[发明专利]一种基于磁屏蔽筒的量子脑磁图系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于磁屏蔽筒的量子脑磁图系统及方法，包括量子探测器及阵列系统、环境磁场屏蔽系统、量子探测器控制系统、数据采集与分析系统和刺激与反馈系统，所述量子探测器及阵列系统与所述量子探测器控制系统双向信号连接，所述量子探测器控制系统、所述刺激与反馈系统与所述数据采集与分析系统信号连接，所述量子探测器及阵列系统外设置有环境磁场屏蔽系统。该发明的技术效果为运营成本低；能够灵活变动的探测阵列，匹配个体头部轮廓，提高探测效率，同时可以推广到不同年龄阶段高效信号探测；避免脑磁信号在空间距离上的额外损失，提高绝对信号强度；用磁屏蔽筒代替传统脑磁图必备的屏蔽室，节省成本的同时显著提高磁屏蔽的性能。

技术领域

发明涉及脑磁图技术领域，具体为一种基于磁屏蔽筒的量子脑磁图系统及方法。

背景技术

脑磁图是一种通过测量神经电流在头外产生的磁场来推断大脑内部神经元活动的无创脑功能成像方法。脑磁图具有超高的时间分辨率和较高的空间分辨率，在神经、精神疾病的病灶诊断和认知神经科学研究中有重要的作用。

脑磁场的信号非常微弱，在头皮外约0.1-1pT。当前商业化的脑磁图利用超导量子干涉仪(superconducting quantum interference device,SQUID)作为磁场探测的核心器件，但是SQUID需要工作在液氦维持的超导条件下，同时需要建造庞大的磁屏蔽间屏蔽外界磁场的干扰，导致脑磁图的制造和维护成本非常昂贵。同时，由于维持超低温杜瓦罐真空隔热层限制了探测器与头皮紧密接触，导致脑磁信号在空间距离上衰减严重，信号进一步削弱。

近年来，基于量子操控下光与原子相互作用的量子探测器，也被称为原子磁强计或原子磁力仪，也被称为被证明能够取代SQUID探测脑磁信号。原子磁强计利用碱金属原子在圆偏振光中极化后随着外磁场产生偏转，进而对光的强度进行吸收或线偏振角度进行偏转，从而反映磁场的大小。当前，原子磁强计探测器已经可以做到小型化，理论极限灵敏度高于SQUIID。同时因为不在需要液氦维持和杜瓦罐，探测器的制造和维护成本能够大大降低，且探测器可以紧贴头皮，显著提高脑磁信号的强度。

目前的脑磁图系统依然存在以下缺点：

1、现有商业脑磁图利用超导器件，需要消耗液氦，成本高。

2、现有的商业脑磁图因为杜瓦罐厚度限制了探测器与头皮紧密接触，信号弱。

3、当前商业脑磁图因为探测阵列固定在杜瓦内层，无法匹配个体头部轮廓，导致信号进一步降低，尤其是做儿童等头部较小的受试者时，信号损失严重，需要专门再购置一个针对儿童的小型头盔的设备。

4、当前脑磁图造价太高，同时需要建造昂贵的屏蔽室，成本高昂。

发明内容

发明的目的在于提供一种基于磁屏蔽筒的量子脑磁图系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，发明提供如下技术方案：一种基于磁屏蔽筒的量子脑磁图系统，包括量子探测器及阵列系统、环境磁场屏蔽系统、量子探测器控制系统、数据采集与分析系统和刺激与反馈系统，所述量子探测器及阵列系统与所述量子探测器控制系统双向信号连接，所述量子探测器控制系统、所述刺激与反馈系统与所述数据采集与分析系统信号连接，所述量子探测器及阵列系统外设置有环境磁场屏蔽系统。

优选的，所述量子探测器及阵列系统包括探测头盔，所述探测头盔上开设有若干个阵列排列的插槽，所述插槽上安装有量子探测器，所述量子探测器为基于量子操控技术的原子磁强计。

优选的，所述量子探测器为脑磁场探测的基本元件，所述量子探测器由碱金属气室、光源、加热片、光学元件、光电探测器和调制线圈组成。

所用的光学元件主要作用是激光的起偏，如圆偏振、线偏振，以及激光的检偏。