CN105640538B - 一种全张量心磁图仪探头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全张量心磁图仪探头及其制造方法，包括全张量探头支架、检测层SQUID磁强计和参考层SQUID磁强计；所述全张量探头支架包括检测层支架、参考层支架及中间连接杆，所述检测层支架设置在所述中间连接杆的底端，所述参考层支架设置在所述中间连接杆的顶端；所述检测层SQUID磁强计包括若干个SQUID磁强计，设置在所述检测层支架上，用于合成五个独立的一阶梯度及所需的均匀分量；所述参考层SQUID磁强计包括三个SQUID磁强计，设置在所述参考层支架的三个正交方向上，构成三轴磁强计。本发明的全张量心磁图仪探头及其制造方法能够获取5个独立的一阶梯度和磁场的2~3个均匀分量，有效地抑制了5个独立一阶梯度的噪声，从而获取更多的心磁图的磁场及电活动信息。

Description

一种全张量心磁图仪探头及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种探头及其制造方法，特别是涉及一种全张量心磁图仪探头及其制造方法。

背景技术

人体生命活动背后隐藏着丰富的电磁信息。心磁图是一种通过检测人体心脏电活动产生的空间磁场而进行成像分析的新型心脏疾病诊断方法。与传统的心电图类似，心磁图反映了心脏的电生理活动，是一种功能成像方法。由于完全无创、无辐射、无接触、受体液及骨骼等的影响较小，且能响应环形涡旋电流，心磁图包含很多传统心电图无法体现的电生理信息，从而呈现出更好的灵敏度和早期诊断能力。临床研究显示，心磁图在冠心病、心肌缺血等方面具有良好的应用潜力，因而具有极高的临床研究和应用价值。

心磁图临床价值的体现直接依赖于心磁信号的检测及其数据解读。为了在强的背景磁场中检测微弱的心磁，基于超导量子干涉器件(Superconducting QuantumInterference Device，SQUID)梯度计的梯度磁场检测方法得到了广泛的使用。其中，SQUID作为磁传感器，扫描人体心脏上方平面内一定区域内多点心磁信号，对心脏进行磁信息成像。

基于磁场的三维矢量特性，心磁的梯度是一个9分量张量，其中包含5个独立的梯度。从信号检测的角度看，更多的心磁数据势必会带来更多可供分析的信息。然而，目前心磁检测发展的一个主流方向是基于单个SQUID梯度磁场分量的多通道集成技术。该技术通过多点扫描或同步测量的方式获得覆盖人体胸腔上方一定平面区域内的心磁图数据。

针对心磁数据的解读，目前主要有两类，即测量平面的成像和反演体内成像。其中，一个重要的处理方式是通过磁场数据获取心脏的电活动信息。以现有的轴向梯度数据为例，其计算和反演只能考虑电流的水平分量，势必会丢失电流的垂直分量。考虑到磁场及电流的三维矢量特性，如何更加全面地获得心磁图的磁场及电活动信息仍然是目前心磁图仪及其临床面临的一个主要问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种全张量心磁图仪探头及其制造方法，利用SQUID磁强计合成一阶梯度计，除了全张量一阶梯度，还能够获取磁场的2～3个均匀分量，在有效抑制一阶梯度噪声的同时，能够获取更多的心磁图的磁场及电活动信息，实用性强。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种全张量心磁图仪探头，包括全张量探头支架、检测层SQUID磁强计和参考层SQUID磁强计；所述全张量探头支架包括检测层支架、参考层支架及中间连接杆，所述检测层支架设置在所述中间连接杆的底端，所述参考层支架设置在所述中间连接杆的顶端；所述检测层SQUID磁强计包括若干个SQUID磁强计，设置在所述检测层支架上，用于合成五个独立的一阶梯度及所需的均匀分量；所述参考层SQUID磁强计包括三个SQUID磁强计，设置在所述参考层支架的三个正交方向上，构成三轴磁强计。

