很多操作磁共振的技师都知道，每天或者定期记录液氦百分比（液氦液位）是非常重要的。关于超导磁共振液氦液位的知识，本期给大家分享一篇专业的文章。
首先介绍MR超导磁体的相关知识，依照惯例先列出磁体内部结构图。
传统的介绍中，超导磁体的重要特点是超导线圈浸泡在低温液氦里面，在低温的作用下电阻为0，从而实现了超导状态。为了保持磁体内部液氦稳定，目前大多数厂家都使用4K冷头对磁体内部进行制冷。氦从气态液化的温度为4K，因此冷头把蒸发的氦气重新冷却成液氦，在通过Batch heater等一系列控制手段维持磁体内部保持正压，从而保证磁体始终处于超导状态。
铌钛合金 Niobium titanium alloy superconductor
铌钛合金是重要的合金型超导材料，其超导转变温度为8～10K，可与铜很好地共同拉制，具有良好的加工塑性、很高的强度以及良好的超导性能。
1.超导线圈不需要4K的液氦温度下才能实现超导状态，理论上低温氦气只要温度能够达到8-10K左右也可以实现超导，也就是说线圈不需要完全浸泡在液氦里面。在气液交融的状态里面也可以实现超导，这也是目前出现的低液氦甚至无液氦磁体的技术来源。
2.经常在新闻中听到某某国家研究出新型“高温”（相对于4K来说高温）超导体，为什么现在还没有用在MR超导线圈中呢？原因就在于工业加工，你钛合金可以和铜很好的共同拉制，这就其中的关键：制造工艺。下图中是一根超导线圈导线材料的图，铌钛合金外层包裹了一层铜，详细的技术日后老王在进行介绍。
超导线圈不需要完全浸泡在液氦中也可以保持超导状态，磁体内部实际上并不像图里面画的那样稳定，他处于一个时刻循环的状态。
在这种循环状态下，磁体腔内部液氦液位上方基本都处于气液融合的状态，外加超导线圈的铌钛合金外层包裹着一层导热迅速的铜，因此这种状态下超导线圈正常状态下始终处于超导状态。因此并没有液氦液位越高越不容易失超这种说法，只要保持液氦处于设计安全值范围内，系统都是可以正常运行的。
飞家的磁体一般情况下设置了液氦液位40%的警告阈值，当液氦低于40%的时候操作系统会报警。而手册中对正常运行的液氦液位一般描述是30%以上磁体运行是安全的。
既然知道液氦液位的底限，那么是不是加的越多越好呢？答案也是否定的。
根据经验飞家几种常见机型正常工作状态能够保持的最大极限液位如下：
可以看到Ingenia机型与Achieva机型最大液位不一样，这里简单说明：
Achieva磁体维修塔（Tank）位于磁体最上部，而Ingenia磁体优化了磁体高度，因此维修塔位于磁体侧面，冷头位于维修塔结构内，所以对于两种磁体结构来说，冷头在磁体内的相对高度不同。
由于磁体加工时采用的焊接工艺以及磁体结构，导致Ingenia磁体液位大约75%的时候液面大致位于冷头二极冷芯底部所处的高度，而二极冷芯的作用就是把氦气压缩成液氦。
如果液位过高，液面高于二极冷芯的位置，那么氦气将无法进入冷芯处，也就无法转换成液氦，而液氦蒸发的过程是持续进行的，此时多余的氦气会导致磁体压力不断升高，最终氦气会通过单向阀从失超管处排出，直到液位重新下降到低于冷芯处重新进入动态平衡。
同时由于维修塔与磁体腔体是焊接的，不同材料的焊点在低温下可能会导致收缩系数不同，最终有可能造成焊接崩裂，从而破坏磁体保温层。因此液氦不是一味的越高越好。
与此同时，超导磁体一旦发生失超，无论是75%液位，还是100%液位，还是30%液位，最终的结果基本都是归零，因此合理的液氦液位对于目前日益紧张的国际液氦供应来说也是有好处的，毕竟超导MR所使用的液氦基本都是从美国进口的，什么时候供应量减少甚至断供我们完全无法控制。这也是低液氦磁体目前如火如荼的研发的根本原因，毕竟液氦是不可再生资源。
因此目前对于4K磁体而言，我们MR安装团队交付标准都是统一的55%液位，在此液位下既能够远离安全警示阈值，又能够保证较为效率的腔体内液氦温度循环，保持良好的磁体性能。
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。下面介绍，液氦液位是如何测量的。首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。
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，因此不需要对液位太过焦虑。
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