Magnetfeld-Messsystem

专利摘要:
Eswird ein Magnetfeld-Messsystem zum Aufheben eines externen Feldsangegeben, bei dem mehrere Messmagnetometer (3) zum Messen eines Magnetfeldsignalsin einer Richtung orthogonal zur Mittelachse einer zylindrischenmagnetischen Abschirmung (1) zweidimensional in einer Ebene parallelzur Mittelachse angeordnet sind und ein Bezugsmagnetometer (4) zumMessen des externen Felds parallel zur Mittelachse, um ein Bezugssignalzu liefern, in einer Ebene orthogonal zur Ebene parallel zur Mittelachseangeordnet ist. Das mit einem spezifizierten Faktor multiplizierteBezugssignal wird von der Differenz zwischen Signalen von benachbartenMessmagnetometern abgezogen. Dieses Magnetfeld-Messsystem erlaubtdie Messung eines extrem schwachen Magnetfelds durch effizientesAufheben des externen Felds.
公开号:DE102004022262A1
申请号:DE200410022262
申请日:2004-05-06
公开日:2004-12-30
发明作者:Akihiko Kandori；Daisuke Suzuki；Keiji Tsukada；Akira Tsukamoto；Koichi Yokosawa
申请人:Hitachi Ltd；
IPC主号:A61B5-05

专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft ein Magnetfeld-Messsystem zum MessenG eines durchein Messziel erzeugten Magnetfelds, z.B. eines extrem schwachen Magnetfelds,wie es vom Herzen, dem Gehirn oder dergleichen eines lebenden Körpers erzeugtwird, unter Verwendung eines Magnetometers mit einem hochempfindlichenSQUID (superconducting quantum interference device), und speziellerbetrifft sie ein Magnetfeld-Messsystem mit Aufhebung eines externenFelds.
[0002] EinMagnetfeld-Messsystem unter Verwendung eines SQUID wird herkömmlicherweisedazu verwendet, ein schwaches Magnetfeld zu messen, wie es vom Gehirn,vom Herzen oder dergleichen eines lebenden Körpers erzeugt wird (nachfolgendals biomagnetisches Signal bezeichnet). Beim Messen eines extremschwachen Magnetfelds, wie eines biomagnetischen Signals, ist eserforderlich, ein in das Magnetfeld-Messsystem eingreifendes externesFeld im Bereich von 80 dB–100dB (Dezibel) oder weniger zu schwächen. Ein externes Feld entsprichteiner magnetischen Störung,die von einer Spannungsübertragungsleitung,einem fahrenden Zug, einem Kraftfahrzeug oder dergleichen herrührt und über eineNetzspannungsquelle in das Magnetfeld-Messsystem eingreift.
[0003] EinherkömmlichesMesssystem fürbiomagnetische Signale wurde unter Verwendung eines ferromagnetischenMaterials, wie Permalloy, innerhalb eines magnetisch abgeschirmtenRaums platziert, um die Messung in einer vom externen Feld abgetrenntenUmgebung auszuführen.
[0004] Daein unter Verwendung eines ferromagnetischen Materials, wie Permalloy,magnetisch abgeschirmter Raum teuer und schwer ist, sind die medizinischenEinrichtungen, bei denen er platziert werden kann, begrenzt. Demgemäß bestandBedarf an einer Messung biomagnetischer Signale unter Verwendungeiner einfachen magnetischen Abschirmung mit geringerem Gewichtund geringerer Größe, dieeine einfache Installation des Systems selbst in einem begrenztenRaum erlaubt.
[0005] Obwohleine magnetische Abschirmung mit einfacherer Konstruktion zu einembilligeren System führenkann, ist es erforderlich, ein externes Feld zu Korrekturzweckeneines Messsignals aus diesem zu entfernen, da eine einfache magnetischeAbschirmung ein externes Feld nicht vollständig unterbinden kann. Es wurdenverschiedene Verfahren zum Entfernen oder Korrigieren eines externenFelds versucht, wobei ein Verfahren üblich ist, bei dem ein Vektor-Magnetometerdazu verwendet wird, ein externes Feld zu messen.
[0006] Eswurde übereinen einkanaligen Magnetokardiografen berichtet, der eine Kombinationaus einem Magnetometer zur Messung eines biomagnetischen Signalsund eines triaxialen Vektor-Magnetometersist, das jeweilige Komponenten eines externen Felds in den Richtungenx, y und z messen kann (siehe Stand der Technik 1: K. Sakuta etal., Physica C378-381 (2002), 1391–1395). Gemäß diesem Bericht wird ein Prozessausgeführt,bei dem Signale für diex-, y- und die z-Komponente des durch die drei Magnetometer desVektor-Magnetometers erfassten externen Felds mit drei verschiedenenFaktoren multipliziert werden und das Multiplikationsergebnis vom Ausgangssignaldes Magnetometers zur Messung des biomagnetischen Signals abgezogenwird. Gemäß diesemVerfahren ist es erforderlich, die drei Faktoren gleichzeitig zuoptimieren.
[0007] Esexistiert ein anderer Bericht zum Beseitigen eines externen Feldsin einem Gehirn-Magnetfeld-Messsystem mit 165 Messmagnetometern (Standder Technik 2: V. Pizzella et al., Proceedings of Biomag, 2000,939–942).Gemäß diesemBericht wird versucht, den Einfluss eines externen Felds unter Verwendungvon vier triaxialen Vektor-Gradiometern zur Messung eines externenFelds, die aus zwölf Magnetometernfür 153Messmagnetometer bestehen, zu verringern. Auch gemäß diesemVerfahren ist es erforderlich, gleichzeitig mehrere Faktoren zuoptimieren.
[0008] Andererseitsist ein Messsystem fürbiomagnetische Signale, das die normale Linienkomponente eines biomagnetischenSignals misst und aus der normalen Linienkomponente die zugehörige tangentialeLinienkomponente erhält,gut bekannt (Patentdokument 1: JP-A-HEI-10-305019).
[0009] BeimStand der Technik 1 besteht beim Prozess des Multiplizierens derx-, der y- und der z-Komponente des unter Verwendung des Vektor-Magnetometersgemessenen externen Felds mit den drei verschiedenen Faktoren unddes Subtrahierens des Multiplikationsergebnisses vom Ausgangssignaldes Magnetometers zur Messung des biomagnetischen Signals das Problem,dass es schwierig ist, die drei Faktoren zu ermitteln, und dassder Maßstabdes Systems in nachteiliger Weise vergrößert ist, da die drei Magnetometerzur Messung des externen Felds fürein Messmagnetometer erforderlich sind. Auch beim Stand der Technik2 besteht das Problem, dass es nicht einfach ist, drei oder mehrFaktoren zu bestimmen, die zur Korrektur erforderlich sind.
[0010] Beiden vier triaxialen Vektor-Gradiometern zur Messung des externenFelds besteht ebenfalls das Problem, dass der Maßstab des Systems in nachteiligerWeise erhöhtist, da zwölfMagnetometer zur Messung des externen Felds benötigt werden.
[0011] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetfeld-Messsystem unterVerwendung einer einfachen magnetischen Abschirmung zu schaffen, beidem ein externes Feld effizient aufgehoben werden kann und ein extremschwaches Magnetfeld gemessen werden kann.
[0012] DieseAufgabe ist durch die Magnetfeld-Messsysteme gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1,4 und 7 gelöst.
[0013] Dieerfindungsgemäßen Magnetfeld-Messsystemeverfügen über mindestensein Bezugsmagnetometer sowie eine magnetische Abschirmung mit einemAbschirmungsfaktor, der in zwei Richtungen rechtwinklig zu einerAchsenrichtung viel besser ist als in der Achsenrichtung, z.B. einezylindrische magnetische Abschirmung (zylindrische magnetische Abschirmungaus einem ferromagnetischen Material). Nachfolgend wird die Mittelachseder zylindrischen magnetischen Abschirmung als x-Achse angenommen. Innerhalb derselbenist ein Dewargefäß angeordnet.Innerhalb des Dewargefäßes sindmehrere Messmagnetometer in einer solchen Richtung angeordnet, dassdie Richtung rechtwinklig zu einer Ebene der jeweiligen Aufnahmespulenderselben rechtwinklig zur x-Achse verläuft (siehe die 1). Die Richtung, in der jedes der magnetischein Magnetfeld erfasst, entspricht einer Komponente in der Richtung derz-Achse. Diese Messmagnetometer sind in derselben Ebene rechtwinkligzur z-Achse angeordnet.
[0014] BeimMagnetfeld-Messsystem gemäß dem Anspruch1 ist als Ers tes Bezugsmagnetometer zum Messen der Komponente einesexternen Felds in der x-Richtung ein Magnetometer in der Nähe der Messmagnetometerso angeordnet, dass die Richtung, in der ein Magnetfeld erfasstwird, in der Richtung der x-Achse ausgerichtet ist. Jedes der mehrerenMessmagnetometer sowie das erste Bezugsmagnetometer sind innerhalbdes Dewargefäßes angeordnet, undsie werden mit einem Kältemittelgekühlt.Das Dewargefäß wird durcheinen Galgen gehalten.
[0015] Jedesder Magnetometer wird durch eine FLL(flux locked loop = Fluss-synchronisierteSchleife)-Schaltung gesteuert, und von dieser wird ein analogesSignal in Reaktion auf ein durch das Magnetometer erfasstes Magnetfeldausgegeben. Das Ausgangssignal der FLL-Schaltung ist ein Signal,das durch eine Analogsignal-Verarbeitungsschaltung mit einem Verstärker, einemBandpassfilter sowie einem Kerbfilter verarbeitet wird und dannin einem AD(Analog-Digital)-Wandler in ein digitales Signal gewandelt wird.Durch die einzelnen Messmagnetometer gemessene Signale werden durcheine Analysiervorrichtung (einen Computer) gesammelt, die eine Analyseausführtund das Analyseergebnis anzeigt. Die durch die einzelnen Magnetometergemessenen Signale werden in einer Vorrichtung zum Aufzeichnen derMesssignale gespeichert.
[0016] Dader Abschirmungsfaktor der zylindrischen magnetischen Abschirmungin den Richtungen z und y ziemlich hervorragend ist, sind die z-und die y-Komponente des externen Felds innerhalb derselben wesentlichgeschwächt.Andererseits verlaufen die x- und die y-Komponente des externenFelds orthogonal zur Richtung (z-Richtung), in der ein SQUID-Magnetometerein Magnetfeld misst, so dass der Hauptanteil dieser Komponentendes externen Felds durch die Messmagnetometer nicht erfasst wird.Demgemäß kann dasexterne Feld in der y-Richtung,das durch die magnetische Abschirmung abgeschirmt wird und auf dieein SQUID-Magnetometer weniger empfindlich ist, praktisch ignoriertwerden. Der Hauptteil der Störungenin der z-Richtung kann dadurch aufgehoben werden, dass die Differenzzwischen den Ausgangssignalen der zueinander benachbart angeordnetenMessmagnetometer berechnet wird. Der Hauptanteil der Störungen inder z-Richtung kann ebenfalls dadurch aufgehoben werden, dass dieDifferenz zwischen den Ausgangssignalen derjenigen Messmagnetometerberechnet wird, die an verschiedenen Positionen angeordnet sind,die nicht zueinander benachbart sind. Die vorstehend genannten Differenzenkönnennach dem Sammeln der Daten durch den Computer berechnet werden.
[0017] EineArithmetikoperation zum Korrigieren der x-Komponente des externenFelds und zum Bestimmen eines ersten Messsignals bei geringerem Einflussdes externen Felds wird dadurch ausgeführt, dass von der vorstehendgenannten Differenz zwischen den Messsignalen ein Wert abgezogenwird, der dadurch erhalten wird, dass ein Signal vom ersten Bezugsmagnetometermit einem ersten spezifizierten Faktor multipliziert wird.
[0018] DasMagnetfeld-Messsystem gemäß dem Anspruch4 verfügt über eineKonstruktion, bei der ein zweites Bezugsmagnetometer zusätzlich zumgenannten ersten Bezugsmagnetometer vorhanden ist, wobei es so angeordnetist, dass die Mittelachse der Aufnahmespule des zweiten Bezugsmagnetometers mitder Mittelachse der Aufnahmespule des ersten Bezugsmagnetometerszusammenfällt.In diesem Fall wird nach dem Ermitteln des ersten Messsignals eineArithmetikoperation zum Bestimmen eines zweiten Messsignals, dasweniger durch das externe Feld beeinflusst wird, dadurch ausgeführt, dassvom ersten Messsignal ein Wert abgezogen wird, der dadurch erhaltenwird, dass die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Bezugssignalmit einem zweiten spezifizierten Faktor multipliziert wird.
[0019] DasMagnetfeld-Messsystem gemäß dem beigefügten Anspruch7 verfügt über eineKonstruktion, bei der zusätzlichzum ersten Bezugsmagnetometer ein drittes und ein viertes Bezugsmagnetometerverwendet sind, die jeweils zum Messen der Komponente des externenFelds in der z-Richtung dienen und die in einer Ebene parallel zueiner Ebene angeordnet sind, in der die Messmagnetometer angeordnetsind, so dass das vierte Bezugsmagnetometer mit einem größeren Abstandals das dritte Bezugsmagnetometer in einer Richtung entlang derMittelachse der zylindrischen magnetischen Abschirmung positioniertist. In diesem Fall wird, nachdem das erste Messsignal ermitteltwurde, eine Arithmetikoperation zum Ermitteln eines dritten Messsignalsmit geringerer Beeinflussung durch das externe Signal dadurch ausgeführt, dassvom ersten Messsignal ein Wert subtrahiert wird, der dadurch erhaltenwird, dass die Differenz zwischen den vom dritten und vierten Bezugsmagnetometergemessenen Messsignalen mit einem dritten spezifizierten Faktormultipliziert wird.
