[發明專利]微型磁通門肺磁信號檢測裝置

有效

• 申請號: 200810239218.7
• 申請日: 2008-12-04
• 公開（公告）號: CN101422363A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 王明;方云龍;于陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: A61B5/05
• 分類號: A61B5/05
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 關 玲;賈玉忠

技術領域

本發明涉及一種微型磁通門肺磁信號檢測裝置。

背景技術

由于生活或工作環境污染等原因，人體會吸入粉塵。粉塵是由于人類的各種生產生活行為或自然形成的長期懸浮在空氣中的固體顆粒，各種不同成分的粉塵微粒經呼吸道進入肺部，并沉積起來，會引起以肺組織纖維化為主的全身疾病，稱為塵肺。大多數粉塵雖然含鐵量的多少不同，但都具有磁性，只不過有強弱之分。磁性物質在磁場中要被磁化，磁化了的物質在空間中要產生附加磁場。因此，肺內積蓄的粉塵在外部強的直流磁場作用下將被磁化，撤去直流磁場后，附加磁場仍然存在，這個附加磁場就是肺內積蓄的粉塵在體表產生的微弱磁場，稱其為肺磁場，肺磁場信號的大小在10^-11～10^-8T之間。1970年，美國MIT的科學家Cohen.D首先進行了粉塵肺磁信號檢測技術研究，并記錄了世界上第一個肺磁圖，由于這種方法具有無損傷和高分辨力的優點，在塵肺的早期診斷中極具應用價值。

用于肺磁場信號檢測的方法主要有兩種，一種方法是利用超導量子干涉儀(SQUIDs)進行檢測，另一種方法是利用傳統工藝加工的磁通門(稱為傳統磁通門)傳感器進行檢測。磁通門一般由激勵線圈、感應線圈和磁芯構成，磁芯由高磁導率的軟糍材料制成。工作時，激勵線圈中通以一定頻率和波形的交變電流進行激勵，使磁芯往復磁化到飽和。當存在被測磁場時，被測磁場在磁芯中形成的磁通被交變磁場所調制，使感應線圈輸出發生非對稱性變化，利用這種原理可以測量微弱磁場。

SQUIDs檢測法的優點是分辨力非常高(可達10^-15T)，缺點是工作在低溫環境下，需用液氦或液氮來維持，費用十分昂貴。另外，還有臨床占用面積大，易受環境噪聲的影響，需進行屏蔽，操作難度大，使用攜帶不方便等缺點。傳統磁通門在體積、功耗、成本及使用方便性方面相比SQUIDs有優勢，但受加工工藝的限制，其分辨力不易達到很高(目前國內外報道的傳統磁通門肺磁信號檢測系統的分辨力基本上在10^-10T量級)，只能用于強磁性粉塵(如鐵磁性粉塵)引起的肺磁信號的檢測，在弱磁性粉塵(如矽性粉塵，引起的肺磁信號在10^-11T量級)檢測方面還得依賴于SQUIDs技術，這極大的限制了磁通門肺磁信號檢測技術在塵肺病早期診斷領域的應用。

我國研制傳統磁通門肺磁檢測裝置的單位主要有兩家，一家為上海交通大學，他們自己組裝了傳統磁通門肺磁信號檢測裝置，分辨力為2-3×10^-10T，另一家為哈爾濱電工儀表研究所，他們研制了小規模產品化的CJX-I型傳統磁通門肺磁信號檢測裝置，分辨力達到3×10^-10T。國外開展傳統磁通門肺磁檢測裝置研制的主要有捷克布拉格工業大學的P.Ripka等，日本東京電機大學的鄭以勤等，芬蘭赫爾辛基工業大學的K.Aittoniemi等，他們通過實驗室自己組裝了傳統磁通門肺磁信號檢測裝置，這些裝置的分辨力在10^-10T量級。

傳統磁通門的制作一般采用沖壓、切割、機械纏繞等方法，通過這些傳統工藝制作出的磁通門在體積、重量、功耗以及噪聲控制等許多方面都存在難以克服的缺點。目前，利用微細加工(MEMS)工藝加工的微磁通門成為磁通門技術發展的突破口。與傳統磁通門相比，微磁通門的優點是：

1)可以在加工過程中，嚴格控制磁通門的結構參數以及加工材料的電磁參數，使其符合設計要求，這有利于消除噪聲，提高磁通門的靈敏度和分辨力。

2)可以將磁通門傳感器的各部分集成到一起，并且還能將磁通門傳感器及其接口電路制作在同一芯片上，使得整個系統的尺寸和重量大大減小，同時減小損失在連線、分立器件等上的功耗，以及由此引起的噪聲等，在進一步提高磁通門的靈敏度和分辨力的同時，還降低了系統的制作和運行成本，有利于相關產品的產業化。