Диссертация (1024691), страница 37
Текст из файла (страница 37)
При вводе измеряемых сигналов на экране монитора компьютера:- мониторинг текущих магнитоэнцефалосигналов в реальном масштабевремени одновременно по всем семи градиентометрическим каналам, тремреферентным каналам и одному каналу сигнала стимуляции для фиксированнойпозициипациентавходезаписиданныхвкомпьютерврежимеавтомасштабирования амплитуды сигналов по каждому каналу;- просмотр ранее записанных МЭГ-сигналов для всех позиций пациента в ходетекущего сеанса регистрации магнитоэнцефалосигнала;- возможность частотной фильтрации магнитоэнцефалосигналов при вводе вПК в режиме реального времени в диапазоне частот от 0.5 до 1000 Гц сдискретностью установки 1 Гц значений частоты среза ФВЧ, ФНЧ;2486.1.2Сигнальныеишумовыехарактеристики10-канальноймагнитометрической СКВИД-системы для регистрации МЭГ-сигналовПервымэтапомпрактическогоисследованияхарактеристикградиентометрических и референтных каналов СКВИД-системы являлосьэкспериментальное исследование уровней собственных шумов используемыхСКВИД-датчиков по магнитному потоку (эквивалентного шумового потока) ΦN.Результатыэтихизмеренийпараллельноотражалитакжеикачествоприменяемой СКВИД-электроники, которое можно считать удовлетворительным,если измеренные с ее помощью значения эквивалентного шумового потокаСКВИД-датчиков не превышают значений ΦN, указанных в их паспортах.Эквивалентный шумовой поток СКВИД-датчика ΦN измерялся для каждогоканала регистрации МЭГ-сигналов отдельно.
Каждый из семи модулей сградиентометром и СКВИД-датчиком помещался в сверхпроводниковый экран изсвинца и монтировался на специальной криогенной вставке, которая охлаждаласьвкриостатедорабочейтемпературы.Вслучаеиспользованиясверхпроводникового экрана на выходе СКВИД-электроники отсутствует шумвнешних помех, и выходной сигнал представляет собой спектр собственногошумового напряжения СКВИД-датчика.
Измеренные уровни собственных шумоввсех десяти СКВИДов («сигнальных» и референтных) не превышали паспортныхзначений использованных СКВИД-датчиков, и находились в диапазоне ΦN ~ (2,73,6) мкФ0/Гц1/2. Результаты измерений собственных шумов СКВИД-датчиковприведены в Таблице 11.Типичный спектр собственных шумов одного из СКВИД-датчиков, усиленныйв 30 раз, представлен на рисунке 6.3.249Таблица 11.Уровни собственных шумов СКВИД-датчиков 10-канальной МЭГ-системыНомерканалаТок смещения в СКВИДе,(ед. отсчета ЦАП)1234567ХУZ14414212413713913413597112115Эквивалентный шумовойпоток в СКВИДе ФN(мкФ0 / Гц1/2),3,2± 0,13,1± 0,13,5± 0,13,3± 0,13,2± 0,13,6± 0,13,1± 0,13,0± 0,12,7± 0,12,9± 0,1Рисунок 6.3 – Усиленный в 30 раз спектр собственных шумов СКВИД-датчикаканала №1, измеренный в сверхпроводниковом экране250Для исследования сигнальных характеристик градиентометрических каналовбыла разработана и изготовлена специальная колечная система для заданиятестового магнитного поля. Она представляла собой конструкцию в формеплоского диска из оргстекла (рисунок 6.4), на котором в узлах гексагональнойсетки, полностью повторяющей сетку расположения градиентометров наизмерительном зонде, были размещены семь одинаковых витков из медногопровода диаметром 15 мм.
