Сверхпроводниковый магнитоградиентометр для биомагнитных измерений

 

Изобретение относится к измерениям магнитных полей, создаваемых организмом человека и другими биологическими обьектами, и предназначено для измерения маг нитных полей головного мозга человека. Цепь изобретения - повышение точности измереьии -достигается введением компенсационной катушки 16,усилителя 15 фильтра 14 нижних частот, управляемого резистивного делителг 13 напряжений. Устройство также содержит приемный градиентометрический контур второй производной с крайними 1, 2 и центральными 3 витками, расположенный е хвостовой части 4 немагнитного дьюара 5.квантовый интерферометр 6, катуш у 7 связи, блок 8 объема сигнала с квантового интерферометра, резистор 9, катушку 10 обратной связи квантового интерферомс гра, блок 11 регистрации, блок 12 управления 1 ил сл с о hO СО VJ о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 33/035

ГОСУДАРСТВЕ HHbl Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕ iЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г (2 ) 4296545/21 (22) 18.08,87 (46) 30.01.91. Бюл, й: 4 (71) Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР и Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии AH СССР (72) А, Н. Козлов, В.А. Куликов и А, М. Горбач (53) 621.317.44 (088.8) (56) Патент США М.. 3980076, кл. А 6 I В 5/02, опублик. 1976.

A1brecht G. et. al. "Application of flat dcthin film SQUID S and technique for

biomagnetlc measurements", Crlogenics,No

11, 1981, р 607. (54) СВЕРХПРОВОДНИКОBbll МАГНИТОГРАДИЕНТОМЕТР ДПЯ БИОМАГНИТНЫХ

ИЗМЕРЕНИЙ

БЫ 1624376 А1 (57) Изобретение относится к измерениям магнитных полей, создаваемых организмом человека и другими биологическими объектами, и предназначено для изм.рения ма нитных полей головного мозга человека.

Цель изобретения — повышение точности измерении — достигается введением компенсационной катушки 16, усилителя 15, фильтра 14 нижних частот, управляем<1го резистивного делителя 13 напряжений. Устройство также содержит приемный градиентометрический контур второй производной с крайними 1, 2 и центральными 3 витками, расположенный е хвостовой части 4 немагнитного дьюара

5,квантовый интерферометр 6, катушку 7 связи, блок 8 объема сигнала с квантового интерферометра, резистор 9, катушку 10 обратной связи квантового интерфером гра, блок 11 регис грации, блок 12 управления. 1 ил.

1624376

Изобретение относится к технике измерения магнитных полей, создаваемых организмом человека и другими биологическими объектами, и предназначено для измерения магнитных полей головного моэ- 5 га человека.

Целью изобретения является повышение точности измерений помехоэащищенности магнитоградиентометра, На чертеже приведена. блок-схема 10 предлагаемого магнитоградиентометра.

Магнитоградиентометр содержит приемный градиентометрический контур второй производной с крайними 1 и 2 и центральными 3 витками, расположенный в 15 хвостовой части 4 немагнитного дьюара 5 и индуктивно связанный с сверхпроводящим квантовым интерферометром 6, например двухконтактным, посредством катушки 7 связи, блок 8 сьема сигнала с квантового 20 интерферометра, резистор 9 обратной связи, катушку 10 обратной связи квантового интерферометра, блок 11 регистрации, блок

12 управления, управляемый резистивный делитель 13 напряжения, фильтр 14 нижних 25 частот, усилитель 15, компенсационную катушку 16, выполненную, например, в виде одиночного витка и расположенную снаружи дьюара на его хвостовой части, соосно с крайним витком 2 градиентометрического 30 контура.

На чертеже показан приемный градиентометрический контур, содержащий два центральных и по одному крайнему витку, один из которых (виток 1), расположенный 35 вблизи дна хвостовой части дьюара, является приемным вит;;ом для магнитных полей головного мозга. Градиентометрический контур может содержать в N раз большее количество центральных и крайних витков. Их количе- 40 ство зависит от параметров используемого квантового интерферометра.

В магнитоградиентометре могут быть использованы как одноконтактные, так и двухконтактные сверхпроводящие квантовые 45 интерферометры, Конструкция блока съема сигнала зависит от типа используемого квантового интерферометра. В случае применения двухконтактного квантового интерферометра блок 8 съема сигнала с 50 квантового интерферометра должен включать в себя предварительный усилитель 17 с согласующим элементом, например трансформатором 18, подключенным через токоограничивающий резистор 19 к кванто- 55 вому интер ерометру, синхронный детектор 20, интегратор 21, выход которого является выходом блока съема сигнала, ключ 22, модуляционный генератор 23, подключенный к катушке 10 обратной связи и опорному входу синхронного детектора 20, и источник 24 тока для задания тока через квантовый интерферометр.

