FI118577B - Menetelmä mittalaitteen suojaamiseksi häiriöiltä - Google Patents

Description

118577

MENETELMÄ MITTALAITTEEN SUOJAAMISEKSI HÄIRIÖILTÄ KEKSINNÖN ALA

Keksintö liittyy mittalaitteen suojaamiseen ulkoisilta magneettisilta häiriöiltä.

5

KEKSINNÖN TAUSTA

Heikkoja biomagneettisia signaaleja mittaava laite on hyvin herkkä käyttöympäristönsä voimakkaiden magneettisten häiriöiden vaikutukselle. Tämä johtuu 10 siitä, että häiriösignaalit ovat mitattaviin biomagneettisiin signaaleihin verrattuna jopa kymmenen miljoonaa kertaa suurempia. Lisäksi häiriösuojauksen toteuttamista vaikeuttaa se, että magneettisilta häiriöiltä suojattava alue on suhteellisen suuri, hai-15 kaisijaltaan kymmeniä senttimetrejä.

Biomagneettisia mittauksia varten on kehitetty useita menetelmiä suojata mittalaitteet häiriöken-tiltä, jotka ovat kiinnostavia signaaleja monta kertaluokkaa suurempia* Suoraviivainen suojaustapa on si-20 joittaa herkkä magneettinen mittalaite ns. magneetti sesti suojaavan huoneen sisälle, joka vaimentaa huoneen ulkopuolisista lähteistä peräisin olevat magneet- ;**· tikentät noin 100 - 10000 :nteen osaan.

·' · Tämän lisäksi magneettiseen suojauksen ai- )·.*: 25 kaans aarni seksi on tunnettua käyttää antureita, joiden • ♦· t./ geometrinen rakenne tekee ne epäherkiksi kaukana ole- **t vista lähteistä peräisin oleville, melko tasaisille magneettikentille. Tällaisia magneettisia antureita • · *·*·* sanotaan gradiometreiksi. Niillä saavutetaan tyypilli- 30 sesti suojaustekijä n. 100 - 1000 ulkoisia häiriöitä t#*J* vastaan.

Edelleen voidaan magneettisuojaus toteuttaa / . tai sitä parantaa käyttäen aktiivisia järjestelmiä, • * · !..* joissa magneettinen häiriö kumotaan sopivan säätöjär- • · *”·* 35 jestelmän avulla, jossa häiriö mitataan suojattavan alueen läheisyydestä anturilla tai antureilla ja häi- • · 2 118577 riökenttä kompensoidaan tähän mittaukseen perustuen häiriöön nähden vastakkaisen magneettikentän synnyttävillä virrallisilla keloilla. Aktiivista magneettista suojausta voidaan käyttää joko yksinään tai yhdistet-5 tynä passiivisiin suojausmenetelmiin kuten magneet-tisuojahuoneeseen.

Tässä säätöjärjestelmässä voidaan käyttää joko suoraa kytkentää tai takaisinkytkentää. Suoraa kytkentää käytettäessä säätöjärjestelmään liittyvä mitta-10 laite on etäällä toimilaitteesta ja kompensoitavasta alueesta kelan tai kelojen sisäpuolella. Tässä tapauksessa säätöjärjestelmä toimii yksinkertaisesti siten, että keloihin syötetään mittalaitteen mittaamaan häiriöön verrannollinen virta sen suuntaisena, että suo-15 jättävälle alueelle syntyy mahdollisimman tarkkaan häiriön suuruinen vastakenttä. Tällaiseen järjestelmään voidaan yhdistää myös magneettinen suojahuone.

Suoraan kytkentään perustuvan kompensaation suorituskyky on yleensä melko rajallinen, koska kom-20 pensoitava kentänvoimakkuus määritetään etäällä suo jattavasta alueesta. Tämä toimii vielä hyvin yhden tai kahden stationäärisen häiriölähteen tapauksessa, mutta kun lähteitä on kolme tai enemmän, on yleensä mahdo-tonta löytää anturille paikkaa, josta kaikkien lähtei- • · 25 den aiheuttama kenttä voitaisiin oikein ekstrapoloida • · *. *, suojattavalle alueelle. Tällaisella suojausmenetelmäl- • · · *·" lä saavutetaan yleensä suojaustekijä 3:n ja 10 :n vä- • · . liitä riippuen häiriölähteiden lukumäärästä. Menetelmä toimii vain häiriölähteille, jotka sijaitsevat suojat-

• M

3 0 tavasta alueesta selvästi kauempana kuin säätöjärjes telmää ohjaava anturi. Vain hieman säätöjärjestelmää ··· ohjaavaa anturia kauempana oleville häiriölähteille • t*« .··*. menetelmä toimii huonommin ja erityisesti lähteille, ’· jotka ovat lähempänä kuin anturi, se ei toimi lain- *. *; 35 kaan.

