CN115844360B - 一种开放式磁共振心磁检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种开放式磁共振心磁检测设备,该检测设备包括三轴磁场稳定器、共振激励线圈、弱磁矩阵探头、心电同步探头、环境噪音检测探头和数据采集处理系统,磁共振心磁检测设备检测心脏在心脏心肌细胞极化、去极化过程中生物电流产生的磁场分布,反演心肌细胞活跃状态,同时利用磁共振原理检测心脏在收缩、舒张过程中的血流变化,利用两路信号联动为心肌缺血、心脏病早期检测提供诊断方法。本发明利用磁共振与心磁信号对心脏供血状态进行耦合检测,可以有效的对缺血性心脏病进行早期检测;再者,磁共振检测关键部件与心磁检测关键部件共用磁场稳定器与弱磁矩阵探头,大幅简化了系统复杂性,提升了设备的紧凑特性。
Description
技术领域
本发明属于心磁、磁共振检测技术领域,尤其涉及一种开放式磁共振心磁检测设备。
背景技术
心磁图检查(magnetocardiography,MCG)是一种对心脏电磁功能进行无损、无创、无辐射检测的技术,可检查及显示心脏活动所引起的局部磁场讯号,适用于包括孕妇在内的广泛人群,尤其是对冠心病的早期检测非常准确。
目前绝大多数心磁图仪都是采用屏蔽室或屏蔽筒等封闭式检测环境,存在造价高、维护成本大,且重量沉、不易部署等问题,国内临床推广缓慢。此外,封闭的检测环境还可能引起患者的幽闭恐惧症。在应用方面,单独的心磁检测存在较大误差,且缺少直观反应心脏活动血流量变化的参数,容易引起判断疾病依据不足、误诊等问题。而屏蔽室或屏蔽筒又增加了设备的成本,且设备体积较大,对幽闭恐惧症等患者的带来极大心理压力。因此有必要发明一种开放式的磁共振心磁检测设备。
发明内容
本发明提出一种开放式的磁共振心磁检测设备,用以解决目前使用屏蔽室或屏蔽筒带来的幽闭环境对人体测试时的影响,以及高造价,高费用,测试时间长等问题。
为了解决上述问题,本发明提出一种磁共振心磁检测设备,包括三轴磁场稳定器1、共振激励线圈2、弱磁矩阵探头3、心电同步探头4、环境噪音检测探头5和数据采集处理系统,心电同步探头4设有三路并分别设于被测者两手腕处与左脚腕处,测试时与弱磁矩阵探头3进行心电、心磁数据的同步采集;所述磁共振心磁检测设备检测心脏在心脏心肌细胞极化、去极化过程中生物电流产生的磁场分布,反演心肌细胞活跃状态,同时利用磁共振原理检测心脏在收缩、舒张过程中的血流变化,利用两路信号联动为心肌缺血、心脏病早期检测提供诊断方法。
优选的,三轴磁场稳定器1包括三轴正交放置且互不导通的Helmholtz线圈,驱动Helmholtz线圈的电源,主动控制电路,以及固定在Helmholtz线圈之上且可空间多自由度调整的高磁导率介质,三轴磁场稳定器1通过控制Helmholtz线圈电流,配合高磁导率介质在空间的特定分布抵消环境噪音磁场和环境梯度磁场,使得待测区域维持稳定、均匀的磁场检测环境;三轴磁场稳定器1同时施加特定大小方向的磁场用以磁化人体内部氢原子,氢原子在外加磁场作用下会产生磁化并产生拉莫尔进动。
优选的,共振激励线圈2用以产生与拉莫尔进动频率一致的脉冲磁场,人体内的氢原子在脉冲磁场作用下会产生共振,并随着时间变化产生自旋弛豫,自旋弛豫引起宏观磁场变化,由置于人体胸口的弱磁矩阵探头3检测,由于血液包含大量水分子,血流进出心脏的过程会由弱磁矩阵探头3实现空间分布与强度检测;同时,心脏心房细胞、心室细胞依次收缩过程中产生的电生理信号也会转化成为磁场,利用弱磁矩阵探头3对心脏各个区域心肌细胞的工作状态进行成像检测。
优选的,三轴磁场稳定器1整体长宽高为200*200*150cm,为弱磁矩阵探头3提供良好、稳定的磁场屏蔽环境,Helmholtz线圈宽度均为3cm,Helmholtz线圈外层以铝型材料封装;被测者使用无磁移动座椅11或者无磁移动床7进入检测设备。
优选的,三轴磁场稳定器1内部存在磁场梯度补偿机制6,利用四个铁磁杆10或者四个铁磁球进行磁场梯度补偿,铁磁杆10或者铁磁球在各自的方向上伸缩,最大伸缩距离为10cm,其中,