[0020] Alternativverfügtein erfindungsgemäßes Magnetfeld-Messsystem über eineKonstruktion mit einem zusätzlichenMagnetometer zum Messen eines Dynamikbereich-Kompressionssignals,das die Komponente des externen Felds in der z-Richtung misst, eineMessschaltung zum Messen der orthogonalen Komponente des externenFelds durch Ansteuern des Magnetometers zum Messen eines Dynamikbereich-Kompressionssignalsund zum Ausgeben der erfassten Komponente als solches, und eine Differenzverstärkerschaltungzum Subtrahieren des Dynamikbereich-Kompressionssignals von jedem der Messsignalevon den mehreren Messmagnetometern und zum Ausgeben der Messsignalevon denselben mit jeweils komprimiertem Dynamikbereich.
[0021] Alternativverfügtdas erfindungsgemäße Magnetfeld-Messsystem über eineKonstruktion, bei der die mehreren Messmagnetometer in mehrere Blöcke unterteiltsind und fürjeden der Blöckeein Bezugsmagnetometer angebracht ist.
[0022] Beierfindungsgemäßen Magnetfeld-Messsystemenwird eine Berechnung der Differenz zwischen benachbarten Messmagnetometerndazu verwendet, die z-Komponente des externen Felds aufzuheben.Demgemäß entsprichtein schließlichgemessenes Signal nicht einem Magnetfeld selbst sondern einem Gradienten-Magnetfeld.
[0023] Durchdie vorstehend genannten Konstruktionen ist es möglich, ein Messsignal effizientmit geringerer Beeinflussung durch ein externes Feld dadurch zuerhalten, dass eine kleine Anzahl von Bezugsmagnetometern in einemMagnetfeld-Messsystem unter Verwendung einer zylindrischen magnetischenAbschirmung verwendet wird.
[0024] DieErfindung wird nachfolgend an Hand von durch Figuren veranschaulichtenAusführungsformennäher beschrieben.
[0025] 1A und 1B sind Ansichten, die jeweils ein Beispieleiner Struktur eines Magnetfeld-Messsystems gemäß einer ersten Ausführungsformder Erfindung zeigen;
[0026] 2A bis 2C sind Ansichten, die jeweils eine Strukturjedes der bei der ersten Ausführungsformverwendeten Magnetometer zeigen;
[0027] 3A und 3B sind Ansichten, die Anordnungen vonMagnetometern bei Ausführungsformen derErfindung zeigen;
[0028] 4A bis 4C sind Ansichten, die Strukturen vonMessschaltungen bei den Ausführungsformen derErfindung zeigen;
[0029] 5A und 5B sind Ansichten, die Beispiele vonMagnetokardiogrammen (MCGs) zeigen, wie sie durch Messungen unterVer wendung des Magnetfeld-Messsystems gemäß der ersten Ausführungsformerhalten wurden;
[0030] 6A und 6B sind Ansichten, die jeweils Beispielevon Magnetokardiogrammen zeigen, wie sie aus Messungen unter Verwendungeines Magnetfeld-Messsystems gemäß einerzweiten Ausführungsformder Erfindung erhalten wurden;
[0031] 7 ist eine Ansicht, dieBeispiele von Magnetokardiogrammen zeigt, wie sie aus Messungen unterVerwendung eines Magnetfeld-Messsystems gemäß einer dritten Ausführungsformder Erfindung erhalten wurden;
[0032] 8A und 8B sind Ansichten, die Anordnungen vonMagnetometern bei Ausführungsformen derErfindung zeigen;
[0033] 9A und 9B sind Ansichten, die Strukturen vonMessschaltungen bei den Ausführungsformender Erfindung zeigen;
[0034] 10A und 10B sind Ansichten, die jeweils eineStruktur eines Magnetfeld-Messsystems gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigen;
[0035] 11A und 11B sind Ansichten, die Strukturen vonMessschaltungen bei den Ausführungsformender Erfindung zeigen;
[0036] 12 ist eine Ansicht, dieBeispiele von Magnetokardiogrammen zeigt, die aus Messungen unterVerwendung des Magnetfeld-Messsystems gemäß der fünften Ausführungsform erhalten wurden;
[0037] 13 ist eine Ansicht, dieein Beispiel der Anordnung von Messmagnetometern bei einer siebtenAusführungsformder Erfindung zeigt;
[0038] 14 ist eine Ansicht, dieBeispiele von Magnetokardiogrammen zeigt, wie sie aus Messungenunter Verwendung eines Magnetfeld-Messsystems gemäß einerachten Ausführungsformder Erfindung erhalten wurden; und
[0039] 15A und 15B sind Ansichten, die andere Strukturenvon Magnetometern zeigen, bei denen die Erfindung anwendbar ist.
[0040] Nachfolgenderfolgt eine beispielhafte Beschreibung zu einem Magnetokardiografie-Messsystem,das ein Magnetfeld misst, wie es vom Herz eines lebenden Körpers alsMesssignal ausgegeben wird. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diesesBeispiel beschränkt.Viel mehr ist sie z.B. auch bei magnetosensitiven Messsystemen anwendbar,die z.B. das Vorliegen oder Fehlen eines magnetischen Materialsin einem normalen Messziel, die Menge des magnetischen Materials,die Verteilung desselben oder ähnlichesmessen. Die folgende Offenbarung bildet nur eine Ausführungsformder Erfindung und beschränktin keiner Weise deren technischen Umfang.
[0041] Inden 5A, 5B, 6A, 6B, 7, 12 und 14 repräsentiert die Ordinate ein Magnetfeld(nT) und die Abszisse repräsentiertdie relative Zeit (s), wenn ein vorgegebener Messzeitpunkt zu 0angenommen wird.
[0042] Die 1 zeigt Ansichten jeweilseines Beispiels einer Struktur eines Magnetfeld-Messsystems gemäß einerersten Ausführungsformder Erfindung, wobei es sich um ein magnetokardiografisches Messsystemunter Verwendung einer zylindrischen magnetischen Abschirmung 1 handelt.Es wird davon ausgegangen, dass die Mittelachse der zylindrischen magnetischenAbschirmung 1 die x-Achse bildet und dass zwei dazu orthogonaleAchsen die y- und die z-Achse bilden. Innerhalb der 1 ist die 1A einexz-Schnittansicht, und die 1B isteine yz-Schnittansicht.
[0043] Innerhalbder transversal montierten zylindrischen magnetischen Abschirmung 1 sindein Bett 14, auf dem eine Person 13 so ruht, dassihr Kopf durch ein Kissen 20 abgestützt ist, und ein Dewargefäß 2 angeordnet.Im inneren, unteren Teil des Dewargefäßes 2 sind mehrereMessmagnetometer 3 und ein erstes Bezugsmagnetometer 4 angeordnet,die mit einem Kältemittelgekühltwerden. Die erste Ausführungsformverfügt über Magnetometer,die jeweils aus einem Supraleiter mit hoher Übergangstemperatur bestehen,die bei der Temperatur flüssigenStickstoffs betreibbar sind, wobei die Magnetometer dadurch gekühlt werden,dass das Dewargefäß mit flüssigem Stickstoffgefülltwird. Das Dewargefäß 2 wird durcheinen Galgen 5 mit einem Ausrichtmechanismus gehalten.
[0044] DiePosition des Galgens 5 zum Fixieren des Dewargefäßes 2 wirdunter Verwendung eines Galgenpositions-Einstellmechanismus 12 miteinem Mechanismus fürVerstellung in den Richtungen der drei Achsen (x-, y- und z-Achse)eingestellt. Ein Galgenpositions-Einstellgriff 19 ist mechanischmit dem Galgenpositions-Einstellmechanismus 12 verbunden, damitdie Position des Galgens 5 durch Verdrehen des Griffs 19 eingestelltwerden kann.
[0045] DasBett 14 wird durch zwei Beine 17 mit Rädern näher am Kopfder Person 13 sowie zwei Gleit-Bettbeine 15 (diedauernd in der magnetischen Abschirmung 1 positioniertsind) gehalten. Das Bett 14 kann dadurch in die magnetischeAbschirmung 1 geschoben und aus ihr gezogen werden, dassdie zwei Beine 17 mit Rädern über einenBoden gezogen werden, wobei die zwei Gleit-Bettbeine 15 aufFührungsschienen 16 gleiten.Da das Bett 14 leicht aus der magnetischen Abschirmung 1 herausgezogen werdenkann, kann die Person 13 leicht in diese hinein und wiederaus ihr gelangen, und die Position des Galgens 5 kann leichteingestellt werden.
[0046] Jededer in der magnetischen Abschirmung angeordneten Einheiten, einschließlich desBetts 14, des Dewargefäßes 2 unddes Galgens 15 besteht aus einem unmagnetischen Materialwie FRP (Fiber Reinforced Plastic = faserverstärkter Kunststoff) oder Aluminium.
[0047] MehrereMessmagnetometer verfügen über jeweiligeAufnahmespulen, die in derselben Ebene parallel zu einer xy-Ebeneorthogonal zur z-Achse so angeordnet sind, dass die Ebene der Aufnahmespulenorthogonal zur z-Achse verläuft.Die Messmagnetometer messen eine Magnetfeldkomponente in der Richtungder z-Achse. Das erste Bezugsmagnetometer 4 zum Messender Komponente eines externen Felds in der Richtung der x-Achseist in der Nähe derMessmagnetometer 3 so angeordnet, dass die Richtung, inder ein Magnetfeld erfasst wird, in der Richtung der x-Achse ausgerichtetist.
[0048] DerAnsteuerbetrieb der mehreren Messmagnetometer 3 und desersten Bezugsmagnetometers 4 wird durch eine FLL-Schaltung 6 gesteuert,und von der FLL-Schaltung 6 wird ein analoges Signal ausgegeben,das auf die Stärkedes von jedem der Magnetometer gemessenen Magnetfelds reagiert.Das Ausgangssignal der FLL-Schaltung 6 wird in einer Analogsignal-Verarbeitungsschaltung 7 miteinem Verstärker,einem Bandpassfilter und einem Kerbfilter signalverarbeitet.
[0049] EineSignalleitung 18 besteht aus einem Bündel mehrerer Kabel zum Übertragengemessener Signale von den Magnetometern 3 und 4 andie FLL-Schaltung 6 sowie einem Kabelbündel, das es ermöglicht,dass ein Vorbelastungsstrom, ein Rückkopplungsstrom und ein Heizstromvon der FLL-Schaltung 6 zu den Magnetometern 3 und 4 fließt. EinAusgangssignal der Verar beitungssignal 7 wird in einemAD(Analog-Digital)-Wandler 8 in ein digitales Signal gewandeltund durch einen Computer 9 akkumuliert. Der Computer 9 führt hinsichtlichdes akkumulierten Signals verschiedene Signalverarbeitungsvorgänge aus.
[0050] Dasexterne Feld beinhaltet drei Komponenten in den Richtungen x, yund z. Da der Abschirmungsfaktor der zylindrischen magnetischenAbschirmung in den Richtungen der z- und der y-Achse orthogonal zur x-Achse, wie inder 1 dargestellt ist,sind die Komponenten des externen Felds in den Richtungen der z-und der y-Achse innerhalb derselben deutlich geschwächt. Andererseitsverlaufen die Komponenten des externen Felds in den Richtungen xund y orthogonal zur Richtung, in der ein SQUID-Magnetometer einMagnetfeld misst, so dass der Hauptteil derselben durch das Magnetometer nichtgemessen wird. Demgemäß kann dasexterne Feld in der y-Richtung, das durch die magnetische Abschirmungabgeschirmt wird und in der ein SQUID-Magnetometer weniger empfindlichist, praktisch ignoriert werden.
[0051] DerHauptteil der Komponente des externen Felds in der Richtung derz-Achse kann dadurch aufgehoben werden, dass die Differenz zwischenden Ausgangssignalen benachbarter Messmagnetometer 3 gemessenwird. Die Differenz kann berechnet werden, nachdem Daten durch denComputer akkumuliert wurden.
[0052] DerComputer 9 führteine Arithmetikoperation dahingehend aus, dass er von der Differenzzwischen den Ausgangssignalen der benachbarten Messmagnetometer 3 einenWert abzieht, der dadurch erhalten wird, dass ein Messsignal vomersten Bezugsmagnetometer 4 mit einem ersten spezifiziertenFaktor multipliziert wird, um die Komponente des externen Feldsin der Richtung der x-Achse zu korrigieren, um ein erstes Messsignalmit weniger Beeinflussung durch das externe Magnet feld zu bestimmen.
[0053] Die 2 zeigt Ansichten jeweilseiner Struktur jedes der Magnetometer, wie sie bei der ersten Ausführungsformder Erfindung verwendet werden, wobei die 2A eine perspektivische Ansicht ist,die die Struktur des Magnetometers zeigt, die 2B eine Draufsicht ist, die eine Struktureines SQUID-Elements zeigt, und die 2C,ein Ersatzschaltbild des SQUID-Elements ist.
