基于矢量漩渦光束的腦磁圖檢測裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種基于矢量漩渦光束的腦磁圖檢測裝置，基于量子效應，結合矢量光場與漩渦光場特性，包括柔性頭戴結構、原子磁力計探針、信號傳輸線層、信號總線、分析控制部件；信號傳輸線層、信號總線、分析控制部件均設置在柔性頭戴結構外側；原子磁力計探針構成陣列設置在柔性頭戴結構中，每個原子磁力計探針的磁場探測頭朝向柔性頭戴結構內測，原子磁力計探針構成陣列通過信號傳輸線層與信號總線連接，信號總線與分析控制部件連接，信號總線將所接收數據傳輸給分析控制部件，分析控制部件進行總體信息拼接與融合，得到所需腦磁場分布，具有無需低溫制冷系統、結構簡單、靈敏度高、檢測信息量大、空間分辨率高、靈活性好、可實現小型化等特點。

MEG scanner based on vector vortex beam

The invention relates to a device for MEG detection based on vector vortex beams, based on quantum effects, combined with the vector light field and vortex optical field, which comprises a flexible head structure, atomic magnetometer probe, signal transmission, signal analysis, bus line layer control unit; the signal transmission line layer, bus, signal analysis and control unit are arranged on the flexible head structure; atomic magnetometer probe arrays are arranged on the flexible head structure, each atomic magnetometer probe magnetic field detecting head facing the flexible head structure inside of the atomic magnetometer probe array constituted by a signal transmission line layer is connected with the signal bus, signal connection and analysis of control unit bus. The received signal bus data transmission control unit for analysis, analysis of control components of the overall information and fusion splicing, to obtain the desired brain magnetic field distribution, The utility model has the advantages of simple structure, high sensitivity, large testing information, high spatial resolution, good flexibility and miniaturization.

【技術實現步驟摘要】
基于矢量漩渦光束的腦磁圖檢測裝置
本專利技術涉及一種腦磁圖檢測裝置，特別是一種基于矢量漩渦光束的腦磁圖檢測裝置，主要用于腦科學、生命醫療、生物技術、健康檢測、疾病診療、人機交互、智能控制、行為組織等領域中的腦磁場檢測。
技術介紹
腦磁圖(Magnetoencephalography，簡稱MEG)，是集生物工程、電子工程、醫學工程等尖端科學技術于一體，是無創傷性地探測大腦電磁生理信號的一種腦功能檢測技術。腦磁圖檢測裝置是一種對人體完全無創性、無放射性的腦功能圖像探測技術，在腦科學、生命醫療、生物技術、健康檢測、疾病診療、人機交互、智能控制、行為組織等領域中發揮非常重要的作用。例如，在醫學領域，檢測裝置得到的腦磁圖可以應用到癲癇診斷和致癇灶的手術前定位、神經外科手術前大腦功能區定位、缺血性腦血管病預測和診斷、精神病和心理障礙疾病的診斷、外傷后大腦功能的評估和鑒定、司法鑒定和測謊應用、語言、視覺、聽覺、體感誘發等的研究，主要適應癥涉及各種類型的癲癇、腦良性或惡性腫瘤、腦血管病(中風)、帕金森病、老年性癡呆、偏頭痛、幻聽、幻視、腦外傷、精神分裂癥、強迫癥、抑郁癥、自閉癥、植物人等等，目前對高性能的腦磁圖檢測裝置需求緊迫。