Блок 11 регистрации содержит малошумящий усилитель с управляемым коэффициентом усиления, вход которого должен быть подключен к резистору 9 обратной связи, набор постоянных резисторов, подключаемых по сигналам с блока управления к входам усилителя параллельно резистору

9 для изменения коэффициента передачи цепи обратной связи магнитоградиентометра и соответственно изменения его чувствительности и входной полосы и ка ..ой-либо регистрирующий прибор. например спектроаналиэатор с печатающим устройством, Блок 12 управления обеспечивает выда;у команд на установку соответствующих коэффициентов передачи цепи обратной связи магнитоградиентометра, блока регистрации и управляемого резистивного делителя 13 напряжений, а также сброс интегратора 21 блока 8 для установки нулевого сигнала на выходе магнитоградиентометра

v: (в простейшем случае) может быть выполнен в виде набора коммутирующих элементов (переключателей), подключенных к источнику напряжения для формирования на своих выходах сигналов определенного уровня, Магнитоградиентометр работает следующим образом.

Приемный градиентометрический контур располагают вблизи биомагнитного объекта. Изменяющееся магнитное поле биомагнитного обьекта воспринимается крайним витком 2 градиентометрического контура и преобразуется квантовым интерферометром 6 в напряжение, которое поступает с блока 8 съема сигнала на блок 11 регистрации. Требуемый коэффициент преобразования всего магнитоградиентометра и его чувствительность устанавливаются по сигналам с блока 12 управления путем изменения коэффициента усиления усилителя блока регистрации, а также путем изменения величины сопротивления резистора 9 обратной связи эа счет включения параллельно резистору 9 дополнительных реэис оров, входящих в состав блока 11 регистрации, Блок 8 съема сигнала с квантового интерферометра 6 работает следующим образом.

Сигналы, воспринимаемые градиентометрическим контуром с помощью катушки 7 связи, создают магнитн IA поток через кьантовый интерферометр 6, который модулируется сигналом, например, прямоугольной формы с частотой порядка 500 кГц с двойной ампли<

6 тудо11 Ф<) /2, где „= 2,05 10 БГ) — кван

МаГНИТНОГО ПОТОКа, Подааав>-Soé iaa К,»y(.;Ks, 10 обра1, ой связи с в<,< и,.;а моду. я,;онноо генератора -,3. ".Oräa >.B э< статическая компг)нента и! o! а че>)ез к <аt! >::!«ь >: и -< Гео- 5 фе 7ометр ра» а точно („и и (гп - 1! <2/ "„.

ГДЕ h — ЦЕЛОЕ ЧИСЛО. I .arIPB:,,r.НИЕ <<а ВЫХС>ДЕ квантового и>1;ерфероме-ра г:ред=тавляет

>.Ооой сигнаГ! <1рямоуГОл ной ф(7(чл ы с «;c Г(.

Tov> 1 5 . ц. Г!р>л си -Ixp< ннс:л де Г . хти>><èv< <з э ого сигнала синх>р<)ннь л деток(ором 20 с опорной частотой 500 крl! ycf ед «.i,ное вы..ОД><ОЕ НаПРЯжЕНИЕ Р; ><НО НУЛЮ ЕСЛИ ><ОТСК изменяезся на;<ебг ьцг>с-.. величин) rt

s.Br1ÿBTcÿ с>", !ar с час Ротс>и 50п кбц ,удэ и фаза OTopofо «висят с1 (<<1ли <<„ь

<и знака,„р, .Зт )т с,;rHB» че.)>ra r(rr <лс,

-> pa> :фО<;Матер <" И rCW I i < - r посгуг<ает на вход синхрон<<о.о д:,åê-op-: 20

20, в като,.QM преобрвзуется .1 отл<;ч!<о: от

«<уля .cTosIHI>(re напряжение, п..;,)г<орцио>

; зльнсе (» -, с максимальным з><а<<е<-is;., соответствуюгцим из><е«ению по о;а на величин (и .1)4/Ф! Си>нал с выхода с.ого детектора и> тегрируется ><т,гртором 2 1 и подается через резистор

ot ;ra -ной r.BBaè на катуц к, 10 <7<)j.а i си се.<зи, ко <орая поддерживает пос!оянный г OTQK через квантовый интерферл летр 1!). «ТоМ 30

ПадЕНИЕ НаПряжЕР Ия Ha;><. .ИСTO;re ОбрЛг— ной сг>яэ1 3 пропорцис нально изме,<ени>( г<оток; д<1).

