- 便攜式傳感器可在嘈雜的戶外環境中檢測生物磁信號
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2020/8/10
美國研究人員已經開發出一種便攜式傳感器，該傳感器可以檢測到來自大腦和心臟的微小生物磁信號，而無需使用當前的腦磁圖技術所需要的昂貴的磁屏蔽。這種低成本的裝置足夠小，可以放在背包中，即使在電力線和鐵路附近也可以成功運行，并且可以在現場分類，腦機接口甚至精確的磁導航中找到應用。
磁描記法和腦電圖（MEG和EEG）形式的磁力計可以提供對人腦和心臟功能的重要見識，其分辨率超過功能性MRI和正電子發射斷層掃描（PET）等替代技術。但是，商用MEG系統操作成本高昂，而且占地面積巨大-同時需要大規模的磁屏蔽和低溫冷卻系統-這也限制了它們可用于研究的活動。
在他們的新研究中，但是，物理學家馬克·利姆的Twinleaf和同事的普林斯頓大學都集中在光泵浦原子磁力計來測量生物磁場。它們使用激光使堿金屬蒸氣中的原子自旋相干，隨后測量磁場的存在如何擾動原子，并在感興趣的磁場周圍進行大量磁化。
Limes解釋說，使傳感器能夠在不受控制的環境中工作的關鍵部分在于這種自由進動測量。他說：“許多磁性傳感器都是諧振系統，無論是全光學傳感器還是需要某些磁場操縱（例如施加的射頻）的諧振系統。” “在嘈雜的環境中，任何諧振系統都具有跟蹤磁場的反饋回路，并且通常以顯著的方式限制帶寬。”
出現問題是因為只能很好地控制磁場反饋，這意味著理論上應該在地球大小的磁場中有效的技術實際上只能在高度受控的磁屏蔽環境中有效地工作。“我們不需要跟蹤磁場或提供反饋，因為測量的關鍵在于被動地觀察原子對總磁場的響應，” Limes解釋說。
盡管如此，以前的原子磁力計也只能在屏蔽環境中有效運行。新設計的第二部分涉及將兩個傳感器耦合在一起以形成磁梯度儀。“您可以擁有一個非常好的磁力計，但是在大腦和心臟信號所處的頻率范圍內，磁力計將完全被來自電源線，變壓器甚至本地火車軌道的環境磁噪聲所淹沒，” Limes告訴《物理世界》。他補充說，當前工作向醫學成像等實際應用的“令人印象深刻的飛躍”來自使兩個傳感器協同工作，以便它們“拒絕用作背景噪聲的遙遠共模磁場源，同時保持對附近的生物磁源。”
在現場測試中，原型梯度儀設備能夠響應隨機的聲音刺激，在測試對象的音頻皮層中拾取大腦活動，盡管該實驗是在非屏蔽的自然環境中進行的，無論是在主鐵路線750 m內還是在僅有75 m的電力線。
“我們的傳感器確實是史無前例的，它開辟了一些新的領域和應用，包括手持式或可穿戴式堿基傳感器，” Limes總結道。
“測量源自人類心臟或大腦的生物磁信號是一項艱巨的任務，需要具有卓越靈敏度的磁傳感器，” 阿德萊德大學的物理學家納撒尼爾·威爾遜評論說，他沒有參與本研究。他補充說：“這項工作有效地彌合了桌面實驗與實際應用之間的鴻溝，并為在臨床環境中用于診斷的成本低廉的便攜式設備鋪平了道路。”
加利福尼亞大學伯克利分校的物理學家德米特里·布德克（Dmitry Budker）補充說：“這是向前邁出的非常重要的一步，因為這使飛秒級的磁力計實用化。” 他也未參與本研究。“科學家現在可以將他們的重點從磁力計開發轉向對實際應用的研究。”
隨著他們的初步研究完成，研究人員現在正在尋求提高傳感器的準確性和靈敏度-以便他們可以與現有的低溫超導量子干擾設備（SQUID）MEG檢測器競爭-之后，他們打算制造一種傳感器陣列以證明系統可以執行MEG研究所需的源定位。
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