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、早期检测肿瘤(分辩率达1.5mm)和心血管发病预兆,具有很高的临床价值。磁共振成象装置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。
磁体系统是磁共振成像仪中的关键部件，由于它具有大孔口、高磁场、高均匀性和高可靠性要求，必须采用超导磁体。因此，MRI技术直接涉及液氦冷却技术和低温制冷机传导冷却技术。
一、MRI装置——液氦冷却的发展历程
(1) 敞口式超导磁体液氦杜瓦
1985 年前，所有的MRI超导磁体系统都是敞口式的。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，利用容器内蒸发的氦蒸气将其冷却到大约30K，保证内容器中液氦的低蒸发。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，要求一个月补充一次液氦。由于装置了液氮保护屏，还需要有一个外贮存系统通过自动补液装置经常补充液氮。敞口杜瓦系统需要由低温技术人员来操作。加之，液氦价格高昂，不易获得。因此不能受到用户普遍欢迎，只能在大城市的研究型医院使用。
(2) 采用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，但由于不维修时间只有几星期到几个月，难以获得广泛应用。在70年代，低温冷凝真空 泵的快速发展促进了低温制冷机性能和可靠性的提高，也为在MRI液氦杜瓦中的应用创造了条件。当时的两级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，维修间隔为18个月。采用两级制冷机的MRI液氦杜瓦系统的补充液氦的间隔大为增长。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要。制冷机的 第二级用来冷却30K冷屏到更低温度，例如15K，使液氦的蒸发损失减少为0.2~0.3L/h，因而将1200L的液氦容器工作到20%的液体，能维持 到4-6个月。下图示出采用两级G-M制冷机的MRI超导磁体恒温器的结构布置。制冷机与冷屏之间通过传导传热，彼此应有良好的热接触。在需要维修时制 冷机应易于移走，并保证杜瓦的绝热真空不会破坏。由于80K冷屏具有一定的热稳定性，维修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年以后，采用两级G-M制冷机的MRI液氦杜瓦开始批量生产，维修间隔增长到每年一次。从而把MRI系统的市场化推向一个新的水平。现 在，MRI系统已被 广泛应用到各种医院、诊所和流动医院，而不再仅仅局限于大城市的研究型医院。这应归功于G-M制冷机的性能改善和提高。
(3) 具有零蒸发的MRI液氦杜瓦
零蒸发的MRI液氦杜瓦是一种理想的设计方案，如果能够实现，将使MRI的操作和维护带来很大的方便。在1990年之前，低温界一直在探讨采用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。因此，采用具有J-T回路的两级制冷机系统是一 个颇为理想的方案，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)则用来使蒸发的氦蒸气再冷凝，使液氦容器中的液氦损耗 率降为零。但是，具有J-T回路的制冷系统结构复杂、价格昂贵，而且还需要有一种冷却磁体电流引线和仪表引线的新方法，原来它们是由蒸发的氦气冷却的。