1п я умен эшен(<>! н из к очаг, готно го шум;. используется це(>ь, состоя<ц. s i з .п сл.лпвательно соед1<><енных управляемо;о резистивнпго делит:.ля 1) напряжен><я, филь)ра

14 нижних час ст .; усилителя 15 с компенсационн()й катушкой ",6. Фильтр 14 t-,è)KHèõ ч тст выделяет иэ вь<ходного сигнала маг- "0 нитоградиентометра низко <зстотный сигнал в пслосе чаcTот 0,01 2 Рц,Kонкоетно требу-Maÿ полоса частст и требуе>лая часТо-,Haя характеристика . Ого диапазона подавления низко л,".ТоТН! поме,1 кото гый через усилит-:ль 15 пос-yf;a>. <а омпе< . =ционную катушl;v 1 7. Г.,:.;погo).,c:i! H yto

На хвостовой < >a pa 5 сr>ос но с к<Лай ч м еит .О.л ) градиенто>летри <Вс<.olо конту- 5!" ра. удаче:;ным ОТ био>лагнит o-i>!i> ьекта.

О:7; е .. («я t<оэ Ъ-" B «д <1<1 Сп" . ° .i, <,.

Гц>;Е г)<:;ЭЕ.. .. >< <СЕ >Л,II t-II h: t Г; .П .:.: Ьа

В ОГ Л;,СТИ 77! И Не .. <: К " Р.

Г!"! B."Ë!1×VI×P ;<И >r!S,;, .-.. Н ., -:Г I

ССЗ,1 "!at! >у a I> ., .> .E .". (! г

t) pa я tBI,!ÍVIÌ (!уМ СЫ " г< Hi <> >!)

1, а

Ta ., жь ИЗМ .! -" >-.:;Ц . г :С и ГРО .;, ЗН:,;: ;;Л 3 Г !

-i>1TНЬ< . ПО" . рЕ i,-;.j)><; —;уЕ .. .Ii pa;„<ент 7ме-о(л Зтс::сэ><<7;яет б":.,-;;.t н:.

i 2 Г ряд а Слабит!.:; „-::i," <<у„> к, г, f1o>iaHту си I à "a, и сту,), " (его !«:,.(,B>»<В<><Й v>«T<>Р« . О:<Мг ГР, «<СК 7 < П(" Гj, 1,у (>)Ои и.! . Рза! От" <7<, t -: j б(. . г K < с <

>Л П<)г<Ы<;ИТS> 1>7" НОГ (>- i:) ..>Е. at<1 . „-..,И . ГОа.

„"; ЛЕ".ОМЕ ....1

С P >!!-: 1 З О< »..-. .!,

1 Л Г, .", Г Я (<Я; > < a < t > 1«! « 1, ) > . <-..-,, I! < t ° (П г, :K <>ци<>1 j) "t <> к,л!< . Р !<. Г<И ii 1; I;>;I j)a Ь>1!.! В - г>, г. 1

- ><>lil . Х". : I )>1! < .- С !З! ><(. <, !< Э! П д< << apa >i н,> г<>> .г- .;.;:;- : - ГO.

«од1ц(1<>< кБа!.,oi;I !.- 11>>I (">:>-;1.,«; <"Р <,д«Л,Е" ::<> Ь М Г дrI<)K t:., Рл-. - Г <а а

Кэа> :ОВСi Cr 1H" <",>1>Р<) <>!.. !,Гг! <<.

T< > Trap, <> С,! 0 <(. > I с O< ., i И

РЕЗ>ЛСТО . Ра "Irti и -, ЮЧЕ>< К Р.,<тУШKB З Р;аТ><0 1 СЬ <Э<: Кaа > OBr>f<) И>, ТЕр<1 Ер.)г ° Q . ра, бЛОК рСГИ;,Т-): зрг

< ИЯ. УГ РаВЛЯЮ. (И.;.. ° . < Ir(! Сг)ЕД><Н .— у<пра><л»... ;; > г <,,-<- ><; л> а регисзрации и блокa с<".> sr- (l н, )а с вантзв IIC! т<ррферок атр;. o T (f! II a 7 >ц „< is -;, ТЕ<И, -,То, С ЦЕ > t.) )" -! . ! . » З IH >)C< 1 рений, B не 0 >(.<зде <ь: о;г;pt..са<(. синая к,)тушка, усили-,е;;ь, ф 1!!) <3 нижних <зсто-. 1<

УПРЗГ,ЛЯЕМЫй РЕЭИС-ИВ< <; ДЕ111 Лг >!а пряжения, вход котс, ог< Г<одк<<>с <е» K Bb ходу блс ка реис1рации, упозвляю!ций

Зход ..Оедлне! (BTЗ, ьс< выхе iot i блока унравл.ния а в<< о;, чер: з .)>1л> т; >! .:жНИХ аСтОт; O;Ä,кГ .Н)Ч",«> <,СГ(< V:.HË,. Л ., выход которого со :-,1 "; ен с к- ., Онсац <онной атушкой, р=;пол< ; !. - < н» )y êh.й

СТОРОНЕ ДьЮлРа:.OC»O i. Р;:Зй.>ИР..: -.CK!

Градие> 1<7<"егрич< г:сгс;,Г,: >1, да)ен ь.>л

От объекта измере><: я