CN113907759A - 防传染心脑功能检测方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于原子磁强计的高精度多通道生物磁检测系统，包括检测设备和防传染设备，所述检测设备用于检测被检测体的生物磁信号，所述防传染设备用于将所述检测设备与被检测体分开，所述检测设备包括传感模块、数据收集模块、软件模块，所述传感模块用于探测磁信号，所述数据收集模块用于对采集到的磁信号进行处理，所述软件模块用于对接收到的磁信号进行分析得出检测结果。所述防传染设备包括保护层、隔离层及保护装置。本发明是可以预防传染疾病传染的生物磁检测系统，可以用于心脏，大脑和其他生物器官功能检测系统，是高灵敏度、可穿戴、高集成化的智能检测系统。
Description
技术领域
本发明属于传染病预防，医学诊断和治疗系统领域，尤其涉及一传染病预防，生物磁检测，与心脑功能分析的无缝连接。本发明开发一种安全，高灵敏度的医学设备，尤其涉及一种用原子磁强计检测生物磁信号的生物磁系统。
背景技术
生物磁是指生物所表现出的磁现象。每个生物细胞可以看作一个微型电池，也可以看作一个微型磁极子。生物，包括人体的磁性活动至少有三种来源：(1)生物电荷运动产生的磁场；(2)生物磁性材料产生的感应磁场，即生物活体组织内的某些物质具有一定的磁性，它们在地磁场或外界磁场的作用下产生的感应磁场；(3)生物体内强磁场物质产生的磁场。
生物磁研究比较多的是脑磁图(Magnetoencephalography,MEG)。脑磁图是一种非侵入性神经成像技术，它直接测量人脑产生的磁场。脑磁图已广泛用于癫痫灶定位、神经外科手术前脑功能定位等功能性疾病的诊断和治疗。脑磁图也是一种无创的脑功能精确解剖定位成像技术，对于微创精准外科手术具有无可替代重要价值。在神经外科领域，以最小的损伤得到最佳的治疗效果、并最大限度地保全神经功能的微创手术理念是目前国际和国内神经外科临床研究和实践的热点。心磁图(Magnetocardiography,MCG)是生物磁的专业领域。心磁信号包含了比心电信号更全面的生理信息，更能反映心脏的生理状态，例如发生冠状动脉血管狭窄和缺血时，都会反映在心磁信号的异常中，且具有无辐射、无创、灵敏度高和早期诊断能力好的优点，可以诊断出心肌梗塞、心肌缺血、冠心病的早期症状。
相较于生物磁检测，传统生物电检测需要直接与病人长时间接触。比如，心电图通常在肢体上放置2个以上的电极(直接固定)，他们两两组成一对进行测量(如左臂电极(LA)，右臂电极(RA)，左腿电极(LL)可以这样组合：LA+RA，LA+LL，RA+LL)。每个电极对的输出信号称为一组导联。导联简单的说就是从不同的角度去看心脏电流的变化。心电图的种类可以以导联来区分，如3导联心电图，5导联心电图与12导联心电图，等等。12导联心电图是临床最常见的一种，可以同时记录体表12组导联的电位变化，并在心电图纸上描绘出12组导联信号，常用于一次性的心电图诊断。3导联及5导联心电图多用于需要通过监视器连续检测心电活动的情况，如手术过程中或在救护车转运病人时的监护中。根据仪器的不同，这种连续监测的非常容易导致传染。脑电图(EEG)测量随着时间的推移的电流的大小。脑电图检查通常在医院进行。通常情况下，做脑电图期间病人躺在床上。有时做脑电图期间病人坐着。技师将测量病人的头部，并且用蜡笔做上标记，这样技师将知道在何处放置称为电极的小金属环。在病人的头部标记的区域，将用稠的肥皂液清洁。然后用药膏和纱布将电极紧紧的放在病人的头部。毫无疑问，这种连续监测的非常容易导致传染。
临床医学有很多传染病，其中包括流感，新型冠状病毒(COVID-19)等。流感是一种传染性呼吸系统疾病，由被称为流行性感冒的病毒引起。它可以引起轻微到严重的疾病。流行性感冒病毒主要有两种类型：甲型和乙型。这些病毒通常在人群中传播，从而引发每年季节性流感的流行。2019冠状病毒病(COVID-19)，是一种由严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2型引发的传染病。该疾病常见的症状包括发热、咳嗽、疲劳、呼吸急促、味嗅觉丧失。大多数出现明显症状患者(81％)出现轻度至中度症状(最多为轻度肺炎)，而14％出现严重症状(呼吸困难、缺氧或影像学上超过50％的肺部受累)，5％出现危急症状(呼吸衰竭、休克或多重器官衰竭)。
