[發明專利]多通道心磁探測系統磁場-電壓系數的標定裝置及方法

在審

• 申請號: 202111347674.5
• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN114002634A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 楊康;張宏偉;張千年;倪天明
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: G01R35/00
• 分類號: G01R35/00
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 鐘雪

本發明公開的一種多通道心磁探測系統磁場?電壓系數的標定裝置，包括：電流激勵裝置，基于當前的控制指令輸出對應激勵電流至磁場生成機構；磁場生成機構在多通心磁圖儀的磁強計區域內產生均勻磁場，磁強計受到均勻磁場激發產生電壓信號；信號采集和分析裝置采集所有磁強計輸出的電壓信號，記錄各磁強計在不用磁場強度下的電壓值，擬合各磁強計的電壓?磁場關系曲線，電壓?磁場關系曲線的擬合斜率即為電壓?磁場系數。所使用的雙平面線圈產生的磁場均勻區范圍及均勻區內的磁場均勻度較一般線圈大，因此接提升了電壓?磁場系數標定的精確度；雙平面線圈之間是一個開放空間，適用于放置結構復雜、體積較大的心磁圖儀系統，提升了標定操作的便利性。

技術領域

本發明屬于磁場-電壓系數標定技術領域，更具體地，本發明涉及一種多通道心磁探測系統磁場-電壓系數的標定裝置及方法。

背景技術

人的心臟在電生理活動過程中會伴隨極微弱生物磁場(即心磁)的產生，心磁的精確探測在診斷心臟疾病、定位心臟異常區域等方面具有很大的臨床應用潛力。探測心磁信號并進行心磁信號提取、成像、分析的系統即為心磁圖儀。典型的心磁信號的強度為數十pT(10^-12Tesla)，而地球磁場的典型強度為30～50μT(10^-6Tesla)為探測到如此微弱的信號，使用極高磁場靈敏度的傳感器是其中的關鍵。目前，可用于心磁探測的傳感器有超導量子干涉磁強計(SQUID)及無自旋交換弛豫原子磁強計(SERF)，在這里我們統稱為磁強計。

磁強計的作用是將微弱的心磁信號轉換為可測量并采集到的電壓信號，我們可通過磁場信號與電壓信號的對應關系來反推得到磁強計探測到的磁場的強度，這種磁場信號與電壓信號的對應關系即為磁場-電壓系數。磁場-電壓系數是磁強計的固有特征參數，與磁強計的設計參數、制造工藝等有關。理論上采用相同設計參數的磁強計的磁場-電壓系數具有相同的理論值。但由于制造過程中的工藝偏差，或者由于磁強計所處環境的改變等原因，都會導致實際磁場-電壓系數值偏離理論值。因此我們需要對心磁圖儀中的所有磁強計的磁場-電壓系數進行精確標定，系數標定結果的準確性直接影響到心磁圖儀的可靠性和實用性。

磁場-電壓系數標定原理為：通過專門設計的磁場生成機構產生一個已知磁場并施加到磁強計上，同時測量磁強計的電壓輸出，已知磁場與輸出電壓的比值即為磁場-電壓系數。已知磁場的獲得對于磁場-電壓系數標定準確性具有重要意義，通常的磁場-電壓系數標定裝置中使用圓形線圈、Helmholtz線圈或者不同尺寸線圈的組合作為磁場生成機構。

圓形線圈產生的磁場可通過畢奧-薩法爾定律求得，使用圓形線圈進行標定時，需要準確獲得磁強計與圓形線圈之間的空間位置關系，但由于磁強計(例如SQUID)一般放置在密閉恒溫容器中，我們無法準確獲得這個空間位置關系，故而標定得到的磁場-電壓系數誤差很大；同時，為獲得多點陣列心磁信號以用于功能成像，心磁圖儀系統中所包含的磁強計數量可達幾十多個，并且磁強計的排列具有空間分層布局的特點，使用基于圓形線圈的標定裝置逐個標定心磁圖儀中的磁強計效率低下。

發明內容

本發明提供一種多通道心磁探測系統磁場-電壓系數的標定裝置，旨在改善上述問題。

本發明是這樣實現的，一種多通道心磁探測系統磁場-電壓系數的標定裝置，所述裝置包括依次連接的電流激勵裝置、磁場生成機構、信號采集分析裝置；

電流激勵裝置基于當前的控制指令輸出對應激勵電流至磁場生成機構；

磁場生成機構在多通心磁圖儀的磁強計區域內產生均勻磁場，磁強計受到均勻磁場激發產生電壓信號；

信號采集和分析裝置采集所有磁強計輸出的電壓信號，記錄各磁強計在不同磁場強度下的電壓值，擬合各磁強計的電壓-磁場關系曲線，電壓-磁場關系曲線的擬合斜率即為電壓-磁場系數。

進一步的，磁場生成機構為雙平面線圈，平面線圈內的導線按照離散電流密度函數所形成的等值線進行走線。