非屏蔽式心磁圖儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了非屏蔽式心磁圖儀，包括超導量子干涉器、無磁杜瓦、磁通鎖定環(huán)、信號放大器、濾波器、數(shù)據(jù)采集卡、心電圖儀、無磁移動床、專家疾病診斷軟件信息系統(tǒng)和主機，以超導量子干涉器替代傳統(tǒng)的電測量傳感器作為心臟弱磁信號測量探頭，提高心臟弱磁信號探測靈敏度與精度。非屏蔽式心磁圖儀是一項國際上最新的無創(chuàng)心功能檢查設備，為廣大尚未確診的冠心病病人提供了一個全新、無創(chuàng)傷、高靈敏度的檢查儀器，非屏蔽式心磁圖儀有望受到廣大醫(yī)務人員和廣大患者，特別是那些不適合做運動試驗和插導管以及對心臟導管檢查恐懼患者的歡迎。
【專利說明】非屏蔽式心磁圖儀

【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型屬于醫(yī)療器械領域，特別涉及一種超導心臟弱磁信號探測設備，尤其是非屏蔽式心磁圖儀，旨在提早準確地診斷篩查心臟疾病患者。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代社會極富消耗性而又令人緊張的生活方式，使心臟病已成為最常見的疾病之一，為便于心臟病早期診斷，人們迫切地需要一種快速而精確的篩檢診斷方法。特別是對于具有冠心病高危因素者(患有高血壓、高血脂、糖尿病、肥胖等疾病及吸煙者)而言具有十分重要的作用和意義。目前臨床常規(guī)心臟病診斷工具主要有心電圖(ECG)和冠狀動脈造影(CAG) ο
[0003]心電圖作為一種診斷心臟病的有效手段被廣泛應用于臨床，尤其對冠心病的診斷占據(jù)著其他醫(yī)技檢查所不能替代的地位。但隨著臨床研究深入以及冠狀動脈介入技術(shù)發(fā)展，發(fā)現(xiàn)很多疾病均可引起心電圖變化，心電圖存在很大的局限性，尤其是完全陰性結(jié)果的心電圖反饋給醫(yī)生的可能是一種假象，特別是心電圖對冠心病早期診斷不敏感。冠狀動脈造影通過特制定型的心導管經(jīng)皮穿刺入下肢股動脈，沿降主動脈逆行至升主動脈根部，然后探尋左或右冠狀動脈口插入，注入造影劑，使冠狀動脈顯影。它是一種較為安全可靠的有創(chuàng)診斷技術(shù)，已廣泛應用于臨床，被認為是診斷冠心病的金標準。但由于有創(chuàng)存在一定的生命危險風險性，較難被人們廣泛地接受。
[0004]心磁圖儀(MCG)是低溫超導量子干涉技術(shù)、計算機自動分析技術(shù)等高科技技術(shù)結(jié)晶，心磁圖檢查檢測心臟切線位變化，從而可以提供多方位、多角度心功能狀態(tài)。心磁圖技術(shù)是心臟無創(chuàng)傷性檢查領域的最新進展，它的應用填補了常規(guī)低靈敏度無創(chuàng)性心臟診斷方法(如心電圖)和介入性診斷方法(如冠狀動脈造影)之間的空白。相比于心電圖測量，超導心磁圖具有兩大優(yōu)勢:(I)心電圖只能測量交變電流信號，不能測量恒定電流信號，從而不能應用于只產(chǎn)生直流異常電信號的病理檢測，但心磁圖卻可同時測量交變和直流磁場信號；(2)心電圖測量都需要使用同人體接觸的電極片，而電極片干濕程度及與人體接觸松緊程度都會影響測量結(jié)果，且因使用電極片不能離開人體，故只是2維空間測量，但是心磁圖卻使用可不與人體接觸測量探頭，既無接觸影響，又可離開人體進行3維空間測量，故能得到比2維空間測量更多的信息。因此，心磁圖檢查可以對那些心電圖檢查正?；騼H有輕度異常，但有心絞痛癥狀的患者作出明確診斷，并對缺血程度及缺血部位進行判斷，也可以對那些心電圖僅有T波改變，而無Q波的心肌梗死患者作出明確診斷(異常Q波是診斷心肌梗死的重要特征，無異常Q波時容易誤診、漏診)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:研發(fā)一種非屏蔽式心磁圖儀，克服現(xiàn)有心電圖在臨床心臟疾病診斷上的缺陷和不足，提高心臟病診斷結(jié)果的敏感性和特異性。
