本发明专利技术公开一种基于原子蒸气室阵列的心/脑磁测量装置，稳频激光器输出的偏振激光经保偏光纤入射光纤分束单元获得分束激光，各个分束激光经过偏振可调准直单元后入射原子蒸气室阵列单元中对应的原子蒸气室的入射端面并从原子蒸气室的出射端面出射，原子蒸气室的顶部端面作为探测端面，各个原子蒸气室出射的激光经光检偏单元后由对应的光探测单元将光信号转换为光强电信号。本发明专利技术原子蒸气室阵列由多个原子蒸气室阵列单元组成，集成布局在柔性基板上，易于获得较高的空间分辨率磁场测量；使用Cs原子及NMOR方式时，可工作在室温环境；仅使用一台激光器，操作简单，磁场测量灵敏度较高。本发明专利技术装置在生物微弱磁场测量领域具有重要应用价值。重要应用价值。重要应用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种基于原子蒸气室阵列的心/脑磁测量装置
[0001]本专利技术涉及微弱生物磁场信号、磁场强度和磁场分布的测量等领域，具体涉及用于获取人体心磁图或脑磁图的一种基于原子蒸气室阵列的心/脑磁测量装置。
技术介绍
[0002]生物磁场研究的意义在于能够获得生物的生理过程及病理等重要信息。生物的磁信号非常微弱，例如，由人体内生物电流产生的心磁的强度约为pT量级，而脑磁的强度约百fT量级。因此，需要使用高灵敏度的测磁仪器才能够获取人体心磁图(magnetocardiography,MCG)和脑磁图(magnetoencephalography,MEG)。
[0003]超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device,SQUID)磁力仪是一种可达到～1fT/Hz
1/2
灵敏度的商用微弱磁场测量仪器，其工作在使用液氦冷却的低温环境，能够用于人体的MCG测量[Cohen D et al.,Magnetocardiograms taken inside a shielded room with a superconducting point
‑
contact magnetometer,Applied Physics Letters,1970,16(7):278
‑
280.]，以及人体MEG的测量[Cohen D,Magnetoencephalography detection of the brain
′/>selectricalactivity with a superconducting magnetometer,Science,1972,175(4022):664
‑
666.]。
[0004]原子磁力计是通过激光技术测量磁场中自旋极化原子的拉莫尔进动来实现磁场探测，其灵敏度已经达到了与SQUID磁力计可媲美的水平。例如，当前无自旋交换弛豫(spin
‑
exchange relaxation
‑
free,SERF)原子磁力计的实验测量灵敏度已达0.16fT/Hz
1/2
[Dang H B et al.,Ultrahigh sensitivity magnetic field and magnetization measurements with an atomic magnetometer,Applied Physics Letters,2010,97(15):151110.]。因此，高灵敏原子磁力计的重要应用之一就是测量微弱生物磁场，特别地，在磁屏蔽的超低场环境里用作人体心脏和脑部的测磁仪器。例如，使用SERF原子磁力计测量孕妇胎儿的心磁[Wyllie R et al.,Optical magnetometer array for fetal magnetocardiography,Optics Letters,2012,37(12):2247
‑
2249.]，以及进行脑磁研究[Xia H et al.,Magnetoencephalography with an atomic magnetometer,Applied Physics Letters,2006,89(21):211104.]等。
[0005]现有方法和技术中，使用可工作于常温下的高灵敏度原子磁力计测量微弱生物磁场是一种优选。通常以组合多个原子磁力计进行人体心脏、脑部的部分覆盖或者全覆盖进行测量，从而能够获取人体的MCG和MEG。例如，当前美国Quspin公司的商业化零场磁力计(QZFM，Gen
‑