··· Säätöjärjestelmän anturi voidaan myös viedä kompensaatiokela-asennelman sisään lähelle sitä aluet- • ♦ • · 3 118577 ta, jossa häiriö halutaan kompensoida. Tällöin on kyseessä takaisinkytketty säätöjärjestelmä, joka toimii paremmin kuin suoraan kytketty myös monimutkaisemmille, useasta eri lähteestä peräisin oleville häiriöil-5 le. Julkaisussa EP0514027 on esimerkki takaisinkytketystä säätöjärjestelmästä, jolla magneettisen häiriön vaikutusta saadaan vähennettyä. Myös takaisinkytkettyyn säätöjärjestelmään voidaan yhdistää magneet-tisuojahuone joko siten, että kompensaatiokelat si-10 jaitsevat magneettisuojan ulkopuolella (US3801877) tai sisäpuolella (EP0396381 tai vastaava US4963789).

Biomagneettisissa sovelluksissa tilavuus, jonka alueelle anturit ovat jakautuneet, on tyypillisesti useita kymmeniä senttejä halkaisijaltaan eli 15 melko suuri. Jos vielä halutaan pitää kompensaatioon käytetty referenssianturisto etäällä kiinnostavien biologisten signaalien lähteestä - kuten tunnetussa tekniikassa on pyritty tekemään - on antureita sisältävä tilavuus halkaisijaltaan jopa 50 cm. Magneettisen 20 häiriön kompensointi esimerkiksi prosentin tarkkuudella (pienentäminen sadasosaansa) takaisinkytkemällä edellyttää, että kompensointikelasto pystyy tuottamaan häiriökenttien geometriaa vastaavat kentät prosentin tarkkuudella koko tässä tilavuudessa, joka sisältää ··.·, 25 seka mittausanturit että säätöjärjestelmän erosignaa- • · *. 1. lit tuottavat referenssianturit. Vain tässä tilantees- • · · sa saa säätöjärjestelmä oikean tiedon kompensoitavasta • · **··* häiriöstä ja häiriö kompensoituu suurella tarkkuudella ...i kaikista mittauskanavista.

··♦ 30 Kompensaatio vastakentän synnyttävillä ke loilla saadaan sitä tarkemmaksi mitä pienempi kompen-•j1 soitava tilavuus on. Siksi olisi toivottavaa viedä ta- .***. kaisinkytketyn kompensaatiojärjestelmän anturi mahdol- ··· / . lisimman lähelle mittalaitteen varsinaisia antureita.

♦ · · *· 1· 35 Aiemmin ajateltiin, että näin ei voi tehdä, koska sil- ··· loin kompensoidaan myös itse mitattava signaali ikään kuin ulkoisena häiriönä.

• ♦ * · » 4 118577

Tunnetun tekniikan ongelmana on siis kompensaation epätarkkuus koko anturiston alueella, koska häiriökenttä mitataan anturiasennelman ulkopuolelta. Erillisen referenssianturiston käyttäminen tekee lait-5 teistosta myös turhan monimutkaisen.

KEKSINNÖN TARKOITUS

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on esitellä ratkaisu, jossa häiriöiden kompensaatioon tar-10 vittava takaisinkytkentäinformaatio saadaan itse mittaukseen käytetyistä antureista eli niistä antureista, joita häiriöltä pyritään suojaamaan. Näin päästään hyvin tehokkaaseen häiriönpoistoon, koska häiriö mitataan juuri siellä mistä se on poistettava ja kompen-15 soitavan alueen koko on mahdollisimman pieni.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Esillä olevan keksinnön tunnusomaisten piirteiden osalta viitataan oheisiin patenttivaatimuksiin. 20 Esillä olevassa keksinnössä esitetään tunne tusta tekniikasta poikkeava tapa toteuttaa magneettinen suojaus takaisinkytketyllä kompensaatiojärjestel-mällä, jossa ei tarvita erillistä erosignaalin antavaa referenssianturia tai -antureita. Tässä menetelmässä 25 varustetaan varsinainen mittausanturisto kahdella erillisellä takaisinkytkentähaaralla. Sisempi ta-kaisinkytkentähaara vastaa geometrialtaan pienipiirteisen, tutkittavasta kohteesta peräisin olevan signaalin takaisinkytkemisestä ja ulompi takaisinkytken-30 tähaara huolehtii amplitudiltaan ja geometrialtaan suurempien häiriösignaalien takaisinkytkennästä. Näin saadaan aikaan tilanne, jossa suuret ulkoiset häiriöt näkyvät vain ulommassa takaisinkytkentähaarassa, eivätkä syö varsinaisen kiinnostavan signaalin sisältä-35 vän sisemmän takaisinkytkentähaaran dynamiikkaa.

Häiriösignaalin ja mitattavan kiinnostavan signaalin summasignaalia siis mitataan varsinaisen mittausanturiston antureilla, joiden avulla saadaan

Vv 5 118577 erosignaali. Erosignaaleja voidaan muodostaa lineaari-kombinaationa yhdestä tai useasta mittausanturin mittaamasta signaalista. Erosignaalin avulla saatava kom-pensaatiojännite synnyttää virran toimilaitteessa.

