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- 便攜式傳感器可在嘈雜的戶外環(huán)境中檢測生物磁信號
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/8/10
美國研究人員已經(jīng)開發(fā)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(shù)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(xiàn)場分類，腦機接口甚至精確的磁導(dǎo)航中找到應(yīng)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(fā)射斷層掃描（PET）等替代技術(shù)。但是，商用MEG系統(tǒng)操作成本高昂，而且占地面積巨大-同時需要大規(guī)模的磁屏蔽和低溫冷卻系統(tǒng)-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(huán)境中工作的關(guān)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(tǒng)，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(tǒng)�！� “在嘈雜的環(huán)境中，任何諧振系統(tǒng)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(xiàn)問題是因為只能很好地控制磁場反饋，這意味著理論上應(yīng)該在地球大小的磁場中有效的技術(shù)實際上只能在高度受控的磁屏蔽環(huán)境中有效地工作�！拔覀儾恍枰櫞艌龌蛱峁┓答仯驗闇y量的關(guān)鍵在于被動地觀察原子對總磁場的響應(yīng)，” Limes解釋說。
盡管如此，以前的原子磁力計也只能在屏蔽環(huán)境中有效運行。新設(shè)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�！澳梢該碛幸粋�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(nèi)，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(huán)境磁噪聲所淹沒，” Limes告訴《物理世界》。他補充說，當前工作向醫(yī)學成像等實際應(yīng)用的“令人印象深刻的飛躍”來自使兩個傳感器協(xié)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(xiàn)場測試中，原型梯度儀設(shè)備能夠響應(yīng)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(huán)境中進行的，無論是在主鐵路線750 m內(nèi)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(lǐng)域和應(yīng)用，包括手持式或可穿戴式堿基傳感器，” Limes總結(jié)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(wù)，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(yīng)用之間的鴻溝，并為在臨床環(huán)境中用于診斷的成本低廉的便攜式設(shè)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(xiàn)在可以將他們的重點從磁力計開發(fā)轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用的研究�！�
隨著他們的初步研究完成，研究人員現(xiàn)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(xiàn)有的低溫超導(dǎo)量子干擾設(shè)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(tǒng)可以執(zhí)行MEG研究所需的源定位。
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