当使用无磁移动床7时,上下铁磁杆10或者上下铁磁球沿z轴移动,移动距离为±70cm,左右铁磁杆10沿y轴、z轴进行移动,y轴可移动距离为±60cm,z轴可移动距离为±70cm;
当使用无磁移动座椅11时,前后铁磁球沿x轴移动,移动距离为±70cm,左右铁磁球沿y轴、z轴进行移动,y轴可移动距离为±60cm,z轴可移动距离为±70cm。
优选的,采用磁场梯度线圈12来替换铁磁杆10或者铁磁球,磁场梯度线圈12包括两组线圈,分布于三轴Helmholtz线圈内侧x轴,y轴方向,单线圈整体大小为1000*1000mm,线圈截面宽度为30mm。
优选的,共振激励线圈2采用外层封装铝型材料的圆环线圈或者方形环线圈9,位于主磁场方向,被测者z轴正方向一侧,其中,
当采用圆环线圈时,整体直径为100cm,线圈界面直径为5cm或者10cm;
当采用方形环线圈9时,整体大小为150*150cm,宽度为3cm,或者,整体大小为100*100cm,宽度为10cm。
优选的,弱磁矩阵探头3采用OPM矩阵探头,三轴磁场稳定器1的中央有两组分别位于人体胸腔前后的移动式OPM矩阵探头,每组矩阵探头为4*4,共16个;两组OPM矩阵探头同步采集被测者心脏磁信号与心脏供血信号,并由数据采集系统绘制出心磁图像与心脏供血数据图像;弱磁矩阵探头3的四角位置处为环境噪音检测探头5,位于心磁信号接收范围之外,上下探头实时监控屏蔽后的环境噪音,并对人体移动产生的噪音波动进行消减;被测者两手腕处与左脚腕处各有一个心电同步探头4,测试时与OPM矩阵探头进行心电、心磁数据的同步采集,
优选的,弱磁矩阵探头3搭配可精确控速的旋转平台13以及同步旋转的WIFI采集卡进行探头同步旋转检测,其中,在探头高速旋转中,心脏血流产生的磁场信号和心肌收缩过程产生的磁场信号,会被旋转探头调制,相当于利用旋转探头展宽信号频域,而噪音信号呈现随机性,在探头旋转周期中经过积分趋近零,在后期数值处理获得更高的信噪比。
优选的,采用感应线圈8来替换弱磁矩阵探头3,环境噪音检测探头5位于感应线圈8的上方,位于心磁信号可接收范围之外,用于实时监控屏蔽后的环境噪音。
本发明的目的还在于提供一种开放式磁共振心磁检测方法,包括以下步骤:
被测者进入测试空间内后,启动主动控制电路抵消环境噪音;
启动弱磁矩阵探头3,环境噪音检测探头5获取环境噪音数据,所述检测设备实时监控当前环境噪音是否符合检测条件;OPM矩阵探头开始采集被测者心磁信号数据,并由程序处理为磁场数据后,绘制成心脏磁场图像,并自动进行计算;同时,打开共振激励线圈2,同步检测心脏供血数据,具体为:共振激励线圈2发射频射脉冲信号,从而引起体内氢核共振,同步检测心脏磁共振信息,并由数据采集系统得到心脏供血数据图像。
与现有技术相比,本发明具备以下有益效果:
1)本发明利用磁共振与心磁信号对心脏供血状态进行耦合检测,可以有效的对缺血性心脏病进行早期检测;再者,磁共振检测关键部件与心磁检测关键部件共用磁场稳定器与弱磁矩阵探头,大幅简化了系统复杂性,提升了设备的紧凑特性。
附图说明
图1为本发明实施例一的开放式磁共振心磁同步检测设备系统的结构正视图;
图2为本发明实施例一的开放式磁共振心磁同步检测设备系统的结构左视图;
图3为本发明实施例一的开放式磁共振心磁同步检测设备系统的结构俯视图;
图4为本发明实施例二的开放式磁共振心磁同步检测设备系统的结构正视图;
图5为本发明实施例二的开放式磁共振心磁同步检测设备系统的结构左视图;
图6为本发明实施例二的开放式磁共振心磁同步检测设备系统的结构俯视图;
图7为本发明实施例三的开放式磁共振心磁同步检测设备系统的结构正视图;
图8为本发明实施例三的开放式磁共振心磁同步检测设备系统的结构右视图;
图9为本发明实施例三的开放式磁共振心磁同步检测设备系统的结构俯视图;
图10为本发明实施例四的开放式磁共振心磁同步检测设备系统的结构正视图;
图11为本发明实施例四的开放式磁共振心磁同步检测设备系统的结构左视图;
图12为本发明实施例四的开放式磁共振心磁同步检测设备系统的结构俯视图;
图13为本发明实施例一中三轴Helmholtz线圈控制数据结果;