[0054] EinSQUID-Element 34 aus einem Supraleiter mit hoher Übergangstemperaturist an einer gedruckten Leiterplatte 30 befestigt. DieElektroden 48 des SQUID-Elements 34 sind durchBonddrähte 35 mitden Bondkontaktflecken 36 der gedruckten Leiterplatte 30 sowiemit Verbindern 37 verbunden, die an der Rückseitederselben angebracht sind. Auf der gedruckten Leiterplatte 30 sindeine Rückkopplungsspule 33 undein Heizer 32 zum Beseitigen eines geklemmten Flusses angebracht.Um eine Beeinträchtigungzu verhindern, ist das SQUID-Element 34 gemeinsam mit dem Heizer 32 durcheine Kappe 31 dicht in trockenem Stickstoff eingeschlossen.
[0055] DasSQUID-Element 34 ist ein direkt gekoppeltes Magnetometeraus einem SQUID 44 (mit einem supraleitenden Ring 49,zwei Josephson-übergängen 46 sowieeinem Schlitzloch 45) und einer Aufnahmespule 43,die in direkt gekoppelter Beziehung auf demselben Dünnfilm ausgebildetsind. Das bei der ersten Ausführungsformverwendete SQUID-Element 34 ist ein direkt gekoppeltesMagnetometer aus einem YB₂Cu₃O_y(YBCO)-Supraleiter hoher Übergangstemperatur,der auf einem SrTiO3-(100)-Bikristallsubstrat 40 (miteinem Kippwinkel von 36,8°)von 15 mm × 15mm ausgebildet ist. Das Magnetometer wies im Gebrauch typisches weißes Rauschenvon 50 bis 100 fT/Hz^½, bezogen auf ein Magnetfeldbei 77 K, auf.
[0056] DasBikristallsubstrat 40 ist ein Substrat mit einer Struktur,in der Einkristalle mit zwei verschiedenen Orientierungen verbundensind. An der Grenzflächezwischen zwei Kristallen ist eine Korngrenze 41 ausgebildet.Durch epitaktisches Züchteneines supraleitenden Dünnfilms 42 auseinem Supraleiter hoher Übergangstemperaturauf dem Bikristallsubstrat 40 wird auch im supraleitendenDünnfilmentlang der Korngrenze 41 eine Korngrenze erzeugt. Da die Korngrenze 41 desSupraleiters hoher Übergangstemperaturdie Charakteristik eines Josephson-Übergangs zeigt, kann ein SQUID 44 mitzwei Josephson-Übergängen 46 imsupraleitenden Ring 49 dadurch hergestellt werden, dassdieser auf der Korngrenze 41 hergestellt wird. Durch Herstellendes supraleitenden Rings 49 durch variable Einstellungder Längedes Schlitzlochs 45 innerhalb desselben wird die Induktivität desselbenals wichtiger Designparameter, der die Eigenschaften des SQUID 44 bestimmt,auf den optimalen Wert eingestellt.
[0057] DieAufnahmespule 43 ist eine geschlossene Schleife aus supraleitendemMaterial. Das Loch 47 in der Aufnahmespule bestimmt diegeschlossene Schleife. In ihr fließt ein Abschirmungsstrom proportionalzu einem Magnetfluss an der Aufnahmespule. Beim direkt gekoppeltenMagnetometer fließtein Abschirmungsstrom direkt im supraleitenden Ring 49 desSQUID 44, und es wird ein Magnetfeld gemessen.
[0058] Die 3A ist eine Ansicht, diedie Anordnung der Magnetometer bei der ersten Ausführungsformzeigt.
[0059] Beider ersten Ausführungsformwurden als Messmagnetometer 3 neun Magnetometer verwendet,von denen jedes gleich wie das in der 2A dargestellteMagnetometer 21 aufgebaut war. Messmagnetometer 3 wurdenmit einer 3×3-Anordnung aufder Unterseite einer Platte 61 aus FRP montiert, wobeisie parallel zur Mittelachse (x-Achse) der zylindrischen magneti schenAbschirmung 1 angeordnet wurden, wodurch eine erste Ebenedefiniert wurde. Der Abstand zwischen den jeweiligen Mitten benachbarterMagnetometer betrug 30 mm. Das erste Bezugsmagnetometer 4 zumMessen der Komponente des externen Felds in der Richtung der x-Achsewurde auf einer Platte 63 angebracht, die eine zweite Ebeneorthogonal zur Platte 61 definierte. Das erste Bezugsmagnetometer 4 wiesdieselbe Struktur wie das in der 2A dargestellteMagnetometer 21 auf.
[0060] Diejeweiligen Leiter 37 der einzelnen Magnetometer wurdenmit auf der Platte 61 angeordneten Verbindern 66 verbunden,und diese wurden mit Signalleitungen 67 verbunden. DieseMagnetometer wurden innerhalb des in der 1 dargestellten Dewargefäßes 2 platziert,und sie wurden mit flüssigem Stickstoffgekühlt.Die Signalleitungen 67 wurden aus dem oberen Teil des Dewargefäßes 2 herausgezogen,entlang einer Säule 11 zumFixieren des Galgens in paralleler Beziehung zur Innenwand der magnetischenAbschirmung geführt,um aus dieser herausgezogen zu werden, und sie wurden mit der FLL-Schaltung 6 verbunden.
[0061] Die 4A ist eine Ansicht, dieeine Struktur einer Messschaltung bei der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
[0062] Mehreredurch das gestrichelte Rechteck eingeschlossene Messmagnetometer 71 kennzeichnendie Gruppe von auf der Platte 61 montierten Messmagnetometern 3.Der im gestrichelten Rechteck eingeschlossene Teil, der einen Kühlungsteil 73 repräsentiert,ist innerhalb des Dewargefäßes 2 angeordnet.Ein Ausgangssignal der FLL-Schaltung 6 wird in der Analogsignal-Verarbeitungsschaltung 7 aufein geeignet verstärktesSignal im Bereich von 0,1 Hz bis 80 Hz verstärkt, durch den 16-Bit-AD-Wandler 8 inder Folgestufe in ein digitales Signal gewandelt, und dann wirdes im Computer 9 aufgezeichnet.
[0063] EinSignal vom ersten Bezugsmagnetometer 4 wird einem ähnlichenProzess unterzogen, und es wird im Computer 9 aufgezeichnet.
[0064] Nachfolgenderfolgt eine Beschreibung zu einer tatsächlichen Messprozedur. DiePerson 13 hat Magnetfelder erzeugende Gegenstände, wieeine Uhr, einen Gürteloder dergleichen, abzulegen, und sie legt sich außerhalbder magnetischen Abschirmung 1 auf das Bett 14.Der untere Teil des Dewargefäßes wirddurch Einstellen des Galgens 5 mit dem Brustabschnitt derPerson ausgerichtet. Dann wird das Bett 14 in die magnetischeAbschirmung 1 hineingeschoben. In diesem Zustand wird einStrom von mehreren 10 Milliampere für 30 bis 60 Sekunden durchden an der gedruckten Leiterplatte 30 jedes der Magnetometerangebrachten Heizers 32 geschickt, um dadurch einen geklemmtenFluss zu beseitigen. Der Strom im Heizer wird abgeschaltet, undnach einer Wartezeit von ungefähr1 Minute wird ein durch das Herz der Person erzeugtes magnetokardiografischesSignal für2 Minuten mittels Messsignalen erfasst, die durch die neun Messmagnetometerund das eine Bezugsmagnetometer gemessen werden.
[0065] Nachfolgenderfolgt eine Beschreibung zu einem Verfahren zum Aufheben einesexternen Felds hinsichtlich der Messsignale. Obwohl bei der ersten AusführungsformMagnetometer als zweidimensionales 3×3-Array angeordnet sind, wiees in der 3A dargestelltist, erfolgt die Beschreibung für denFall, dass, wie es allgemein üblichist N×M-Messmagnetometerverwendet werden. Es wird davon ausgegangen, dass ein Messmagnetometerin der Zeile n und der Spalte m durch ein SQUID(m,n) repräsentiertist und dass ein durch dieses gemessenes und ausgegebenes Messsignaldurch B(m,n) repräsentiertist. Andererseits ist ein erstes Bezugsmagnetometer durch Ref(1)repräsentiert,und ein durch dieses erfasstes erstes Bezugssignal ist durch B(Ref,1)repräsentiert.Ein Magnetfeldvektor vom lebenden Körper und ein Vektor des externenFelds an der Position des Messmagnetometers SQUID(m,n) sind durchS(m,n) bzw. E(m,n) repräsentiert,die durch die folgenden Gleichungen 1 und 2 definiert sind: S(m,n) = (Sx(m,n), Sy(m,n),Sz(m,n)) Gl. 1 E(m,n) = (Ex(m,n), Ey(m,n),Ez(m,n)) Gl. 2
[0066] DieEinzelterme auf der rechten Seite jeder der Gleichungen 1 und 2bezeichnen die jeweiligen Komponenten in den Richtungen der x-,der y- und der z-Achse. Da die Mittelachse der zylindrischen magnetischenAbschirmung gemäß der Annahme mitx gekennzeichnet ist, ist der Abschirmungsfaktor in jeder der Richtungenz und y orthogonal zur Zylinderachse höher als in der x-Richtung derAbschirmung. Dadurch könnendie folgenden Gleichungen 3 und 4 angenommen werden: Ex(m,n) >> (Ez(m,n) Gl. 3 Ex(m,n) >> (Ey(m,n) Gl. 4
[0067] Wennein Einheitsvektor in der normalen Richtung zur Ebene der Aufnahmespuledes SQUID(m,n) als H(m,n) = (Hx(m,n), Hy(m,n) und Hz(m,n)) angenommenwird, ist ein durch das SQUID(m,n) gemessenes und von ihm ausgegebenesMesssignal B(m,n) durch die Gleichung (m,n) repräsentiert. Als charakteristischesRauschen N(m,n) des Magnetometers SQUID(m,n) ist nicht externes Rauschensondern eine Kombination aus fürdas SQUID-Magnetometer charakteristischem Rauschen und dem Rauschender FLL-Schaltung definiert. Wenn in der FLL-Schaltung oder derAnalogsignal-Verarbeitungsschaltung ein Verstärker enthalten ist, wird dasMesssignal verstärktund dann ausgegeben, jedoch wird hier zur einfacheren Erläuterungdavon ausgegangen, dass sie Verstärkung des Verstärkers denWert 1 hat. Es wird auch davon ausgegangen, dass die Gleichung 6erfülltist. B(m,n) = H(m,n)·(S(m,n)+ E(m,n)) + N(m n) = Hx(m,n)·Sx(m,n) + Hy(m,n)·Sy(m,n)+ Hz(m,n)·Sz(m,n)+ Hx(m,n)·Ex(m,n)+ Hy(m,n)·Ey(m,n)+ Hz(m,n)·Ez(m,n)+ N(m,n) Gl. 5 Hx(m,n)² +Hy(m,n)² + Hz(m,n)² =1 Gl. 6
[0068] Dajedes der Magnetometer so angeordnet ist, dass die Richtung, inder ein Messsignal gemessen wird, in der Richtung der z-Achse ausgerichtet ist,ist im Idealfall H(m,n) = (0,0,1) erfüllt, so dass ein externes Feldin einer anderen Richtung als der z-Richtung nicht gemessen wird.Jedoch ist es wegen Montagetoleranzen oder dergleichen, wenn die SQUID-Magnetometer fixiertwerden, schwierig, alle SQUID-Magnetometer so anzuordnen, dass sievölligparallel zur xy-Ebene verlaufen. Es ist zweckdienlich, zu berücksichtigen,dass jedes der SQUID-Magnetometer tatsächlich unter einem bestimmtenkleinen Winkel relativ zur xy-Ebene angeordnet wurde. In diesemFall könnendie Gleichungen 7, 8 und 9 angenommen werden. Hz(m,n) ~ 1 Gl. 7 Hx(m,n) << 1 Gl. 8 Hy(m,n) << 1 Gl. 9
[0069] ZurAnalyse eines magnetokardiografischen Signals, wie es aus einerMessung unter Verwendung eines Mehrkanal-Magnetokardiografen erhaltenwird, wurde ein Analyseverfahren verwendet, bei dem ein zweidimensionalesBild als dem gemessenen Magnetfeld entsprechende Stromverteilungangezeigt wird (Strompfeil-Kartierungsverfahren). Gemäß dem Strompfeil-Kartierungsverfahrenkann ein zweidimensionaler Stromvektor i, der durch Projiziereneines Stromvektors, der einem Magnetfeld an einem vorgegebenen Punktentspricht, auf die xy-Ebe ne erhalten wird, durch die Gleichung10 angenähert werden. i∝(ΔBzu/Δx, –ΔBz/Δy) Gl. 10
[0070] Dabeiist Bz die Komponente eines Magnetfelds in der Richtung der z-Achse.Größen, diedazu erforderlich sind, den Stromvektor zu bestimmen, sind der Gradienteines Magnetfelds in der z-Richtung bezogen auf die x-Richtung (ΔBz/Δx) und der Gradientdes Magnetfelds in der z-Richtung bezogen auf die y-Richtung (ΔBz/Δy), die Sz(m,n) – Sz(m+1,n) bzw.Sz(m,n) – Sz(m,n+1)sind. Der Magnetfeldgradient Sz(m,n) – Sz(m+1,n) kann unter Verwendungder Differenz B(m,n) – B(m+1,n)zwischen benachbarten Messmagnetometern bestimmt werden. Die DifferenzB(m,n) – B(m+1,n)zwischen Messmagnetometern, die in der x-Richtung benachbart sind,wird als x(m,n) definiert, und die Differenz B(m,n) – B(m,n+1) zwischenMessmagnetometern, die in der y-Richtung benachbart sind, wird alsy(m,n) definiert. Demgemäß ist dieDifferenz zwischen den in der x-Richtung benachbarten Messmagnetometerndurch die Gleichung 11 gegeben. x(m,n) = B(m,n) – B(m+1,n) = {Hx(m,n)·Sx(m,n) – Hx(m+1,n)·Sx(m+1,n)}+ {Hy(m,n)·Sy(m,n) – Hy(m+1,n)·Sy(m+1,n)}+ {Hz(m,n)·Sz(m,n) – Hz(m+1,n)·Sz(m+1,n)}+ {Hx(m,n)·Ex(m,n) – Hx(m+1,n)·Ex(m+1,n)}+ {Hy(m,n)·Ey(m,n) – Hy(m+1,n)·Ey(m+1,n)}+ {Hz(m,n)·Ez(m,n) – Hz(m+1,n)·Ez(m+1,n)}+ {N(m,n) – N(m+1,n)} Gl. 11
[0071] Beispielhafterfolgt nachfolgend eine Beschreibung zur Differenz zwischen denin der x-Richtung benachbarten Messmagnetometern. Jedoch ist dieErfindung auch auf die Differenz zwischen den in der y-Richtungbenachbarten Messmagnetometern gemäß demselben Konzept anwendbar.Da der Einheitsvek tor H(m,n) normal zur Ebene der Aufnahmespuledes SQUID(m,n) im wesentlichen orthogonal zur xy-Ebene verläuft, können diejeweiligen z-Komponenten der Einheitsvektoren H(m,n) und H(m+1,n)durch die folgenden Gleichungen 12 bzw. 13 angenähert werden. Hz(m,n) ~ 1 Gl. 12 Hz(m+1,n) ~ 1 Gl. 13
[0072] Demgemäß wird derdritte Term auf der rechten Seite der Gleichung 11 der Magnetfeldgradient Sz(m,n) – Sz(m+1,n).Es kann davon ausgegangen werden, dass der Einfluss der Komponentendes magnetokardiografischen Signals in den Richtungen der x- undder y-Richtung, wie durch den ersten und den zweiten Term auf derrechten Seite der Gleichung 11 repräsentiert, auf den zu bestimmendenMagnetfeldgradienten Sz(m,n) – Sz(m+1,n)praktisch ignoriert werden kann. Dies, da die jeweiligen Komponenten derEinheitsvektoren H(m,n) und H(m+1,n) in den Richtungen der y- undder z-Achse nahezu null sind.