2)应用于心/脑磁测量时需组合多个原子磁力计探头，而每一个原子磁力计都独立集成激光器和其它光学器件，需要分别进行调节与校准，增加了操作的复杂度；此外，由于每一个原子磁力计都有各自的独立工作参数(例如，温度，激光频率，激光功率，磁场补偿，探测灵敏度等)，使组合的多个原子磁力计各自工作参数都调节一致非常困难；最后，由独立的多个原子磁力计探头测量获取的人体心/脑磁信号，也需繁琐的多重数据后处理及标定，才能获得人体的MCG和MEG。由于单个集成的原子磁力计探头的尺寸较大，无法实现较
高的空间分辨率磁场测量，从而不利于对心/脑部位进行准确定位或成像；另外，因其重量原因，也不适合将大量原子磁力计探头固定在柔性基板上实现与人体部位的紧密贴合，因而将影响高磁场测量灵敏度的获得。因此，迫切需要发展新型基于原子磁力计的人体心/脑磁场测量设备，使得对微弱生物磁场的测量更加便捷和准确。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于针对现有技术中存在不足，提供一种基于原子蒸气室阵列的心/脑磁测量装置。
[0007]本专利技术的上述目的通过以下技术手段实现：
[0008]一种基于原子蒸气室阵列的心/脑磁测量装置，包括包括稳频激光器，稳频激光器输出的偏振激光经保偏光纤入射光纤分束单元，光纤分束单元将入射的偏振激光分束为多个分束激光，各个分束激光经过偏振可调准直单元后入射原子蒸气室阵列单元中对应的原子蒸气室的入射端面，并从原子蒸气室的出射端面出射，各个原子蒸气室的顶部端面作为探测端面，各个原子蒸气室出射的激光经光检偏单元后由对应的光探测单元将光信号转换为光强电信号。
[0009]如上所述各个光探测单元输出的光强电信号经集束信号电缆线传输后被多通道数据采集卡进行数据采集，多通道数据采集卡采集的各路光强电信号输入到控制与图像处理计算机。
[0010]如上所述的原子蒸气室阵列单元位于亥姆赫兹线圈单元中，控制与图像处理计算机通过集束控制电缆线与亥姆赫兹线圈单元连接。
[0011]如上所述的原子蒸气室阵列单元中的原子蒸气室为方形，原子蒸气室包括顶部端面、底部端面和四个侧部端面，其中一对相对的侧部端面分别作为入射端面和出射端面，顶部端面作为探测端面，底部端面内表面附有未蒸气化的碱金属。
[0012]如上所述的原子蒸气室阵列中包含有多个原子蒸气室阵列单元，原子蒸气室阵列单元中的原子蒸气室呈直线排列。
[0013]如上所述的偏振激光为线偏振激光，原子蒸气室内填充Cs原子，稳频激光器工作于Cs原子的D1线波长894.6nm。
[0014]如上所述的原子蒸气室的顶部端面设置在柔性基板上。
[0015]如上所述的柔性基板为聚四氟乙烯薄膜或编织布。
[0016]本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：
[0017]1、与组合多个原子磁力计探头的方式相比，本专利技术无需使用多台激光器，而使用集成布局在柔性基板上原子蒸气室阵列，结构简单，易于小型化，有助于可穿戴式心/脑磁图设备的发展；
[0018]2、集成布局在柔性基板上的原子蒸气室的尺寸较小，有利于实现高空间分辨率的磁场测量；且原子蒸气室的数量可根据实际测量需求改变，有利于获取更完整的磁场分布信息；
[0019]3、仅使用一台激光器作为光源。对本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于原子蒸气室阵列的心/脑磁测量装置，包括包括稳频激光器(1)，其特征在于，稳频激光器(1)输出的偏振激光经保偏光纤(2)入射光纤分束单元(3)，光纤分束单元(3)将入射的偏振激光分束为多个分束激光，各个分束激光经过偏振可调准直单元(5)后入射原子蒸气室阵列单元(6)中对应的原子蒸气室的入射端面，并从原子蒸气室的出射端面出射，各个原子蒸气室的顶部端面作为探测端面，各个原子蒸气室出射的激光经光检偏单元(8)后由对应的光探测单元(9)将光信号转换为光强电信号。2.根据权利要求1所述的一种基于原子蒸气室阵列的心/脑磁测量装置，其特征在于，各个光探测单元(9)输出的光强电信号经集束信号电缆线(10)传输后被多通道数据采集卡(11)进行数据采集，多通道数据采集卡(11)采集的各路光强电信号输入到控制与图像处理计算机(12)。3.根据权利要求2所述的一种基于原子蒸气室阵列的心/脑磁测量装置，其特征在于，所述的原子蒸气室阵列单元(6)位于亥姆赫兹线圈单元(7)中，控制与图像处理计算机(12)通过集束控制电缆线(10)与亥姆赫兹线圈单...
【专利技术属性】
技术研发人员：周欣，娄昕，谭政，孙献平，叶朝辉，
申请(专利权)人：中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。