[0006]技術(shù)方案:非屏蔽式心磁圖儀，包括超導量子干涉器(SQUID)、無磁杜瓦、磁通鎖定環(huán)、信號放大器、濾波器、數(shù)據(jù)采集卡、心電圖儀、無磁移動床、專家疾病診斷軟件信息系統(tǒng)和主機，以低溫超導量子干涉器替代傳統(tǒng)的電測量傳感器作為心臟弱磁信號測量探頭，提高心臟弱磁信號探測靈敏度與精度。
[0007]超導量子干涉器結(jié)合了磁通量子化和約瑟夫森隧道效應兩個物理現(xiàn)象，包含由一個射頻超導量子干涉器(rf-SQUID)或兩個直流超導量子干涉器(dc-SQUID)弱連結(jié)(即約瑟夫森結(jié))的超導環(huán)構(gòu)成，可對心臟微弱磁場信號(幅值約ΙΟ,Τ)進行測量。為實現(xiàn)心磁圖儀非屏蔽式測量方式，使用空間鑒別技術(shù)制成梯度儀來抑制地球磁場干擾。
[0008]所述無磁杜瓦的作用是維持超導量子干涉器正常工作所需的低溫環(huán)境，內(nèi)部加注液氦作為制冷劑。無磁杜瓦具有內(nèi)外壁雙層結(jié)構(gòu)，且內(nèi)外壁之間抽成真空，降低了杜瓦內(nèi)外的熱交換，以保持內(nèi)部液氦的低蒸發(fā)率。
[0009]所述心電圖儀用于采集心電信號，并與心磁圖儀同時記錄心磁信號，實現(xiàn)兩種信號的同步對比，主要目的是利用心電信號作時間參考，對心磁信號作平均處理。
[0010]所述磁通鎖定環(huán)(FLL)的作用是精確測量所測對象心臟磁場信號外磁通變化量，將外磁通變化量與電壓關系線性化。
[0011]所述無磁移動床采用無磁材料制作，可實現(xiàn)XY方向移動，是由底座、縱向移動平臺和橫向移動床板三部分組成。
[0012]所述信號放大器的基本功能是完成對磁通鎖定環(huán)輸出信號的前端調(diào)理及放大微弱電信號信號，它采用兩級運算放大器AD729和0P270進行放大，使其幅值達到毫伏(mV)級別。
[0013]所述濾波器采用低通濾波器，抑制高頻段噪聲并提高有用心磁信號的信噪比。
[0014]所述數(shù)據(jù)采集卡將濾波后的模擬心磁信號和心電信號數(shù)字化采集為相應的數(shù)字心磁信號和數(shù)字心電信號，并輸出至主機。
[0015]所述主機可為普通的個人計算機或其他高端計算機，其作用主要是為心磁圖儀的專家疾病診斷軟件信息系統(tǒng)提供一個硬件運行平臺。所述專家疾病診斷軟件信息系統(tǒng)主要功能是將各種診斷參數(shù)定量化，診斷過程程序化，減少對經(jīng)驗的依賴，提高心磁圖儀診斷結(jié)果準確性和特異性。
[0016]本實用新型的優(yōu)點和有益效果:非屏蔽式心磁圖儀是一項國際上最新的無創(chuàng)心功能檢查設備，為廣大尚未確診的冠心病病人提供了一個全新、無創(chuàng)傷、高靈敏度的檢查儀器。它也可使不愿接受有創(chuàng)檢查而長期未確診的患者盡早確診或排除冠心病，使病人解除心頭之患和思想負擔。非屏蔽式心磁圖儀有望受到廣大醫(yī)務人員和廣大患者，特別是那些不適合做運動試驗和插導管以及對心臟導管檢查恐懼患者的歡迎。
[0017](I)所述非屏蔽式心磁圖儀可以廣泛應用于臨床心臟疾病無創(chuàng)檢查診斷，其中高靈敏度超導量子干涉器可探測微弱的心臟磁場信號(幅值約為1-ltlT)。
[0018](2)使用空間鑒別技術(shù)制成梯度儀來抑制地球磁場干擾，實現(xiàn)了心磁圖儀的非屏蔽式檢查方式。
[0019](3)所述無磁杜瓦具有內(nèi)外壁雙層結(jié)構(gòu)以保持低液氦的低蒸發(fā)率，其材料采用無磁玻璃鋼，其磁化率低于10_5GS/0e。
[0020](4)所述磁通鎖定環(huán)可將所述超導量子干涉器接收到的磁場信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，以便于后期進行數(shù)據(jù)分析處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的非屏蔽式心磁圖儀結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖2是生物磁與環(huán)境噪聲對比圖；