Диск имел кольцевой бортик по своему периметру, накотором был размещен еще один виток медного провода большого диаметра.Также на этом бортике располагались крепежные винты для фиксации колечнойсистемы на хвостовике криостата. Витки задания тестового поля соединялиськабелемсмногополюснымпереключателем,спомощьюкоторогоосуществлялась подача тестового сигнала с низкочастотного генератора черезрезистор 10 кОм в конкретно выбранный виток.Рисунок 6.4 – Внешний вид специальной колечной системы для созданиятестового магнитного поля251Одной из основных характеристик «сигнальных» каналов регистрации МЭГсигналов является значение коэффициента обратной связи магнитометра KV-Φ=∆Vout/∆Φfb, которое определяет величину падения выходного напряжения блокаСКВИД-электроники на сопротивлении обратной связи, ток через которыйсоздает в катушке обратной связи СКВИДа магнитный поток, равный одномукванту Ф0. При этом используется фундаментальное свойство сигнальнойхарактеристики СКВИДа, которая периодична кванту магнитного потока Ф0.Для выполнения процедуры измерения данной характеристики исследуемыйканал переводился в режим разомкнутой обратной связи («Настройка»).
Рисунок6.5. иллюстрирует вид напряжения на выходных клеммах СКВИДа, если на негоподать тестовый сигнал амплитудой в один квант магнитного потока. Усиленноенапряжение на выходе СКВИД-электроники контролировалось с помощьюобычного осциллографа. Также, как и в случае МКГ-систем, в качестве тестовогосигнала использовался гармонический сигнал с выхода генератора звуковойчастоты на частоте 70-100 Гц, который подавался в соответствующую катушкуколечнойсистемы.Изменениемегоамплитудыдобивалисьнаэкранеосциллографа вида сигнала, идентичного показанному на рисунке 6.5. Какотмечалось в Главе 3, подобный вид выходного сигнала означает, что в СКВИДподан магнитный поток величиной в один квант Ф0.Затем канал переключался в режим замкнутой обратной связи («Работа»), иизмерялось значение синусоидального напряжения на выходе канала (рисунок6.6).ИзмеренияреферентныхпроводилиськаналовнапоследовательнообоихдиапазонахдлявсехсигнальныхчувствительностииСКВИД-электроники.Измерив его амплитуду с помощью осциллографа или дополнительноговольтметра, получали значение напряжения на выходе СКВИД-электроники,соответствующее одному кванту магнитного потока в СКВИДе, т.е.
значениекоэффициента обратной связи KV-Φ. Разделив значение шумового напряжения,полученное при регистрации шумовых спектров СКВИД-датчика, на значениекоэффициента обратной связи KV-Φ определяли величину эквивалентного252шумового потока СКВИДа ΦN в единицах Ф0/Гц1/2 и сравнивали ее спаспортными данными.Рисунок 6.5 – Вид выходного сигнала измерительного канала на экранеосциллографа в режиме разомкнутой обратной связи (режим «Настройка»),соответствующий величине одного кванта магнитного потока Ф0 на входеСКВИД-датчикаРисунок 6.6 – Вид выходного сигнала измерительного канала на экранеосциллографа в режиме замкнутой обратной связи (режим «Работа»),соответствующий величине одного кванта магнитного потока Ф0 на входеСКВИД-датчика253Измеренные значения коэффициентов обратной связи для сигнальных иреферентных каналов макета СКВИД-системы приведены в Таблице 12.Таблица 12.Значения коэффициентов обратной связи для сигнальных и референтныхканалов 10-канальной МЭГ-системыНомерканала1Диапазон №1(В/Ф0)1,22Диапазон №2,(В/Ф0)0,118Ток смещения,(ед.