生物磁信号检测不需要将磁传感器紧紧的放在病人的身体上面(如：头皮或者其他部位)。而且，需要用无磁传染预防设备，预防各种传染疾病，包括COVI-19,流感等。COVID-19通过感染者呼出含有病毒的飞沫和非常小的颗粒传播。这些飞沫和颗粒可能被其他人吸入，或落在他们的眼睛和口鼻中。生物磁检测与传染病预防无缝连接，解决临床上的难题。
发明内容
为此，本发明提供了一种基于原子磁强计的高精度多通道生物磁检测系统，该系統用磁强计和生物磁检测系统，通过检测心脏、大脑和其他生物器官功能活动的磁信号来分析功能信息，与目前的生物磁检测方法和系统不同，本发明会用防传染、可消毒、无磁薄膜将检测仪器与病人(或者被检测者)分开。病人(或者被检测者)和操作者(或检测者)可以穿戴无磁，防传染设备(口罩，帽子，衣服等)。本发明包括硬件，软件和技术资料，是高灵敏度、可穿戴、高集成化的智能检测方法和系统。
为实现上述目的，本发明主要采用以下技术方案：
一种基于原子磁强计的高精度多通道生物磁检测系统，包括检测设备和防传染设备，所述检测设备用于检测被检测体的生物磁信号，所述防传染设备用于将所述检测系统与被检测体分开，所述检测设备包括传感模块、数据收集模块、软件模块，所述传感模块用于探测磁信号，所述数据收集模块用于对采集到的磁信号进行处理，所述软件模块用于对接收到的磁信号进行分析得出检测结果；所述防传染设备包括保护层、隔离层及保护装置，所述防传染设备为传染预防材料，其通过无磁噪音检测，厚度和尺寸与所述检测设备匹配。
优选的，所述传感模块包括定位探头、磁强计探头。
优选的，所述传感模块固定于固定装置，所述隔离层配合所述固定装置形状，设置于所述固定装置。
优选的，所述固定装置由3D打印技术制作，其上均匀分布有安装槽口，所述安装槽口数量为以下数量其中之一：8、16、32、64、128。
优选的，所述保护层是用于保护所述传感模块的无磁薄膜。
优选的，所述隔离层是用于阻断传染的无磁薄膜。
优选的，所述保护装置是所述被检测体可穿戴的配件，包括口罩、帽子、衣服。
优选的，所述软件模块包括磁噪音分析软件包。
优选的，当外界的磁噪音在小于1nT时，所述传感模块探测磁信号，并将磁信号传输给所述数据收集模块，所述数据收集模块对信号数据进行处理，继而经处理后的数据传输到所述软件模块，最后所述软件模块对数据进行分析得出检测结果。
优选的，所述生物磁检测系统包括高精度多通道脑磁图系统，心磁图系统或者其他生物磁检测相关系统，用于检测包括脑磁图，心磁图或者其他生物磁信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种安全，可实际应用的新一代生物磁检测系统。其中，光学原子磁强计结合到可穿戴固定装置上，能与检测部位更好地固定，不仅提高对微弱磁信号采集灵敏度也使系统应用更加灵活；系统把光学原子磁强计传感器、数据收集、数据分析、数据管理、以及临床结构医学影像等融合的软件平台与磁图信息结合。
附图说明
图1为本发明实施例中具有预防传染疾病的生物信号系统整体结构示意图；
图2为本发明实施例中脑磁图系统结构示意图；
图3为本发明实施例中固定装置示意图；
图4为本发明实施例中心磁图系统结构示意图；