5 Toimilaite on tyypillisesti kompensoivan magneettiken tän synnyttävä kela. Näitä voi olla useitakin. Kompen-saatiojännitteitä voidaan muodostaa useita erilaisten lineaarikombinaatioiden avulla anturiasennelman kanavista ja nämä jännitteet voidaan syöttää sopivilla 10 painokertoimilla painottaen kompensoivan toimilait- teiston eri keloihin. Kompensoiva magneettikenttä kumoaa anturiasennelmassa havaittavat häiriöt niin, että haluttu, suuruudeltaan huomattavasti pienempi biomagneettinen signaali voidaan luotettavasti mitata.

15 Kompensoivat toimilaitteet eli tyypillisesti kelat voidaan sijoittaa lähelle anturiasennelmaa, mutta kuitenkin kauemmas mitattavasta biomagneettisesta signaalilähteestä kuin anturit. Kelat voidaan kiinnittää erilliseen kehikkoon tai muuhun kiinteään pintaan. 20 Ulommassa takaisinkytkentähaarassa käsiteltä vän suuren häiriösignaalin sekoittuminen sisemmän haaran sisältämään biomagneettiseen informaatioon este-tään matemaattisella menetelmällä (SSS = Signal Space • ·

Separation), joka on kuvattu patentissa FI 115324 • · 25 (Taulu S., Kajola M,, Simola J,: The Signal Space Se- • · · paration method, Biomed. Tech., 48, in press).

**"* Eräässä esillä olevan keksinnön sovelluksessa • · · ···* anturiasennelma ja toimilaitteina toimivat kelat voi- *·..* daan sijoittaa magneettisen suojahuoneen sisään. Näin 30 saadaan parannettua häiriönsuojausta.

ί : : Esillä oleva keksintö on tunnetun tekniikan · · ratkaisuja yksinkertaisempi, koska häiriön tasoa mit- taavina antureina käytetään itse biomagneettisen sig- ... naalin mittausantureita, Häiriönpoisto saadaan myös • · *·;·* 35 tehokkaammaksi, koska häiriöt mitataan juuri sieltä, mistä ne halutaan poistaa, Edelleen kompensoitavan • « • · · • · · * » 6 118577 alueen tilavuus on esillä olevan keksinnön tapauksessa pieni.

KUVIOLUETTELO

5 Kuvio 1 esittää neuromagneettista signaalia mittaavan laitteiston, jonka osana on häiriön kompensoiva toimilaitteisto, kuvio 2 esittää yhdelle mittausanturille takaisinkytkennän piirikaavion, 10 kuvio 3 esittää kahdella takaisinkytkentähaa- ralla varustetun säätöjärjestelmän toimintakaaviota, ja kuvio 4 esittää yleistyksen kuvioiden 2 ja 3 mukaisesta kompensaatiomenetelmästä.

15

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

Keksinnön oleelliset periaatteet käyvät ilmi oheisista kuvioista. Itse laitteiston kokonaisrakenne käy ilmi kuvioista 1 ja 2. Kuviot 3 ja 4 ovat toimin-20 takaavioita, jotka lähinnä kuvaavat signaalien kulkua ja käsittelyä esitetyssä laitteistossa. Kuvio 1 esittää ns. MEG-laitteiston, jolla mitataan neuromagneet-··.·, tista signaalia, ja jonka osana on häiriöt kompensoiva järjestelmä. Laite koostuu tutkittavan henkilön päätä *. *. 25 ympäröivästä anturiasennelmasta 10 (sisältäen kuvion I I · esimerkissä yhdeksän anturia), mittalaitteen toimintaa • · ohjaavasta elektroniikasta 11 ja häiriökompensaatio- ..*·* järjestelmän toimilaitteina käytetyistä keloista 12, ··· ϊ : 13.

«·· 30 Kuhunkin laitteen anturiin liittyy pieniko- .*· koinen oma takaisinkytkentäkela 14, jonka avulla kont- ···· .*··, rollielektroniikka 11 ajaa anturia 10 ns. vuolukitussa • · *·*_ tilassa. Tämä tarkoittaa sitä, että ohjauselektroniik- ka 11 ajaa takaisinkytkentäkelaan 14 virtaa, jonka ai- • · t 35 heuttama kenttä kumoaa anturissa 10 siihen tulevan, j·*·. tutkittavassa kohteessa 15 olevasta lähteestä peräisin • · * * * * · 118577 . 7 olevan kentän. Tämän virran aikaansaamiseksi tarvittava jännite, joka on siis verrannollinen lähteestä 15 anturiin 10 tulevaan magneettiseen vaikutukseen, on kyseisen kanavan antama mittaussignaali. Kaikki perin-5 teiset MEG-laitteet on toteutettu tällä periaatteella.

Takaisinkytkentäkelat 14 ovat anturikohtai-sia. Kelat ovat niin pieniä ja siten asemoituja, että niiden aiheuttama kenttä aiheuttaa vaikutuksen vain kunkin kelan omaan anturiin. Voidaan ajatella, että 10 anturi 10 ja takaisinkytkentäkela 14 yhdessä muodostavat fyysisen anturina toimivan komponentin. Tällaisessa järjestelyssä kaikki mittauskanavat tietenkin reagoivat sekä mitattavasta kohteesta 15 että ulkoisista häiriölähteistä peräisiin oleviin magneettikenttiin.

