Squid 全張量測量模塊、心磁信號(hào)探測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物磁探測領(lǐng)域，特別是涉及一種SQUID全張量測量模塊、心磁信號(hào) 探測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于超導(dǎo)量子干涉器件（SuperconductingQuantumInterferenceDevice，以下 簡稱SQUID)的磁傳感器是目前已知的最靈敏的磁傳感器，其中低溫超導(dǎo)SQUID靈敏度優(yōu)于 10飛特，高溫超導(dǎo)SQUID靈敏度優(yōu)于100飛特。SQUID磁傳感器是重要的高端應(yīng)用傳感器， 廣泛應(yīng)用于生物磁，地球物理探測，極低場核磁共振等微弱磁場探測用用領(lǐng)域，具有很高的 科研和應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 磁場是矢量場，包含磁場信息、一階梯度信息及高階梯度信息等豐富的信息，通過 這些磁場信息的反演可以推斷場源的信息。在實(shí)際應(yīng)用中磁場和磁場的一階梯度信息應(yīng)用 最為廣泛。
[0004] 隨著生命科學(xué)的迅速發(fā)展，生命的奧妙不斷吸引數(shù)學(xué)，物理，化學(xué)，電子和信息等 學(xué)科的研究與之交叉滲透，人類企圖從更深層次上揭示生命活動(dòng)的基本規(guī)律，從而探索生 命的秘密。心磁信號(hào)的檢測是近年來發(fā)展起來的一種新的無創(chuàng)檢測心臟電功能的技術(shù)。心 肌細(xì)胞的興奮伴隨著活動(dòng)電流的產(chǎn)生，根據(jù)畢奧薩伐爾定律，活動(dòng)電流在其周圍產(chǎn)生磁場， 在體表測得該磁場的心磁信號(hào)是心臟信息的載體。自從1963年心臟磁場被Baule和Mefee 首次記錄至今，心磁信號(hào)的檢測技術(shù)已有很大的發(fā)展，特別是SQUID的問世及廣泛應(yīng)用，有 力地推動(dòng)了心磁檢測及其衍生產(chǎn)品心磁圖（Magnetocardiogram，MCG)的臨床應(yīng)用。
[0005] 目前在心磁信號(hào)探測中，主要采用多個(gè)SQUID磁強(qiáng)計(jì)或者SQUID梯度計(jì)形成陣列， 探測心磁信號(hào)在探測平面內(nèi)隨時(shí)間的變化特性，從而診斷心臟疾病。但是現(xiàn)有技術(shù)中很少 探測心磁信號(hào)的梯度信息，尤其是全張量磁梯度信號(hào)，因此，現(xiàn)有技術(shù)探測得到的心磁信號(hào) 的信息量比較少，無法全面評(píng)價(jià)心臟功能，嚴(yán)重影響了心磁信號(hào)探測領(lǐng)域的發(fā)展。
[0006] 如何提高心磁信號(hào)中的信息含量，進(jìn)而全面評(píng)價(jià)心臟功能、診斷心臟疾病已成為 本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種SQUID全張量測量模 塊、心磁信號(hào)探測裝置及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中心磁信號(hào)的信息量比較少，無法全面評(píng) 價(jià)心臟功能并診斷心臟疾病等問題。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種SQUID全張量測量模塊，所述 SQUID全張量測量模塊至少包括：
[0009] 全張量梯度計(jì)和三軸磁強(qiáng)計(jì)，所述全張量梯度計(jì)包括設(shè)置于多個(gè)互不平行傾斜面 上的多個(gè)SQUID梯度計(jì)，所述三軸磁強(qiáng)計(jì)包括設(shè)置于3個(gè)互相垂直的面上的3個(gè)SQUID磁 強(qiáng)計(jì)。
[0010] 優(yōu)選地，所述全張量梯度計(jì)包括6個(gè)SQUID梯度計(jì)，分布于6個(gè)傾斜面上，各SQUID 梯度計(jì)所在傾斜面構(gòu)成六棱錐或六棱臺(tái)。
[0011] 更優(yōu)選地，所述傾斜面與底面所成角度為20°~30°或60°~70°
[0012] 更優(yōu)選地，所述SQUID磁強(qiáng)計(jì)設(shè)置于立方體的3個(gè)互相垂直的表面上，所述立方體 位于所述六棱錐或六棱臺(tái)內(nèi)。
