一种便携式脑磁检测装置制造方法及图纸

一种便携式脑磁检测装置，包括脑磁测量头盔(100)、光学原子磁强计(101a～101h)、驱动系统(103)、信号检测系统(104)和信号存储系统(105)。光学原子磁强计(101a～101h)的输入端与驱动系统(103)的输出端连接，输出端与信号检测系统(104)的输入端连接，信号检测系统(104)的第一输出端与信号存储系统(105)连接，信号检测系统(104)的第二输出端与驱动系统(103)的输入端连接。光学原子磁强计(101a～101h)镶嵌在脑磁测量头盔(100)上，采集脑磁信号。驱动系统(103)维持光学原子磁强计正常工作状态。信号检测系统(104)用于识别光学原子磁强计的输出信号，信号存储系统(105)完成对信号的存储。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种脑磁检测装置，特别涉及一种基于光学原子磁强计的便携式脑磁检测装置。
技术介绍
人体大脑内的神经元电活动可产生磁场，脑磁图(Magnetoencephalography，MEG)是一种能够在头皮表面无创检测这种磁场的技术。脑磁信号穿过头皮、颅骨等解剖结构时不会发生畸变，因此图像清晰易辨，对脑部疾病诊断具有更高的准确性。由于脑神经元产生的磁场极其微弱，仅有几百fT(10-15T)，最大的神经磁信号如癫痫棘波只有几pT(10-12T)，因此必须具有可靠的磁场屏蔽系统及灵敏的脑磁场测量装置。现有的脑磁图以超导量子干涉仪(super-conducting quantum interference device,SQUID)为核心器件，超导量子干涉仪工作在低温超导状态，需要使用液氦进行冷却，理论上超导量子干涉仪的灵敏度可达1fT/Hz1/2，商用脑磁图仪的灵敏度可达2～3fT/Hz1/2。同时，测量脑磁时还需要磁屏蔽室，用来滤除地磁场、工频磁场等的干扰，屏蔽室一般由坡莫合金建造而成。但是低温超导系统和高性能的磁屏蔽室造成了现有基于SQUID的脑磁信号检测装置结构复杂、制造和维护费用极高，严重限制了脑磁图的临床应用。光学原子磁强计同样是一种灵敏度极高的磁传感器，近年来随着半导体激光器和原子物理的发展，光学原子磁强计的灵敏度已经超过超导量子干涉仪。与超导量子干涉仪相比较，光学原子磁强计不需要低温维持装置，因而引起了各方面的广泛关注。但目前尚未见到基于光学原子磁强计的脑磁信号检测装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺点，提出一种基于光学原子磁强计的便携式脑磁信号检测装置。本专利技术便携式脑磁检测装置通过光学原子磁强计对脑磁信号进行测量,不需要屏蔽室。光学原子磁强计是一种基于光抽运效应的高灵敏度磁场测量装置。原子在光抽运的作用下发生定向排列，外加磁场的变化影响原子的排列状态，通过检测透射光即可反推出外加磁场。本专利技术便携式脑磁检测装置包括脑磁测量头盔、光学原子磁强计阵列、驱动系统、信号检测系统和信号存储系统。光学原子磁强计阵列镶嵌在脑磁测量头盔上，光学原子磁强计阵列的输入端与驱动系统的输出端连接，光学原子磁强计阵列的输出端与信号检测系统的输入端连接，信号检测系统的第一输出端与信号存储系统连接，信号检测系统的第二输出端与驱动系统的输入端连接。脑磁测量头盔用于本检测装置与被试者的连接。光学原子磁强计作为传感器对脑磁信号进行采集。驱动系统的作用在于维持光学原子磁强计正常工作状态。信号检测系统用于识别光学原子磁强计的输出信号，信号存储系统完成对信号的存储。所述的驱动系统包括激光光源阵列、加热器恒流源阵列和调制场恒流源阵列。