根据上述的全张量心磁图仪探头，其中：所述全张量探头支架采用陶瓷、石英或玻璃钢制成。

根据上述的全张量心磁图仪探头，其中：所述检测层SQUID磁强计中磁强计的个数为7-12个。

根据上述的全张量心磁图仪探头，其中：设置所述检测层SQUID磁强计中的SQUID磁强计时，包括以下步骤：

1)确定需要检测的五个独立一阶梯度分量及所需的均匀分量，得到SQUID磁强计的数量和组合方式；

2)根据五个独立的一阶梯度分量，在检测层支架的中心正交方向上固定中心磁强计；

3)根据各方向的梯度量和基线长度固定剩余的SQUID磁强计，其中，基线长度是指检测层SQUID磁强计中同法向相邻SQUID磁强计之间的距离。

根据上述的全张量心磁图仪探头，其中：所需的均匀分量为2-3个。

同时，本发明还提供一种全张量心磁图仪探头的制造方法，包括以下步骤：

步骤S1、确定需要检测的五个独立一阶梯度分量及所需的均匀分量，得到检测层SQUID磁强计中SQUID磁强计的数量；

步骤S2、搭建全张量探头支架；所述全张量探头支架包括检测层支架、参考层支架及中间连接杆，所述检测层支架设置在中间连接杆的底端，所述参考层支架设置在中间连接杆的顶端；

步骤S3、根据需要检测的五个独立一阶梯度分量及所需的均匀分量，将检测层SQUID磁强计设置在所述检测层支架上，合成五个独立的一阶梯度及所需的均匀分量；将参考层SQUID磁强计设置在所述参考层支架上，构成三轴磁强计。

根据上述的全张量心磁图仪探头的制造方法，其中：所述全张量探头支架采用陶瓷、石英或玻璃钢制成。

根据上述的全张量心磁图仪探头的制造方法，其中：所述检测层SQUID磁强计中磁强计的个数为7-12个。

根据上述的全张量心磁图仪探头的制造方法，其中：所述步骤S3中，设置所述检测层SQUID磁强计中的SQUID磁强计时，包括以下步骤：

1)确定需要检测的五个独立一阶梯度分量及所需的均匀分量，得到SQUID磁强计的数量和组合方式；

2)根据五个独立的一阶梯度分量，在检测层支架的中心正交方向上固定中心磁强计；

3)根据各方向的梯度量和基线长度固定剩余的SQUID磁强计，其中，基线长度是指检测层SQUID磁强计中同法向相邻SQUID磁强计之间的距离。

根据上述的全张量心磁图仪探头的制造方法，其中：所需的均匀分量为2-3个。

如上所述，本发明的全张量心磁图仪探头及其制造方法，具有以下有益效果：

(1)通过SQUID磁强计自由组合的方式能够获取5个独立的一阶梯度；

(2)通过引入额外的参考层，有效地抑制了5个独立一阶梯度的噪声；

(3)能够获取磁场的2～3个均匀分量；

(4)能够获取更多的心磁图的磁场及电活动信息。

附图说明

图1显示为本发明的全张量心磁图仪探头的结构示意图；

图2显示为本发明的全张量心磁图仪探头的制造方法的流程图。

元件标号说明

1 全张量探头支架

11 检测层支架

12 中间连接杆

13 参考层支架

2 检测层SQUID磁强计

3 参考层SQUID磁强计

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

参照图1，本发明的全张量心磁图仪探头包括全张量探头支架1、检测层SQUID磁强计2和参考层SQUID磁强计3。

全张量探头支架1包括检测层支架11、参考层支架13及中间连接杆12，检测层支架11设置在中间连接杆12的底端，参考层支架13设置在中间连接杆12的顶端。

其中，全张量探头支架1采用陶瓷、石英、玻璃钢等低热膨胀系数的高强度无磁材料制成。

为保证梯度及均匀磁场的可靠检测，中间连接杆的长度，即参考层与检测层之间的距离，应确保参考层检测的信号量远小于检测层。

检测层支架11的总体大小，根据检测层同法向相邻SQUID磁强计之间的距离，即基线长度来确定。

检测层SQUID磁强计2包括若干个SQUID磁强计，设置在检测层支架11上，用于合成五个独立的一阶梯度及所需的均匀分量。优选地，磁强计的个数为7-12个。

根据梯度的全张量特性，可自由选择5个独立的一阶梯度及所需的均匀分量。其中，所需的均匀分量为2-3个。设置检测层SQUID磁强计时，包括以下步骤：

1)确定需要检测的五个独立一阶梯度分量及所需的均匀分量，得到SQUID磁强计的数量和组合方式。

2)根据五个独立的一阶梯度分量，在检测层支架的中心正交方向上固定中心磁强计；

3)根据各方向的梯度量和基线长度固定剩余的SQUID磁强计。

根据梯度的全张量特性，可自由选择五个独立的一阶梯度及所需的均匀分量，如5个一阶梯度Gxx，Gyx，Gzx，Gzy，Gzz及所需的三个均匀分量Bx，By，Bz。此种情况下，不考虑冗余设计的前提下，检测层需要8个SQUID磁强计。其中，检测层支架中心的三个正交方向上各放置1个SQUID磁强计，构成中心三轴磁强计。根据5个独立的一阶梯度，放置周围的5个SQUID磁强计。