15 Ulkoisilta häiriöiltä suojaavan aktiivikom- pensaation aikaansaamiseksi esillä olevan keksinnössä mittalaitteeseen lisätään suurikokoiset kompensaatio-kelat 12, 13, joihin syötetty virta aiheuttaa magneettikentän koko anturiasennelman alueelle. Kompensaatio-20 keloja voi olla useita - esimerkiksi kuusi kappaletta siten, että keloilla saadaan aiheutetuksi anturiasennelman kohdalla vastakenttiä ainakin kolmeen likimain kohtisuoraan suuntaan.

:***! Järjestelmän toiminnan säätäminen elektroni!- ·*·*· 25 kan 11 avulla käy tarkemmin ilmi kuvioista 2, 3 ja 4.

.· *

Kuvio 2 esittää yksinkertaistettuna tilannetta, jossa • · .·«. esimerkiksi kuvion 1 anturi 10 on takaisinkytketty • · *]jt kompensaatiokelan 12 kautta. Katkoviivan sisällä oleva **" osa on normaali vuolukitussa tilassa toimiva MEG- ♦ · *···* 30 kanava, johon liittyy vahvistin 20, takaisinkytkentä- vastus 21 ja takaisinkytkentäkela 14, joka kytkeytyy ..ΙΓ anturiin 10 keskinäisinduktanssin Mf välityksellä.

Katkoviivalla erotettu osa voidaan siis ajatella var- .·* j sinaisena mittauskanavana, joka sisältää aiemmin mai- ♦ ·· *./ 35 nitussa laajemmassa mielessä anturin 10, 14 ja kont- ***** rollielektroniikan 11 sisällä olevan elektroniikkaosan : *β'ϊ 20, 21. Jännite U0 on kanavan signaali, joka on antu- 8 118577 rin 10 näkemään magneettivuohon Φ8 verrannollinen. Magneettivuo käsittää siis summan mitattavasta kiinnostavasta magneettivuosta ja ulkoisten häiriöiden aiheuttamasta magneettivuosta anturin 10 sijaintipaikas-5 sa.

Kun tämä mittauskanava otetaan takaisinkytketyn aktiivikompensaatiojärjestelmän erosignaalin antavaksi kanavaksi, lisätään säätöelektroniikkaan vahvistin 24, takaisinkytkentävastus 25 ja kela 12. Magneet-10 tikenttä siirtyy kelalta 12 mittaavalle anturille 10 keskinäisinduktanssin Mc välityksellä.

Kuviossa 3 on tätä kahdella takaisinkytkentä-haaralla varustettua säätöjärjestelmää kuvaava toimintakaavio, jolle kokonaisuudessaan voidaan laskea siir-15 tofunktio. Sisemmässä takaisinkytkentähaarassa on vah-vistuslohko 30, vastusta 21 vastaava siirtofunktio 31 ja keskinäisinduktanssia Mf vastaava siirtofunktio 32. Ulommassa häiriöt kompensoivassa takaisinkytkentähaarassa on vahvistuslohko 33, vastusta 25 vastaava siir-20 tofunktio 34 ja keskinäisinduktanssia Mc vastaava siirtofunktio 35. Vahvistimen 30 (sama kuin kuvion 2 vahvistin 20) sisäänmenossa summautuu magneettivuo ulkoisesta häiriölähteestä ΦΒ ja häiriötä kompensoiva j’·*: magneettivuo Φε sekä kelan 14 välityksellä kytkeytyvä ·*·*: 25 magneettivuo sisemmästä takaisinkytkennästä. Tämä yh- * · .*. : teenlasku tehdään toimintakaaviossa summainlohkoilla • ·· • * .*··, 36, 37, joita ei käytännössä ole olemassa todellisina • · järjestelmän komponentteina.

**" Kanavan ulostulo jännitteeksi U0 ja ulomman • *.

,···* 30 takaisinkytkentähaaran jännitteeksi Uc tulee: *:* (?Φ ·::: u0 =—- - m : : ” GxMf G,G2Mc *·· l + _l !—l—L·

R, R

• · · J c * ·· • · ··· V Uc=G2U0 (2) ·· ♦ • · ♦ ^ t? * · 35 9 118577

Jos ulompi takaisinkytkentähaara jätetään pois (G2=0) , jää jäljelle perinteinen takaisinkytketty magnetometri - kuvioissa 2 ja 3 katkoviivan sisään rajattu osa - jonka kalibraation määrää sisemmän ta-5 kaisinkytkentähaaran siirtofunktio:

Rf M f U/> =ττ"φι' Gi-r-»1 o) M j· R-j·

Kun ulompi kytkentähaara otetaan käyttöön 10 riittävällä vahvistuksella varustettuna eli kun G2* (Mc/Rc) >> Mf/Rf, saadaan: t/„=0 ja υ,=%-Φ, (4)

MC

15 Ulomman takaisinkytkentähaaran käyttöönoton seurauksena kanavan ulostulosignaali siis häviää ja kompensaatiokelaan 12 ilmestyy kompensoivan magneettikentän aiheuttava virta. Kun signaalin aiheuttajana on ulkoinen häiriölähde ja mikäli kompensaatiokela (tai 20 kompensaatiokelat) 12 on onnistuttu rakentamaan siten, että se tuottaa koko anturiston alueella mahdollisiin- ·» * • man samanmuotoisen kentän kuin tämä ulkoinen häiriö- Γ·*ί lähde, tapahtuu sama ulostulosignaalin kompensoitumi- ·*·.· nen myös kaikkien muiden asennelman anturien kohdalla, ,*·*. 25 vaikka niiden takaisinkytkennästä ulompi haara on jä- ,j. tetty pois (G2*Q) . Tämä on juuri se suojausvaikutus, johon ulomman takaisinkytkentähaaran lisäämisellä py-*"* ritään.