在先技術中，存在腦磁圖檢測裝置，總部在瑞典的跨國公司Elekta公司是腦磁圖檢測裝置領先者，生產ElektaNeuromagTRIUX型號腦磁圖儀；總部在美國的Tristan公司，生產MagView型號腦磁圖儀，在腦磁圖儀市場占有相當份額，技術可以參見美國專利，專利名稱為high-reslutionmagenetoencephalographysystem,componentsandmethods,專利號為US7197352B2，專利授權時間為2007年3月27日。在先技術具有相當的優點，但是，仍然存在一些本質不足：1）檢測腦磁場裝置所基于的原理為超導量子干涉器件檢測磁場，以磁通量量子化和約瑟夫森隧穿效應兩種物理現象為檢測原理，必需低溫制冷系統，通常采用液氮或液氦制冷，系統結構復雜；2）檢測裝置檢測靈敏度受限于檢測原理和系統構建復雜度，針對腦磁圖檢測的靈活性差；3）裝置體積大，無法實現小型化，構建成本高，檢測磁場空間分辨率有限，影響使用范圍和受益群體體量。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對上述技術的不足，提供一種基于矢量漩渦光束的腦磁圖檢測裝置，具有無需低溫制冷系統、系統結構簡單、便于構建、靈敏度高、檢測信息量大、空間分辨率高、靈活性好、體積小、可實現小型化、功能易于擴充、應用范圍廣等特點。為實現上述目的，本專利技術的技術方案是：一種基于矢量漩渦光束的腦磁圖檢測裝置，包括柔性頭戴結構、原子磁力計探針、信號傳輸線層、信號總線、分析控制部件，其特征在于：所述信號傳輸線層、信號總線、分析控制部件均設置在柔性頭戴結構外側；所述原子磁力計探針構成陣列設置在柔性頭戴結構中，并且每個原子磁力計探針的磁場探測頭朝向柔性頭戴結構內測，所述原子磁力計探針構成陣列通過信號傳輸線層與信號總線連接，信號總線與分析控制部件連接，信號總線將所接收數據傳輸給分析控制部件；所述原子磁力計探針采用光泵浦光檢測堿金屬原子氣體，結合矢量光場與物質相互作用來發揮漩渦光場特性，形成面檢測的基于量子效應的矢量漩渦光束原子磁力計探針，通過原子磁力計探針陣列檢測腦磁場的不同區域磁場，每個原子磁力計探針檢測本區域磁場空間分布，通過漩渦光場奇點進行相對坐標定位，通過矢量光場構建非均勻局域偏振態分布探測光束，進行高分辨率磁場空間分布檢測，腦磁場信息通過分析控制部件進行總體信息拼接與融合，得到所需腦磁場分布及信息。所述基于量子效應的矢量漩渦光束原子磁力計探針包括堿金屬原子氣體室、泵浦光源、主分光鏡、矢量漩渦光場光源、探測分光鏡、偏振分光鏡、第一面陣光電探測器、第二面陣光電探測器、原子磁力計信號處理部件；堿金屬原子氣體室作為磁場探測頭，堿金屬原子氣體室的探測前端設置有寬光譜反射層；泵浦光源出射寬尺寸圓偏振光束經過主分光鏡，投射的泵浦光場從堿金屬原子氣體室后端入射，對堿金屬原子氣體實現極化；矢量漩渦光場光源出射矢量漩渦光場，矢量漩渦光場光源出射光場經過主分光鏡反射，與泵浦光源出射的泵浦光場同光路，在矢量漩渦光場光源和主分光鏡設置有探測分光鏡，矢量漩渦光場光源出射矢量漩渦光場經過堿金屬原子氣體室的探測前端反射后，依次經過主分光鏡和探測分光鏡的反射偏離矢量漩渦光場光源出射光路方向射出；在探測分光鏡反射的偏離矢量漩渦光場光路上設置有偏振分光鏡和第一面陣光電探測器，被探測分光鏡的反射偏離矢量漩渦光場經過偏振分光鏡，偏振分光鏡透射光場照射在第一面陣光電探測器，被偏振分光鏡反射光場照射在第二面陣光電探測器，第一面陣光電探測器和第二面陣光電探測器均與原子磁力計信號處理部件相連接，原子磁力計信號處理部件作為原子磁力計探針信號輸出部件與信號傳輸線層連接。所述的堿金屬原子氣體室中堿金屬為鈉、鉀、銣、銫的任一種。所述的矢量漩渦光場光源為外腔式矢量漩渦光場激光器或有源腔矢量漩渦光場激光器。所述的主分光鏡為光譜分光鏡，對泵浦光源202出射光的透過率高于92%，對矢量漩渦光場光源出射光的反射率高于95%。所述的第一面陣光電探測器和第二面陣光電探測器的面陣光電探測器光場入射窗口處設置有光場波前相位調制層或光場偏振態調制層。所述的第一面陣光電探測器和第二面陣光電探測器的面陣光電探測器為電荷耦合器件或互補金屬氧化物半導體電傳感器。所述的原子磁力計信號處理部件為計算機、單片機、數字信號處理器中的任一種。所述的信號傳輸線層為有線信號傳輸線層或無線信號傳輸線層。所述的分析控制部件為計算機、單片機、數字信號處理器中的任一種。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：1）在先技術所基于的原理為超導量子干涉器件檢測磁場，以磁通量量子化和約瑟夫森隧穿效應兩種物理現象為檢測原理，必需低溫制冷系統，通常采用液氮或液氦制冷，系統結構復雜。本專利技術基于原子量子效應，采用光泵浦光檢測堿金屬原子氣體，利用寬尺寸泵浦光極化堿金屬原子，采用矢量漩渦光束進行檢測，原理上決定裝置不需要低溫制冷系統，并且系統結構簡單、便于構建、靈敏度高；2）在先技術檢測裝置檢測靈敏度受限于檢測原理和系統構建復雜度，針對腦磁圖檢測的靈活性差，裝置體積大，無法實現小型化，構建成本高。