[0023]圖3是本發(fā)明射頻超導量子干涉器結(jié)構(gòu)框圖；
[0024]圖4是本發(fā)明直流超導量子干涉器結(jié)構(gòu)框圖；
[0025]圖5是本發(fā)明近場源和遠場源線圈示意圖；
[0026]圖6是本發(fā)明無磁杜瓦內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖；
[0027]圖7是本發(fā)明磁通鎖定環(huán)工作原理圖；
[0028]圖8是本發(fā)明無磁移動床外觀結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖9是本發(fā)明專家疾病診斷軟件信息系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0031]圖1所示，非屏蔽式心磁圖儀，包括超導量子干涉器(SQUID)、無磁杜瓦、磁通鎖定環(huán)、信號放大器、濾波器、數(shù)據(jù)采集卡、心電圖儀、無磁移動床、專家疾病診斷軟件信息系統(tǒng)和主機。以低溫超導量子干涉器替代傳統(tǒng)的電測量傳感器作為心臟弱磁信號測量探頭，提高心臟弱磁信號探測靈敏度與精度。
[0032]心臟跳動時有離子(如Na+、K+)的跨細胞膜運動，細胞膜內(nèi)外離子及其跨細胞膜運動產(chǎn)生微弱生物電流。由畢奧一薩伐爾定律可知，微弱的生物電同樣產(chǎn)生磁場，不受組織和空間的影響，信號不會衰減。生物磁場幅值通常都非常微弱從0.1pT至10pT(圖2)，其中IpT = 1-12T0超導量子干涉器對心臟微弱磁場信號(幅值約I(TltlT)進行測量，它結(jié)合了磁通量子化和約瑟夫森隧道效應兩個物理現(xiàn)象，包含由一個射頻超導量子干涉器(rf-SQUID)(圖3)或兩個直流超導量子干涉器(dc-SQUID)(圖4)弱連結(jié)(即約瑟夫森結(jié))的超導環(huán)構(gòu)成。為了將強大的地球磁場去除，實現(xiàn)心磁圖儀非屏蔽式測量方式，使用空間鑒別技術(shù)制成梯度儀來抑制地球磁場干擾，其技術(shù)原理為將一組線圈距探測源(心臟磁場)較近，另一組線圈放置距探測源較遠(圖5)，如果相同背景噪音源距梯度儀線圈比較遠時(遠場源)，在梯度儀線圈周圍空間分布均勻，無磁場變化，梯度儀對其不敏感。被測人體磁場距離梯度儀線圈很近(近場源)，在梯度儀線圈周圍空間分布不均勻，磁場變化可測量。
[0033]所述無磁杜瓦的作用是維持超導量子干涉器正常工作所需的低溫環(huán)境，內(nèi)部加注液氦作為制冷劑。無磁杜瓦具有內(nèi)外壁雙層結(jié)構(gòu)(圖6)，且內(nèi)外壁之間抽成真空，降低了杜瓦內(nèi)外的熱交換，以保持內(nèi)部液氦的低蒸發(fā)率；其所選材料均采用磁化率低于10_5GS/0e的無磁性材料一無磁玻璃鋼，無磁性材料可避免在交變磁場作用下出現(xiàn)的感生磁噪聲，該無磁玻璃鋼為無磁玻璃纖維通過特種環(huán)氧粘接劑、聚氨酯固化劑及其他劑粘合固化而成。
[0034]圖1中的心電圖儀用于采集心電信號，并與心磁圖儀同時記錄心磁信號，實現(xiàn)兩種信號的同步對比，主要目的是利用心電信號作時間參考，對心磁信號作平均處理。圖1中液氦杜瓦懸掛在人體前胸正上方，杜瓦高度可通過旋轉(zhuǎn)懸掛支架來調(diào)節(jié)，超導量子干涉器要盡可能靠近杜瓦底部以縮短與前胸之間的距離。
[0035]所述磁通鎖定環(huán)(FLL)的作用是精確測量所測對象心臟磁場信號外磁通變化量，將外磁通變化量與電壓關系線性化。其工作原理為(圖7):磁通鎖定環(huán)是由振蕩器提供一個頻率為f的交變電流，并加到調(diào)制線圈上，通過互感在超導環(huán)中產(chǎn)生一個交流調(diào)制磁通，由于調(diào)制的作用，輸出電壓成為時間的周期函數(shù)。振蕩器同時向同步檢波器輸入頻率為f的參考信號，同步檢波器只把與參考信號頻率相同的基頻信號檢波，產(chǎn)生一個直流檢波輸出。