отсчета ЦАП)14421,220,12214231,240,11612441,250,12013751,220,12113961,230,12213471,230,120135ХНе используется0,06697УНе используется0,065112ZНе используется0,068115Коэффициент преобразования внешнего магнитного поля в магнитный поток вСКВИДеKB-Φизмерялся,когдаградиентометры«сигнальных»каналовнаходились вне сверхпроводящего экрана в рабочем состоянии, готовые крегистрации внешнего сигнала. Для этого разработанная колечная систематестового сигнала закреплялась на хвостовике криостата таким образом, чтобыкаждый виток тестового сигнала представлял собой магнитный диполь инаходилсянаоднойосиссоответствующимградиентометроммагнитометрической СКВИД-системы. Далее тестовый сигнал на частоте внесколько десятков Герц подавался через резистор известного номинала 10 кОмпоследовательно в каждый виток колечной системы, который создавалмагнитный поток в витках соответствующего градиентометра.
Канал переводилсяв режим «Настройка», и регулировкой амплитуды сигнала генератора на экране254осциллографа добивались вида выходного сигнала, показанного на рисунке 6.5 исоответствующего магнитному потоку в СКВИДе величиной в один квант. Послеэтого измерялось напряжение на выходе генератора тестового сигнала Uген. ирассчитывался ток, протекающий в цепи тестового диполя I=Uген/10 кОм,соответствующий одному кванту магнитного потока в СКВИДе.Далее рассчитывались значения магнитной индукции В, создаваемой тестовымвитком вдоль его оси на расстояниях, соответствующих положениям приемныхвитков градиентометра.Рассчитаврезультирующуювеличинумагнитногополянавходетрансформатора потока, соответствующую одному кванту магнитного потока вСКВИДе, и используя соотношение (6.1) получали значения искомогокоэффициента преобразования внешнего магнитного поля в магнитный поток вСКВИДе KB-Φ для каждого из каналов регистрации МЭГ-сигналов (Таблица 13) 1 22 3или B1 2 B2 B3;SSS(6.1)где В1, В2, В3 - значения индукции магнитного поля, создаваемого тестовымдиполем в плоскости соответствующих витков градиентометра, а S = πR02 –площадь каждого из приемных витков.Значения собственной эквивалентной чувствительности каналов регистрацииМЭГ получали посредством перемножения измеренных значений коэффициентапреобразования внешнего магнитного поля в магнитный поток в СКВИДе KB-Φ иэквивалентного шумового магнитного потока в СКВИДе ФNВN = KB-Φ× ФN(6.2)Таким образом было определено, что результирующие уровни собственнойэквивалентнойчувствительностиканаловрегистрациимагнитному полю ВN составили от 5,5 до 6.4 фТл/ Гц1/2.МЭГ-сигналовпо255Таблица 13.Значения коэффициента преобразования внешнего магнитного поля вмагнитный поток в СКВИДе KB-Φ для градиентометров 10-канальнойй МЭГсистемыНомерКоэффициент преобразованияканалавнешнего магнитного поля вмагнитный поток в СКВИДе KB-Φ(нТл/Ф0),С11,78± 0,0421,77± 0,0431,78± 0,0441,76± 0,0451,75± 0,0461,77± 0,0471,78± 0,04использованиемсделанныхтеоретическихоценокиполученныхэкспериментальных результатов был разработан и создан практический образецмагнитометрической СКВИД-системы, предназначенный для исследованиямагнитных сигналов, генерируемых в мозге человека.
В рамках совместногопроекта СКВИД-система была передана в НИЦ «Курчатовский институт» дляиспользования в исследованиях вызванных ответов мозга и глаза человека назрительную стимуляцию [183].На рисунке 6.7 в качестве примера представлен фрагмент многоканальнойзаписи магнитного сигнала в области левой глазницы испытуемого приискусственно вызванном моргании с частотой 0,5 Гц. Видно, что процессы,связанные с морганием, приводят к появлению преобладающих по амплитуденизкочастотных колебаний, сравнимых с удвоенным условным периодомискусственно вызванного моргания, и, возможно, к смене режимов в альфа–256ритме(отмеченонарисунке6.7стрелками).Записьвыполненабездополнительной магнитной экранировки.а)б)Рисунок 6.7 – Пример многоканальной записи Z-компоненты магнитного поляискусственно вызванного моргания с условной частотой 0,5 Гц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