具体地，在上述实施例中，Gxx＝Bx1-Bx0；Gyx＝By1-By0；Gzx＝Bz1-Bz0；Gzy＝Bz2-Bz0；Gzz＝Bz3-Bz0。Bx0、By0、Bz0分别为检测层支架的中心三轴磁强计沿XYZ方向的磁场输出；Bx1为中心三轴磁强计沿X方向放置的X方向磁强计的磁场输出；By1为中心三轴磁强计沿X方向放置的Y方向磁强计的磁场输出；Bz1、Bz2、Bz3分别为中心三轴磁强计沿XYZ方向放置的Z方向磁强计的磁场输出。

参考层SQUID磁强计3包括三个SQUID磁强计，设置在参考层支架13的三个正交方向上，构成三轴磁强计，用于加强环境噪声的抑制。

因此，上述实施例中，可获得磁场的三个均匀分量，即分别利用参考层的三轴磁强计补偿中心的Bx0、By0、Bz0。通过增加参考层的三轴补偿，抑制五个一阶梯度的环境噪声，实现一阶梯度信号的检测。

参照图2，本发明的全张量心磁图仪探头的制造方法包括以下步骤：

步骤S1、确定需要检测的五个独立一阶梯度分量及所需的均匀分量，得到检测层SQUID磁强计中SQUID磁强计的数量。

其中，所需的均匀分量为2-3个。

在本发明的一个实施例中，根据梯度的全张量特性，可自由选择5个独立的一阶梯度及所需的均匀分量，如5个一阶梯度Gxx，Gyx，Gzx，Gzy，Gzz及所需的三个均匀分量Bx，By，Bz。此种情况下，不考虑冗余设计的前提下，检测层需要8个SQUID磁强计。

步骤S2、搭建全张量探头支架，其中全张量探头支架包括检测层支架、参考层支架及中间连接杆，检测层支架设置在中间连接杆的底端，参考层支架设置在中间连接杆的顶端。

为保证梯度及均匀磁场的可靠检测，中间连接杆的长度，即参考层与检测层之间的距离，应确保参考层检测的信号量远小于检测层。

检测层支架的总体大小，根据检测层同法向相邻SQUID磁强计之间的距离，即基线长度来确定。

步骤S3、根据需要检测的五个独立一阶梯度分量及所需的均匀分量，将检测层SQUID磁强计设置在检测层支架上，合成五个独立的一阶梯度及所需的均匀分量；将参考层SQUID磁强计设置在参考层支架上，构成三轴磁强计。

具体地，在上述实施例中，根据需要检测5个一阶梯度Gxx，Gyx，Gzx，Gzy，Gzz及所需的3个均匀分量Bx，By，Bz，在检测层支架中心的三个正交方向上各放置1个SQUID磁强计，构成中心三轴磁强计；再根据5个独立的一阶梯度，放置周围的5个SQUID磁强计，以合成5个独立的一阶梯度及所需的均匀分量。其中，Gxx＝Bx1-Bx0；Gyx＝By1-By0；Gzx＝Bz1-Bz0；Gzy＝Bz2-Bz0；Gzz＝Bz3-Bz0。Bx0、By0、Bz0分别为检测层支架的中心三轴磁强计沿XYZ方向的磁场输出；Bx1为中心三轴磁强计沿X方向放置的X方向磁强计的磁场输出；By1为中心三轴磁强计沿X方向放置的Y方向磁强计的磁场输出；Bz1、Bz2、Bz3分别为中心三轴磁强计沿XYZ方向放置的Z方向磁强计的磁场输出。然后，将参考层SQUID磁强计的三个SQUID磁强计设置在参考层支架的三个正交方向上，构成三轴磁强计，以加强环境噪声的抑制。