图5为本发明实施例中检测系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示具有预防传染疾病的生物信号系统整体结构示意图，本发明提供了一种基于原子磁强计的高精度多通道生物磁检测系统，共由四大部分组成，分别是传感模块1、保护层2、传染阻断层3、受试者保护装置4，用以检测被检测体5。传感模块1是生物磁传感器，包括光泵(原子)磁力计，用于检测磁信号。保护层2、传染阻断层3、受试者保护装置4是预防传染的无磁薄膜和防传染设备。保护层2用于保护传感模块1，是无磁，无病毒，无细菌的材料定制的薄膜，可以反复消毒使用。传染阻断层3有阻断传染和消毒(杀死细菌和病毒)功能，同时是无磁的(不产生磁噪音)。受试者保护装置4是用于防止传染的保护装置，可为定制的或通用规格的，受试者可穿戴用以隔绝和预防传染的配件，包括口罩、帽子、衣服等。所有定制配件包括口罩、帽子、衣服等都是无磁，无病毒，无细菌，对人和动物绝对安全的材料定制的，可以一次性使用，也可以反复消毒使用。被检测体5是被检测的生物器官，包括大脑，心脏，肌肉组织等。
如图2所示，在另一实施例中提供了一种基于原子磁强计的高精度多通道脑磁图系统，共由四大部分组成，分别是传感模块6、保护层7、传染隔离层8、受试者保护装置9。传感模块6包括光泵(原子)磁力计，用于检测大脑磁信号。如图3所示，传感模块6包括定位探头102和磁强计探头103，可以设置成固定在固定装置104上面。固定装置104于探测脑磁信号时，可设计为头盔形状，并根据被测个体的头围大小进行调节，定位探头102和磁强计探头103测量人脑的磁场获得人类大脑内部磁生理数据。固定装置104可由3D打印技术制作，其上均匀分布有安装槽口105，安装槽口105数量可根据脑磁图的接口数适当调整，例如：8、16、32等。在此实施例中，固定装置104是由3D打印技术制作，其上均匀分布32个安装槽口105，安装槽口105的横截面尺寸为13*11mm，安装槽口105中可以固定磁强计探头103，固定装置104可通过受试者的三维头型定制得到，能更好地与被测个体脑部贴合，保证磁强计探头103和头皮表面直接接触，不仅提高对微弱脑磁信号采集灵敏度也使系统应用更加灵活。定位探头102用于提供动态的、实时的测量位置信号，置放于固定装置104上用于采集固定装置104及所有磁强计探头103的空间位置信息，以有效建立三维数字化模型，定位探头102的横截面尺寸为14*13mm。磁强计探头103为高灵敏光学原子磁强计，其用于采集脑磁信号，可以测出极其微弱的脑磁场信号，数据收集模块包括磁强计单元和定位单元，磁强计单元用于测定微弱生物磁磁场，定位单元用于对固定装置和磁强计探头进行三维空间定位。
保护层7用于保护传感模块6，是无磁，无病毒，无细菌的材料定制的薄膜，可以反复消毒使用，形状可按照固定裝置104定制，依需求部分或全部覆盖固定装置104的外面。传染隔离层8是按照个体头型定制的传染阻断层，有阻断传染和消毒(杀死细菌和病毒)功能，同时是无磁的(不产生磁噪音)，可依需求部分或全部覆盖固定装置104的里面。受试者保护装置9是用于防止传染的保护装置，可为定制的或通用规格的，受试者可穿戴用以隔绝和预防传染的配件，包括口罩、帽子、衣服等。所有定制包括口罩、帽子、衣服等都是无磁，无病毒，无细菌，对人和动物绝对安全的材料定制的。可以一次性使用，也可以反复消毒使用。
如图4所示具有预防传染疾病的心磁图系统整体结构示意图，提供了一种基于原子磁强计的高精度多通道心磁图系统，共由四大部分组成，分别是传感模块10、心脏检测保护层11、传染隔离层12、受试者保护装置13。传感模组10包括光泵(原子)磁力计，用于检测心脏磁信号。保护层11与心磁图支架結合，是无磁，无病毒，无细菌的材料定制的薄膜。可以反复消毒使用。传染隔离层12是按照受试者个体胸部大小定制的传染阻断层，阻断层有阻断传染和消毒(杀死细菌和病毒)功能，同时是无磁的(不产生磁噪音)。受试者保护装置13是用于防止传染的保护装置，可为定制的或通用规格的，受试者可穿戴用以隔绝和预防传染的配件，包括口罩、帽子、衣服等。针对心磁图系统用以检测心脏活动讯号，因此受试者保护装置13可按照受试者个体胸部大小定制，本实施例中为背心。所有定制包括口罩、帽子、衣服等都是无磁，无病毒，无细菌，对人和动物绝对安全的材料定制的。可以一次性使用，也可以反复消毒使用。心脏活动信号可以穿透所有保护层(无磁)，达到磁传感器检测系统。