本專利技術基于特定新型原子磁力計系統，結合矢量光場與物質相互作用機理，發揮漩渦光場特性，構建面檢測原子磁力計探針，將探針陣列設置在柔性頭戴結構中，全光磁力分析技術，具有系統構建簡單、靈活性好、體積小、可實現小型化、成本低等特點；3）在先技術采用超導量子干涉器件檢測磁場，核心部件為線圈，空間分辨率有限，影響使用范圍。本專利技術腦磁場通過探針陣列檢測不同區域磁場，每個原子磁力計探針檢測本區域磁場空間分布，通過漩渦光場奇點進行相對坐標定位，通過矢量光場構建非均勻局域偏振態分布探測光束，進行高分辨率磁場空間分布檢測，腦磁場信息通過分析控制部件進行總體信息拼接與融合，得到所需腦磁場分布及信息，具有檢測信息量大、空間分辨率高、功能易于擴充、應用范圍廣等特點。附圖說明圖1為本專利技術的基于矢量漩渦光束的腦磁圖檢測裝置結構示意圖；圖2為基于量子效應的矢量漩渦光束原子力計探針結構示意圖。具體實施方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于矢量漩渦光束的腦磁圖檢測裝置，包括柔性頭戴結構(1)、原子磁力計探針(2)、信號傳輸線層(3)、信號總線(4)、分析控制部件(5)，其特征在于：所述信號傳輸線層(3)、信號總線(4)、分析控制部件(5)均設置在柔性頭戴結構(1)外側；所述原子磁力計探針(2)構成陣列設置在柔性頭戴結構(1)中，并且每個原子磁力計探針(2)的磁場探測頭朝向柔性頭戴結構(1)內測，所述原子磁力計探針(2)構成陣列通過信號傳輸線層(3)與信號總線(4)連接，信號總線(4)與分析控制部件(5)連接，信號總線(4)將所接收數據傳輸給分析控制部件(5)；所述原子磁力計探針(2)采用光泵浦光檢測堿金屬原子氣體，結合矢量光場與物質相互作用來發揮漩渦光場特性，形成面檢測的基于量子效應的矢量漩渦光束原子磁力計探針，通過原子磁力計探針陣列檢測腦磁場的不同區域磁場，每個原子磁力計探針（2）檢測本區域磁場空間分布，通過漩渦光場奇點進行相對坐標定位，通過矢量光場構建非均勻局域偏振態分布探測光束，進行高分辨率磁場空間分布檢測，腦磁場信息通過分析控制部件（5）進行總體信息拼接與融合，得到所需腦磁場分布及信息。

【技術特征摘要】
1.一種基于矢量漩渦光束的腦磁圖檢測裝置，包括柔性頭戴結構(1)、原子磁力計探針(2)、信號傳輸線層(3)、信號總線(4)、分析控制部件(5)，其特征在于：所述信號傳輸線層(3)、信號總線(4)、分析控制部件(5)均設置在柔性頭戴結構(1)外側；所述原子磁力計探針(2)構成陣列設置在柔性頭戴結構(1)中，并且每個原子磁力計探針(2)的磁場探測頭朝向柔性頭戴結構(1)內測，所述原子磁力計探針(2)構成陣列通過信號傳輸線層(3)與信號總線(4)連接，信號總線(4)與分析控制部件(5)連接，信號總線(4)將所接收數據傳輸給分析控制部件(5)；所述原子磁力計探針(2)采用光泵浦光檢測堿金屬原子氣體，結合矢量光場與物質相互作用來發揮漩渦光場特性，形成面檢測的基于量子效應的矢量漩渦光束原子磁力計探針，通過原子磁力計探針陣列檢測腦磁場的不同區域磁場，每個原子磁力計探針（2）檢測本區域磁場空間分布，通過漩渦光場奇點進行相對坐標定位，通過矢量光場構建非均勻局域偏振態分布探測光束，進行高分辨率磁場空間分布檢測，腦磁場信息通過分析控制部件（5）進行總體信息拼接與融合，得到所需腦磁場分布及信息。2.根據權利要求1所述的基于矢量漩渦光束的腦磁圖檢測裝置，其特征在于：所述基于量子效應的矢量漩渦光束原子磁力計探針包括堿金屬原子氣體室(201)、泵浦光源(202)、主分光鏡(203)、矢量漩渦光場光源(204)、探測分光鏡(205)、偏振分光鏡(206)、第一面陣光電探測器(207)、第二面陣光電探測器(208)、原子磁力計信號處理部件(209)；堿金屬原子氣體室(201)作為磁場探測頭，堿金屬原子氣體室(201)的探測前端設置有寬光譜反射層；泵浦光源(202)出射寬尺寸圓偏振光束經過主分光鏡(203)，投射的泵浦光場從堿金屬原子氣體室(201)后端入射，對堿金屬原子氣體實現極化；矢量漩渦光場光源(204)出射矢量漩渦光場，矢量漩渦光場光源(204)出射光場經過主分光鏡(203)反射，與泵浦光源(202)出射的泵浦光場同光路，在矢量漩渦光場光源(204)和主分光鏡(203)設置有探測分光鏡(205)，矢量漩渦光場光源(204)出射矢量漩渦光場經過堿金屬原子氣體室(201)的探測前端反射后，依次經過主分光鏡(203...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高秀敏，曾祥堉，王冠學，詹秋芳，張榮福，
申請(專利權)人：上海理工大學，
類型：發明
國別省市：上海,31