激光光源阵列与光学原子磁强计阵列的第一输入端连接，加热器恒流源阵列的输出端与光学原子磁强计阵列的第二输入端连接，调制场恒流源阵列与光学原子磁强计阵列的第三输入端连接。激光光源阵列为光学原子磁强计阵列提供入射激光，加热器恒流源阵列为光学原子磁强计阵列提供加热电流，调制场恒流源阵列为光学原子磁强计阵列提供产生调制磁场的电流。所述的信号检测系统包括光电探测器阵列、温度控制电路阵列和相敏检波电路阵列。光电探测器阵列的输入端与光学原子磁强计阵列的第一输出端连接，温度控制电路阵列的输入端与光学原子磁强计阵列的第二输出端连接，光电探测器阵列的输出端与相敏检波电路阵列的输入端连接，温度控制电路阵列的输出端与驱动系统中加热器恒流源阵列的输入端连接。光电探测器阵列用来检测光学原子磁强计阵列输出的出射光，出射光中携带有待测脑磁信号。温度控制电路阵列可以检测到光学原子磁强计阵列的温度，并根据设定温度调整驱动系统中加热器恒流源阵列的工作状态，如果光学原子磁强计阵列的温度低于设定温度则加热器恒流源阵列开始工作，输出加热电流，否则加热器恒流源阵列不工作。相敏检波电路阵列用于滤波，可以将光电探测器阵列输出信号中混杂的噪声滤除。所述的信号存储系统包括差分器阵列和信号存储器。差分器阵列的输入端与信号检测系统中相敏检波电路阵列的输出端连接，差分器阵列的输出端与信号存储器连接。差分器阵列的功能是计算不同光学原子磁强计测量到的信号之间的差值。信号存储器用于信号的存储。光学原子磁强计阵列由多个相同的芯片级光学原子磁强计构成，多个芯片级光学原子磁强计均布在脑磁测量头盔上。激光光源阵列由多个结构相同的激光光源组成。加热器恒流源阵列由多个结构相同的加热器恒流源组成。调制场恒流源阵列由多个结构相同的调制场恒流源组成。光电探测器阵列由多个结构相同的光电探测器组成。温度控制电路阵列由多个结构相同的温度控制电路组成。相敏检波电路阵列由多个相敏检波电路组成。激光光源、加热器恒流源、调制场恒流源、光电探测器、温度控制电路和相敏检波电路的数量与光学原子磁强计的数量相等，并与光学原子磁强计一一对应。调制场恒流源阵列中每个调制场恒流源采用不同的电流频率，并与加热器恒流源阵列的频率不同，以便滤波处理时可以滤除相邻信号采集通道之间由调制磁场或加热器引起的电磁干扰。1个芯片级光学原子磁强计、激光光源阵列中的1个激光光源、加热器恒流源阵列中的1个加热器恒流源、调制场恒流源阵列中的1个调制场恒流源、光电探测器阵列中的1个光电探测器、温度控制电路阵列中的1个温度控制电路、相敏检波电路阵列中的1个相敏检波电路构成光学原子磁强计的外围部件。1个芯片级光学原子磁强计及其外围部件构成1个脑磁信号采集通道，本专利技术便携式脑磁信号检测装置有多个信号采集通道，可以有2～257个，其中1个是参考通道，其余为测量通道。由于光学原子磁强计测量到的信号中包含了地磁场、工频磁场等诸多干扰因素，采用差分信号可以将两个脑磁信号采集通道所采集信号的噪声部分抵消，得到的是两个通道之间信号的差值。实际应用时，参考通道中的光学原子磁强计的位置在脑磁检测头盔的边缘，如左耳旁边。这时可以认为参考通道中的光学原子磁强计采集到的信号不含有脑磁信号，只有噪声信息。测量通道中的光学原子磁强计采集到的信号同时具有脑磁信息和噪声信息。这样测量通道中的光学原子磁强计测得的信号均与参考通道中光学原子磁强计测得的信号相减，从而滤除噪声，将有用信号保留。差分后的信号输入信号存储器，以备脑磁信号后处理，以及各种分析。本专利技术所述装置的信号差分功能由信号存储系统中的差分器阵列完成，差分器阵列由多个结构相同的差分器组成，差分器的数量与测量通道的数量相等，与测量通道一一对应。