[0013] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于SQUID的心磁信號(hào)探測裝 置，所述基于SQUID的心磁信號(hào)探測裝置至少包括：
[0014] 上述的SQUID全張量測量模塊，所述SQUID全張量測量模塊浸沒于制冷液體中；連 接于所述SQUID全張量測量模塊的讀出電路以及連接于所述讀出電路的數(shù)據(jù)采集模塊。
[0015] 優(yōu)選地，若所述SQUID全張量測量模塊中的SQUID器件為高溫超導(dǎo)材料制成，則所 述制冷液體為液氮；若所述SQUID全張量測量模塊中的SQUID器件為低溫超導(dǎo)材料制成，則 所述制冷液體為液氦。
[0016] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于SQUID的心磁信號(hào)探測方 法，所述基于SQUID的心磁信號(hào)探測方法至少包括：
[0017] 將被測對象的心臟置于SQUID全張量測量模塊的正下方；
[0018] 對心磁信號(hào)進(jìn)行采集，同時(shí)得到磁強(qiáng)計(jì)信號(hào)和梯度計(jì)信號(hào)；
[0019] 根據(jù)所述梯度計(jì)信號(hào)獲得心磁信號(hào)的全張量梯度信號(hào)；
[0020] 根據(jù)所述心磁信號(hào)的全張量梯度信號(hào)獲得特征值和轉(zhuǎn)動(dòng)不變量，并對所述特征值 和所述轉(zhuǎn)動(dòng)不變量進(jìn)行分析。
[0021] 優(yōu)選地，所述基于SQUID的心磁信號(hào)探測方法在磁屏蔽環(huán)境或者安靜的地球磁場 環(huán)境中進(jìn)行。
[0022] 優(yōu)詵地，所沭心磁信號(hào)的全張量梯度信號(hào)G;滿足關(guān)系式：
[0023]
[0024] 其c
9x方向磁場Bx在x、y、z方向的一階梯度分量，
%y方向磁場By在x、y、z方向的一階梯度分量：
為z方向磁場Bz在x、y、z方向的一階梯度分量。
[0025] 如上所述，本發(fā)明的SQUID全張量測量模塊、心磁信號(hào)探測裝置及方法，具有以下 有益效果：
[0026] 本發(fā)明的SQUID全張量測量模塊、心磁信號(hào)探測裝置及方法應(yīng)用于心磁信號(hào)的探 測中，采用一個(gè)SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)和一個(gè)由多個(gè)SQUID梯度計(jì)構(gòu)建成的全張量梯度計(jì)，同時(shí) 采集心磁信號(hào)的磁場信息和一階梯度信息?？梢垣@得心磁信號(hào)的全方位信息，心磁信號(hào)的 一階梯度的全張量梯度信息，通過一階梯度信息可以獲取其特征值、轉(zhuǎn)動(dòng)不變量等附加信 息，獲得更加豐富的心磁信號(hào)信息，為心臟疾病的診斷提供新手段。
【附圖說明】
[0027] 圖1顯示為本發(fā)明的SQUID全張量測量模塊示意圖。
[0028] 圖2顯示為本發(fā)明的基于SQUID的心磁信號(hào)探測裝置示意圖。
[0029] 圖3顯示為本發(fā)明的基于SQUID的心磁信號(hào)探測方法的流程示意圖。
[0030] 圖4顯示為本發(fā)明的梯度計(jì)信號(hào)波形示意圖。
[0031] 圖5顯示為本發(fā)明的梯度計(jì)信號(hào)特征值示意圖。
[0032] 圖6顯示為本發(fā)明的梯度計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)不變量示意圖。
[0033] 元件標(biāo)號(hào)說明
[0034] 1 基于SQUID的心磁信號(hào)探測裝置
[0035] 11 SQUID全張量測量模塊
[0036] 111 SQUID梯度計(jì)
[0037] 112 正六棱臺(tái)
[0038] 113 SQUID磁強(qiáng)計(jì)
[0039] 114 正立方體
[0040] 12 杜瓦
[0041] 13 讀出電路
[0042] 14 數(shù)據(jù)采集模塊
[0043] a 傾斜面與底面所成角度
[0044] S1 ~S4 步驟
【具體實(shí)施方式】