图14为本发明实施例一中三轴磁场稳定器的磁场梯度数据;
图15为本发明实施例一中三轴磁场稳定器的磁场梯度搭配铁磁球磁场梯度补偿后的控制数据结果;
图16为本发明实施例一中心磁数据测试结果;
图17为本发明实施例一中心脏供血数据结果;
图18为本发明实施例二中三轴Helmholtz线圈控制数据结果;
图19为本发明实施例二中心磁数据测试结果;
图20为本发明实施例三中三轴Helmholtz线圈控制数据结果;
图21为本发明实施例三中心磁数据测试结果;
图22为本发明实施例四中三轴磁场稳定器的磁场梯度数据;
图23为本发明实施例四中三轴磁场稳定器的磁场梯度搭配磁场梯度线圈补偿后的控制数据结果;
图24为本发明实施例四中三轴Helmholtz线圈控制数据结果;
图25为本发明实施例四中心脏供血数据结果。
图中附图标记为:
1:三轴磁场稳定器;2:共振激励线圈;3:弱磁矩阵探头;4:心电同步探头;5:环境噪音检测探头;6:磁场梯度补偿机制;7:无磁移动床;8:感应线圈;9:方形环线圈;10:铁磁杆;11:无磁移动座椅;12:磁场梯度线圈;13:旋转平台。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中,自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
本发明的一个宽泛实施例中,一种磁共振心磁检测设备,包括三轴磁场稳定器1、共振激励线圈2、弱磁矩阵探头3、心电同步探头4、环境噪音检测探头5和数据采集处理系统,其特征在于,所述磁共振心磁检测设备检测心脏在心脏心肌细胞极化、去极化过程中生物电流产生的磁场分布,反演心肌细胞活跃状态,同时利用磁共振原理检测心脏在收缩、舒张过程中的血流变化,利用两路信号联动为心肌缺血、心脏病早期检测提供诊断方法。
优选的,三轴磁场稳定器1包括三轴正交放置且互不导通的Helmholtz线圈,驱动Helmholtz线圈的电源,主动控制电路,以及固定在Helmholtz线圈之上且可空间多自由度调整的高磁导率介质,三轴磁场稳定器1通过控制Helmholtz线圈电流,配合高磁导率介质在空间的特定分布抵消环境噪音磁场和环境梯度磁场,使得待测区域维持稳定、均匀的磁场检测环境;三轴磁场稳定器1同时施加特定大小方向的磁场用以磁化人体内部氢原子,氢原子在外加磁场作用下会产生磁化并产生拉莫尔进动。
优选的,共振激励线圈2用以产生与拉莫尔进动频率一致的脉冲磁场,人体内的氢原子在脉冲磁场作用下会产生共振,并随着时间变化产生自旋弛豫,自旋弛豫引起宏观磁场变化,由置于人体胸口的弱磁矩阵探头3检测,由于血液包含大量水分子,血流进出心脏的过程会由弱磁矩阵探头3实现空间分布与强度检测;同时,心脏心房细胞、心室细胞依次收缩过程中产生的电生理信号也会转化成为磁场,利用弱磁矩阵探头3对心脏各个区域心肌细胞的工作状态进行成像检测。
优选的,三轴磁场稳定器1整体长宽高为200*200*150cm,为弱磁矩阵探头3提供良好、稳定的磁场屏蔽环境,Helmholtz线圈宽度均为3cm,Helmholtz线圈外层以铝型材料封装;被测者使用无磁移动座椅11或者无磁移动床7进入检测设备。
优选的,三轴磁场稳定器1内部存在磁场梯度补偿机制6,利用四个铁磁杆10或者四个铁磁球进行磁场梯度补偿,铁磁杆10或者铁磁球在各自的方向上伸缩,最大伸缩距离为10cm,其中,
当使用无磁移动床7时,上下铁磁杆10或者上下铁磁球沿z轴移动,移动距离为±70cm,左右铁磁杆10沿y轴、z轴进行移动,y轴可移动距离为±60cm,z轴可移动距离为±70cm;
当使用无磁移动座椅11时,前后铁磁球沿x轴移动,移动距离为±70cm,左右铁磁球沿y轴、z轴进行移动,y轴可移动距离为±60cm,z轴可移动距离为±70cm。
优选的,采用磁场梯度线圈12来替换铁磁杆10或者铁磁球,磁场梯度线圈12包括两组线圈,分布于三轴Helmholtz线圈内侧x轴,y轴方向,单线圈整体大小为1000*1000mm,线圈截面宽度为30mm。