每个差分器由两个输入端，第一输入端与所在测量通道中的相敏检波电路的输出端连接，第二输入端与参考通道的相敏检波电路输出端连接。输出端与信号存储器连接。如果一个测量通道的相敏检波电路输出的信号为Vm，测量通道的相敏检波电路输出的信号为Vref，那么这个测量通道所对应的差分器输出为Vm-Vref。1个脑磁信号采集通道包括芯片级光学原子磁强计和外围部件两大部分。芯片级光学原子磁强计是脑磁信号检测装置的核心部件。一个芯片级光学原子磁强计体积不超过2立方厘米，包括有铷蒸气室、加热器、温度传感器、调制线圈、入射光纤、入射棱镜、出射棱镜、透镜、出射光纤和外壳。铷蒸气室、加热器、温度传感器、调制线圈、入射棱镜、出射棱镜和透镜封装在外壳内部。1个芯片级光学原子磁强计有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式脑磁检测装置，其特征是：所述的便携式脑磁检测装置包括脑磁测量头盔(100)、光学原子磁强计阵列、驱动系统(103)、信号检测系统(104)和信号存储系统(105)；光学原子磁强计阵列均匀镶嵌在脑磁测量头盔(100)上；光学原子磁强计阵列的输入端与驱动系统(103)的输出端连接，光学原子磁强计阵列的输出端与信号检测系统(104)的输入端连接，信号检测系统(104)的第一输出端与信号存储系统(105)连接，信号检测系统(104)的第二输出端与驱动系统(103)的输入端连接；光学原子磁强计阵列作为传感器采集脑磁信号；驱动系统(103)的作用在于维持光学原子磁强计正常工作状态；信号检测系统(104)用于识别光学原子磁强计的输出信号，信号存储系统(105)完成对信号的存储。

【技术特征摘要】
1.一种便携式脑磁检测装置，其特征是：所述的便携式脑磁检测装置包括脑磁测量头盔(100)、光学原子磁强计阵列、驱动系统(103)、信号检测系统(104)和信号存储系统(105)；光学原子磁强计阵列均匀镶嵌在脑磁测量头盔(100)上；光学原子磁强计阵列的输入端与驱动系统(103)的输出端连接，光学原子磁强计阵列的输出端与信号检测系统(104)的输入端连接，信号检测系统(104)的第一输出端与信号存储系统(105)连接，信号检测系统(104)的第二输出端与驱动系统(103)的输入端连接；光学原子磁强计阵列作为传感器采集脑磁信号；驱动系统(103)的作用在于维持光学原子磁强计正常工作状态；信号检测系统(104)用于识别光学原子磁强计的输出信号，信号存储系统(105)完成对信号的存储。2.按照权利要求1所述的便携式脑磁检测装置，其特征是：所述的驱动系统(103)包括激光光源阵列(106)、加热器恒流源阵列(107)和调制场恒流源阵列(108)；激光光源阵列(106)与光学原子磁强计阵列的第一输入端(102a)连接，加热器恒流源阵列(107)的输出端与光学原子磁强计阵列的第二输入端(102b)连接，调制场恒流源阵列(108)与光学原子磁强计阵列的第三输入端(102c)连接；激光光源阵列(106)为光学原子磁强计阵列提供入射激光，加热器恒流源阵列(107)为光学原子磁强计阵列的加热提供加热电流，调制场恒流源阵列(108)为光学原子磁强计阵列提供产生调制磁场的电流。3.