Koska ulomman takaisinkytkentäsilmukan ohja- •••Σ 30 ukseen käytetään samoja magnetometrikanavia, joilla ··· *...· mitataan myös tarkasteltavaa biomagneettista signaa- ; lia, on ilmeistä, että ulompi takaisinkytkentä vaikut- • · .···, taa myös tähän biomagneettiseen signaaliin. Esimerkik- • · *** si kanavasta, jonka takaisinkytkentaän ulompi haara on • · ♦ · • · 9 4 4 «*··· 10 118577 lisätty (G2 > 0), häviää tämän järjestelyn seurauksena myös biomagneettinen signaali.

Esillä olevan keksinnön keskeinen oivallus liittyy siihen, miten tämä ei-toivottu vaikutus voi-5 daan estää yksinkertaisella tavalla. Ajatellaan ensin järjestelmää, jossa yhtään ulompaa takaisinkytken-täsilmukkaa ei ole aktivoitu. Tällaisen järjestelmän mittauskanavat rekisteröivät sekä ulkoisista lähteistä tulevat suuret häiriösignaalit että heikot biomagneet-10 tiset signaalit. Patentissa FI 115324 on esitetty menetelmä (SSS-menetelmä; Taulu S., Kajola M., Simola J. : The Signal Space Separation method, Biomed. Tech., 48, in press), jolla tällaisessa tilanteessa voidaan suurella tarkkuudella erottaa laitteen mittausalueen 15 ulkopuolelta ja sisäpuolelta tulevat signaalit toisistaan, kun laitteen kanavien asettelu on sopiva ja lukumäärä riittävä (vähintään 200).

Tämä numeerinen menetelmä olisi sinänsä riittävä ulkoisten häiriöiden poistoon mitatusta signaa-20 lista, mikäli häiriöt pysyisivät niin pieninä, ettei anturiston yhdenkään mittauskanavan dynaaminen alue ylity. Juuri tämä ylittyminen voidaan esillä olevassa keksinnössä kuvatulla kompensaatiomenetelmällä estää.

• ·

Koska kompensaatiomenetelmä toteutetaan laitteen mit- • · 25 tausalueen ulkopuolelle sijoitettuja keloja käyttäen, * * · I.,* on tähän ulompaan takaisinkytkentäsilmukkaan liittyvän **·;* kompensaatiovirran vaikutus signaaleihin niin ikään • * · ···'· erotettavissa SSS-menetelmällä mittausalueelta tule- ·*** vasta signaalista, 30 Esimerkkinä voidaan mainita tilanne, jossa ulompaan kompensaatiosilmukkaan perustuva suojausmene- telmä tuntuisi toimivan kaikista epätarkoituksenmukai- • · · simmalla tavalla. Oletetaan, että ulkoisia häiriöitä • · ei ole, ja että erosignaalikanavana toimiva anturi nä- • · *·;·’ 35 kee ainoastaan biomagneettisen signaalin, Tähän se :..**: reagoi syöttämällä kompensaatiokelaan virran, joka ai- heuttaa biomagneettisen kentän kompensoivan vastaken- • · 11 118577 tän siinä pisteessä, jossa anturi sijaitsee. Näennäisesti ulomman silmukan takaisinkytkentä siis toimii siten, että vaikka minkäänlaista ulkoista häiriötä ei ole, häviää juuri se signaali, josta ollaan kiinnostu-5 neita.

Biomagneettinen signaali ajetaan siis nollaan aktivoimalla kompensoiva, mittausalueen ulkopuolinen magneettikentän lähde. Juuri tällaisen ulkopuolisen lähteen vaikutus saadaan SSS-menetelmällä numeerisesti 10 erotetuksi, jolloin erosignaalikanavaan jää jäljelle vain alkuperäinen biomagneettinen signaali. SSS-menetelmä rekonstruoi erosignaalikanavaan - samoin kuin kaikkiin muihinkin kanaviin - signaalit, jotka niissä olisi havaittu, mikäli ulompaa takaisinkytken-15 täsilmukkaa ei olisi aktivoitu. Tämä rekonstruktio perustuu siihen mittaukseen, jonka magnetometriasennelma kokonaisuutena tekee samanaikaisesti sekä biomagneettisesta lähteestä että kompensaatiokelasta.