优选的,共振激励线圈2采用外层封装铝型材料的圆环线圈或者方形环线圈9,位于主磁场方向,被测者z轴正方向一侧,其中,
当采用圆环线圈时,整体直径为100cm,线圈界面直径为5cm或者10cm;
当采用方形环线圈9时,整体大小为150*150cm,宽度为3cm,或者,整体大小为100*100cm,宽度为10cm。
优选的,弱磁矩阵探头3采用OPM矩阵探头,三轴磁场稳定器1的中央有两组分别位于人体胸腔前后的移动式OPM矩阵探头,每组矩阵探头为4*4,共16个;两组OPM矩阵探头同步采集被测者心脏磁信号与心脏供血信号,并由数据采集系统绘制出心磁图像与心脏供血数据图像;弱磁矩阵探头3的四角位置处为环境噪音检测探头5,位于心磁信号接收范围之外,上下探头实时监控屏蔽后的环境噪音,并对人体移动产生的噪音波动进行消减;被测者两手腕处与左脚腕处各有一个心电同步探头4,测试时与OPM矩阵探头进行心电、心磁数据的同步采集。
优选的,弱磁矩阵探头3搭配可精确控速的旋转平台13以及同步旋转的WIFI采集卡进行探头同步旋转检测,其中,在探头高速旋转中,心脏血流产生的磁场信号和心肌收缩过程产生的磁场信号,会被旋转探头调制,相当于利用旋转探头展宽信号频域,而噪音信号呈现随机性,在探头旋转周期中经过积分趋近零,在后期数值处理获得更高的信噪比。
优选的,采用感应线圈8来替换弱磁矩阵探头3,环境噪音检测探头5位于感应线圈8的上方,位于心磁信号可接收范围之外,用于实时监控屏蔽后的环境噪音。
本发明的目的还在于提供一种开放式磁共振心磁检测方法,包括以下步骤:
被测者进入测试空间内后,启动主动控制电路抵消环境噪音;
启动弱磁矩阵探头3,环境噪音检测探头5获取环境噪音数据,所述检测设备实时监控当前环境噪音是否符合检测条件;OPM矩阵探头开始采集被测者心磁信号数据,并由程序处理为磁场数据后,绘制成心脏磁场图像,并自动进行计算;同时,打开共振激励线圈2,同步检测心脏供血数据,具体为:共振激励线圈2发射频射脉冲信号,从而引起体内氢核共振,同步检测心脏磁共振信息,并由数据采集系统得到心脏供血数据图像。
下面结合附图,列举本发明的实施例,对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
如图1、图2、图3,本实施例提供了一种被测者以平躺的姿势进行测试的设备系统。测试设备系统主要包括三轴磁场稳定器1、共振激励线圈2、弱磁矩阵探头3、心电同步探头4、环境噪音检测探头5、磁场梯度补偿机制6、无磁移动床7和数据采集系统。
本实施例中,被测者以平躺的姿势进入开放式磁共振心磁测试设备。
本实施例中,三轴磁场稳定器1整体长宽高均为200*200*150cm,为弱磁矩阵探头3提供良好、稳定的磁场屏蔽环境,其线圈宽度均为3cm,线圈外层以铝型材料封装,三组线圈相互正交,互不导通,是该设备系统的主体框架。
本实施例中,三轴磁场稳定器1搭配磁场梯度补偿机制6,利用4个铁磁球进行磁场梯度补偿,铁磁球可以在各自的方向上伸缩,最大伸缩距离为10cm;上下铁磁球可沿z轴移动,移动距离为±70cm,左右铁磁球可沿y轴、z轴进行移动,y轴可移动距离为±60cm,z轴可移动距离为±70cm,铁磁球直径为12cm。
本实施例中,共振激励线圈2在三轴磁场稳定器1的内部主磁场方向产生激励磁场,其线圈轴向与z轴正方向一致,整体直径为100cm,其线圈界面直径为5cm,其线圈外层以铝型材料封装。
本实施例中,弱磁矩阵探头3采用OPM矩阵探头,三轴磁场稳定器1中央有两组移动式OPM矩阵探头,分别位于人体胸腔前后,每组矩阵探头为4*4,共16个,探头封装大小均为5*5*5cm,两组OPM矩阵探头采集心磁信号和磁共振信号后,由计算机自动做平均计算等数据处理,然后绘制出被测者心脏磁信号与心脏供血信号。
上述两组OPM矩阵探头中,四角位置处为环境噪音检测探头5,位于心磁信号可接收范围之外,上下探头实时监控屏蔽后的环境噪音,并对人体移动产生的噪音波动进行消减,探头封装大小为均5*5*5cm。
本实施例中,被测者两手腕处与左脚腕处各有一个心电同步探头4,测试时与OPM矩阵探头进行心电、心磁数据的同步采集。
