[发明专利]一种基于SERF原子磁强计的心磁测量及心磁图生成系统

权利要求书

1.一种基于SERF原子磁强计的心磁测量及心磁图生成系统，其特征在于：所述系统包括：磁屏蔽桶，SERF原子磁强计、数据采集模块及心磁图生成模块；

所述磁屏蔽桶，呈圆柱形结构，采用三层高磁导率的坡莫合金制成，用于屏蔽地球环境磁场，使SERF原子磁强计能够工作在零磁环境中；

SERF原子磁强计，置于磁屏蔽桶内，工作在零磁环境下，敏感轴Z轴为其轴向，用于测量胸腔表面法向方向上的心磁信号；

数据采集模块，将阵列式布置的SERF原子磁强计的电压信号传输到磁屏蔽桶外，采用NI采集板卡输出到心磁图生成模块；

心磁图生成模块，放置于磁屏蔽桶外，将数据采集模块采集到的信号进行存储，并通过信号处理生成心磁等磁场图和电流密度图；

所述SERF原子磁强计包括：激光器、准直透镜、组合镜片系统、反射镜、碱金属气室和光电探测器PD、无磁电加热系统和磁补偿线圈系统；

激光器输出光经光纤导入光路中，经准直透镜出射一束平行光，再经组合镜片系统即起偏器和1/4波片变为圆偏振光，经反射镜入射到碱金属气室，出射后的光再经反射镜入射到光电探测器PD；所述的碱金属气室中含有碱金属和惰性气体，所述碱金属气室是感应外界磁场大小的敏感元件，入射到碱金属气室的圆偏振光极化处于零磁场中的碱金属最外层电子，当外界磁场有扰动时，通过光电探测器PD的输出变化量来确定外界磁场的大小；磁补偿线圈系统用于补偿前述磁屏蔽桶内的剩磁，无磁加热系统用于加热碱金属气室，使碱金属原子处于无自旋交换弛豫态；

所述数据采集模块包含：6*6阵列式心磁测量板、传输线以及NI采集板卡，具体实现如下：

在测量心磁时，采用硬质无磁的6*6阵列式心磁测量板，所述6*6阵列式心磁测量板上有6*6个SERF原子磁强计探头插孔，插孔之间间隔1cm；所述的SERF原子磁强计插入插孔的高度根据被试人员的胸部高度进行调整，使得SERF原子磁强计紧贴于胸部表面皮肤；所述测量板束绑在被试胸前，中心偏左一拳距离，使测量板的中心位于心脏的正上方；在心磁测量过程中，即使被试在磁屏蔽桶内小范围活动，测量板始终保持和胸部紧贴，并随被试呼吸节奏上下浮动，避免测量过程中由于心脏与SERF原子传感器的相对位移带来信号噪声；根据已有的所述SERF原子磁强计的个数X，每次测量6*6阵列心磁测量板上的X个位置点，测量时间2分钟；使用NI采集板卡同时采集X个SERF原子磁强计Z轴的数据，即每次输出共计X路数据，改变X个探头位置，通过多次测量依次遍历心磁测量板上的36个测量点，获得所有位置点即36个通道的心磁信号；

所述心磁图生成模块包括：数据坏段删除、数据预处理、单通道平均心磁周期提取以及心磁图绘制；

数据坏段删除，观察从数据采集模块获得的36个通道的数据，删除噪声过大无法看清心磁波形的异常段落，得到无异常值的各通道数据；

数据预处理，分别对经过坏段删除的各通道信号使用50Hz陷波滤波器去除工频干扰，利用IIR零相移数字滤波器去除基线漂移，最后去除信号中的直流分量，得到预处理后的各通道数据；

单通道平均心磁周期提取，在前述数据预处理基础上，对单通道信号提取R波，以R波的峰值点为对齐点，分别在该点之前截取1/3心跳周期时间，在该点后截取2/3心跳周期时间，得到单通道各心跳周期数据，再对各心跳周期数据进行叠加平均，得到单通道上的一个心跳周期波形；所有通道数据依次处理，得到36个通道叠加平均后的心跳周期数据；

心磁图绘制，在单通道平均心磁周期提取基础上，对得到的各通道叠加平均后的心跳周期数据，以心磁测量板的实际尺寸建立成像平面，测量板的X轴和Y轴对应绘图平面的X轴和Y轴，各个测量点分别对应该点处该通道的一个心跳周期数据，对各通道叠加平均后的心跳周期数据采用三维三次样条插值方法进行插值，获得插值后新插值点的位置坐标及其对应的心磁幅值；各个点的数据根据其幅值大小建立颜色表，幅值由低到高对应由蓝到红的渐变颜色，幅值越低颜色越偏深蓝，幅值越高颜色越偏红；最后在绘图平面上根据点的幅值大小对应的颜色绘制心磁等磁场图，根据公式(1)由各点的测量得到的磁感应强度计算各点的电流密度大小，绘制电流密度图；

J表示电流密度，μ为磁导率，B_z为SERF原子磁强计测量的磁感应强度。

2.根据权利要求1所述的基于SERF原子磁强计的心磁测量及心磁图生成系统，其特征在于：所述磁屏蔽桶直径1米，长度2米。

3.根据权利要求1所述的基于SERF原子磁强计的心磁测量及心磁图生成系统，其特征在于：所述SERF原子磁强计体积为1.8cm×3.15cm×10cm。