SSS-menetelmä toimii luonnollisesti samalla 20 tavalla häiriökompensoinnin yhteydessä eli silloin, kun erosignaalikanava saa osan signaalistaan mittausalueen tai vaikkapa koko kompensaatiokelaston ulkopuolella olevasta häiriölähteestä. Näissä tapauksissa se-:*·[: kä alkuperäinen lähde että takaisinkytkentäsilmukan ·*·*; 25 osana aktivoituva kompensaatiokela sijaitsevat mitta- • « : usalueen ulkopuolella ja niiden osuus signaaleista ,···[ voidaan poistaa SSS-menetelmällä. Tässä tapauksessa • · *" kompensaatiojärjestelmän tehtävä on ainoastaan muokata • · * *::: ulkoista häiriötä siten, että kaikki anturit pysyvät • » *···" 30 dynaamisella alueellaan, jolloin numeerisen menetelmän syötteeksi tarvitsemat signaalit saadaan kerättyä.

Koska kompensoitavana häiriönä on vektori-:***: kenttä, joka ei ole vakio koko anturiasennelman alu- . eella, on riittävän hyvän kompensaation saavuttamisek- • · · I..* 35 si yleensä tarpeen käyttää kompensaatiokelastoa, jolla * · *·"* voidaan aikaansaada suunnaltaan ja muodoltaan monen- : 'mi laisia kenttiä. Erityisesti kelastolla pitää voida • · 12 118577 mahdollisimman tarkkaan tuottaa voimakkaimpien ulkoisten häiriölähteiden kenttämuodot, tai täsmällisemmin ilmaistuna niiden vastakentät, koko anturiasennelman alueella. Kuviossa 4 on esitetty tällainen useamman 5 kompensaatiokelan muodostama kuvion 3 kompensaatiome-netelmän yleistys toimintakaavion muodossa.

Kuviossa 4 kompensointivirran aiheuttava jännite Uc on kytketty kahdella erikseen valittavalla kytkentävoimakkuudella (1/Rc;j ja 1/Rcj+1) 40, 41 kah- 10 teen eri kelaan 42, 43, vastaavasti. Induktiiviset kytkennät jne. 44 määräytyvät kompensaatiokelojen 42, 43 sijainnista ja anturien 45 paikasta ja asennosta anturiasennelmassa. Uc voidaan kytkeä useampaankin kuin kahteen kelaan. Lisäksi kompensaatiojännitteen 15 synnyttävä erosignaali on kuviossa 4 muodostettu line-aarikombinaationa kahden eri anturin 45 signaaleista. Lineaarikombinaation muodostamisessa käytetään antureille 45 painokertoimia cifj 46 ja summataan termit summaimella 47. Lineaarikombinaation muodostamiseen 20 voidaan käyttää useampaakin kuin kahta kanavaa. Tarvittava takaisinkytkentäsilmukan vahvistimen siirto-funktio on G2 48. Lisäksi voidaan muodostaa useita kompensaatiojännitteitä Ucn käyttäen erosignaalin muo-dostamiseen eri lineaarikombinaatioita anturiasennel- · ·1·'; 25 man 45 signaaleista ja syöttää jännitteet optimaali- • · : silla painokertoimilla kompensaatiokelaston eri keloi- · .···. hin 42, 43. Anturien 45 näkemä kompensoivien magneet- • · tivoiden summavuo saadaan kuvion 4 toimintakaaviossa ··· "" summaimien 49 ulostuloista. Käytännössä summaimia 49 • · *···1 3 0 ei järjestelmässä ole todellisina komponentteina. Sum- maimilla 49 kuvataan kompensointikelojen aiheuttamien kenttien yhteisvaikutusta (kokonaiskenttä on osakent- ··· ί,,.ΐ tien summa) kunkin anturin kohdalla.

: Näin muodostuu monikanavalaitteen häiriökom- • · · J./ 35 pensaation suorittava ulompi takaisinkytkentäsilmukka, • 1 *" jota kuvaa kaksi matriisia: suoran kytkentähaaran ra- ·1 | 1/· kenteen kuvaava ci;j-matriisi, joka määrittää i:nnen · 13 118577 anturin 45 painokertoimen j:nnessä erosignaalissa, ja takaisinkytkentähaaran kuvaava l/Rjk-matriisi, joka määrittää j:nnen kompensaatiovirran painokertoimen k:nteen kelaan 42, 43 syötettävässä kokonaisvirrassa.

5 Näiden kahden matriisin valinnalla voidaan häiriökompensaation suorituskyky optimoida. Erosignaa-lin kokoaminen lineaarikombinaationa usealta, esimerkiksi eripuolilla anturiasennelmaa olevalta kanavalta on edullista sikäli, että se parantaa erosignaalin 10 tarkkuutta ja lyhentää tehollista ekstrapolaatioetäi-syyttä anturiasennelman yli. Tavanomaisessa erillisiä referenssiantureita käyttävässä järjestelmässä saattaa erosignaalin antava anturi sijaita jopa 50 cm päässä kaukaisimmasta kompensoitavasta anturiasennelman antu-15 rista, jolloin erosignaalista arvioitu häiriön voimakkuus on jo geometrisista syistä epätarkka. Muodostamalla erosignaali asennelman eri puolilla sijaitsevien anturien signaaleista saadaan ekstrapolaatiomatka lyhennetyksi asennelman säteen, noin 12 cm, suuruiseksi. 20 Kompensaatiosilmukalla takaisinkytketyt kent- tämuodot puolestaan voidaan räätälöidä mahdollisimman tarkasti suurimpien ulkoisten häiriöiden geometrista muotoa noudattaviksi käyttämällä riittävän suurta mää- ·***: rää kompensaatiokeloja ja määrittämällä oikeat paino- • · !*.*. 25 kertoimet l/Rjk-matriisiin. Tyypillinen lukumäärä kom- » · .·. : pensaatiojännitteitä U. . ja kompensaatiokeloja on esi- .*·/ merkiksi kuusi, jolloin l/Rjk-matriisi on 6*6- **; matriisi.

