本发明专利技术涉及一种用于无屏蔽的心磁图仪的一阶梯度补偿模块及方法，其特征在于所述的一阶梯度补偿模块式以引入的3个z方向参考磁强计与已知的三轴模块中的z方向参考磁强计共同构筑而成的；所述引入的3个z方向参考磁强计分别为SQz1、SQz2和SQz3，其中SQz1和SQz2与三轴模块的SQz在同一平面内，SQz3和SQz为同一轴线。所述的补偿方法1）首先，构筑一阶梯度补偿模块，模块与梯度计相对位置保持一定；2）进行低温测试并在软件算法上优化；3）采集真实心磁信号。本发明专利技术不局限于无屏蔽心磁图仪而且适用于多通道无屏蔽或有屏蔽的心磁图仪。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
心磁图仪能探测心脏电生理活动过程中产生的微弱磁场，具有灵敏度高、完全无创、完全被动、非接触等特殊优点，有望成为新一代高端医疗临床研究和临床诊断设备，用于高危人群的健康筛查和冠心病的早期诊断M. Hamalainen et al, Magnetoencephalo graphy-theory, instrumentation, andapplications to noninvasive studies of the working human brain, Rev. Mod. Phys. 65 (2), 413 (1993) ]D心磁图仪的诊断能力及可靠性取决于探测到的心磁信号质量，而成人心磁的典型强度为IOOpT (1ρΤ=10_12Τ)，仅为地球环境磁场强度的一百万分之一左右，因而探测到高信噪比的心磁信号的难度非常大。从强大的背景磁场中提取极为微弱的心磁信号取决于两个方面1)高灵敏度的磁传感器，用于探测微弱心磁信号；2)噪声抑制技术，抑制背景磁场。目前，心磁图领域中应用最为成熟的磁传感器为超导量子干涉器件(SQUID)，典型的磁场灵敏度为 3 5fT/ V HzR.L. Fagaly et al, Superconducting quantum interference device instrument s and applications, Rev. Sc1.1nst. 77, 101101 (2006)。为了得到高信噪比的心磁信号，心磁图仪的另一巨大挑战是对强大的背景磁场的抑制，因而环境噪声抑制技术为心磁图仪的关键技术之一。无屏蔽环境下心磁测量中噪声抑制手段主要是采用梯度计技术，但由于硬件梯度计支撑材料制作工艺不完善以及人工绕制误差等因素的存在，导致梯度计存在一定的不平衡度，该不平衡度使得硬件梯度计对于环境磁场中的均匀场及梯度场均有响应J. VRBA, J. MCCUBBLN, First-Gradient Balancingof Higher-Order Gradiometers.1l Nuovo Cimento D. Volume 2, Number 2 (1983)，142-152。为了进一步提高硬件梯度计的噪声抑制能力，通常使用三轴参考磁强计对背景场进行补偿，所采取的补偿算法主要有频率最小二乘，时域最小二乘等Shulin Zhang, Yongliang Wang, Huiwu Wang, Shiqin Jiang and XiaomingXie, Quantitative evaluation of signal integrity for magnetocardiography, Phys. Med. Biol. 54 (2009) 4793，而三轴参考磁强计主要抑制梯度计对环境场均匀分量的响应，而对其梯度响应，特别是一阶梯度响应抑制能力有限。因此， 当无屏蔽心磁图仪的应用环境中磁梯度环境(磁梯度来源包括心磁图仪机械振动、近源大功率电气设备干扰等)较为严重时，所探测到的心磁信号信噪比将下降，进而降低了心磁图仪的诊断能力及系统可靠性。为了提高心磁信号质量，增强心磁图仪的诊断可靠性，需要对环境磁场中的磁梯度噪声，特别是磁场的一阶梯度分量进行有效抑制，因此设计一个低成本、简单可靠的一阶梯度补偿模块是心磁图仪不可或缺的重要组成部分。从而引导出本申请的构思。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于无屏蔽心磁图仪的一阶梯度补偿模块及补偿方法， 利用该模块及所提供的补偿方法，可以有效抑制环境磁场中主要的一阶梯度分量，实现高信噪比心磁信号的探测。