[0073] Dascharakteristische Rauschen von Magnetometern differiert von einemzum anderen, da es von den Übergangseigenschaftendes Josephson-Übergangs,dem Störsignalpegeleiner fürdie FLL-Schaltung verwendeten Vorverstärkerschaltung und dergleichenabhängt.Da jedoch das System normalerweise unter Verwendung von Magnetometernaufgebaut wird, die im Ausmaß descharakteristischen Rauschens gleich sind, kann das charakteristische Rauschender einzelnen Magnetometer durch den Mittelwert N_ave derselbenrepräsentiertwerden. Da die jeweiligen charakteristischen Rauschen der einzelnenMagnetometer keine wechselseitige Korrelation zeigen, wird der siebteTerm auf der rechten Seite der Gleichung 11 zu √2·N_ave. Auf Grundlage der vorstehenden Annahmeist die Differenz x(m,n) zwischen den in der x-Richtung benachbartenMessmag netometern durch die folgende Gleichung 14 repräsentiert. x(m,n) = {Sz(m,n) – Sz(m+1,n)}+ √2·N_ave+ {Hx(m,n)·Ex(m,n) – Hx(m+1,n)·Ex(m+1,n)}+ {Hy(m,n)·Ey(m,n) – Hy(m+1,n)·Ey(m+1,n)}+ {Hz(m,n)·Ez(m,n) – Hz(m+1,n)·Ez(m+1,n)} Gl. 14
[0074] AlsNächsteswird das externe Feld betrachtet. Es kann erwartet werden, dassexterne Felder an den Positionen benachbarter Magnetometer ziemlich starkeKorrelationen zeigen. Daher wird davon ausgegangen, dass die externenFelder starke Korrelationen zeigen und dass jedes derselben aufeinen praktisch ausreichenden Pegel geschwächt werden kann, wenn sie anden Positionen der benachbarten Magnetometer genau gemessen werdenund die Differenz zwischen ihnen berechnet wird. D.h., dass die Gleichungen15, 16 und 17 angenommen werden. Ex(m,n) = Ex(m+1,n) Gl. 15 Ey(m,n) = Ey(m+1,n) Gl. 16 Ez(m,n) = Ez(m+1,n) Gl. 17
[0075] Beider ersten Ausführungsformbeträgtder Abstand zwischen den jeweiligen Mitten benachbarter Magnetometer30 mm, währendder Innendurchmesser der zylindrischen magnetischen Abschirmung800 mm beträgt,so dass die vorstehende Annahme ausreichend korrekt ist. Auf Grundlagedieser Annahme ist die Differenz x(m,n) zwischen den in der x-Richtungbenachbarten Messmagnetometern durch die Gleichung 18 gegeben. x(m,n) = {Sz(m n) – Sz(m+1,n)}+ √2·N_ave +{Hx(m,n) – Hx(m+1,n)·Ex(m,n)}+ {Hy(m,n) – Hy(m+1,n)·Ey(m,n)}+ {Hz(m,n) – Hz(m+1,n)·Ez(m+1,n)} Gl. 18
[0076] Dadie Komponente des externen Felds in der Richtung der z-Achse, die durchden fünftenTerm auf der rechten Seite der Gleichung 18 repräsentiert ist, hinsichtlichder Korrelation zwischen den Gleichungen 12 und 13 als ausreichendklein angesehen wird, kann sie vernachlässigt werden. Außerdem wirddie Komponente des externen Felds in der Richtung der y-Achse, diedurch den vierten Term in der Gleichung 18 repräsentiert ist, angesichts derKorrelation zwischen den Gleichungen 4 und 9 als ausreichend kleinerals die Komponente des externen Felds in der Richtung der x-Achseangesehen, die durch den dritten Term der Gleichung 18 repräsentiertist. Demgemäß ist dieHauptkomponente des externen Felds in der Gleichung 18 die Komponente desselbenin der Richtung der x-Achse, die durch den dritten Term darin repräsentiertist. Durch Korrigieren der Komponente des externen Felds in derRichtung der x-Achse kann daher dasselbe ausreichend auf einen praxisgerechtenPegel reduziert werden.
[0077] Beider Erfindung wird das erste Bezugsmagnetometer dazu verwendet,die Komponente des externen Felds in der Richtung er x-Achse zukorrigieren, die durch den dritten Term in der Gleichung 18 repräsentiertist. Es wird davon ausgegangen, dass ein Vektor (E(Ref,1)) des externenFelds an der Position des Bezugsmagnetometers SQUID (Ref,1) durchdie Gleichung 19 gegeben ist. E(Ref,1) = (Ex(Ref,1), Ey(Ref,1), Ez(Ref,1)) Gl. 19
[0078] Dadas Bezugsmagnetometer entfernt vom lebenden Körper positioniert ist, wirddavon ausgegangen, dass das Magnetfeld von diesem vernachlässigbarist. In der zylindrischen magnetischen Abschirmung ist der Abschirmungsfaktorin jeder der Richtungen y und z orthogonal zur Zylinderachse (x-Achse) höher alsin der x-Richtung, so dass die Gleichungen 20 und 21 gelten. Ex(Ref,1) >> Ey(Ref,1) Gl. 20 Ex(Ref,1) >> Ez(Ref,1) Gl. 21
[0079] Eswird davon ausgegangen, dass ein Einheitsvektor H(Ref,1) normalzum Bezugsmagnetometer durch die folgende Gleichung 22 gegeben ist. H(Ref,1) = (Hx(Ref,1), Hy(Ref,1),Hz(Ref,1) Gl. 22
[0080] Eswird auch davon ausgegangen, dass die folgende Gleichung 23 gilt: Hx(Ref,1)² +Hy(Ref,1)² + Hz(Ref,1)² =1 Gl. 23
[0081] Dader Einheitsvektor H(Ref,1) normal zum Bezugsmagnetometer im Wesentlichenparallel zur x-Achse verläuft,könnendie Gleichungen 24, 25 und 26 angenommen werden. Hy(Ref,1) << 1 Gl.24 Hz(Ref,1) << 1 Gl. 25 Hx(Ref,1) ~ 1 Gl. 26
[0082] Wennangenommen wird, dass ein durch das Bezugsmagnetometer gemessenesBezugssignal B(Ref,1) ist und das charakteristische Rauschen N_ave ist, gilt die folgende Gleichung 27. = Hx(Ref,1)·Ex(Ref,1)+ Hy(Ref,1)·Ey(Ref,1)+ Hz(Ref,1)· Ez(Ref,1)+ N_ave Gl.27
[0083] Wennder Korrelation zwischen den Gleichungen 20, 21, 24 und 25 Aufmerksamkeitgeschenkt wird, kann die Gleichung 27 durch die folgende Gleichung28 angenähertwerden. B(Ref,1)= Hx(Ref,1)·Ex(Ref,1)+ N_ave Gl.28
[0084] Wennangenommen wird, dass Ex(m,n) und Ex(Ref,1) hervorragende Korrelationzeigen und wenn eine Korrektur durch Multiplizieren des Signals B(Ref,1)vom Bezugsmagnetometer mit einem ersten Korrekturfaktor Ax(m,n)ausgeführtwird, kann die Komponente des externen Felds in der z-Richtung im Differenzsignalx(m,n) zwischen den in der x-Richtung benachbarten Messmagnetometernkorrigiert werden. Wenn ein korrigiertes erstes Messsignal zu Cx(m,n)angenommen wird, ist dieses durch die folgende Gleichung 29 gegeben,so dass ein Messsignal mit weniger Einfluss durch das externe Feld,wie durch die folgende Gleichung 31 gegeben, dadurch erhalten werdenkann, dass der erste Korrekturfaktor Ax(m,n), der die Gleichung30 erfüllt,selektiv bestimmt wird. Cx(m,n)= x(m,n) – Ax(m,n)·B(Ref,1) ={Sz(m,n) – Sz(m+1,n)}+ √2·Nave +{Hx(m,n) – Hx(m+1,n)}· Ex(m,n) – Ax(m,n)·B(Ref,1) ={Sz(m,n) – Sz(m+1,n)}+ √{2 + (Ax(m,n))²}·N_ave +{(Hx(m,n) – Hx(m+1,n)} – Ax(m,n)·Bx(Ref,1))·Ex(m,n) Gl. 29 Ax(m,n) = {Hx(m,n) – Hx(m+1,n)}/Hx(Ref,1) Gl. 30 Cx(m,n) = Sz(m,n) – Sz(m+1,n)+ √{2 + (Ax(m,n))²}·N_ave Gl.31
[0085] Dader durch die Gleichung 30 repräsentierte FaktorAx(m,n) einen Wert aufweist, der hinsichtlich der Gleichungen 8und 26 ausreichend kleiner als 1 ist, bewirkt das charakteristischeRauschen des Bezugsmagnetometers nur eine geringfügige Zunahme desStörsignalsim korrigierten ersten Messsignal. Tatsächlich war es schwierig, diein der Gleichung 30 ent haltenen Werte Hx(m,n), Hx(m+1,n) und Hx(Ref,1)genau zu messen, so dass ein gemäß dem folgendenVerfahren vorbestimmter Wert als erster Korrekturfaktor Ax(m,n)verwendet wurde. Es wurden B(m,n), B(m+1,n) und B(Ref,1) innerhalbeinem vorgegebenen Zeitbereich (der zu typischerweise 60 Sekundenangenommen wurde) gemessen, und es wurden die zugehörigen zeitlichenMittelwerte Bave(m,n), Bave(m+1,n) und Bave(Ref,1) berechnet. Dannwurde Ax(m,n) so bestimmt, dass die Summe der Quadrate gemäß dem unterVerwendung der folgenden Gleichung 32 berechneten Wert im vorgegebenenZeitbereich minimal wurde. {(B(m,n) – Bave(m,n)) – (B(m+1,n) – Bave(m+1,n))} – Ax(m,n)· {B(Ref,1) – Bave(Ref,1)} Gl. 32
[0086] Esist zu beachten, dass dieses Verfahren nur beispielhaft ist, undder Wert von Ax(m,n) kann auch unter Verwendung eines anderen Algorithmus bestimmtwerden. Obwohl bei der ersten Ausführungsform eine Analyse unterVerwendung des vorbestimmten ersten Korrekturfaktors ausgeführt ist,ist es auch möglich,den ersten Korrekturfaktor fürein tatsächlichesMesssignal jedesmal dann zu bestimmen, wenn eine Messung ausgeführt wird.
