CN108392195A - 用于心磁测量的主动磁屏蔽式激光泵浦磁力仪 - Google Patents

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    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
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Abstract

一种用于心磁测量的主动磁屏蔽式激光泵浦磁力仪，包括：位于三维亥姆霍兹线圈内的三维旋转平台以及依次设置于三维旋转平台上的泵浦激光光源、λ/4波长光学镜片系统、铯原子气室、光电二极管和光泵磁力仪信号检测电路系统，本发明能够检测出三维环境磁场大小，通过线圈驱动电源产生与环境磁场相反的磁场，从而抵销环境磁场对光泵磁力仪测量过程的影响，本发明能够充分发挥激光泵浦磁力仪高精度的优点，实现与量子超导磁力仪同等精度的心磁检测，激光泵浦磁力仪检测心磁图像时具有设备维护成本低、操作简单等优点。

Description

用于心磁测量的主动磁屏蔽式激光泵浦磁力仪
技术领域
本发明涉及的是一种医疗检测领域的技术，具体是一种用于心磁测量的主动磁屏蔽式激光泵浦磁力仪。
背景技术
心磁图同时测量交变和直流(恒定)的磁场信号，并可以实现离开人体进行三维空间的非接触式测量，能够获得比心电图更多的信息和更准确的信息，因此心磁图在心血管疾病的预测方面有重要的作用。但是人体心脏产生的心磁场非常微弱，外界噪声(地磁、环境磁场等)很容易将心磁淹没，因此心磁测量需要特别高灵敏度的磁强计，普通医院临床上尚没有普及可以测量心磁图的磁力计，还没有发挥心磁图在临床心脏疾病诊断中的作用。
发明内容
本发明针对现有心磁图检测过程中需要磁屏蔽室和低温超导等复杂检测环境的限制和不足，提出一种用于心磁测量的主动磁屏蔽式激光泵浦磁力仪，充分发挥激光泵浦磁力仪高精度的优点，实现与量子超导磁力仪同等精度的心磁检测，激光泵浦磁力仪检测心磁图像时具有设备维护成本低、操作简单等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种用于心磁测量的主动磁屏蔽式激光泵浦磁力仪，包括：位于三维亥姆霍兹线圈内的三维旋转平台以及依次设置于三维旋转平台上的作为载波光源的泵浦激光光源、λ/4波长光学镜片系统、铯原子气室、光电二极管和光泵磁力仪信号检测电路系统，其中：原子气室内的碱金属电子将其受静磁场和射频磁场作用产生的拉莫进动调制到泵浦激光，由光电二极管将光信号转换为电信号并输出至光泵磁力仪信号检测电路系统，经光泵磁力仪信号检测电路系统解调后得到拉莫进动的信号并得出磁场信息。
所述的三维旋转平台设置于X/Y/Z三轴正交亥姆霍兹线圈中心，初始安装位置方向为X/Y/Z三轴正交亥姆霍兹线圈中心沿Z轴方向。
所述的三维旋转平台用于承载铯原子气室、λ/4波长光学镜片系统、泵浦激光光源、光电二极管和光泵磁力仪信号检测电路系统，该三维旋转平台内置两个旋转轴，从而能够在X、Y、Z轴之间互相旋转。
所述的X/Y/Z三轴正交的亥姆霍兹线圈在三轴线圈驱动源不同驱动电流激励下，能够产生不同强度的正交磁场，通过合理控制X/Y/Z三轴正交线圈内的电流大小，可以使三轴正交线圈中心处磁场与环境磁场相互抵消，实现三维正交线圈中心一定尺寸范围内的环境磁场为零，实现主动屏蔽环境磁场目的，最终消除心磁测量过程中环境磁场的干扰。铯原子气室安装于三维正交线圈中心处，通过控制三轴线圈驱动电源大小，使铯原子气室内感受到的环境干扰磁场强度大小为0，达到主动屏蔽环境磁场对于激光泵浦磁力仪的效果。
所述的光泵磁力仪信号检测电路系统，包括：光电转换电路、前置放大电路、消除偏置电路、后置放大电路和滤波电路，其中：光电转换电路将来自光电二极管的电流信号转换为电压信号，经由前置放大电路、消除偏置电路和后置放大电路依次进行放大、消除偏置和二次放大，由滤波电路输出滤波后的电压调制信号。