本发明包括硬件，软件和技术资料，是高灵敏度、可穿戴、高集成化的智能检测方法和系统，且同时提高传染病预防相关硬件，软件和技术资料。本发明包括高精度多通道脑磁图系统，心磁图系统或者其他生物磁检测相关系统。其中，如图5所示，每一个检测系统100包括传感模块1、数据收集模块15、软件模块16。生传感模块1用于探测生物磁信号，传感模块1连接软件模块16用于对接收到的磁信号进行分析，包括防传染设备噪音分析、数据采集软件包、磁信号分析软件包和磁源定位单元。其中，数据采集软件包用于控制探头采集信号，以得到数据文件；磁信号分析软件包用于对数据采集软件包的数据文件进行分析，以将分析结果用于功能性活动成像技术。
传感模块1包括定位探头102和磁强计探头103，定位探头102用于提供动态的、实时的测量位置信号，置放于固定装置104上并与数据收集模块15和软件模块16相联系，磁强计探头103为高灵敏光学原子磁强计，其用于采集脑磁信号，可以测出极其微弱的脑磁场信号。
数据收集模块15包括磁强计单元153和定位单元152，磁强计单元153用于测定微弱生物磁磁场，定位单元152用于对固定装置104和磁强计探头103进行三维空间定位。
软件模块16包括防传染设备噪音分析，数据采集软件包、磁信号分析软件包和磁源定位单元。其中，数据采集软件包用于控制探头采集信号，以得到数据文件；分析软件包用于对所述数据采集软件包的数据文件进行分析，以将分析结果用于功能性活动成像技术。磁信号分析软件包内部算法可以包括磁源定位算法、三维重建算法、三维配准算法、网络图谱分析算法等。
磁信号分析软件包是处理磁信号的核心部分，可以实现磁信号的存储、显示、时频转换、频谱分析、三维可视化、雷达波束成形(beam-former)磁信号定位方法、网络分析方法等一系列针对磁图的智能分析方法。因磁信号能够没有干扰的通过骨头，皮肤等组织，可以准确定位信号起源，而电信号在通过骨头，皮肤等组织时候，会受到干扰变形，信号定位困难，所以磁信号分析软件包内部算法与电信号分析软件包的算法相类似，原理相同，但区别在于磁信号与电信号的定位不一样：磁信号定位准确。
在一实施例中，检测系统100包括可更包括屏蔽模块17，传感模块1设置于屏蔽模块17内。屏蔽模块17用于对外界磁噪音进行屏蔽，如地磁场、电磁场等，保护传感模块1等不受外部磁场的干扰，可以选择屏蔽筒或者屏蔽室。当屏蔽室内的磁噪音强度被降低到<1nT的水平时，传感模块1探测磁信号，并将其传输给数据收集模块15，经处理的数据传输到软件模块16进行相应的分析得出结果。
本发明为了确保防传染生物磁检测的准确性，屏蔽模块17是由主动、被动两种屏蔽的方式构成。被动屏蔽的原理是在一定区域内用磁屏蔽材料包围形成一个腔体，把磁屏蔽材料制成的腔体壁与其所包围的空气看成是并联磁路，外部干扰磁场的感应磁通量绝大部分沿着低磁阻的磁屏蔽材料的腔体壁通过，进入腔体内部的磁通很少，从而在腔体内部形成磁场较均匀、剩余磁场较小、低频干扰磁场较小的近零磁空间。在被动屏蔽的基础上，当外界磁场环境发生显着变化，如电力线产生的工频及谐波干扰磁场、车辆电梯地铁等大型磁性物体产生的干扰磁场、其它杂散干扰磁场等，就需要增加主动屏蔽进行实时的动态补偿。主动屏蔽由主动补偿线圈、高精度磁传感器、补偿控制单元三部分组成。主动屏蔽工作时，补偿控制单元根据高精度磁传感器测得的环境干扰磁场值，在主动补偿线圈中产生补偿电流，即产生与环境干扰磁场方向相反的补偿磁场。在一实施例中，为防止预防材料和相关链接产生磁噪音，屏蔽模块17需要特别优化为屏蔽装置，屏蔽装置区域内的剩磁小于5nT，屏蔽系数105，0.1～150Hz内磁场噪声低于10fT。
屏蔽模块17可以为屏蔽室，所述屏蔽室内在3～100Hz频段下，交流磁场噪声低于15fT；被测磁信号的强度范围为±5nT；屏蔽室内直流磁场噪声在50nT以下。