按照权利要求1所述的便携式脑磁检测装置，其特征是：所述的信号检测系统(104)包括光电探测器阵列(109)、温度控制电路阵列(110)和相敏检波电路阵列(111)；光电探测器阵列(109)的输入端与光学原子磁强计阵列的第一输出端(102d)连接，温度控制电路阵列(110)的输入端与光学原子磁强计阵列的第二输出端(102e)连接，光电探测器阵列(109)的输出端与相敏检波电路阵列(111)的输入端连接，温度控制电路阵列(110)的输出端与驱动系统(103)中加热器恒流源阵列(107)的输入端连接；光电探测器阵列(109)用来检测光学原子磁强计阵列输出的出射光，出射光中携带有脑磁信号；温度控制电路阵列(110)检测光学原子磁强计阵列的温度，并根据设定的温度调整驱动系统(103)中加热器恒流源阵列(107)的工作状态，如果光学原子磁强计阵列的温度低于设定温度，加热器恒流源阵列(107)开始工作，输出加热电流，否则加热器恒流源阵列(107)不工作；相敏检波电路阵列(110)用于滤波，将光电探测器阵列(109)输出信号中混杂的噪声滤除。4.按照权利要求1所述的便携式脑磁检测装置，其特征是：所述的信号存储系统(105)包括差分器阵列(112)和信号存储器(113)；差分器阵列(112)的输入端与信号检测系统(106)中相敏检波电路阵列(111)的输出端连接，差分器阵列(112)的输出端与信号存储器(113)连接；差分器阵列(112)计算不同光学原子磁强计测量到的信号之间的的差值，信号存储器(113)用于信号存储。5.按照权利要求1所述的便携式脑磁检测装置，其特征是：所述的光学原子磁强计阵列由多个相同的芯片级光学原子磁强计构成；激光光源阵列(106)由多个结构相同的激光光源组成；所述的加热器恒流源阵列(107)由多个结构相同的加热器恒流源组成；调制场恒流源阵列(108)由多个结构相同的调制场恒流源组成；光电探测器阵列(109)由多个结构相同的光电探测器组成；温度控制电路阵列(110)由多个结构相同的温度控制电路组成；相敏检波电路阵列(111)由多个结构相同的相敏检波电路组成；激光光源、加热器恒流源、调制场恒流源、光电探测器、温度控制电路和相敏检波电路的数量与光学原子磁强计的数量相等，并与光学原子磁强计一一对应；1个激光光源、1个加热器恒流源、1个调制场恒流源、1个光电探测器、1个温度控制电路、1个相敏检波电路构成光学原子磁强计的外围部件，1个芯片级光学原子磁强计及其外围部件构成一个脑磁信号采集通道。6.按照权利要求4或5所述的便携式脑磁检测装置，其特征是：所述的差分器阵列(112)由多个结构相同的差分器组成，每个差分器有两个输入端，第一输入端与所在脑磁信号采集通道的测量通道中的相敏检波电路的输出端连接，第二输入端与所在脑磁信号采集通道的参考通道的相敏检波电路输出端连接；差分器的输出端与所在脑磁信号采集通道的信号存储器连接。7.按照权利要求1所述的便携式脑磁检测装置，其特征是：一个所述的脑磁信号采集通道包括一个芯片级光学原子磁强计和外围部件两大部分；一个芯片级光学原子磁强计包括铷蒸气室(200)、加热器(201)、温度传感器(202)、调制线圈(203)、入射光纤(204)、入射棱镜(205)、出射棱镜(206)、透镜(207)、出射光纤(208)、外壳(209)和延长线(210)，铷蒸气室(200)、加热器(201)、温度传感器(202)、调制线圈(203)、入射棱镜(205)、出射棱镜(206)和透镜(207)封装在外壳(209)内部，一个芯片级光学原子磁强计有五个端口：第一输入端口(211)、第二输入端口(212)、第三输入端口(213)、第一输出端口(214)和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广浩，霍小林，向敬，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11