生命活动背后蕴藏着丰富的电磁信息，生物磁来源于人体生物电活动产生的空间磁场，根据组织或器官来源的不同，有成人心磁(Magnetocardiography，MCG)、胎儿心磁(fetal MCG，fMCG)、脑磁（magnetoencephalography，MEG）等。基于生物磁的检测具有完全无创、无接触、无辐射、灵敏度高等优点。临床研究证明，生物磁在心肌缺血早期诊断（心磁）、胎儿心律失常诊断及分类（胎儿心磁）、脑认知及癫痫定位（脑磁）等方面呈现出良好的应用潜力。生物磁的应用离不开高质量生物磁信号的检测。生物磁信号非常微弱，如成人心磁的典型强度为几十pT(1 pT=10-12 Tesla)，脑磁则更为微弱，仅有百fT(1 fT=10-15 Tesla)量级。相比于生物磁信号，环境磁场噪声的强度非常强，如地球磁场的典型强度为30-50μT(1μT=10-6 Tesla)，城市环境磁场的变化也达到了数百nT(1nT=10-9 Telsa)。为此，除了高灵敏度的磁传感器，生物磁检测面临的一个最主要挑战是环境磁场的有效抑制。　　目前，环境磁场的抑制方法主要有磁屏蔽室、梯度技术及信号处理技术。磁屏蔽室最直接有效，但造价昂贵，即使是一个高性能的磁屏蔽室，也很难直接将环境磁场抑制到生物磁信号强度以下。相比而言，梯度技术是一种应用最为广泛且经济实用的噪声抑制方法，信号处理技术则是以上两种方法的有效补充。梯度技术，顾名思义，是一种通过检测磁场空间梯度来进行信号检测及噪声抑制的方法，其实现形式主要有硬件梯度和合成梯度。由于硬件梯度不可避免地会存在不平衡响应，目前通常的做法是采用合成梯度噪声抑制方法。合成梯度噪声抑制方法是指在探测通道基础上引入参考通道，通过一定的合成方法来构成一个高性能的合成梯度计，从而实现环境噪声的有效抑制。　　利用最为广泛使用的低温超导量子干涉器件(Superconducting Quantum InterferenceDevices，SQUID)作为磁传感器，本文主要开展面向生物磁检测的合成梯度噪声抑制方法研究。　　基于国际上最普遍使用的磁屏蔽环境和高灵敏度SQUID磁强计，本文首先研究了一种最简单的合成梯度结构，并应用于多通道胎儿心磁系统中。该梯度结构由多个磁强计组成，通过在垂直方向等间距（即基线）的三个平面放置垂直测量的磁强计，以构筑轴向一阶或二阶合成梯度计。针对基线这一影响梯度计性能的重要参数，本文利用多层磁强计及模拟心磁检测模型进行了参数的优化，最终确定了70 mm的最优基线。基于三层磁强计合成梯度结构，最终建立了多通道成人/胎儿心磁探测系统，完成了成人心磁及模拟胎儿心磁的高信噪比检测。　　在单个方向合成梯度结构的基础上，考虑到SQUID梯度结构及其噪声抑制性能与环境磁场特征的息息相关性，本文设计并制备了一套全张量一阶梯度组件，解决了组件磁强计的磁场电压转换系数精确标定、正交性校正等关键问题，成功实现了环境磁场一阶梯度张量信息及三分量磁场信息的测量。针对任意方向磁强计的磁场电压转换系数标定，本文提出并实现了一种基于三维Helmholtz线圈的标定方法，标定精度优于0.07％。针对全张量组件磁强计之间的正交性，本文首先采用正交性低于0.1°的商用三轴磁通门作为参考，实现组件的一次矫正。在此基础上，通过引入中心三轴磁强计作为参考，补偿各梯度方向的不平衡响应，实现了组件的二次校正，从而获得了可靠的全张量一阶梯度分量。　　利用全张量一阶梯度组件，围绕目前国际上无屏蔽二阶梯度计加三轴磁强计补偿的噪声抑制方案，本文提出了基于全张量一阶梯度组件的合成梯度噪声抑制方法，开展无屏蔽环境下的二阶梯度计补偿、噪声抑制及心磁测量研究。为了充分比较和验证全张量一阶梯度组件的噪声抑制性能，本文选择了城市嘈杂的临床医院环境。经测量，该医院环境的磁场和一阶梯度波动分别为1000 nT和10 nT/m。在0.1-95 Hz带宽下，经过全张量补偿的二阶梯度计等效输出磁场噪声由±4 nT降低到±4pT，远远优于传统三轴补偿的±23 pT。通过对成人心磁进行实测，全张量补偿的心磁信号信噪比(SNR)高达27 dB，优于传统三轴的13 dB。值得特别说明的是，在该医院环境条件下，通过全张量组件识别的主要干扰分量为Bzz。当在三轴的基础上增加一个主分量干扰梯度Bzz时，合成梯度噪声抑制水平也达到了±6 pT。研究表明，本项研究可根据环境磁场的特征设计高性能的合成噪声抑制方案，对于不同环境条件下的心磁图应用推动具有重要的指导作用和实用价值。　　最后，本文将对整个论文的研究工作进行总结和展望。