非屏蔽式心磁圖儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了非屏蔽式心磁圖儀，包括超導(dǎo)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(dǎo)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(shè)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(wù)人員和廣大患者，特別是那些不適合做運動試驗和插導(dǎo)管以及對心臟導(dǎo)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(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，特別涉及一種超導(dǎo)心臟弱磁信號探測設(shè)備，尤其是非 屏蔽式心磁圖儀，旨在提早準(zhǔn)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)。
[0003] 心電圖作為一種診斷心臟病的有效手段被廣泛應(yīng)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(dǎo)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(yīng)用于臨床，被認為是診斷冠心病的金標(biāo)準(zhǔn)。但由于有創(chuàng)存在一定的生 命危險風(fēng)險性，較難被人們廣泛地接受。
[0004] 心磁圖儀（MCG)是低溫超導(dǎo)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(lǐng)域的最新進展，它的應(yīng)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(dǎo)心磁圖具有兩大優(yōu)勢：（1)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(yīng)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)量子干涉器結(jié)合了磁通量子化和約瑟夫森隧道效應(yīng)兩個物理現(xiàn)象，包含由一 個射頻超導(dǎo)量子干涉器（rf-SQUID)或兩個直流超導(dǎo)量子干涉器（dc-SQUID)弱連結(jié)（即約 瑟夫森結(jié)）的超導(dǎo)環(huán)構(gòu)成，可對心臟微弱磁場信號（幅值約ι〇_ 1(ιτ)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(dǎo)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(guān)系線性化。
[0011] 所述無磁移動床采用無磁材料制作，可實現(xiàn)ΧΥ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0Ρ270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(yīng)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(zhǔn)確性和特異性。
[0016] 本發(fā)明的優(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(shè)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(dān)。非屏蔽式心磁圖儀有望受到廣大醫(yī)務(wù)人員和廣大患者，特別是那些不適合 做運動試驗和插導(dǎo)管以及對心臟導(dǎo)管檢查恐懼患者的歡迎。
[0017] (1)所述非屏蔽式心磁圖儀可以廣泛應(yīng)用于臨床心臟疾病無創(chuàng)檢查診斷，其中高 靈敏度超導(dǎo)量子干涉器可探測微弱的心臟磁場信號（幅值約為10_ 1(ιτ)。
[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l(T 5GS/〇e。
[0020] (4)所述磁通鎖定環(huán)可將所述超導(dǎo)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(dǎo)量子干涉器結(jié)構(gòu)框圖；
[0024] 圖4是本發(fā)明直流超導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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〇. ΙρΤ至ΙΟΟρΤ(圖2)，其中 lpT = 10^1。超導(dǎo)量子干涉器對心臟微弱磁場信號（幅值約1(Γι°Τ)進行測量，它結(jié)合了磁 通量子化和約瑟夫森隧道效應(yīng)兩個物理現(xiàn)象，包含由一個射頻超導(dǎo)量子干涉器（rf-SQUID) (圖3)或兩個直流超導(dǎo)量子干涉器（dc-SQUID)(圖4)弱連結(jié)（即約瑟夫森結(jié)）的超導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(guān)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(dǎo)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(yīng)盡可能輕。其中，XY位移量：±150_(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（頻率范圍為〇?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(yīng)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(zhǔn)確性和特異性。
【權(quán)利要求】
1. 非屏蔽式心磁圖儀，包括超導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)量子干涉器包含 由一個射頻超導(dǎo)量子干涉器或兩個直流超導(dǎo)量子干涉器弱連結(jié)的超導(dǎo)環(huán)構(gòu)成，可對心臟微 弱磁場信號進行測量；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。
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(dǎo)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(guān)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，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。
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。
9. 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(yīng)的數(shù)字心磁信號和數(shù)字心電信號，并輸出至 主機。
10. 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，所述主機可為普通的個人 計算機或其他高端計算機，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(zhǔn)確性和特異性。
【文檔編號】A61B5/04GK104188650SQ201410504970
【公開日】2014年12月10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