易被卡脖子的資源。
由於液氦資源稀缺，超導MRI對於液氦的消耗一直被人們重點關注。過去幾十年間，從液氦少揮發到液氦零揮發，超導磁體的技術一直在不斷進步。2018年，飛利浦推出的helium-free operation（無液氦執行）的超導MRI產品已實現商業化，其採用的Blueseal技術使該產品液氦使用量約為傳統超導磁體的0.5%，且執行後無需補充液氦，該突破性技術極大減少了醫用超導MRI系統的液氦使用量，但還是沒有完全擺脫對液氦的依賴。
近年來，國內廠家已成功研製出完全依靠製冷機作為冷源的固體傳導製冷（簡稱：固冷）技術的超導磁體。
與Blueseal技術不同，採用固冷技術的磁體不需要使用液氦即可從室溫狀態冷卻至超導狀態，也不需要使用液氦來維持超導狀態。在固冷磁體研製的同時，“固冷”無液氦醫用超導磁共振產品也在同步研製。
經過國內科研院所和醫械企業近三年的不懈努力，全球第一款“固冷”無液氦醫用超導磁共振產品已經透過國家藥品監督管理局（NMPA）的註冊審批，即將上市。
就先進的超導磁體固冷技術及其行業應用，器械之家對我國強電磁工程與技術領域專家王秋良先生及國內醫械行業企業代表朗潤醫療的創始人唐昕先生進行了一次對話。
01
固冷技術實現多項突破
器械之家：固體傳導製冷技術是如何在超導磁體上實現製冷的？採用這一技術的超導MRI與其他廠商的超導MRI產品有何不同之處？
王秋良（中國科學院院士，強電磁工程與技術專家）：傳統有液氦的超導磁體，是把超導線圈全部浸泡在液氦中，液氦能夠迅速帶走超導線圈中的熱量，使其穩定在超導狀態。在帶走熱量的同時，一部分液氦會汽化成氦氣，這部分氦氣在冷頭的製冷下，重新轉化為液態。
因此，在超導磁體的低溫容器內液氦與氣氦共存，且氦在兩種狀態間的轉化是一個動態平衡過程。為了避免空氣進入超導磁體的低溫系統內造成磁體故障，通常這種平衡的壓力要求比外界氣壓稍高，內外壓力差會使氦氣從磁體中少量溢位。
新推出的少液氦超導磁體與傳統超導磁體類似，二者主要區別在於：少液氦超導磁體的超導線圈並不是完全浸泡在液氦中，而是透過特殊設計使超導線圈僅區域性與液氦接觸，從而維持線圈的超導狀態。少液氦超導磁體僅使用了極少量的液氦，整體更輕便，使產品具有更多的優勢。
但這兩種磁體如果失超，液氦將大量汽化，密封的磁體會變成壓力巨大的容器。
無液氦超導磁體（左）、常規超導磁體（右）結構示意圖
固體傳導製冷技術是採用製冷機作為冷源、高熱導的固體作為導熱介質（我們稱之為“熱橋”）。為了減小熱橋在熱傳導過程中的溫差，一般會選用高RRR值的材料。超導線圈工作時產生的熱量可被熱橋直接傳導至冷頭，超導線圈則一直維持在超導狀態。
由此可見，固冷磁體與傳統的超導磁體維持低溫方式是完全不同的。由於固冷磁體不使用氦，內部完全密封，不用像傳統超導磁體那樣考慮內外壓力差的問題，此外，如果低溫系統的漏熱控制得足夠低，冷頭可以更充分地發揮其製冷效能，冷頭溫度能變得更低（<4.2K），進而讓超導線圈處在更低溫的狀態，從而提高了超導線圈的穩定性。
由於固冷磁體不使用氦，不論是在工作狀態、失超狀態還是室溫狀態，線圈始終在真空中，磁體內部沒有高壓容器，沒有低溫液體，其安全性較傳統超導磁體和少液氦超導磁體更高。
唐昕（朗潤醫療創始人、總經理）：關於固冷磁體，我們公司已經進行了三年左右的研發攻關，考慮到不同磁體制冷方式會對磁體的熱穩定性有一定影響，我們針對這方面進行了大量的技術最佳化和測試驗證工作，經過20個月的全面實測，分析了1000餘例掃描資料，在各種實際掃描應用條件下，MRI系統的成像效能良好，超導線圈始終保持超導狀態，磁體穩定性良好。
朗潤“固冷”無液氦超導磁共振產品示意圖
我公司研發這款採用固冷技術的MRI產品已經實現了100%國產化，其中由寧波健信聯合中科院電工所研發、寧波健信製造的超導磁體也全部實現了國產化。
產品已於2020年通過了註冊檢測，並於同年12月向國家藥品監督管理局（NMPA）提出註冊申請，該產品已於今年初通過了國藥局的註冊審批，即將上市，很快可進入實際臨床應用階段。
02
節約戰略資源提升產品效能
器械之家：既然固體傳導製冷技術的磁體不使用液氦，那麼一旦這種磁體能夠推廣應用，超導MRI未來對液氦的需求將會大幅減少，這對於MRI行業應該有比較重大的意義。從專業角度來看，固體傳導製冷技術的應用具體有哪些方面的意義和價值呢？