本实施例中,被测者平躺静止不动即可,测试时长约3-5min。
本实施例在具体测试时,被测者先平躺于无磁移动床7上,无磁移动床7自动将被测者推进测试空间内,启动主动控制系统,抵消环境噪音;启动弱磁矩阵探头3,环境噪音检测探头5获取环境噪音数据,检测系统实时监控当前环境噪音是否符合检测条件;OPM矩阵探头开始采集被测者心磁信号数据,并由程序处理为磁场数据后,绘制成心脏磁场图像,并自动进行计算。
上述心磁图检测时,同时打开共振激励线圈2,同步检测心脏供血数据,具体为:共振激励线圈2发射脉冲信号,从而引起体内氢核共振,同步检测心脏磁共振信息,并由数据采集系统得到心脏供血信号数据。
本实施例中,环境空间磁场为42000nT,波动为400-500nT;磁屏蔽后交流线圈磁场±5nt,直流30-40nt,以此基础进行数据采集。
本实施例中,OPM矩阵探头检测灵敏度范围:0.1-1000Hz,100ft-1nt。
本实施例中,心脏采集信号数据对应关系为1000nT—42.85Hz。
本实施例中,三轴Helmholtz线圈控制数据结果如图13所示。
上述三轴磁场稳定器1的磁场梯度数据如图14所示。
上述三轴磁场稳定器1的磁场梯度搭配铁磁球磁场梯度补偿后,控制数据结果如图15所示。
本实施例中,心磁数据测试结果如图16所示。
本实施例中,心脏供血数据结果如图17所示。
实施例二
本实施例提供了一种以感应线圈8进行测试的设备检测系统,值得一提的是,该设备检测系统可使用包括SQUID、QUSPIN等弱磁探头进行检测。
本实施例所述的设备系统与实施例一所述的装置的结构基本相同,相同之处不再赘述,不同之处在于:
本实施例中,弱磁矩阵探头3采用感应线圈8来替换进行检测,感应线圈8可同时采集测试者心脏磁信号与心脏供血信号。
本实施例中,共振激励线圈2采用方形环线圈9。
本实施例中,使用铁磁杆10进行磁场梯度补偿。
本实施例中,被测者以平躺的姿势进入测试设备内部。
本实施例中,三轴Helmholtz线圈中央有移动式感应线圈8,感应线圈8悬挂在测试空间中央位于人体前胸正上方,感应线圈8呈圆环形状,整体直径为500mm,圆环截面直径为50mm,用于采集测试者心脏磁信号与心脏供血信号。
本实施例中,环境噪音检测探头5位于感应线圈8的上方,位于心磁信号可接收范围之外,用于实时监控屏蔽后的环境噪音。
本实施例中,被测者两手腕处与左脚腕处各有一个心电同步探头4,测试时与感应线圈8进行心电、心磁数据的同步采集。
本实施例中,共振激励线圈2在上述三轴Helmholtz线圈内部主磁场方向,共振激励线圈2大小为150*150cm,宽度均为3cm,其线圈外层以铝型材料封装,共振激励线圈2在z轴方向发射脉冲信号,引起体内氢核磁共振,用于检测磁共振供血图谱。
上述共振激励线圈2采用方形环线圈9,位于主磁场方向,被测者z轴正方向一侧,整体大小为100*100cm,线圈宽度为10cm。
本实施例中,三轴磁场稳定器1内部存在磁场梯度补偿机制6,利用4个铁磁杆10进行磁场梯度补偿,铁磁杆10可以在各自的方向上伸缩,最大伸缩距离为10cm;上下铁磁杆10可沿z轴移动,移动距离为±70cm,左右铁磁杆10可沿y轴、z轴进行移动,y轴可移动距离为±60cm,z轴可移动距离为±70cm。铁磁杆10直径为2cm,长度为10cm。
本实施例中,被测者平躺静止不动即可,测试时长约3-5min。
本实施例在具体测试时,被测者先平躺于无磁移动床7上,无磁移动床7自动将被测者推进测试空间内;启动主动控制系统,抵消环境噪音;启动环境噪音检测探头5,获取环境噪音数据,检测系统自动判断当前环境噪音是否符合感应线圈8的检测条件;符合条件后,启动感应线圈8,开始采集被测者心磁信号数据,并由程序处理为磁场数据后,绘制成心脏磁场图像,并自动进行计算。
上述心磁图检测时,同时打开共振激励线圈2,同步检测心脏供血数据,具体为:共振激励线圈2发射频射脉冲信号,从而引起体内氢核共振,同步检测心脏磁共振信息,并由数据采集系统得到心脏供血数据图像。