[0087] Obwohldie vorstehende Beschreibung beispielhaft für die Differenz in der x-Richtungerfolgte, kann entsprechend eine Differenz y(m,n) in der y-Richtungerstellt werden, wie sie durch die Gleichung 33 repräsentiertist. Ein Messsignal (durch die Gleichung 35 repräsentiert) mit weniger Einfluss durchdas externe Feld kann ebenfalls für die Differenz in der y-Richtungdadurch erhalten werden, dass das externe Feld in der x-Richtungunter Verwendung der Gleichung 34 unter der Annahme korrigiert wird,dass der erste Korrekturfaktor Ay(m,n) ist. y(m,n) = {Sz(m,n) – Sz(m,n+1)}+ √2·N_ave +{Hx(m,n) – Hx(m,n+1)}·Ex(m,n)+ {Hy(m,n) – Hy(m,n+1)}·Ey(m,n)}+ {Hz(m,n) – Hz(m,n+1)}·Ez(m,n) Gl. 33 Ay(m,n) = {Hx(m,n) – Hx(m,n+1)}/Hx(Ref,1) Gl. 34 Cy(m,n) = y(m,n) – Ay(m,n)·B(Ref,1) =Sz(m,n) – Sz(m,n+1)+ √2·N_ave Gl. 35
[0088] Die 5 zeigt Ansichten jeweilseines Beispiels von magnetokardiogrammen, die aus Messungen unterVerwendung des Magnetfeld-Messsystems gemäß der ersten Ausführungsformerhalten wurden, wobei die 5A Magnetfeldsignalefür den Fallzeigt, dass keine Korrektur des externen Felds gemäß der erstenAusführungsformausgeführtwurde, währenddie 5B Magnetfeldsignalefür den Fallzeigt, dass eine solche Korrektur ausgeführt wurde.
[0089] DieBandbreite lag im Bereich von 0,1 Hz bis 80 Hz, und es wurden auchanaloge Kerbfilter von 50, 100 und 150 Hz verwendet. Die Abtastfrequenzbetrug 1 kHz. Die 5A zeigtdie zeitlich variablen Signalverläufe für X(1,1), X(2,1) und Y(2,1),bei denen es sich um die Differenzen zwischen Signalen von benachbartenMagnetometern in absteigender Reihenfolge handelt. Obwohl ein nachgesuchtesMagnetokardiogramm auch in den Differenzsignalen beobachtbar ist,zeigt es starke Schwankungen unter dem Einfluss des externen Felds.Die 5B zeigt die ErgebnisseCx(1,1), Cx(2,1) und Cy(2,1) fürdie Korrektur des externen Felds unter Verwendung des Verfahrensgemäß der erstenAusführungsform.Die großenSchwankungen sind im Wesentlichen vollständig daraus entfernt, so dassder Effekt der ersten Ausführungsformerkennbar ist.
[0090] Obwohlsich der Effekt der vorliegenden Ausführungsform bei der verwendeten3×3-Anordnung zeigte,kann derselbe Effekt auch bei einer 4×4-oder einer noch größeren Anordnungvon Magnetometern erwartet werden.
[0091] DieStärkeeines externen Felds hängtstark vom Ort ab, an dem das System platziert wird. Das externeFeld schwankt an einem Ort stärker,der z.B. in der Näheeiner Eisenbahnstrecke oder eines Aufzugs liegt.
[0092] Die 6 sind Ansichten, die Beispielevon Magnetokardiogrammen zeigen, die aus Messungen unter Verwendungeines Magnetfeld-Messsystems gemäß einerzweiten Ausführungsformder Erfindung erhalten wurden, wobei die 6A Magnetfeldsignale für den Fallzeigt, dass eine Korrektur des externen Felds gemäß der zweitenAusführungsformnicht ausgeführtwurde, währenddie 6B Magnetfeldsignalefür denFall zeigt, dass eine solche Korrektur ausgeführt wurde.
[0093] Die 6A zeigt die Signalverläufe vonAusgangssignalen (B(1,1), B(2,1)) der Messmagnetometer, wenn eineMessung dadurch ausgeführtwurde, dass ein Magnetokardiograf (Magnetfeld-Messsystem) innerhalbeines Gebäudesplatziert wurde, das ungefähr30 m von einer Eisenbahnstrecke entfernt lag. Das Band lag im Bereichvon 0,1 Hz bis 80 Hz, und es wurden auch analoge Kerbfilter von50, 100 und 150 Hz verwendet. Da beim Vorbeifahren eines Zugs einegroßeSchwankung des externen Felds auftrat, war ein Messsignal gesättigt, dader dynamische Eingangsbereich des AD-Wandlers in der Folgestufe überschrittenwar. Obwohl das Problem unter Verwendung eines 24-Bit-AD-Wandlersmit größerem dynamischemEingangsbereich anstelle eines 16-Bit-AD-Wandlers gelöst werdenkann, ist diese Lösungwegen der höherenKosten nicht bevorzugt. Die zweite Ausführungsform löst das Problemunter Verwendung eines Signals zum Komprimieren eines Dynamikbereichs,um das Messsignal zu komprimieren, bevor es in den AD-Wandler eingegebenwird.
[0094] Die 3B ist eine Ansicht, diedie Anordnung der Magnetometer bei der zweiten Ausführungsformzeigt. Die 3B zeigtdie Anordnung der innerhalb des Dewargefäßes 2 platziertenMagnetometer. Die in der 3B dargestellteStruktur wurde dadurch erhalten, dass zur Struktur gemäß der erstenAusführungsform,die unter Bezugnahme auf die 3A beschriebenwurde, ein Kompressionssignal-Magnetometer 69 hinzugefügt wurde.Das Kompressionssignal-Magnetometer 69 wurde auf einer Platte 65,die eine dritte Ebene parallel zur Platte 61 bildet, sobefestigt, dass die Richtung, in der es ein Magnetfeld misst, orthogonalzur Platte 65 verlief. Die Platten 61 und 65 werdendurch vier Säulen 68 aus unmagnetischemMaterial in paralleler Beziehung fixiert. Bei der zweiten Ausführungsformwurde der Abstand zwischen den Platten 61 und 65 auf60 mm eingestellt.
[0095] Die 4B ist eine Ansicht, dieeine Struktur einer Messschaltung gemäß der zweiten Ausführungsformzeigt. Die 4C ist eineAnsicht, die eine Struktur einer anderen Messschaltung gemäß der zweitenAusführungsformzeigt.
[0096] Wiees in der 4B dargestelltist, ist der Magnetokardiograf so aufgebaut, dass er Messsignaledurch einen Differenzstärker 79 schickt,so dass ein durch das Kompressionssignal-Magnetometer 69 gemessenesKompressionssignal von jedem der Messsignal abgezogen wird, bevordiese in den AD-Wandler 8 eingegebenwerden. Die Messmagnetometer und das Kompressionssignal-Magnetometer messenein Magnetfeld in derselben Richtung, und sie sind an Positionenangeordnet, die näherbei einander als an der magnetischen Abschirmung mit einem Innendurchmesservon 800 mm liegen, so dass das durch die Messmagnetometer gemesseneexterne Feld und das durch das Kompressionssignal-Magnetometer 69 gemesseneKompressionssignal eine starke Korrelation zeigen.
[0097] Demgemäß können durchdas externe Feld induzierte Schwankungen dadurch um einen Faktor biszu einigen zehn gesenkt werden, dass das durch das Kompressionssignal-Magnetometer 69 gemesseneKompressionssignal von jedem der Messsignale subtrahiert wird. Diein der 6B dargestelltenSignalverläufeB(1,1) und B(2,1) sind Daten zu Signalen, die dadurch erhalten wurden,dass das durch das Kompressionssignal-Magnetometer 69 gemessene Kompressionssignalvon den Messsignalen abgezogen wurde, während ein Zug vorbeifuhr, wobei über den16-Bit-AD-Wandler anschließendeine Akkumulation durch den Computer erfolgte. Die Akkumulationder Messsignale durch den Computer erfolgte, ohne dass die Breiteder Schwankung bei jedem der Messsignale den dynamischen Eingangsbereichdes AD-Wandlers überschreitenkonnte.
[0098] Diezwei Signalverläufeim unteren Teil der 6B repräsentierenDaten zum Unterschied zwischen den Ausgangssignalen der zwei Magnetometerx(1,1) sowie Daten Cx(1,1), die sich aus einer Korrektur unter Verwendungdes ersten Bezugssignals ergeben. Da das durch das Kompressionssignal-Magnetometer 69 gemesseneSignal gemäß der zweitenAusführungsformaufgehoben wird, wenn die Differenz zwischen den Signalen benachbarterMagnetometer berechnet wird, ist es dadurch gekennzeichnet, dasses nicht in den Differenzdaten verblieben ist.
[0099] DurchAusführender Korrektur auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsformwurden die durch das externe Feld induzierten Schwankungen, wiesie in den Differenzdaten x(1,1) verblieben waren, entfernt, wiees durch die Daten Cx(1,1) nach der Korrektur dargestellt ist. Daherist es ersichtlich, dass selbst dann, wenn das durch das Kompressionssignal-Magnetometer 69 gemesseneKompressionssignal in die Messschaltung eingegeben wird, der Effekteiner Verringerung des externen Felds bei der zweiten Ausführungsformdadurch unbeeinflusst bleibt.
[0100] Dasvorstehende Ergebnis beweist, dass selbst dann, wenn die Schwankungendes externen Felds groß sind,ein Messsignal mit wenige Beeinflussung durch dieses erzielbar ist.
[0101] Obwohlbei der zweiten Ausführungsformdie Schaltungsstruktur der 4B alsMessschaltung verwendet wird, ist diese nur beispielhaft. Am Ort,an dem die Differenzverstärkerschaltung 79 vorhanden ist,könnenverschiedene Strukturen verwendet werden. Dasselbe ergebnis istz.B. auch dadurch erzielbar, dass ein Verstärker 80 mit variablerVerstärkung angebrachtwird, um die Empfindlichkeit der Magnetometer in der auf die FLL-Schaltung 6 folgenden Stufezu korrigieren, und dass eine nicht dargestellte Verstärkerfilterschaltungin der auf die Differenzverstärkerschaltung 79 folgendenStufe, wie es in der 4C dargestelltist, angebracht wird.
[0102] Wenneine Magnetokardiografie-Messung unter Verwendung des Systems mitder Struktur gemäß der erstenAusführungsformausgeführtwurde, zeigte es sich, dass in einigen Fällen abhängig vom Ort, an dem das Systemangebracht wurde, Störsignalemit einer Frequenz von ungefähreinigen Hertz verblieben.
[0103] Die 7 ist eine Ansicht, dieBeispiele von Magnetokardiogrammen zeigt, wie sie aus Messungenunter Verwendung eines Magnetfeld-Messsystems gemäß einerdritten Ausführungsformder Erfindung erhalten wurden. Das Magnetfeldsignal im oberstenTeil der 7 repräsentiertdie Differenzdaten X(1,1) vor dem Ausführen einer Korrektur des externenFelds. Das Magnetfeldsignal im mittleren Teil der 7 repräsentiert die DifferenzdatenCx(1,1), nachdem eine Korrektur unter Verwendung des ersten Referenzsignalsausgeführtwar. Obwohl die durch das externe Feld verursachten großen Schwankungendurch Ausführender Korrektur unter Verwendung des bei der ersten Ausführungsformbeschriebenen ersten Bezugssignals entfernt wurden, verblieb einekleine Schwingungskomponente von ungefähr 5 Hz an jeder der Positionen,wie sie durch die Pfeile in der 7 gekennzeichnetsind. Der Mechanismus fürdas Auftreten dieser kleinen Schwingungskomponente wurde nicht vollständig geklärt, jedochkann es sein, dass Schwingungen des Bodens oder des Dewargefäßes einenFaktor betreffend die Erzeugung der kleinen Schwingungskomponentebilden. Zum Entfernen der kleinen Schwingungskomponente wurde dieStruktur gemäß der drittenAusführungsformdadurch erhalten, dass zur Struktur des Magnetfeld-Messsystems gemäß der erstenAusführungsformein zweites Bezugsmagnetometer hinzugefügt wurde.
[0104] Die 8A ist eine Ansicht, diedie Anordnung von Magnetometern bei der dritten Ausführungsformder Erfindung zeigt. Die 8A zeigtdie Anordnung der innerhalb des Dewargefäßes 2 platziertenMagnetometer. Die in der 8A dargestellte Strukturwurde dadurch erhalten, dass zur in der 3A dargestellten Struktur gemäß der erstenAusführungsformein zweites Bezugsmagnetometer 82 hinzugefügt wurde.Dieses zweite Bezugsmagnetometer 82 hat dieselbe Strukturwie das in der 2 dargestellteMagnetometer.
[0105] Daszweite Bezugsmagnetometer 82 wurde auf einer Platte 81 angebracht,die eine vierte Ebene parallel zur Platte 63 bildet, aufder das erste Bezugsmagnetometer 4 angeordnet ist. Beider dritten Ausführungsformwurde der Abstand zwischen den Platten 63 und 81 auf40 mm eingestellt. Das zweite Bezugsmagnetometer 82 wurdeauf der die vierte Ebene bildenden Platte 81 so befestigt,dass die Mittelachse ihrer Aufnahmespule mit der Mittelachse der Aufnahmespuledes ersten Bezugsmagnetometers 4 zusammenfiel.