本专利技术是在已有的三轴参考磁强计补偿二阶硬件梯度计的基础上加入包含3个独立的磁场一阶梯度分量的一阶梯度补偿模块，补偿二阶梯度计对环境磁场的一阶梯度响应。具体做法是是新加入3个z方向磁强计与已有的三轴模块中z方向参考磁强计共同构筑成一阶梯度补偿模块，与三轴参考磁强计共同作用。该一阶梯度补偿模块新引入3个独立的磁场梯度分量M7Idx，dBJdy，357/&(磁场梯度分量共九个，其中共五个为独立分量，另外两个独立分量为-SByIdx，95y/办)，并通过滑窗最小二乘算法shulin Zhang,Quantitativeevalucation of signal integrity for Magnetocardiography. Phys. Med. Biol. 544793对二阶梯度计中的3个一阶梯度响应分量进行补偿，提高心磁信号的信噪比。本专利技术的具体设计思路及方案如下1、磁强计补偿梯度计剩余响应原理已知梯度计的输出响应为G，三轴参考磁强计的响应分别为Bx，By, Bz，则梯度计经三轴补偿之后的输出为S，SzG-k^-k^By-k^,其中k1; k2, k3为补偿系数,可通过滑窗最小二乘算法确定。在三轴补偿的基础之上，额外引入3个z方向磁强计(响应分别为Bz1，Bz2， Bz3)与三轴补偿共同作用(新引入的3个z方向磁强计与三轴及梯度计相对位置及构型见附图1 )，则同时有6个分量来补偿梯度计响应S = G- a ^x- a 2By- a 3Bz-qiBzl-q2Bz2-q3Bz3，其实质为i = O-λ-具-k2Bv -1ciB:-k4 -k5 -k6 二广，磁场对位置的泰勒展开仅考虑到一阶'we Dy OZ·梯度项，显然补偿项中包含了 3个磁场的一阶梯度分量。其对应的滑窗最小二乘算法目标./τ H!函数为-J = ~σ^~α^' ~α -(!Au-( β。~ciAvy，其中η为窗长,通过求出使目标函数为最小值时的6个系数(Ci1, α2, a3，qi，q2，q3)之后，再次代入即可补偿梯度计中包含3个独立一阶梯度分量响应在内的剩余响应。2、一阶梯度补偿模块附图一中SQzl、SQz2与三轴模块的SQz在同一平面内，SQz3与SQz为同一轴线，SQz, SQzl> SQz2和SQz3共同构筑成一阶梯度补偿模块，该模块具体形式(线绕磁强计或平面磁强计)和尺寸和参数规格需根据实际情况调整，以当前无屏蔽4通道心磁图仪为例，所选全部 6个参考补偿通道均为线绕磁强计，直径为1. 5mm，构筑成的一阶梯度补偿模块的尺寸为 Bz-Bzl间距、Bz-Bz2间距、Bz-Bz3间距均相等，为4cm。考虑到心磁图仪的磁敏感特性，线绕磁强计所选用的支撑材料需为无磁材料，同时因其作为参考通道，与梯度计所在位置较近，材料选取不可为金属。玻璃钢(fiber glass)为优秀候选材料,其特点如下质轻且硬,不导电，无磁，机械强度高，可加工性好。与图1相对应，应用于无屏蔽心磁图仪中的一阶梯度补偿模块实物效果示意图见附图2。本专利技术公开了一种用于无屏蔽心磁图仪的一阶梯度补偿模块及补偿方法，并以当前4通道无屏蔽心磁图仪为实例进行实施和设计。但本专利技术的设计思想和应用决非仅限于 4通道无屏蔽心磁图仪，可用于其他多通道无屏蔽或有屏蔽的心磁图仪，具体的一阶梯度补偿模块构型需以实际情况为准——可为磁场一阶梯度全补偿构型(补偿全部九个分量)，或磁梯度单一分量补偿构型(如仅引入SQz3，对应引入的补偿项为I)等。本专利技术所涉及的补fk偿方法主要包括以下几个方面本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于无屏蔽的心磁图仪的一阶梯度补偿模块，其特征在于所述的一阶梯度补偿模块式以引入的3个z方向参考磁强计与已知的三轴模块中的z方向参考磁强计共同构筑而成的；所述引入的3个z方向参考磁强计分别为SQz1、SQz2和SQz3，其中SQz1和SQz2与三轴模块的SQz在同一平面内，SQz3和SQz为同一轴线。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曾佳，邱阳，张树林，王永良，孔祥燕，刘明，李华，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。