本实施例中,环境空间磁场为44000nT,波动为400-500nT,磁屏蔽后交流线圈磁场±5nt,直流30-40nt,以此基础进行数据采集。
本实施例中,三轴磁场稳定器1的磁场在搭配磁场梯度补偿前后,所测试磁场梯度数据与实施例一几乎一致。
本实施例中,OPM矩阵探头检测灵敏度范围:0.1-1000Hz,100ft-1nt。
本实施例中,心脏磁信号数据对应关系为1000nT—42.85Hz。
本实施例中,三轴Helmholtz线圈控制数据结果如图18所示。
本实施例中,心磁数据测试结果如图19所示。
实施例三
本实施例提供了一种被测者以正坐的姿势进行测试的设备系统。
本实施例中的设备系统与实施例一所述的装置的结构基本相同,相同之处不再赘述,不同之处在于:
在本实施例中,使用无磁移动座椅11来替换实施例一中的无磁移动床7。
在本实施例中,被测者在测试设备内正坐,两组OPM矩阵探头移动至被测者胸前和胸后。
在本实施例中,环境噪音检测探头5位于OPM矩阵探头四角处。
在本实施例中,磁场梯度补偿机制6的上下铁磁球移动至被测者前后方向,即y轴磁场梯度补偿线圈沿x轴、z轴各旋转90°,移动为z轴磁场梯度补偿线圈。
上述磁场补偿机制中,利用4个铁磁球进行磁场梯度补偿,铁磁球可以在各自的方向上伸缩,最大伸缩距离为10cm;前后铁磁球可沿x轴移动,移动距离为±70cm,左右铁磁球可沿y轴、z轴进行移动,y轴可移动距离为±60cm,z轴可移动距离为±70cm。铁磁球直径为12cm。
本实施例中,被测者以正坐的姿势进入测试设备内部。
本实施例中,三轴磁场稳定器1与实施例一一致。
本实施例中,共振激励线圈2采用圆环线圈,位于主磁场方向,被测者z轴正方向一侧,整体直径为100cm,线圈界面直径为10cm,线圈外层以铝型材料封装。
本实施例中,三轴Helmholtz线圈中央有两组移动式OPM矩阵探头,每组矩阵探头为4*4,共16个,探头封装大小均为50*50*50mm;两组OPM矩阵探头分别放置于测试者胸前方与后方,可同步采集被测者心脏磁信号与心脏供血信号,并由数据采集系统绘制出心磁图像与心脏供血数据图像。
本实施例中,环境噪音检测探头5在OPM矩阵探头四角处,位于心磁信号可接收范围之外,用于实时监控屏蔽后的环境噪音,探头封装大小为50*50*50mm。
本实施例中,被测者两手腕处与左脚腕处各有一个心电同步探头4,测试时与OPM矩阵探头进行心电、心磁数据的同步采集。
本实施例中,被测者平躺静止不动即可,测试时长约3-5min。
本实施例在具体测试时,被测者先平躺于无磁移动床7上,无磁移动床7自动将被测者推进测试空间内;启动主动控制系统,抵消环境噪音;启动弱磁矩阵探头3,环境噪音检测探头5获取环境噪音数据,检测系统实时监控当前环境噪音是否符合检测条件;OPM矩阵探头开始采集被测者心磁信号数据,并由程序处理为磁场数据后,绘制成心脏磁场图像,并自动进行计算。
上述心磁图检测时,同时打开共振激励线圈2,同步检测心脏供血图像数据,具体为:共振激励线圈2发射脉冲信号,从而引起体内氢核共振,同步检测心脏磁共振信息,并由数据采集系统绘制出心脏供血图像。
本实施例中,环境空间磁场为42000nT,波动为400-500nT。磁屏蔽后交流线圈磁场±5nt,直流30-40nt,以此基础进行数据采集。
本实施例中,三轴磁场稳定器1的磁场在搭配磁场梯度补偿前后,所测试磁场梯度数据与实施例一几乎一致。
本实施例中,OPM矩阵探头检测灵敏度范围:0.1-1000Hz,100ft-1nt。
本实施例中,心脏磁信号数据对应关系为1000nT—42.85Hz。
本实施例中,三轴Helmholtz线圈控制数据结果如图20所示。
本实施例中,心磁数据测试结果如图21所示。
实施例四
本实施例提供了一种以磁场梯度线圈12替换铁磁材料补偿机制的设备检测系统。
本实施例所述的设备系统与实施例一所述的装置的结构基本相同,相同之处不再赘述,不同之处在于:
本实施例中,使用磁场梯度线圈12来替换铁磁材料补偿机制进行检测。
磁场梯度线圈12由两组线圈组成,分布于三轴Helmholtz线圈内侧x轴,y轴方向;单线圈整体大小为1000*1000mm,线圈截面宽度为30mm。