[0106] Beider dritten Ausführungsformbilden das erste und das zweite Bezugsmagnetometer 4 und 82 einaxiales Gradiometer erster Ordnung, so dass eine weitere Störsignalkorrekturunter Verwendung eines Signals vom Gradiometer erster Ordnung hinsichtlich Differenzdatenausgeführtwird, nachdem die Korrektur unter Verwendung des ersten Bezugssignalsausgeführtwurde. Genauer gesagt, sind Messsignale Dx(m,n) und Dy(m,n) (gegebendurch die folgenden Gleichungen 36 und 37) dadurch erzielbar, dassWerte, die dadurch erhalten werden, dass die Differenz zwischendem ersten und dem zweiten Bezugssignal mit spezifizierten zweitenKorrekturfaktoren multipliziert wird, von Differenzdaten abgezogenwerden, die unter Verwendung des ersten Bezugssignals korrigiertwurden. Dx(m,n) =Cx(m,n) – βx(m,n)·B(ref,1) – B(ref,2)) Gl. 36 Dy(m,n) = Cy(m,n) – βy(m,n)·(B(ref,1) – B(ref,2)) Gl. 37
[0107] Dabeisind βx(m,n)und βy(m,n)zweite Korrekturfaktoren, und B(ref,1) und B(ref,2) sind ein erstesbzw. ein zweites Bezugssignal, wie sie vom ersten bzw. zweiten Bezugsmagnetometergemessen werden. Als zweite Korrekturfaktoren βx(m,n) und βy(m,n) werden, ähnlich wiebeim ersten Korrekturfaktor, Werte verwendet, die selektiv durchAnpassung mittels des kleinsten Fehlerquadrats erhalten werden,um Variationen der Messsignale zu minimieren. Obwohl bei der drittenAusführungsformeine Analyse unter Verwendung vorbestimmter zwei ter Korrekturfaktorenausgeführtwurde, ist es auch möglich,zweite Korrekturfaktoren fürtatsächlicheMesssignale jedesmal dann zu bestimmen, wenn eine tatsächlicheMessung ausgeführtwird.
[0108] Die 9A ist eine Ansicht, dieeine Struktur einer Messschaltung gemäß der dritten Ausführungsformzeigt.
[0109] DieMessschaltung gemäß der drittenAusführungsformverfügt über eineStruktur, die dadurch erhalten wird, dass zur in der 4A dargestellten Schaltungsstrukturgemäß der erstenAusführungsformdas zweite Bezugsmagnetometer 82 und die FLL-Schaltung 6 sowiedie Analogsignal-Verarbeitungsschaltung 7, jeweils ihmentsprechend, hinzugefügtwerden. Die Magnetfeld-Signaldaten Dx(1,1) im untersten Teil der 7 wurden dadurch erhalten, dasseine Korrektur unter Verwendung des Signals vom vorstehend genanntenGradiometer erster Ordnung ausgeführt wurde, nachdem die Korrekturunter Verwendung des ersten Bezugssignals ausgeführt worden war. Der Hauptteilder Schwankungen mit einer Periode von ungefähr 5 Hz, die durch die Korrekturunter Verwendung des ersten Bezugssignals nicht entfernt werdenkonnten, sind entfernt, so dass der Effekt der dritten Ausführungsformerkennbar ist.
[0110] Die 8B ist eine Ansicht, diedie Anordnung von Magnetometern gemäß einer vierten Ausführungsformder Erfindung zeigt. Die 8B zeigt dieAnordnung der innerhalb des Dewargefäßes 2 platziertenMagnetometer. Die in der 8B dargestellteStruktur wurde dadurch erhalten, dass das Kompressionssignal-Magnetometer 69 zurunter Bezugnahme auf die 8A beschriebenenStruktur gemäß der drittenAusführungsformhinzugefügtwurde. Das Kompressionssignal-Magnetometer 69 ist an derselbenPosition wie bei der in der 3B dargestelltenzweiten Ausführungsformmontiert. Die Struktur des Magnetfeld-Messsystems gemäß der viertenAusführungsformwurde dadurch erhalten, dass das Kompressionssignal-Magnetometer 69 und dieDifferenzverstärkerschaltung 79,die jeweils bei der zweiten Ausführungsformbeschrieben wurden, zum Magnetfeld-Messsystem gemäß der drittenAusführungsformhinzugefügtwurden. Wie es bei der zweiten Ausführungsform beschrieben wurde,kann durch Verwenden des Kompressionssignal-Magnetometers 69 verhindertwerden, dass das Messsignal den dynamischen Eingangsbereich desAD-Wandlers überschreitet.
[0111] Die 9B ist eine Ansicht, dieeine Struktur einer Messschaltung gemäß der vierten Ausführungsformzeigt. Die Messschaltung gemäß der viertenAusführungsformverfügt über eineStruktur, die dadurch erhalten wird, dass zur in der 9A dargestellten Messschaltunggemäß der drittenAusführungsformdas Kompressionssignal-Magnetometer 69 und die zugehörige FLL-Schaltunghinzugefügt werden,so dass das durch das Kompressionssignal-Magnetometer 69 gemesseneKompressionssignal durch die Differenzverstärkerschaltung 79 vonjedem der Messsignale abgezogen wird, bevor das Messsignal in denAD-Wandler 8 eingegeben wird. Außerdem ist der Verstärker 80 mitvariabler Verstärkungin eine Stufe vor der Differenzverstärkerschaltung eingefügt. Beider vierten Ausführungsformwurden die Empfindlichkeiten der Magnetometer unter Verwendung desVerstärkersmit variabler Verstärkungkorrigiert.
[0112] Durchdieses Hinzufügendes Kompressionssignal-Magnetometers 69 wird es möglich, auf dieselbeWeise wie bei der zweiten Ausführungsform zuverhindern, dass das Messsignal den dynamischen Eingangsbereichdes AD-Wandlers überschreitet.
[0113] Obwohlbei der vierten Ausführungsformdie Schaltungsstruk tur der 9B verwendetist, ist diese Struktur nur beispielhaft. Für die Positionen der Differenzverstärkerschaltungund der Verstärkermit variabler Verstärkungkönnenverschiedene Strukturen verwendet werden.
[0114] Wiebei der dritten Ausführungsformbeschrieben, existieren Fälle,in denen Störungenmit einer Frequenz von ungefähreinigen Hertz abhängig vomOrt, an dem das System angebracht ist, verbleiben. Bei einer fünften Ausführungsformder Erfindung wurde eine Korrektur unter Verwendung eines Gradiometerserster Ordnung mit einer Struktur verschieden von der bei der drittenAusführungsformuntersucht.
[0115] Die 10A ist eine Ansicht, diedie Struktur eines Magnetfeld-Messsystems gemäß der fünften Ausführungsform zeigt. Die 10B ist eine Ansicht, diedie Anordnung von Magnetometern bei der fünften Ausführungsform zeigt.
[0116] Wiees in der 10A dargestelltist, ist bei der fünftenAusführungsformeine vertikal montierte zylindrische magnetische Abschirmung 101 verwendet,die so angebracht ist, dass ihre Mittelachse senkrecht auf der Bodenfläche steht.Eine Person 13 erfährteine magnetokardiografische Messung in einer Stellung, in der sieleicht auf einem Stuhl 104 sitzt, anstatt dass sie mitdem Rückenauf einem Bett liegt. Der Stuhl 104 und ein Dewargefäß 103,mit Fixierung an einem Galgen 102, verfügen über einen Vertikalverstellmechanismus,damit die Messmagnetometer mit einer optimalen Position im Brustabschnittder Person ausgerichtet werden.
[0117] DerStuhl 104, der Galgen 102 sowie ähnlicheKomponenten bestehen aus einem unmagnetischen Material. Das Dewargefäß 103 bestehtaus ERP und verfügt über eineL-Konfiguration, wobei aus seinem oberen Teil eine Signalleitung 67 herausgezogenist. Die Signalleitung ist mit der FLL-Schaltung 6 verbunden,die an der Innenwand der magnetischen Abschirmung montiert ist.Ein von der FLL-Schaltung 6 ausgegebenes Signal wird über die Signalleitung,die entlang der Innenwand der magnetischen Abschirmung geführt ist,an eine verstärkendeFiltereinheit 7 geliefert, die außerhalb der magnetischen Abschirmungplatziert ist. Der Winkel des ersten Magnetometers kann dadurchfein eingestellt werden, dass ein Winkeleinstellhebel 105 verdreht wird,der im oberen Teil des Dewargefäßes 103 befestigtist.
[0118] Die 10B ist eine Ansicht, diedie Anordnung von innerhalb des Dewargefäßes 103 platziertenMagnetometern zeigt. Die in der 10B dargestellteStruktur wurde dadurch erhalten, dass ein drittes Bezugsmagnetometer 85,ein viertes Bezugsmagnetometer 86 und ein Winkeleinstellmechanismus 107 zumFeineinstellen der Ausrichtung des ersten Bezugsmagnetometers 4 sounter Bezugnahme auf die 3A beschriebenenStruktur gemäß der erstenAusführungsformhinzugefügtwurden. Das dritte Bezugsmagnetometer 85 ist auf der Platte 65 parallel zurPlatte 61 angebracht. Das vierte Bezugsmagnetometer 86 istmit einem Abstand von 30 mm entfernt vom dritten Bezugsmagnetometer 85 inder x-Richtung positioniert.
[0119] DerWinkeleinstellmechanismus 107 ist über einen Draht 106 ausunmagnetischem Material mit dem Winkeleinstellhebel 105 verbunden.Durch Verdrehen des Winkeleinstellhebels 105 wird die Platte 63 relativzur Platte 61 verdreht, so dass die Richtung der Ebeneder Aufnahmespule des ersten Bezugsmagnetometers 4 feineingestellt wird.
[0120] DurchEinstellen des Winkels des ersten Bezugsmagnetometers 4 zumMaximieren des durch es gemessenen externen Felds, d.h. zum Maximieren desersten Bezugssignals, wird der erste Korrekturfaktor, mit dem daserste Bezugssignal zu Multiplizieren ist, auf einen kleineren Wertverringert. Im Ergebnis wird der Einfluss des charakteristischenRauschens des ersten Bezugsmagnetometers auf die durch die Gleichung31 repräsentiertenkorrigierten Daten weiter verkleinert. Die in der 108 dargestellte Einheit von Magnetometernist so angebracht, dass die Platte 63, die die erste Ebenebildet, auf der die mehreren Messmagnetometer 3 montiertsind, parallel zur Mittelachse der zylindrischen magnetischen Abschirmung,wie in der 10A dargestellt, verläuft.
[0121] Beider fünftenAusführungsformbilden das dritte und das vierte Bezugsmagnetometer ein planaresGradiometer erster Ordnung, so dass unter Verwendung eines Signalsvon diesem eine weitere Störsignalkorrekturin Bezug auf Differenzdaten nach der Korrektur unter Verwendungdes ersten Bezugssignals, wie bei der ersten Ausführungsformbeschrieben, ausgeführtwird. Kurz gesagt, verwendet die Struktur gemäß der fünften Ausführungsform das planare Gradiometererster Ordnung anstelle des bei der dritten Ausführungsform verwendeten axialen Gradiometerserster Ordnung.
[0122] Wiees in den Gleichungen 38 und 39 angegeben ist, können Messsignale Fx(m,n) undFy(m,n) mit viel weniger Beeinflussung durch das externe Feld dadurcherhalten werden, dass ein Wert, der dadurch erhalten wird, dassdie Differenz zwischen dem dritten und dem vierten Bezugssignalmit vorgegebenen dritten Korrekturfaktoren multipliziert wird, von denDifferenzdaten abgezogen wird, die unter Verwendung des ersten Bezugssignalskorrigiert wurden. In den Zahlenausdrücken 38 und 39 sind γx(m,n) und γy(m,n) diedritten Korrekturfaktoren, und B(ref,3) und B(ref,4) sind Signalevom dritten bzw. vierten Bezugsmagnetometer. Als dritte Korrekturfaktorenwerden Werte, die aufgrund einer Näherung mittels kleinster FehlerquadrateSchwankungen in den Messsignalen mini mieren, selektiv verwendet, ähnlich wieder erste und der zweite Korrekturfaktor. Fx(m,n) = Cx(m,n) – γx(m,n)·(B(ref,3) – B(ref,4)) Gl. 38 Fy(m,n) = Cy(m,n) – γx(m,n)·(B(ref,3) – B(ref,4)) Gl. 39
[0123] Die 11A ist eine Ansicht, diedie Struktur einer Messschaltung gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.Diese Messschaltung verfügt über eineStruktur, die dadurch erhalten wird, dass zur in der 4A dargestellten Schaltungsstrukturgemäß der erstenAusführungsformdas dritte und das vierte Bezugsmagnetometer 85 und 86 sowiedie entsprechende FLL-Schaltung 6 und die Analogsignal-Verarbeitungsschaltung 7 hinzugefügt werden.
[0124] Die 12 ist eine Ansicht, dieBeispiele von Magnetokardiogrammen zeigt, wie sie aus Messungenunter Verwendung des Magnetfeld-Messsystems gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung erhaltenwurden. Die Magnetfeld-Signaldaten im obersten Teil der 12 kennzeichnen Daten X(1,1)zur Differenz zwischen benachbarten Messmagnetometern. In diesenDifferenzdaten X(1,1) schwankt der Signalverlauf aufgrund des externen Feldsstark. Die Magnetfeld-Signaldaten im mittleren Teil der 12 kennzeichnen das Magnetfeldsignal Cx(1,1)nach einer Korrektur unter Verwendung des ersten Bezugssignals.Obwohl die großeSchwankungskomponente aus dem Magnetfeldsignal Cx(1,1) entferntist, sind Störungenmit einer Periodizitätvon ungefähr8 Hz an jeder der Positionen verblieben, die in der 12 durch Pfeile gekennzeichnet sind.Die Magnetfeld-Signaldaten im untersten Teil der 12 kennzeichnen ein Magnetfeldsignal Fx(1,1),das dadurch erhalten wurde, dass ein Wert, der durch Multiplizierender Differenz zwischen dem dritten und vierten Bezugssignal mitden vorgegebenen dritten Faktoren erhalten wurde, vom MagnetfeldsignalCx(1,1) (Signalverlauf, der sich aus der Korrektur unter Verwendungdes ersten Bezugssignals ergibt) im mittleren Teil der 12 subtrahiert wurde. Esist erkennbar, dass der Hauptteil der Störungen mit einer Periodizität von ungefähr 8 Hzentfernt ist.