因此，上述实施例中，可获得磁场的3个均匀分量，即分别利用参考层的三轴磁强计补偿中心的Bx0、By0、Bz0。通过增加参考层的三轴补偿，抑制5个一阶梯度的环境噪声，实现一阶梯度信号的检测。

本发明的全张量心磁图仪探头的制造方法中，根据需要获取的五个独立的一阶梯度及所需的均匀分量，设计和搭建全张量探头支架，安装设定的SQUID磁强计，通过检测层和参考层的组合，获取全张量一阶梯度及均匀分量。相对于传统的单梯度心磁检测，本方法可获取心磁图仪的全张量一阶梯度，同时获得均匀分量。

综上所述，本发明的全张量心磁图仪探头及其制造方法通过SQUID磁强计自由组合的方式能够获取5个独立的一阶梯度；通过引入额外的参考层，有效地抑制了5个独立一阶梯度的噪声；能够获取磁场的2～3个均匀分量；能够获取更多的心磁图的磁场及电活动信息。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种全张量心磁图仪探头，其特征在于：包括全张量探头支架、检测层SQUID磁强计和参考层SQUID磁强计；

所述全张量探头支架包括检测层支架、参考层支架及中间连接杆，所述检测层支架设置在所述中间连接杆的底端，所述参考层支架设置在所述中间连接杆的顶端；

所述检测层SQUID磁强计包括若干个SQUID磁强计，设置在所述检测层支架上，用于合成五个独立的一阶梯度及所需的均匀分量；

所述参考层SQUID磁强计包括三个SQUID磁强计，设置在所述参考层支架的三个正交方向上，构成三轴磁强计；

所述检测层SQUID磁强计中磁强计的个数为7-12个。

2.根据权利要求1所述的全张量心磁图仪探头，其特征在于：所述全张量探头支架采用陶瓷、石英或玻璃钢制成。

3.根据权利要求1所述的全张量心磁图仪探头，其特征在于：设置所述检测层SQUID磁强计中的SQUID磁强计时，包括以下步骤：

1)确定需要检测的五个独立一阶梯度分量及所需的均匀分量，得到SQUID磁强计的数量和组合方式；

2)根据五个独立的一阶梯度分量，在检测层支架的中心正交方向上固定中心磁强计；

3)根据各方向的梯度量和基线长度固定剩余的SQUID磁强计，其中，基线长度是指检测层SQUID磁强计中同法向相邻SQUID磁强计之间的距离。

4.根据权利要求1所述的全张量心磁图仪探头，其特征在于：所需的均匀分量为2-3个。

5.一种全张量心磁图仪探头的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1、确定需要检测的五个独立一阶梯度分量及所需的均匀分量，得到检测层SQUID磁强计中SQUID磁强计的数量；

步骤S2、搭建全张量探头支架；所述全张量探头支架包括检测层支架、参考层支架及中间连接杆，所述检测层支架设置在中间连接杆的底端，所述参考层支架设置在中间连接杆的顶端；

步骤S3、根据需要检测的五个独立一阶梯度分量及所需的均匀分量，将检测层SQUID磁强计设置在所述检测层支架上，合成五个独立的一阶梯度及所需的均匀分量；将参考层SQUID磁强计设置在所述参考层支架上，构成三轴磁强计。

6.根据权利要求5所述的全张量心磁图仪探头的制造方法，其特征在于：所述全张量探头支架采用陶瓷、石英或玻璃钢制成。

7.根据权利要求5所述的全张量心磁图仪探头的制造方法，其特征在于：所述检测层SQUID磁强计中磁强计的个数为7-12个。

8.根据权利要求5所述的全张量心磁图仪探头的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中，设置所述检测层SQUID磁强计中的SQUID磁强计时，包括以下步骤：

1)确定需要检测的五个独立一阶梯度分量及所需的均匀分量，得到SQUID磁强计的数量和组合方式；

2)根据五个独立的一阶梯度分量，在检测层支架的中心正交方向上固定中心磁强计；

3)根据各方向的梯度量和基线长度固定剩余的SQUID磁强计，其中，基线长度是指检测层SQUID磁强计中同法向相邻SQUID磁强计之间的距离。

9.根据权利要求5所述的全张量心磁图仪探头的制造方法，其特征在于：所需的均匀分量为2-3个。