* · * •**| Kuvioissa 1 - 4 on käytetty symboleja, jotka ® · *···* 30 viittaavat ulkoisia häiriöitä kompensoivan takaisin kytkennän toteuttamiseen analogiaelektroniikalla. Näin ..!·* on tehty vain havainnollisuuden vuoksi. Modernissa to- teutuksessa käytetään signaaliprosessoreita tai reaa- j liaikatietokoneita, joihin painokerroinmatriisit c^ • * · 35 ja 1/R,k sekä siirtofunktio G2 ohjelmoidaan.

**;·* Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitet- ϊ **: tyjä sovellusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muun- • · 14 118577 nokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

·· · t « · • · • · ** * * · t • * » φ • • · · • · · • · • · * • • * • · « « • φ · ··»> • 4« · • · »·· . · • Φ Φ Φ®ΦΦ • · · Φ · • Φ ΦΦΦ • • Φ • · · t ·· f *

• M

• Φ « · • * · ·· · • Φ Φ Φ · • · Φ Φ

Claims (18)

1. Menetelmä biomagneettisia signaaleja mit-taavan anturiasennelman suojaamiseksi ulkopuolisilta häiriöiltä, joka anturiasennelma käsittää ainakin yh- 5 den anturin, tunnettu siitä, että menetelmä kä sittää vaiheet: varustetaan anturiasennelma ainakin yhdellä magneettisella takaisinkytkennällä, jossa yhden takaisinkytkennän erosignaali saadaan ainakin yhdestä mainitun 10 anturiasennelman anturista; synnytetään anturiasennelman alueelle ulkopuolisia häiriöitä kompensoiva magneettikenttä ainakin yhdellä anturiasennelman ulkopuolella sijaitsevalla toimilaitteella, jonka kompensaatiojännitteen synnyttävä 15 erosignaali on lineaarikombinaatio yhden tai useamman anturin signaaleista; ja erotetaan mitattava biomagneettinen hyötysignaali mittausalueen ulkopuolelta lähtöisin olevista toimilaitteiden ja ulkopuolisten häiriöiden aiheuttamista 20 signaaleista SSS-menetelmän avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä edelleen käsittää .. , vaiheet: • · « I. f muodostetaan erosignaali lineaarikombinaationa an- • · · • ·* 25 turiasennelman kahden tai useamman anturin mittaussig- • · ·. *J naaleista; ja ··· takaisinkytketään erosignaali toimilaitteille kom- i4*j· pensoivan magneettikentän muodostuessa lineaarikombi- :***: naationa ainakin yhden toimilaitteen aiheuttamasta ··· 30 magneettikentästä.

. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, • · · ··« .♦··. tunnettu siitä, että menetelmä edelleen käsittää » "* vaiheen: *;**: valitaan lineaarikombinaationa saatavat erosignaa- M· 35 lit ja käytettävät toimilaitteet siten, että takaisin- . .·. kytkennän ollessa päällä ulkoinen häiriösignaali mini- .·. ; moituu. • ·· • · 16 118577

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää käytetään magne-toenkefalografia-laitteessa (MEG).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että mittausanturi on kytketty kahteen takaisinkytkentäsilmukkaan, joista ensimmäinen on vuolukitussa tilassa toimiva MEG-laitteen kanava ja toinen on kompensoivaa toimilaitetta ohjaava takaisin-kyt kentähaara.

6. Patenttivaatimuksen X mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toimilaite on kela.

7. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä edelleen käsittää vaiheen: 15 takaisinkytketään mitattu signaali vahvistimen ja takaisinkytkentävastuksen kautta toimilaitteelle.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä optimoidaan toimilaitteilla synnytettävän häiriökompensoinnin toi- 20 mintaa muuntelemalla takaisinkytkentävastusten arvoja, lisäämällä toimilaitteiden lukumäärää ja muuntamalla toimilaitteiden sijaintipaikkoja.