[0125] Einesechste Ausführungsformzeigt ein Beispiel, bei dem das bei der zweiten und vierten Ausführungsformbeschriebene Kompressionssignal beim Magnetfeld-Messsystem gemäß der fünften Ausführungsformangewandt wird. Im Gegensatz zur zweiten und vierten Ausführungsform,bei denen das Magnetometer zum Messen eines Kompressionssignalsangebracht wurde, sind nun das dritte und vierte Bezugsmagnetometer 85 und 86 alsMagnetometer zum Messen eines Magnetfelds in derselben Richtungwie der betreffend die Messmagnetometer auf dieselbe Weise wie beider in der 10A dargestelltenStruktur gemäß der fünften Ausführungsform platziert.Bei der sechsten Ausführungsformwird das Messsignal vom dritten Bezugsmagnetometer 85 als Kompressionssignalverwendet. Demgemäß ist die Anordnungder innerhalb des Dewargefäßes 2 angeordnetenMagnetometer dieselbe wie diejenige bei der durch die 10A veranschaulichten fünften Ausführungsform.
[0126] Die 11B ist eine Ansicht, diedie Struktur einer Messschaltung gemäß der sechsten Ausführungsformder Erfindung zeigt. Durch Abzweigen des von der FLL-Schaltung 6 ausgegebenenMesssignals vom dritten Bezugsmagnetometer 85 und durch Lieferndes abgezweigten Messsignals an die Differenzverstärkerschaltung 79 kanndas Messsignal vom dritten Bezugsmagnetometer 85 als Kompressionssignalverwendet werden. Im Ergebnis wird durch den AD-Wandler in der Folgestufeein Signal verarbeitet, das dadurch erhalten wird, dass das vomdritten Bezugsmagnetometer 85 gelieferte Messsignal vomAus gangssignal jedes der Messmagnetometer abgezogen wird.
[0127] DieStruktur gemäß der sechstenAusführungsformermöglichtauch die Messung eines Magnetokardiogramms, ohne dass das Signalam Eingang des AD-Wandlers den Dynamikbereich überschreiten könnte.
[0128] Beieiner siebten Ausführungsformwurde eine magnetokardiografische Messung unter Verwendung einesMagnetfeld-Messsystems ausgeführt,bei dem 36 Messmagnetometer als 6×6-Array angeordnet waren.Die Gesamtstruktur des Magnetfeld-Messsystems gemäß der siebtenAusführungsformist dieselbe wie sie in der 1 dargestelltist, jedoch mit der Ausnahme, dass ein großes Dewargefäß verwendetist und vier Paare von Blöckenals 2×2-Arrayangeordnet sind, die jeweils aus dem 3×3-Array von Messmagnetometern, dem erstenBezugsmagnetometer und dem bei der in der 3B dargestellten zweiten Ausführungsformverwendeten Kompressionssignal-Magnetometer bestehen.
[0129] Die 13 ist eine Ansicht, dieein Beispiel der Anordnung der Messmagnetometer bei der siebtenAusführungsformder Erfindung zeigt, wobei die Anordnung der innerhalb des Dewargefäßes 2 platziertenMagnetometer dargestellt ist. Wenn Daten zur Differenz zwischenMesssignalen von den Magnetometern im selben Block korrigiert werden,wird das erste Bezugssignal verwendet, das durch das im selben Blockangeordnete erste Magnetometer gemessen wird. Wenn die Magnetometer,zwischen denen eine Differenz zu berechnen ist, in zwei verschiedenenBlöckenangeordnet sind, wird als Bezugssignal der Mittelwert der erstenBezugssignale in den zwei verschiedenen Blöcken verwendet. Als Kompressionssignal-Magnetometerwird eines der vier Kompressionssignal-Magnetometer 69 verwendet.Dies, da es zum vollständigenAufheben von Kompressionssignalen beim Berechnen der Differenz erforderlichist, genau dieselben Kompressionssignale zu verwenden. Obwohl beider siebten Ausführungsform einesder Kompressionssignal-Magnetometer verwendet wird, die in den jeweiligenZentren der Blöcke angeordnetsind, könnenauch Kompressionssignal-Magnetometer verwendet werden, die im zentralenTeil der Gesamtstruktur angeordnet sind. Die Messschaltung verfügt über eineStruktur, die dadurch erhalten wird, dass die Schaltung der 4C vervierfacht wird. Jedochbefinden sich die Kompressionssignal-Magnetometer in einem System,wie oben beschrieben.
[0130] Mitder Struktur gemäß der siebtenAusführungsformkann ein Magnetokardiogramm mit weniger Beeinflussung durch einexternes Feld unter Verwendung des 6×6-Arrays von Messmagnetometern aufdieselbe Weise erhalten werden, wie es für das Ergebnis bei der zweitenAusführungsformdargestellt wurde.
[0131] Beieiner achten Ausführungsformwurde ein Magnetfeld-Messsystem mit einem 6×6-Array verwendet, wie esbei der siebten Ausführungsformverwendet wurde. Da die Intensitäteines magnetokardiografischen Signals von der Position, der Größe oder dergleicheneines Herzens abhängt,zeigen sich zwischen einzelnen Personen große Unterschiede. Demgemäß existierenFälle,in denen eine Messung nicht mit ausreichendem S/R-Verhältnis ausgeführt werdenkann, wenn der Spitzenwert (P-Welle) schwachist, wie er durch die Arterienaktivität erzeugt wird. Obwohl beijeder der Ausführungsformen1 bis 7 die Differenz zwischen zwei benachbarten Messmagnetometernberechnet wurde, kann, wenn das S/R-Verhältnis schlecht ist und dieP-Welle nicht korrekt gemessen werden kann, eine ausgeprägte P-Wellemit verbessertem S/R-Verhältnisdadurch gemessen werden, dass die Differenz zwischen einem Messmagnetometerund einem anderen Messmagnetometer, das nicht benachbart zu diesemangeordnet ist, sondern etwas weiter von ihm entfernt ist, berechnetwird.
[0132] Die 14 ist eine Ansicht, dieBeispiele von Magnetokardiogrammen zeigt im oberen Teil, wie sie durchdas Magnetfeld-Messsystem gemäß der achtenAusführungsformder Erfindung gemessen werden. Die 14 zeigtdas Beispiel eines Kardiogramms, das zwischen benachbarten Magnetometerngemessen wurde (den SQUIDs (1,1) und (2,1), die 30 mm voneinanderbeabstandet sind), und der untere Teil der 14 zeigt das Beispiel eines Magnetokardiogramms,das zwischen Magnetometern gemessen wurde, die weiter voneinanderbeabstandet sind (den SQUIDs (1,1) und (3,1), die 60 mm voneinanderbeabstandet sind).
[0133] Sowohlder obere als auch der untere Teil der 14 zeigt Daten nach dem Beseitigen desEinflusses des externen Felds, so dass die große Schwankungskomponente entferntist, die sich aus dem externen Feld ergibt. In der Zeichnung wirdder Spitzenwert der P-Welle in jedem der Abschnitte beobachtet, dieim Magnetokardiogramm (im unteren Teil) durch die Pfeile gekennzeichnetsind, wobei diese Welle unter Verwendung der weiter voneinanderbeabstandeten Magnetometer gemessen wurde (den SQUIDs (1,1) und(3,1), die 60 mm voneinander beabstandet sind). So ist das Verfahrenzum Beseitigen des externen Felds gemäß der Erfindung auch bei eineranderen Kombination von Magnetometern als solchem, die zueinanderbenachbart sind, anwendbar.
[0134] Obwohlbei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 8 ein Dünnfilm-Magnetometermit direkter Kopplung aus einem Supraleiter mit hoher Übergangstemperaturverwendet ist, kann statt dessen auch ein Magnetometer verwendetwer den, das aus einem Supraleiter mit niedriger Übergangstemperatur besteht.Z.B. kann ein Magnetometer aus einem Niob-Supraleiter verwendet werden, bei demeine Aufnahmespule aus einem Nb-Ti-Draht mit einer Eingangsspuleverbunden ist, die durch einen Dünnfilm-Mehrschichtprozessunter Einfügung einesIsolierfilms auf einem SQUID hergestellt wurde, wie es in der 15A dargestellt ist.
[0135] Inder magnetometrischen Aufnahmespule 121 fließt ein Abschirmungsstromproportional zu einem Magnetfeld. Der Feldstrom wird durch eineEingangsspule 122 in einen magnetischen Fluss gewandelt,der an ein SQUID 124 übertragenwird. Das SQUID 124 ist ein supraleitendes Element zumMessen des magnetischen Flusses, und es wandelt diesen in ein Spannungssignal.Durch eine Rückkopplungsspule 123 wirdein Rückkopplungs-Magnetfluss zumAnsteuern des SQUID 124 geliefert. Eine FLL-Schaltung 125 isteine elektronische Schaltung zum Steuern des SQUID 124 miteinem nichtlinearen Ausgangsspannungssignal zum Ausgeben eines Spannungssignalsproportional zum durch das SQUID gemessenen Magnetfeld. Das Ausgangssignalder FLL-Schaltung 125 wird über eine Signalleitung 126 aneine Signalverarbeitungsschaltung in einer Folgestufe übertragen.
[0136] Esist auch möglich,als Messmagnetometer ein Axialgradiometer zu verwenden, das miteiner Differenzaufnahmespule versehen ist, wie es in der 15B dargestellt ist. Eswird eine gradiometrische Aufnahmespule 127 erster Ordnungverwendet, in der ein Abschirmungsstrom proportional zur Differenzzwischen magnetischen Flüssenfließt,die zwei Schleifen verbinden, die gleiche Flächen belegen. In der Aufnahmespule 127 fließt ein Abschirmungsstromproportional zum Gradienten eines Magnetfelds.
[0137] Diein der 15 dargestelltenMagnetometer sind nur bei spielhaft, und statt dessen können Magnetometerverschiedener Strukturen verwendet werden. Als Magnetometer zumMessen eines Kompressionssignals wird jedoch geeigneterweise ein Magnetometermit derselben Struktur wie der eines Messmagnetometers verwendet.Als Erstes Bezugsmagnetometer zum Messen der Komponente eines Magnetfeldsin der Richtung der Mittelachse der zylindrischen magnetischen Abschirmungwird besser ein Magnetometer als ein Gradiometer verwendet.
[0138] Mitdem erfindungsgemäßen Magnetfeld-Messsystemkann ein extrem schwaches Magnetfeld unter Verwendung einer einfachenzylindrischen magnetischen Abschirmung mit einer kleinen Anzahlvon Bezugsmagnetometern gemessen werden, wodurch eine effizienteAufhebung eines externen Felds ausgeführt wird. Da die Anzahl derBezugsmagnetometer klein ist, kann das System mit kleinem Schaltungsumfangund billig hergestellt werden.

权利要求:
Claims (9)
[1] Magnetfeld-Messsystem mit: – einermagnetischen Abschirmungsvorrichtung mit einer zylindrischen magnetischenAbschirmung (1) aus einem ferromagnetischen Material; – mehrerenMessmagnetometern (3) mit jeweiligen SQUIDs und jeweiligenAufnahmespulen, wobei diese Messmagnetometer zweidimensional angeordnet sind,um eine Magnetfeldkomponente eines von einem lebenden Körper emittierendenMagnetfelds orthogonal zur Mittelachse der zylindrischer magnetischenAbschirmung zu messen; – einemersten Bezugsmagnetometer (4) mit einem SQUID und einerAufnahmespule, um eine Magnetfeldkomponente eines externen Feldsparallel zur Mittelachse zu messen; – einem Dewargefäß zum Aufnehmenund Kühlen dermehreren Messmagnetometer und des ersten Bezugsmagnetometers, wobeidie mehreren Messmagnetometer zweidimensional in einer ersten Ebenenahe an der Mittelachse so angeordnet sind, dass die Ebene der Aufnahmespulender mehreren Messmagnetometer parallel zur Mittelachse verlaufen,und das Bezugsmagnetometer in einer zweiten Ebene orthogonal zurersten Ebene beabstandet zu dieser so positioniert ist, dass eineEbene der Aufnahmespule des ersten Bezugsmagnetometers orthogonalzur ersten Ebene verläuft; – einemGalgen zum Halten des Dewargefäßes innerhalbder zylindrischen magnetischen Abschirmung; – einerMessschaltung zum Ansteuern der mehreren Messmagnetometer und desersten Bezugsmagnetometers, um die orthogonale Magnetfeldkomponenteund die parallele Magnetfeldkomponente zu messen und die gemessenenMagnetfeldkomponenten als Messsignale und erstes Bezugssignal auszugeben; – einerVorrichtung zum Aufzeichnen der Messsignale; und – einerAnalysiervorrichtung zum Analysieren der Messsignale und zum Anzeigeneines Analyseergebnisses; – wobeidie Analysiervorrichtung eine Arithmetikoperation dahingehend ausführt, dasssie einen Wert, der dadurch erhalten wird, dass das durch das erste Bezugsmagnetometergemessene erste Bezugssignal mit einem ersten spezifizierten Faktormultipliziert wird, von der Differenz zwischen den zwei Messsignalen,wie sie durch die zwei, an verschiedenen Positionen angeordnetenMessmagnetometer gemessen werden, abzieht, um ein erstes korrigiertesMesssignal mit weniger Beeinflussung durch das externe Feld zu bestimmen.
