Эволюция систем охлаждения в оборудовании для МРТ: от водяного до гелиевого

Магнитно-резонансный томограф является ключевым элементом современной диагностики. Однако процесс генерации магнитного поля для получения диагностического изображения связан с выделением большого количества тепла. Это требует наличия эффективной системы охлаждения МРТ. Во многом именно от неё будет зависеть надёжность работы оборудования и качество получаемых изображений. Такие системы охлаждения прошли долгий эволюционный путь. И даже несмотря на эффективность современных чиллеров их эволюция всё ещё продолжается.

Чиллеры

Для охлаждения аппаратов МРТ и обеспечения их стабильной работы во время сканирования.

Посмотреть цены

Климатические комплексы

Для создания оптимальных условий работы в кабинетах томографии и ангиографии.

Посмотреть цены

Воздушные системы охлаждения МРТ

Изначально проблема нагрева оборудования решалась за счёт простого воздушного охлаждения. Такая система представляла собой вентиляторы, теплообменники, фильтры и контролирующее оборудование. Рассеивание тепла происходило исключительно благодаря циркуляции воздуха. Это было простое и недорогое в обслуживании решение. К тому же вентиляционные фильтры попутно задерживали пыль и другие загрязнения. На этом его плюсы заканчиваются. Минус состоял в том, что охлаждение МРТ воздухом теряет свою эффективность в жарком климате. Или становится нерациональным в силу большого потребления электроэнергии или её высокой стоимости. Но это неплохой вариант для стран, где температура окружающего воздуха не превышает 10 градусов по Цельсию.

Со временем магнитно-резонансные томографы стали больше и мощнее. Производители были вынуждены искать новые способы рассеивания тепла. И их взгляд устремился в сторону жидкостных систем охлаждения томографического оборудования.

Водяные системы охлаждения МРТ

Жидкость обладает большей тепловой ёмкостью, чем воздух. Не зря же вода до сих пор используется во многих системах теплообмена. Водяные системы охлаждения МРТ существенно увеличили эффективность. Они позволяют поддерживать работу медицинского диагностического оборудования даже при высоких нагрузках. Такая система состоит из резервуара, рециркулирующего насоса, теплообменника и трубопроводов, через которые проходит вода. Она циркулирует по контуру и затем возвращается в резервуар для повторного использования. Несмотря на достаточную эффективность, водяное охлаждение занимает много места. И оно лишено достоинств, которыми обладают азотные и гелиевые чиллеры. По этой причине вода эволюционным путём уступила место более совершенным технологиям.

Аппараты МРТ

Для проведения диагностического сканирования и других процедур визуализации.

Посмотреть цены

РЧ-кабины для МРТ

Для защиты аппаратов МРТ и процедурных комнат от электромагнитных и радиочастотных помех.

Посмотреть цены

Азотные системы охлаждения МРТ

Новая эра магнитно-резонансного сканирования наступила с появлением такого понятия как суперпроводник. Это материал, обладающий нулевым электрическим сопротивлением при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю. Поскольку он не обладает электрическим сопротивлением, то способен проводить больший электрический ток. Это позволяет создавать интенсивные магнитные поля. Они генерируются катушками магнита, состоящими из сверхпроводящих материалов. Но вот охлаждающих веществ, способных достичь температуры абсолютного нуля, не так много. Ведь это -273 градуса по Цельсию.

Одним из них является жидкий азот (LN2 - liquid nitrogen). Проводились исследования, которые показали, что охлаждаемая жидким азотом катушка выигрывает в визуализации по соотношению сигнал/шум до 240% в сравнении с катушкой, работающей при комнатной температуре. К тому же системы охлаждения на жидком азоте имеют относительно невысокие капитальные затраты. Но вот их эксплуатационные затраты весьма высоки. Ещё один недостаток кроется в температуре. При температуре ниже -210 градусов азот замерзает и его невозможно использовать в качестве теплоносителя. По этой причине жидкий азот получил широкое распространение в основном в промышленной и научной сфере применения, где не требуется критически низких температур.

Гелиевые системы охлаждения МРТ

Более подходящим теплоносителем для охлаждения катушек магнита МРТ является жидкий гелий. Он замерзает при температуре -268 градусов, что очень близко к абсолютному нулю. Его можно использовать при любой температуре - от абсолютного нуля до температуры окружающей среды. Это делает возможным его применение не только в медицинском диагностическом оборудовании для визуализации, но и во множестве научных исследований или учебном процессе.

Ещё одно преимущество заключается в том, что жидкий гелий является отличным диэлектриком. То есть он не проводит электричество, что играет важную роль в обеспечении безопасности МРТ-сканера. Более того, сама система охлаждения МРТ представляет собой погружение катушек с проводами в непрерывную подачу жидкого гелия под давлением. Это оказывается полезным там, где сложно подключить охладитель к устройству напрямую из-за ограничений, связанных с безопасностью, пространством, шумом, вибрацией, вращающимися устройствами и др.

Недостаток заключается лишь в дороговизне такой системы охлаждения МРТ. Это связано с тем, что большая часть мировых запасов гелия создаётся в результате естественного радиоактивного распада и не может быть синтезирована искусственно, поскольку газ является невозобновляемым ресурсом. При этом для охлаждения среднестатистического МРТ-сканера используется около 1700 литров жидкого гелия, который необходимо периодически доливать. Но производители климатических систем для МРТ нашли решение и этой задачи.

В современном чиллере зачастую гелий изолирован от внешнего мира рубашкой из жидкого азота. Испаряющийся гелий улавливается для охлаждения и повторного использования, что снижает его расход. К тому же литр азота поглощает больше тепловой энергии, чем литр жидкого гелия. Это делает систему более эффективной и менее затратной. Именно такие системы получили широкое распространение для охлаждения аппаратов МРТ 1.5 Тесла от многих мировых производителей.

Чиллеры

Для охлаждения аппаратов МРТ и обеспечения их стабильной работы во время сканирования.

Посмотреть цены

Климатические комплексы

Для создания оптимальных условий работы в кабинетах томографии и ангиографии.

Посмотреть цены

Лазерные системы охлаждения МРТ

Наука всегда пытается заглядывать в будущее в поисках новых решений. Для медицинской диагностики такой инновацией является лазерная система охлаждения магнита томографа. В основе такой технологии лежит эффект Доплера. Частота света настраивается немного ниже электронного перехода в атоме. Поскольку свет настроен на более низкую частоту, атом будет поглощать больше фотонов, движущихся к источнику света. Когда свет подается с двух противоположных направлений, атом рассеивает больше фотонов. Если этот процесс непрерывен, скорость атома уменьшается и, следовательно, уменьшается кинетическая энергия. Это снижает температуру атома, а значит, достигается его охлаждение.

За счёт взаимодействия с одним или несколькими лазерными полями охлаждение может происходить до абсолютного нуля. Этот процесс целиком зависит от длины волны лазерного луча. К примеру, при длине волны 514 нм можно достигнуть охлаждения до -263 градусов. А это уже сравнимо с гелиевыми и азотными охладителями.

Но лазерная технология пока сталкивается с определёнными трудностями. Многие системы просто перегорают, если слишком долго нагреваются. Термическое линзирование повреждает форму луча большинства твердотельных лазеров, а выходная длина волны лазерных диодов сильно зависит от их температуры.

Возможно, в будущем технологический прогресс подарит медицине более совершенную и малозатратную охлаждающую систему. Но на сегодняшний момент самыми востребованными и экономически оправданными являются жидкостные системы охлаждения на основе жидкого гелия и азота.