本发明涉及上述主动磁屏蔽式激光泵浦磁力仪的磁屏蔽方法，通过三维旋转平台依次沿x、y、z轴旋转并测得三轴方向上的环境磁场大小后，光泵磁力仪控制系统控制三维亥姆霍兹线圈的电源产生相对应驱动电流，驱动电流在X/Y/Z三维亥姆霍兹线圈中心产生与每个主动磁屏蔽式激光泵浦磁力仪测量得到的磁场大小相同的反向磁场，反向磁场将铯原子气室的环境磁场抵消，即在三维亥姆霍兹线圈中心处的环境磁场大小为零，实现主动屏蔽环境磁场的目的。
所述的三轴方向上的环境磁场，通过以下方式测得：当铯原子气室、λ/4波长光学镜片系统、泵浦激光光源和光电二极管位于X轴时，光泵磁力仪信号检测电路系统检测出X轴方向的环境磁场大小；当铯原子气室、λ/4波长光学镜片系统、泵浦激光光源和光电二极管位于Y轴时，光泵磁力仪信号检测电路系统检测出Y轴方向的环境磁场大小；当铯原子气室、λ/4波长光学镜片系统、泵浦激光光源和光电二极管位于Z轴时，光泵磁力仪信号检测电路系统检测出Z轴方向的环境磁场大小。
所述的驱动电流为其中：通过上述方法测量出X轴、Y轴及Z轴环境磁场大小，利用上述公式计算出三维亥姆霍兹线圈中产生对应大小的驱动电流，但电流方向与环境磁场方向相反，这样可以抵消环境磁场，实现三维亥姆霍兹线圈中心处磁场为零。
技术效果
与现有技术相比，本发明充分利用激光泵浦磁力仪高精度测量弱磁的优势，同时具备价格和维护成本低的优势，实现与现有量子超导磁力仪同等精度的心磁测量。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2本发明在心磁测量过程示意图；
图中：铯原子气室1、λ/4波长光学镜片系统2、泵浦激光光源3、光电二极管4、光泵磁力仪信号检测电路系统5、三维旋转平台6、三维亥姆霍兹线圈7、受试者8。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：位于三维亥姆霍兹线圈7内的三维旋转平台6以及依次设置于三维旋转平台6上的泵浦激光光源3、λ/4波长光学镜片系统2、铯原子气室1、光电二极管4和光泵磁力仪信号检测电路系统5，其中：三维旋转平台6设置于X/Y/Z三轴正交亥姆霍兹线圈7中心，初始安装位置方向为X/Y/Z三轴正交亥姆霍兹线圈中心沿Z轴方向。
根据测量需要，所述的三维旋转平台6用于承载铯原子气室1、λ/4波长光学镜片系统2、泵浦激光光源3、光电二极管4和光泵磁力仪信号检测电路系统5从Z轴旋转至Y轴或从Z轴旋转至X轴。
当铯原子气室1、λ/4波长光学镜片系统2、泵浦激光光源3和光电二极管4位于X轴时，光泵磁力仪信号检测电路系统5检测出X轴方向的环境磁场大小；当铯原子气室1、λ/4波长光学镜片系统2、泵浦激光光源3和光电二极管4位于Y轴时，光泵磁力仪信号检测电路系统5检测出Y轴方向的环境磁场大小；当铯原子气室1、λ/4波长光学镜片系统2、泵浦激光光源3和光电二极管4位于Z轴时，光泵磁力仪信号检测电路系统5检测出Z轴方向的环境磁场大小。
通过检测出X轴、Y轴及Z轴三轴方向的环境磁场大小，控制三维亥姆霍兹线圈驱动源产生相对应驱动电流，驱动电流在X/Y/Z三维亥姆霍兹线圈中心产生与测量得到的磁场大小相同的反向磁场，反向磁场将铯原子气室的环境磁场抵消，实现屏蔽环境磁场的目的，即在三维亥姆霍兹线圈7中心处的环境磁场大小为零。
在完成环境磁场的测试和屏蔽之后，将受试者8移至铯原子气室1，铯原子气室1靠近受试者胸部，开展心磁测量，由于环境磁场已经通过三维亥姆霍兹线圈屏蔽消除，铯原子气室1测量得到的磁场大小为受试者8心脏在该位置处产生的心磁大小，改变受试者8相对于铯原子气室1的相对位置，可以测量出受试者8心脏在第二个位置产生的心磁大小，多次重复测试，将所有位置上测试得到的心磁大小按等高线图连接起来，可以测量得到受试者8心脏产生的心磁图。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (5)