[2] System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: – ein Magnetometer(3) zum Messen eines Dynamikbereich-Kompressionssignals,das überein SQUID und eine Aufnahmespule verfügt und in einer dritten Ebeneparallel zur ersten Ebene angeordnet ist und mit größerem Abstandvon der Mittelachse der zylindrischen magnetischen Abschirmung (1)als die erste Ebene beabstandet ist, um eine Magnetfeldkomponentedes externen Feld zu messen, die orthogonal zur Mittelachse verläuft; – wobeidie Messschaltung das Magnetometer zum Messen des Dynamikbereich-Kompressionssignals ansteuert,um die orthogonale Magnetfeldkomponente zu messen, und die die gemesseneMagnetfeldkomponente als Dynamikbereich-Kompressionssignals ausgibt; – eine Differenzverstärkerschaltungzum Subtrahieren des Dynamikbereich-Kompressionssignals von jedemder Messsignale von den mehreren Messmagnetometern und zum Ausgebender Messsignale der Messmagnetometer mit jeweils komprimiertem Dynamikbereich; – wobeidie Aufzeichnungsvorrichtung die Messsignale von den mehreren Messmagnetometernmit jeweils komprimiertem Dynamikbereich sowie das Messsignal vomBezugsmagnetometer (4) aufzeichnet; – und wobeidie Analysiervorrichtung eine Arithmetikoperation dahingehend ausführt, dasssie den Wert, der dadurch er halten wird, dass das durch das Bezugsmagnetometergemessene Bezugssignal mit dem ersten spezifizierten Faktor multipliziertwird, von der Differenz zwischen den Messsignalen von den Messmagnetometernmit jeweils komprimiertem Dynamikbereich abzieht, um das erste korrigierte Messsignalmit weniger Beeinflussung durch das externe Feld zu bestimmen.
[3] System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass – diemehreren Messmagnetometer (3) in mehrere Blöcke aufgeteiltsind; – daserste Bezugsmagnetometer (4) für jeden der Blöcke angebrachtist; und – dieAnalysiervorrichtung das erste korrigierte Messsignal mit wenigerBeeinflussung durch das externe Feld für jeden der Blöcke bestimmt.
[4] Magnetfeld-Messsystem mit: – einer magnetischen Abschirmungsvorrichtungmit einer zylindrischen magnetischen Abschirmung (1) auseinem ferromagnetischen Material; – mehreren Messmagnetometern(3) mit jeweiligen SQUIDs und jeweiligen Aufnahmespulen,wobei diese Messmagnetometer zweidimensional angeordnet sind, umeine Magnetfeldkomponente eines von einem lebenden Körper emittierendenMagnetfelds orthogonal zur Mittelachse der zylindrischen magnetischenAbschirmung zu messen; – einemersten und einem zweiten Bezugsmagnetometer mit jeweils einem SQUIDund einer Aufnahmespule, um eine Magnetfeldkomponente eines externenFelds parallel zur Mittelachse zu messen; – einem Dewargefäß zum Aufnehmenund Kühlen dermehreren Messmagnetometer und des ersten und des zweiten Bezugsmagnetometers,wobei die mehreren Messmagnetometer zweidimensional in einer erstenEbene nahe an der Mittelachse so ange ordnet sind, dass die Ebeneder Aufnahmespulen der mehreren Messmagnetometer parallel zur Mittelachseverläuft,das erste Bezugsmagnetometer in einer zweiten Ebene orthogonal zurersten Ebene beabstandet zu dieser so positioniert ist, dass eineEbene der Aufnahmespule des ersten Bezugsmagnetometers orthogonalzur ersten Ebene verläuft,und das zweite Bezugsmagnetometer in einer vierten Ebene parallelzur zweiten Ebene und beabstandet von dieser so angeordnet ist,dass die Mittelachse der Aufnahmespule des zweiten Bezugsmagnetometersmit der Mittelachse der Aufnahmespule des ersten Bezugsmagnetometerszusammenfällt; – einemGalgen zum Halten des Dewargefäßes innerhalbder zylindrischen magnetischen Abschirmung; – einerMessschaltung zum Ansteuern der mehreren Messmagnetometer und desersten und des zweiten Bezugsmagnetometers, um die orthogonale Magnetfeldkomponenteund die parallele Magnetfeldkomponente zu messen und die gemessenenMagnetfeldkomponenten als Messsignale und erstes und zweites Bezugssignalauszugeben; – einerVorrichtung zum Aufzeichnen der Messsignale und der Bezugssignale;und – einerAnalysiervorrichtung zum Analysieren der Messsignale und zum Anzeigeneines Analyseergebnisses; – wobeidie Analysiervorrichtung eine Arithmetikoperation dahingehend ausführt, dasssie einen Wert, der dadurch erhalten wird, dass das durch das erste Bezugsmagnetometergemessene erste Bezugssignal mit einem ersten spezifizierten Faktormultipliziert wird, von der Differenz zwischen den zwei Messsignalen,wie sie durch die zwei, an verschiedenen Positionen angeordnetenMessmagnetometer gemessen werden, abzieht, um ein erstes korrigiertesMesssignal zu bestimmen, und sie von diesem einen Wert abzieht,der dadurch erhalten wird, dass die Differenz zwischen dem erstenund dem zweiten Bezugssignal mit einem zweiten spezifizierten Faktormultipliziert wird, um ein zweites korrigiertes Messsignal mit wenigerBeeinflussung durch das externe Feld zu bestimmen.
[5] System nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch: – ein Magnetometer(3) zum Messen eines Dynamikbereich-Kompressionssignals,das überein SQUID und eine Aufnahmespule verfügt und in einer dritten Ebeneparallel zur ersten Ebene angeordnet ist und mit größerem Abstandvon der Mittelachse der zylindrischen magnetischen Abschirmung (1)als die erste Ebene beabstandet ist, um eine Magnetfeldkomponentedes externen Feld zu messen, die orthogonal zur Mittelachse verläuft; – wobeidie Messschaltung das Magnetometer zum Messen des Dynamikbereich-Kompressionssignals ansteuert,um die orthogonale Magnetfeldkomponente zu messen, und die die gemesseneMagnetfeldkomponente als Dynamikbereich-Kompressionssignals ausgibt; – eine Differenzverstärkerschaltungzum Subtrahieren des Dynamikbereich-Kompressionssignals von jedemder Messsignale von den mehreren Messmagnetometern; – wobeidie Aufzeichnungsvorrichtung die komprimierten Messsignale aufzeichnet,nachdem die Dynamikbereich-Kompressionssignale von jedem der Messsignalevon den mehreren Messmagnetometern und dem ersten und dem zweitenBezugssignal subtrahiert würden;und – dieAnalysiervorrichtung eine Arithmetikoperation dahingehend ausführt, dasssie den Wert, der dadurch erhalten wird, dass das durch das ersteBezugsmagnetometer gemessene erste Bezugssignal mit dem ersten spezifiziertenFaktor multipliziert wird, von der Differenz zwischen den Messsignalenvon den verschiedenen Messmagnetometern mit jeweils komprimiertemDynamikbereich abzieht, um das erste korrigierte Messsignal mitweniger Beeinflussung durch das externe Feld zu bestimmen, und sievon diesem den Wert abzieht, der dadurch erhalten wird, dass dieDifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Bezugsmagnetometermit dem zweiten spezifizierten Faktor multipliziert wird, um daszweite korrigierte Messsignal mit weniger Beeinflussung durch dasexterne Feld zu bestimmen.
[6] System nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,dass – diemehreren Messmagnetometer (3) in mehrere Blöcke aufgeteiltsind; – daserste und das zweite Bezugsmagnetometer für jeden der Blöcke angebrachtsind; und – dieAnalysiervorrichtung das zweite korrigierte Messsignal mit wenigerBeeinflussung durch das externe Feld für jeden der Blöcke bestimmt.
[7] Magnetfeld-Messsystem mit: – einer magnetischen Abschirmungsvorrichtungmit einer zylindrischen magnetischen Abschirmung (1) auseinem ferromagnetischen Material; – mehreren Messmagnetometern(3) mit jeweiligen SQUIDs und jeweiligen Aufnahmespulen,wobei diese Messmagnetometer zweidimensional angeordnet sind, umeine Magnetfeldkomponente eines von einem lebenden Körper emittierendenMagnetfelds orthogonal zur Mittelachse der zylindrischen magnetischenAbschirmung zu messen; – einemersten Bezugsmagnetometer mit einem SQUID und einer Aufnahmespule,um eine Magnetfeldkomponente eines externen Felds parallel zur Mittelachsezu messen; – einemdritten und einem vierten Bezugsmagnetometer mit jeweils einem SQUIDund einer Aufnahmespule, um eine Magnetfeldkomponente des externenFelds orthogonal zur Mittelachse zu messen; – einemDewargefäß zum Aufnehmenund Kühlen dermehreren Messmagnetometer und des ersten, dritten und vierten Bezugsmagnetometers,wobei die mehreren Messmagnetometer zweidimensional in einer erstenEbene nahe an der Mittelachse so angeordnet sind, dass die Ebeneder Aufnahmespulen der mehreren Messmagnetometer parallel zur Mittelachseverläuft,das erste Bezugsmagnetometer in einer zweiten Ebene orthogo nal zurersten Ebene beabstandet zu dieser so positioniert ist, dass eineEbene der Aufnahmespule des ersten Bezugsmagnetometers orthogonalzur ersten Ebene verläuft,und das dritte und das vierte Bezugsmagnetometer in einer drittenEbene parallel zur ersten Ebene beabstandet von der Mittelachseso angeordnet sind, dass die Ebene der Aufnahmespulen des drittenund des vierten Bezugsmagnetometers parallel zur dritten Ebene verläuft unddas vierte Bezugsmagnetometer mit größerem Abstand als das dritteBezugsmagnetometer in der Richtung der Mittelachse der zylindrischenmagnetischen Abschirmung positioniert ist; – einem Galgen zum Halten desDewargefäßes innerhalbder zylindrischen magnetischen Abschirmung; – einerMessschaltung zum Ansteuern der mehreren Messmagnetometer und desersten, dritten und vierten Bezugsmagnetometers, um die orthogonaleMagnetfeldkomponente und die parallele Magnetfeldkomponente zu messenund die gemessenen Magnetfeldkomponenten als Messsignale und erstes, drittesund viertes Bezugssignal auszugeben; – einer Vorrichtung zum Aufzeichnender Messsignale und des ersten, dritten und vierten Bezugssignals; und – einerAnalysiervorrichtung zum Analysieren der aufgezeichneten Signaleund zum Anzeigen eines Analyseergebnisses; – wobei die Analysiervorrichtungeine Arithmetikoperation dahingehend ausführt, dass sie einen Wert, derdadurch erhalten wird, dass das erste Bezugssignal mit einem erstenspezifizierten Faktor multipliziert wird, von der Differenz zwischenden Messsignalen abzieht, wie sie von zwei an verschiedenen Positionenangeordneten Messmagnetometern gemessen werden, um ein erstes korrigiertesMesssignal zu bestimmen, und sie von diesem einen Wert abzieht, derdadurch erhalten wird, dass die Differenz zwischen den durch dasdritte und das vierte Bezugsmagnetometer gemessenen Messsignalemit einem dritten spezifizierten Faktor multipliziert wird, um eindrittes korrigiertes Messsignal mit weniger Beeinflussung durchdas externe Feld zu bestimmen.
[8] System nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch: – eine Differenzverstärkerschaltungzum Subtrahieren des Messsignals vom dritten Bezugsmagnetometervon jedem der Messsignale von den mehreren Messmagnetometern (3); – wobeidie Aufzeichnungsvorrichtung die Messsignale von den mehreren Messmagnetometernaufzeichnet, von denen jeweils das Messsignal vom dritten Bezugsmagnetometerabgezogen wurde, damit sie übereinen komprimierten Dynamikbereich verfügen; – und wobei die Analysiervorrichtungeine Arithmetikoperation dahingehend ausführt, dass sie den Wert, derdadurch erhalten wird, dass das vom ersten Messmagnetometer gemesseneerste Bezugssignal mit dem ersten spezifizierten Faktor multipliziertwird, von der Differenz zwischen den Messsignalen' von den verschiedenenMessmagnetometern, von denen jeweils das Messsignal vom drittenBezugsmagnetometer abgezogen wurde, damit sie einen komprimiertenDynamikbereich aufweisen, abzieht, um das erste korrigierte Messsignalzu bestimmen, und sie von diesem den Wert abzieht, der dadurch erhaltenwird, dass die Differenz zwischen dem dritten und dem vierten Bezugssignalmit dem dritten spezifizierten Faktor multipliziert wird, um dasdritte korrigierte Messsignal mit weniger Beeinflussung durch dasexterne Feld zu bestimmen.
[9] System nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,dass – diemehreren Messmagnetometer (3) in mehrere Blöcke aufgeteiltsind; – daserste, dritte und vierte Bezugsmagnetometer für jeden der Blöcke angebrachtsind; und – dieAnalysiervorrichtung das dritte korrigierte Messsignal mit wenigerBeeinflussung durch das externe Feld für jeden der Blöcke bestimmt.

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2011-07-21| R012| Request for examination validly filed|Effective date: 20110428 |

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2015-12-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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