面向临床应用的多通道心磁图仪性能测试与优化

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心磁图仪是一种通过获取人体心脏磁场信号进行心脏病临床诊断的设备,它具有完全无辐射、无创、灵敏度高等优点,尤其在诊断冠状动脉疾病、缺血性心脏病以及心律失常等疾病方面,心磁图仪具有独特的优势。  心磁是一种源于心脏心肌电流产生的磁场信号,它携带了丰富的可用于心脏疾病诊断的信息。由于信号非常微弱,典型强度只有数十pT,而外界环境磁场变化通常达到了数百nT,因此一方面需要采用极高灵敏度的超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device,SQUID)作为磁传感器,另外也需要磁场环境噪声抑制技术,为获取高信噪比的心磁信号提供保障。  为推广心磁图仪的临床应用,课题组针对闹市区无屏蔽环境设计了多通道心磁图仪。由于闹市区磁场环境波动在y和z方向都达到了5μT,采用二阶轴向梯度计和三轴磁强计补偿结合的探测构型,也无法保证能够获取信噪比足够高的心磁信号。因此需要对多通道心磁图仪进行性能优化操作,其优化思路可以从下面两方面入手。  首先,由于磁屏蔽室是降低磁场环境噪声最简单直接有效的办法,但由于磁屏蔽室造价昂贵,因此折衷考虑下搭建了简易磁屏蔽室,系统可以很稳定的长期工作。测试结果显示,其内部在三个方向上的磁场波动都接近数十nT,抑制比接近40dB。为评估心磁图仪在简易磁屏蔽室内的性能表现,对其进行了完整的性能测试与评估,测得该心磁图仪多周期时域噪声水平优于4pT,系统带宽为DC-40Hz,9个信号通道的磁场-电压转换系数约为2500pT/V、系统摆率达到0.3×106Φ0/s,其采集得到的心磁信号信噪比接近30dB。  其次,由于该多通道心磁图仪的核心器件采用的是美国Star公司的SQUID芯片,为实现心磁图仪的完全自主化设计,采用自主设计的SQUID芯片构建二阶轴向梯度计模块。实验结果显示,其梯度计模块磁场灵敏度可达3.7fT/√Hz,其对磁场环境噪声的抑制达到了40dB以上。在简易磁屏蔽室内,即使未加三轴模块补偿的构型,其获取心磁信号的信噪比接近25dB,已经达到了与美国Star公司相当的水平。  当然,针对心磁图仪的性能优化从未停止脚步,面向临床应用的心磁图仪长期工作稳定,并有高的信噪比和用户友好是最终目标。本文工作为该目标的实现奠定了实验基础。
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