[0045] 以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí) 施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0046] 請參閱圖1~圖6。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明 本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù) 目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其 組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0047] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種SQUID全張量測量模塊11，所述SQUID全張量測量模 塊11至少包括：全張量梯度計(jì)和三軸磁強(qiáng)計(jì)。
[0048] 所述全張量梯度計(jì)包括設(shè)置于多個(gè)互不平行傾斜面上的多個(gè)SQUID梯度計(jì)111， 用于實(shí)現(xiàn)全張量梯度信息的采集。
[0049] 如圖1所示，在本實(shí)施例中，所述全張量梯度計(jì)包括分布于6個(gè)互不平行傾斜面 上的6個(gè)SQUID梯度計(jì)111，6個(gè)SQUID梯度計(jì)111所在傾斜面構(gòu)成一六棱錐或六棱臺(tái)，在 本實(shí)施例中，各傾斜面均勻分布，構(gòu)成正六棱臺(tái)112。理論上，各傾斜面與底面所成角度a 除45°外均可實(shí)現(xiàn)全張量梯度信息的采集，在各傾斜面與底面所成角度a優(yōu)選為20°~ 30°或60°~70°時(shí)全張量梯度信息的采集效果更佳。在本實(shí)施例中，各傾斜面與底面所 成角度a設(shè)定為63. 5°。
[0050] 如圖1所示，6個(gè)SQUID梯度計(jì)111貼靠于所述正六棱臺(tái)112的各傾斜面上，均勻 分布（為了避免附圖過于復(fù)雜，圖1中僅顯示一個(gè)SQUID梯度計(jì)111的位置，根據(jù)文字部分 的敘述可以準(zhǔn)確理解其他SQUID梯度計(jì)的分布情況）。所述SQUID梯度計(jì)111為相互連接 的2個(gè)矩形框，所述SQUID梯度計(jì)111由超導(dǎo)材料制成，用于將檢測到的梯度計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換為 電壓信號(hào)，以便于對心磁信號(hào)進(jìn)行分析。
[0051] 所述三軸磁強(qiáng)計(jì)包括設(shè)置于3個(gè)互相垂直的面上的3個(gè)SQUID磁強(qiáng)計(jì)113。
[0052] 如圖1所示，在本實(shí)施例中，所述三軸磁強(qiáng)計(jì)包括設(shè)置于立方體的3個(gè)互相垂直的 表面上的3個(gè)SQUID磁強(qiáng)計(jì)113。在本實(shí)施例中，所述立方體為正立方體114。所述正六棱 臺(tái)112內(nèi)為圓錐形的空腔，所述正立方體114位于所述正六棱臺(tái)112內(nèi)的空腔中。
[0053] 如圖1所示，3個(gè)SQUID磁強(qiáng)計(jì)113貼靠于所述正立方體114的3個(gè)互相垂直的表 面上，均勻分布（圖1中僅顯示一個(gè)位于所述正立方體114右側(cè)的SQUID磁強(qiáng)計(jì)113,另外 2個(gè)分別位于所述正立方體114的后側(cè)和底側(cè)，圖1中未顯示）。所述SQUID磁強(qiáng)計(jì)113為 1個(gè)圓環(huán)，所述SQUID磁強(qiáng)計(jì)113由超導(dǎo)材料制成，用于將檢測到的磁強(qiáng)計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓 信號(hào)，以便于對心磁信號(hào)進(jìn)行分析。
[0054] 所述SQUID梯度計(jì)111及所述SQUID磁強(qiáng)計(jì)分別通過導(dǎo)線連接至外部電路，將檢 測到的心磁信號(hào)以電壓方式輸出，以便于后續(xù)分析處理。
[0055] 如圖2所示，本發(fā)明提供一種包括上述SQUID全張量測量模塊11的基于SQUID的 心磁信號(hào)探測裝置11，所述基于SQUID的心磁信號(hào)探測裝置1至少包括：