[0036]所述無磁移動床采用無磁材料制作(圖8)，可實現(xiàn)XY方向移動，是由底座、縱向移動平臺和橫向移動床板三部分組成。其床面尺寸為:700mm(寬)X1800mm(長)；床面總高度為:550mm;三層之間的距離沒有要求，但上面兩層(縱向移動平臺和移動床板)需要移動，應盡可能輕。其中，XY位移量:±150mm(相對中心線)；移動精度:無要求；控制方式:手動，建議米用手搖移動。
[0037]所述信號放大器的基本功能是完成對磁通鎖定環(huán)輸出信號的前端調(diào)理及放大微弱電信號信號，它采用兩級運算放大器AD729和0P270進行放大，使其幅值達到毫伏(mV)級別。由于心磁信號為極低頻信號(頻率范圍為O?200Hz)，因此所述濾波器采用低通濾波器，抑制高頻段噪聲并提高有用心磁信號的信噪比。所述數(shù)據(jù)采集卡將濾波后的模擬心磁信號和心電信號數(shù)字化采集為相應的數(shù)字心磁信號和數(shù)字心電信號，并輸出至主機。所述主機可為普通的個人計算機或其他高端計算機，其作用主要是為心磁圖儀的專家疾病診斷軟件信息系統(tǒng)提供一個硬件運行平臺。所述專家疾病診斷軟件信息系統(tǒng)(圖9)主要功能是將各種診斷參數(shù)定量化，診斷過程程序化，減少對經(jīng)驗的依賴，提高心磁圖儀診斷結(jié)果準確性和特異性。
【權(quán)利要求】
1.非屏蔽式心磁圖儀，包括超導量子干涉器、無磁杜瓦、磁通鎖定環(huán)、信號放大器、濾波器、數(shù)據(jù)采集卡、心電圖儀、無磁移動床、專家疾病診斷軟件信息系統(tǒng)和主機，其特征在于，以超導量子干涉器替代傳統(tǒng)的電測量傳感器作為心臟弱磁信號測量探頭，提高心臟弱磁信號探測靈敏度與精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非屏蔽式心磁圖儀，其特征在于，所述超導量子干涉器包含由一個射頻超導量子干涉器或兩個直流超導量子干涉器弱連結(jié)的超導環(huán)構(gòu)成，可對心臟微弱磁場信號進行測量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非屏蔽式心磁圖儀，其特征在于，所述無磁杜瓦的作用是維持超導量子干涉器正常工作所需的低溫環(huán)境，內(nèi)部加注液氦作為制冷劑；所述無磁杜瓦具有內(nèi)外壁雙層結(jié)構(gòu)，且內(nèi)外壁之間抽成真空。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非屏蔽式心磁圖儀，其特征在于，所述心電圖儀用于采集心電信號，并與心磁圖儀同時記錄心磁信號，實現(xiàn)兩種信號的同步對比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非屏蔽式心磁圖儀，其特征在于，所述磁通鎖定環(huán)的作用是精確測量所測對象心臟磁場信號外磁通變化量，將外磁通變化量與電壓關系線性化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非屏蔽式心磁圖儀，其特征在于，所述無磁移動床采用無磁材料制作，可實現(xiàn)XY方向移動，是由底座、縱向移動平臺和橫向移動床板三部分組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非屏蔽式心磁圖儀，其特征在于，所述信號放大器的基本功能是完成對磁通鎖定環(huán)輸出信號的前端調(diào)理及放大微弱電信號信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非屏蔽式心磁圖儀，其特征在于，所述濾波器采用低通濾波器，抑制高頻段噪聲并提高有用心磁信號的信噪比。
【文檔編號】A61B5/04GK204133457SQ201420560631
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】艾海明, 蔡希昌, 彭國宏, 劉偉, 孟凡露, 齊靜, 陰紅艷, 劉艷 申請人:北京美爾斯通科技發(fā)展股份有限公司