值得一提的是,磁场梯度线圈12可替换为任意满足检测要求的不同形状的线圈。
本实施例中,被测者以平躺的姿势进入测试设备内部。
本实施例中,三轴磁场稳定器1与实施例一一致。
本实施例中,共振激励线圈2采用圆环线圈,位于主磁场方向,被测者z轴正方向一侧,整体直径为100cm,线圈界面直径为10cm,线圈外层以铝型材料封装。
本实施例中,采用磁场梯度线圈12进行磁场梯度补偿,数据采集系统根据磁场梯度大小分布,自动计算需要补偿的数据,并由计算机处理为电信号,自动调节磁场梯度线圈12电流大小,从而达到磁场梯度补偿的目的。
上述磁场梯度线圈12采用的是方形环线圈9进行补偿,整体大小为100*100cm,线圈截面为5cm。值得一提的是,此磁场梯度线圈12可替换为任意满足检测要求的不同形状线圈,如圆环线圈等。
本实施例中,弱磁矩阵探头3采用OPM矩阵探头。三轴磁场稳定器1的中央有两组移动式OPM矩阵探头,分别位于人体胸腔前后,每组矩阵探头为4*4,共16个,探头封装大小均为5*5*5cm。两组OPM矩阵探头分别放置于测试者胸前方与后方,采集心磁信号和磁共振信号后,由计算机自动做平均计算等数据处理,然后绘制出被测者心脏磁信号与心脏供血信号。
上述两组弱磁矩阵探头3中,四角位置处为环境噪音检测探头5,位于心磁信号可接收范围之外,上下探头实时监控屏蔽后的环境噪音,并对人体移动产生的噪音波动进行消减,探头封装大小为均5*5*5cm。
本实施例中,被测者两手腕处与左脚腕处各有一个心电同步探头4,测试时与OPM矩阵探头进行心电、心磁数据的同步采集。
本实施例中,被测者平躺静止不动即可,测试时长约3-5min。
本实施例在具体测试时,被测者先平躺于无磁移动床7上,无磁移动床7自动将被测者推进测试空间内;启动主动控制系统,抵消环境噪音;启动弱磁矩阵探头3,环境噪音检测探头5获取环境噪音数据,检测系统实时监控当前环境噪音是否符合检测条件;OPM矩阵探头开始采集被测者心磁信号数据,并由程序处理为磁场数据后,绘制成心脏磁场图像,并自动进行计算。
上述心磁图检测时,同时打开共振激励线圈2,同步检测心脏供血数据;共振激励线圈2发射脉冲信号,从而引起体内氢核共振,同步检测心脏磁共振信息,并由数据采集系统绘制出心脏供血图像。
本实施例中,环境空间磁场为43000nT,波动为400-500nT。磁屏蔽后交流线圈磁场±5nt,直流30-40nt,以此基础进行数据采集。
本实施例中,OPM矩阵探头检测灵敏度范围:0.1-1000Hz,100ft-1nt。
本实施例中,心脏磁信号数据对应关系为1000nT—42.85Hz。
上述三轴磁场稳定器1的磁场梯度数据如图22所示。
上述三轴磁场稳定器1的磁场梯度搭配磁场梯度线圈12补偿后,控制数据结果如图23所示。
本实施例中,三轴Helmholtz线圈控制数据结果如图24所示。
本实施例中,心磁数据测试结果如图25所示。
最后需要指出的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种开放式磁共振心磁检测设备,包括三轴磁场稳定器(1)、共振激励线圈(2)、弱磁矩阵探头(3)、心电同步探头(4)、环境噪音检测探头(5)和数据采集处理系统,其特征在于,心电同步探头(4)设有三路并分别设于被测者两手腕处与左脚腕处,测试时与弱磁矩阵探头(3)进行心电、心磁数据的同步采集;所述磁共振心磁检测设备检测心脏在心脏心肌细胞极化、去极化过程中生物电流产生的磁场分布,反演心肌细胞活跃状态,同时利用磁共振原理检测心脏在收缩、舒张过程中的血流变化;
三轴磁场稳定器(1)包括三轴正交放置且互不导通的Helmholtz线圈、驱动Helmholtz线圈的电源、主动控制电路以及固定在Helmholtz线圈之上且可空间多自由度调整的高磁导率介质,三轴磁场稳定器(1)通过控制Helmholtz线圈电流,配合高磁导率介质在空间的特定分布抵消环境噪音磁场和环境梯度磁场,使得待测区域维持稳定、均匀的磁场检测环境;三轴磁场稳定器(1)同时施加特定大小方向的磁场用以磁化人体内部氢原子,氢原子在外加磁场作用下会产生磁化并产生拉莫尔进动;