本发明包括磁屏蔽与无磁防传染设备的无缝连接。磁屏蔽与无磁防传染设备配合，可预防传染，共同阻断传染疾病。本发明能够预防的传染疾病包括COVI-19,流感等，但是不限于COVI-19,流感，因为COVID-19通过感染者呼出含有病毒的飞沫和非常小的颗粒传播。这些飞沫和颗粒可能被其他人吸入，或落在他们的眼睛和口鼻中。无磁防传染设备包括传染预防材料，传染预防材料应该预防三种方式传播：(1)当靠近呼出含有病毒小飞沫和颗粒的感染者时吸入空气。(2)含有病毒的小飞沫和颗粒落在眼睛和口鼻上，尤其是通过诸如咳嗽或打喷嚏的喷溅和喷射。(3)用带有病毒的手触摸眼睛或口鼻反复使用。
传染预防材料需要通过无磁噪音检测，厚度和尺寸需要与检测设备匹配。传染预防材料的磁噪音不能够影响磁性传感器的灵敏度。磁性传感器的灵敏度可以通过信噪比表示，其中信号是指增益信号，噪声则指传感器的固有噪声。传感器制造商必须表征和跟踪传感器固有的1/f噪声，这个关键的参数通常以nT/√Hz表征。传染预防设备可能产生多种噪声源，影响测量结果，其中包括环境磁场噪声，电源噪声，以及信号调理电路的附加噪声。本发明用原子磁传感器进行磁噪声进行评估。
综上所述，本发明的目的是能够提供了一种安全，可阻断传染疾病的生物磁检测系统。本发明考虑防传染设备可能产生多种噪声源，会自动分析清除，确保脑磁图，心磁图等生物磁检测的准确可靠。本发明用原子磁传感器进行磁噪声进行评估将传感器、数据收集、数据分析、数据管理、以及将生物磁与临床核磁共振等融合的软件平台集成一体，进行了开创性的整合，优化了硬件和软件模块，可通过简单按键操作本发明的生物磁分析系统。
以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于原子磁强计的高精度多通道生物磁检测系统，其特征在于，所述检测系统包括检测设备和防传染设备，所述检测设备用于检测被检测体的生物磁信号，所述防传染设备用于将所述检测设备与所述被检测体分开，所述检测设备包括传感模块、数据收集模块、软件模块，所述传感模块用于探测磁信号，所述数据收集模块用于对采集到的磁信号进行处理，所述软件模块用于对接收到的磁信号进行分析得出检测结果；
所述防传染设备包括保护层、隔离层及保护装置，所述防传染设备为传染预防材料，其通过无磁噪音检测，厚度和尺寸与所述检测设备匹配。
2.根据权利要求1所述的一种基于原子磁强计的高精度多通道生物磁检测系统，其特征在于，所述传感模块包括定位探头、磁强计探头。
3.根据权利要求1所述的一种基于原子磁强计的高精度多通道生物磁检测系统，其特征在于，所述传感模块固定于固定装置，所述隔离层配合所述固定装置形状，设置于所述固定装置。
4.根据权利要求3所述的一种基于原子磁强计的高精度多通道生物磁检测系统，其特征在于，所述固定裝置由3D打印技术制作，其上均匀分布有安装槽口，所述安装槽口数量为以下数量其中之一：8、16、32、64、128。
5.根据权利要求1所述的一种基于原子磁强计的高精度多通道生物磁检测系统，其特征在于，所述保护层是用于保护所述传感模块的无磁薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种基于原子磁强计的高精度多通道生物磁检测系统，其特征在于，所述隔离层是用于阻断传染的无磁薄膜。
7.根据权利要求1所述的一种基于原子磁强计的高精度多通道生物磁检测系统，其特征在于，所述保护装置是所述被检测体可穿戴的配件，包括口罩、帽子、衣服。
8.根据权利要求1所述的一种基于原子磁强计的高精度多通道生物磁检测系统，其特征在于，所述软件模块包括磁噪音分析软件包。
9.根据权利要求1所述的一种基于原子磁强计的高精度多通道生物磁检测系统，其特征在于，当外界的磁噪音在小于1nT时，所述传感模块探测磁信号，并将磁信号传输给所述数据收集模块，所述数据收集模块对信号数据进行处理，继而经处理后的数据传输到所述软件模块，最后所述软件模块对数据进行分析得出检测结果。
10.根据权利要求1所述的一种基于原子磁强计的高精度多通道生物磁检测系统，其特征在于，所述生物磁检测系统包括高精度多通道脑磁图系统，心磁图系统或者其他生物磁检测相关系统，用于检测包括脑磁图，心磁图或者其他生物磁信号。
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