王秋良：眾所周知，氦是不可再生的稀缺資源，也是極其重要的戰略資源，我國氦氣資源非常有限，大約90%以上的氦氣需要進口，且主要依賴於美國，若美國停止了氦氣出口或增加了限制，將對我國的航天、工業、科研等領域造成巨大沖擊，也會對我國超導MRI供應商及醫院使用者造成較大的影響。
據統計，超導MRI裝置使用的氦佔據全球氦用量的20%，是氦用量最大的行業。受資源開採及國際貿易等因素的影響，氦氣價格波動較大，近年來價格一路上漲，對我國超導MRI供應商及醫院使用者均造成了較大影響。如何減少液氦使用量，降低對液氦的依賴，是各MRI供應商面臨的巨大挑戰，也是MRI工程技術領域需要迫切解決的問題。假如採用固冷技術的MRI產品能夠推廣應用，將會極大程度減少氦資源消耗，利國利民。
唐昕：除了資源供給方面的重大意義外，採用固冷技術的超導磁體也為產品帶來更多可能性。
傳統的超導磁體在產品發貨、運輸的過程中都是攜帶大量液氦的，要按照危險品的要求運輸；此外，由於運輸過程中常常無法供電會造成較多液氦損耗，因此，對這種磁體的運輸時間、運輸方式、路徑選擇、安裝場地等方面都有較多限制，尤其對於海外運輸和海外客戶裝機就更加複雜。
採用固冷技術的超導MRI產品則無需有這些方面的考慮，磁體可在常溫、無供電條件下運輸，即使是路途不便的偏遠地區也可抵達。對運輸要求的降低不僅會提高運輸效率，也將極大降低裝置的運輸成本。採用固冷技術的超導磁體，其安裝和維修更加便捷，這也在一定程度上降低了裝置運維成本。
此外，無需補充液氦使得這種創新技術的超導MRI產品成為液氦不容易獲取的國家和地區的一種非常理想的選擇。
03
應用前景廣闊
器械之家：兩位專家能不能帶我們暢想一下，固冷技術和採用固冷技術的超導磁體除了在醫院影像科的應用外，在未來有哪些其他領域的應用？是不是能夠給相關的領域帶來什麼影響或者新的機會？
唐昕：我們作為超導MRI的供應商，在這方面做過一些思考。固冷技術的應用使得超導磁體不必固定在遮蔽室中，可以脫離供電裝置、排氣裝置，成為移動裝置。
我們可以設想一種移動式的超導MRI，使用時移動到指定位置，使用完畢後推回原位，也可以在需要時給磁體的磁場升至工作狀態，使用完畢後退掉磁場，這使得介入手術器械與MRI的相容程度更高，在介入手術使用場景中可以有更多種嘗試。
最貼近實際的一種設想是車載式的超導MRI，這種系統平時是不帶磁場的，需要執行任務時可立即出發，佈署到位後可供電執行。相較於傳統超導MRI，將這種固冷MRI系統車載化，既不要求運輸過程中供電，又不消耗液氦，尤其適用於戰備、災難救援和防疫應急等特殊場景。
王秋良：你說的這些都非常有應用前景。在很多其他領域，固冷磁體技術也非常有用武之地。比如我們正在研製的時速600公里高速磁懸浮列車，就能夠充分利用上固冷技術，透過在列車的特定位置安裝固冷超導磁體，實現列車車身與軌道之間的無接觸的懸浮和導向，相較於使用傳統超導磁體可大幅提升列車行駛安全性。除了交通行業的應用外，在航天、新能源等領域，固冷技術及固冷磁體也都有相關的應用，這個技術的應用前景非常廣闊。
王秋良
◆ 中國科學院院士，強電磁工程與技術領域專家，中國科學院電工研究所研究員、博士生導師。中電機工程學會高階會員，中國電工技術學會高階會員，IEEE Members會員，美國MIT物理系客座教授。
◆ 從事高磁場超導磁體科學研究30年，是超導磁體與強磁場應用領域資深專家，在強電磁裝備、無液氦超導磁體、磁共振裝置等領域多有建樹，取得一系列創新的科學研究成果。成果應用於大科學設施、醫療、科學儀器和能源交通等領域。
唐昕
◆ 北京大學核技術及應用專業博士、碩士，北京大學物理系本科。朗潤醫療創始人，現任朗潤醫療董事長、總經理。
◆ 國家“萬人計劃”科技創業領軍人才，科技部創新人才推進計劃科技創新創業人才，中國醫械協同創新組織第一品牌獨墅聯盟副會長。
◆ 從事醫用MRI及其他大型高階數字化醫療器械研發和產業化20年，2007年創辦蘇州朗潤醫療系統有限公司，用近10年時間成功將朗潤醫療打造成以磁共振（MRI）為核心的醫學影像產品製造商及醫學影像服務提供商，成為蘇州工業園區的骨幹企業。