共振激励线圈(2)用以产生与拉莫尔进动频率一致的脉冲磁场,人体内的氢原子在脉冲磁场作用下产生共振,并随着时间变化产生自旋弛豫,自旋弛豫引起宏观磁场变化,由置于人体胸口的弱磁矩阵探头(3)检测,由于血液包含大量水分子,血流进出心脏的过程会由弱磁矩阵探头(3)实现空间分布与强度检测;同时,心脏心房细胞、心室细胞依次收缩过程中产生的电生理信号也会转化成为磁场,利用弱磁矩阵探头(3)对心脏各个区域心肌细胞的工作状态进行成像检测;
三轴磁场稳定器(1)的整体长宽高为200*200*150cm,为弱磁矩阵探头(3)提供良好、稳定的磁场屏蔽环境,Helmholtz线圈宽度均为3cm,Helmholtz线圈外层以铝型材料封装;被测者使用无磁移动座椅(11)或者无磁移动床(7)进入检测设备。
2.根据权利要求1所述的一种开放式磁共振心磁检测设备,其特征在于,三轴磁场稳定器(1)的内部存在磁场梯度补偿机制(6),利用四个铁磁杆(10)或者四个铁磁球进行磁场梯度补偿,铁磁杆(10)或者铁磁球在各自的方向上伸缩,最大伸缩距离为10cm,其中,
当使用无磁移动床(7)时,上下铁磁杆(10)或者上下铁磁球沿z轴移动,移动距离为±70cm,左右铁磁杆(10)沿y轴、z轴进行移动,y轴可移动距离为±60cm,z轴可移动距离为±70cm;
当使用无磁移动座椅(11)时,前后铁磁球沿x轴移动,移动距离为±70cm,左右铁磁球沿y轴、z轴进行移动,y轴可移动距离为±60cm,z轴可移动距离为±70cm。
3.根据权利要求2所述的一种开放式磁共振心磁检测设备,其特征在于,采用磁场梯度线圈(12)来替换铁磁杆(10)或者铁磁球,磁场梯度线圈(12)包括两组线圈,分布于三轴Helmholtz线圈内侧x轴,y轴方向,单线圈整体大小为1000*1000mm,线圈截面宽度为30mm。
4.根据权利要求1所述的一种开放式磁共振心磁检测设备,其特征在于,共振激励线圈(2)采用外层封装铝型材料的圆环线圈或者方形环线圈(9),位于主磁场方向,被测者z轴正方向一侧,其中,
当采用圆环线圈时,整体直径为100cm,线圈界面直径为5cm或者10cm;
当采用方形环线圈(9)时,整体大小为150*150cm,宽度为3cm,或者,整体大小为100*100cm,宽度为10cm。
5.根据权利要求1所述的一种开放式磁共振心磁检测设备,其特征在于,弱磁矩阵探头(3)采用OPM矩阵探头,三轴磁场稳定器(1)的中央有两组分别位于人体胸腔前后的移动式OPM矩阵探头,每组矩阵探头为4*4,共16个;两组OPM矩阵探头同步采集被测者心脏磁信号与心脏供血信号,并由数据采集系统绘制出心磁图像与心脏供血数据图像;两组移动式OPM矩阵探头搭配旋转平台(13)进行探头旋转检测;弱磁矩阵探头(3)的四角位置处为环境噪音检测探头(5),位于心磁信号接收范围之外,上下探头实时监控屏蔽后的环境噪音,并对人体移动产生的噪音波动进行消减。
6.根据权利要求5所述的一种开放式磁共振心磁检测设备,其特征在于,采用感应线圈(8)来替换弱磁矩阵探头(3),环境噪音检测探头(5)位于感应线圈(8)的上方,位于心磁信号可接收范围之外,用于实时监控屏蔽后的环境噪音。
7.一种开放式磁共振心磁检测方法,基于权利要求6所述的一种开放式磁共振心磁检测设备实现,其特征在于,包括以下步骤:
被测者进入测试空间内后,启动主动控制电路抵消环境噪音;
启动弱磁矩阵探头(3),环境噪音检测探头(5)获取环境噪音数据,磁共振心磁检测设备实时监控当前环境噪音是否符合检测条件;OPM矩阵探头开始采集被测者心磁信号数据,并由程序处理为磁场数据后,绘制成心脏磁场图像,并自动进行计算;同时,打开共振激励线圈(2),同步检测心脏供血数据,具体为:共振激励线圈(2)发射频射脉冲信号,从而引起体内氢核共振,同步检测心脏磁共振信息,并由数据采集系统得到心脏供血数据图像。
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