1.一种用于心磁测量的主动磁屏蔽式激光泵浦磁力仪，其特征在于，包括：位于三维亥姆霍兹线圈内的三维旋转平台以及依次设置于三维旋转平台上的作为载波光源的泵浦激光光源、λ/4波长光学镜片系统、铯原子气室、光电二极管和光泵磁力仪信号检测电路系统，其中：原子气室内的碱金属电子将其受静磁场和射频磁场作用产生的拉莫进动调制到泵浦激光，由光电二极管将光信号转换为电信号并输出至光泵磁力仪信号检测电路系统，经光泵磁力仪信号检测电路系统解调后得到拉莫进动的信号并得出磁场信息。
2.根据权利要求1所述的激光泵浦磁力仪，其特征是，所述的三维旋转平台设置于X/Y/Z三轴正交亥姆霍兹线圈中心，初始安装位置方向为X/Y/Z三轴正交亥姆霍兹线圈中心沿Z轴方向；该三维旋转平台用于承载铯原子气室、λ/4波长光学镜片系统、泵浦激光光源、光电二极管和光泵磁力仪信号检测电路系统，该三维旋转平台内置两个旋转轴，从而能够在X、Y、Z轴之间互相旋转。
3.根据权利要求1所述的激光泵浦磁力仪，其特征是，所述的光泵磁力仪信号检测电路系统，包括：光电转换电路、前置放大电路、消除偏置电路、后置放大电路和滤波电路，其中：光电转换电路将来自光电二极管的电流信号转换为电压信号，经由前置放大电路、消除偏置电路和后置放大电路依次进行放大、消除偏置和二次放大，由滤波电路输出滤波后的电压调制信号。
4.一种基于上述任一权利要求所述主动磁屏蔽式激光泵浦磁力仪的磁屏蔽方法，其特征在于，通过三维旋转平台依次沿x、y、z轴旋转并测得三轴方向上的环境磁场大小后，光泵磁力仪控制系统控制三维亥姆霍兹线圈的电源产生相对应驱动电流，驱动电流在X/Y/Z三维亥姆霍兹线圈中心产生与每个主动磁屏蔽式激光泵浦磁力仪测量得到的磁场大小相同的反向磁场，反向磁场将铯原子气室的环境磁场抵消，即在三维亥姆霍兹线圈中心处的环境磁场大小为零，实现主动屏蔽环境磁场的目的。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述的三轴方向上的环境磁场，通过以下方式测得：当铯原子气室、λ/4波长光学镜片系统、泵浦激光光源和光电二极管位于X轴时，光泵磁力仪信号检测电路系统检测出X轴方向的环境磁场大小；当铯原子气室、λ/4波长光学镜片系统、泵浦激光光源和光电二极管位于Y轴时，光泵磁力仪信号检测电路系统检测出Y轴方向的环境磁场大小；当铯原子气室、λ/4波长光学镜片系统、泵浦激光光源和光电二极管位于Z轴时，光泵磁力仪信号检测电路系统检测出Z轴方向的环境磁场大小。
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