9. Jonkin aikaisemman patenttivaatimuksen 1-3 i **ί mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetel- ;1·1: 25 mä edelleen käsittää vaiheen: φ sijoitetaan anturiasennelma ja toimilaitteet mag- • · ,**·, neettisen suojahuoneen sisään. • ^ · tj,

10. Järjestelmä biomagneettisia signaaleja ".V. mittaavan anturiasennelman suojaamiseksi ulkopuolisil- • · ***** 30 ta häiriöiltä, joka järjestelmä käsittää: anturiasennelman (10, 45), joka sisältää ainakin yhden magneettisen anturin; • · · takaisinkytkentäkelan (14) kytkettynä kuhunkin an-turiin; • m ,···, 35 ohjauselektroniikan (11), joka ohjaa mittalaitet- · •M , • ta; * i · • 1 » «»» · • · · • ·· • · n 118577 : tunnettu siitä, että järjestelmä edelleen käsittää: ainakin yhden magneettisen takaisinkytkennän kytkettynä anturiasennelmaan, jossa yhden takaisinkytken-5 nän erosignaali saadaan ainakin yhdestä mainitun antu-riasennelman anturista (10, 45); ainakin yhden anturiasennelman ulkopuolella sijaitsevan toimilaitteen (12, 13, 42, 43) magneettikentän synnyttämiseksi anturiasennelman (10, 45) alueel-10 le, joka magneettikenttä kompensoi ulkopuolisia häiriöitä, jonka toimilaitteen kompensaatiojännitteen synnyttävä erosignaali on lineaarikombinaatio yhden tai useamman anturin (10, 45) signaaleista; ja ohjauselektroniikan (11) mitattavan biomagneetti-15 sen hyötysignaalin erottamiseksi mittausalueen ulkopuolelta lähtöisin olevista toimilaitteiden (12, 13, 42, 43) ja ulkopuolisten häiriöiden aiheuttamista signaaleista SSS-menetelmän avulla.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen järjes-20 telmä, tunnettu siitä, että järjestelmä edelleen käsittää: erosignaalin muodostamisvälineet (46, 47) erosig- naalin muodostamiseksi lineaarikombinaationa antu- :1 2·]: riasennelman kahden tai useamman anturin (45) mittaus- ·3: 25 signaaleista; ja • · .1.#j mainitun magneettisen takaisinkytkennän (48, 40) .··1. erosignaalin takaisinkytkemiseksi toimilaitteille (42, • # ”\m 43) kompensoivan magneettikentän muodostuessa lineaa- "" rikombinaationa ainakin yhden toimilaitteen (42, 43) *···1 30 aiheuttamasta magneettikentästä.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjes-telmä, tunnettu siitä, että järjestelmä edelleen ··· käsittää: mainitut erosignaalit ja toimilaitteet (12, 13, • · 35 42, 43) valittuina siten, että takaisinkytkennän oi- • · "1 lessa päällä ulkoinen häiriösignaali minimoituu. ♦ · · f · · ♦ ·1 • · · 2 • 1· 3 » · 18 118577

13. Patenttivaatimuksen 10 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että anturiasennelma (10, 45), takaisinkytkentäkelat (14) ja ohjauselektroniikka (11) toimivat magnetoenkefalografia-laitteen (MEG) osi- 5 na.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmä edelleen käsittää: kunkin mittausanturin (10, 45) kytkettynä kahteen 10 takaisinkytkentäsilmukkaan, joista ensimmäinen on vuo-lukitussa tilassa toimiva MEG-laitteen kanava ja toinen on kompensoivaa toimilaitetta (12, 13, 42, 43) ohjaava takaisinkytkentähaara.

15. Patenttivaatimuksen 10 mukainen järjes-15 telmä, tunnettu siitä, että mainittu magneettikentän synnyttävä toimilaite (12, 13, 42, 43) on antu-riasennelman (10, 45) sisältävään laitteeseen tai an-turiasennelman (10, 45) ympärille erilliseen kehikkoon tai seinille tai lattiaan tai kattoon kiinnitetty ke- 20 la.

15 118577

16. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmä edelleen käsittää: |V vahvistimen (24), takaisinkytkentävastuksen (25) 25 ja toimilaitteen (12) magneettisen takaisinkytkennän .*·.· osina.

• * .*··. 17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen järjes- • · telmä, tunnettu siitä, että järjestelmässä opti- » moidaan toimilaitteilla (12, 13, 42, 43) synnytettävän • · 30 häiriökompensoinnin toimintaa muuntelemalla takaisin- , kytkentävastusten (25) arvoja, lisäämällä toimilait- t * · *;j*‘ teiden (12, 13, 42, 43) lukumäärää ja muuntamalla toi- *·..* milaitteiden (12, 13, 42, 43) sijaintipaikkoja.

·;··· 18. Patenttivaatimuksen 10 mukainen järjes- .·*. 35 telmä, tunnettu siitä, että järjestelmä edelleen • käsittää: • · · • * » ··« ♦ · • 9 ♦ • ·· * « 19 118577 magneettisen suojahuoneen anturiasennelman (10, 45) ja toimilaitteiden (12, 13, 42, 43) sijoituspaikkana . Il · « · · • · • 9 ·· » • · · * * • * • · * · * • M • · • 99 • · • I III • Ml • 9999 • tl • 9 • · «M • • 9 • I I 9 9 9 • * 9 9 · • 9 III 9 9 • 9 • 99 • 9 9 9 • Il • 9 9 9 9 • 99 • 99 9 9 • 9 9 9 99 • 9 20 118577