IT8149023A1

IT8149023A1 - Perfezionamento nei dispositivi per misure biomagnetiche utilizzanti gradiometri a seconda derivata

Info

Publication number: IT8149023A1
Application number: ITRM1981A049023A
Authority: IT
Original assignee: Consiglio Nazionale Ricerche
Priority date: 1981-07-31
Filing date: 1981-07-31
Publication date: 1983-01-31
Also published as: US4523147A; DE3228145A1; FR2512965A1; IT1171429B; IT8149023A0; FR2512965B1

Description

hi 49U23 A/H'I

_ _ DESCHI ZI ONE _

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione avente per titolo:

"Perfezionamento nei dispositivi per misure biomagnetiche utilizzanti 'gradiometri a seconda derivata"

?Richiedente: CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE Inventori: Silvano D'ANGELO, Ivo MODENA e

l/> Gian Luca ROMANI 1 o Ci * I? <?

-o C-?- r?\-RIASSUNTO os ^

<1 Lll ? < N, j Dispositivo di bilanciamento fine per gra- M < co \ - J - - - r ?*=?" > ' *"? I , ? ? i diometri del tipo a tre bobine, comprendente un sup- -? o P ' ' 7 ^ ^ porto per le dette bobine diviso in due elementi, di ? 7 ' ? ~ ~ _? ~ ? !cui il primo reca la bobina centrale ed una delle bo- ?> bine estreme, mentre il secondo supporta.11altra bo_-I

bina ed ? fornito di mezzi per determinare a comando lo spostamento coassiale micrometrico dell'elemento stesso rispetto all' altro, cos? da variare la distanza tra i piani delle bobine stesse , ed ottenere il bilanciamento voluto .

La presente invenzione riguarda la misura

di segnali magnetici deboli immersi in un rumore di fondo avente una intensit? molto maggiore-. Pi? precr?samente, l'invenzione si riferisce ad un di spositivo

I \

che consente il bilanciamento perfetto di un gradioi

metro a seconda derivata. _ i

Ne gl i ulti mi gimi. si e accresciuto l ?intere s- _ se per le misure dei segnali magnetici generati dalla

attivit? fi aiolo gica di vari organi del corpo umano.

Tali misure sono state rese possibili dalla messa a

Ipunto di strumentazione superconduttrice di sufficien-Q. te sensibilit?. Il sensore magnetico utilizzato ? un C/? 5 magnetometro superconduttore o "SQUip". Questi rive- ?

< i O % latori hanno una sensibilit? estremamente elevata i o o % oc fino a 10 ^ Tesla / Hz nell 1intervallo di f requen-;NJ < za de 20KHz. D'altra parte, per esempio, i ampi neu- c? ~ ? ! ?12

romagnetici sono estremamente deboli da 10 T di am- 5 5 ?

OC

< piezza per i segnali pi? forti dell?attivit? sponta- CQ ?i c nea a meno 10 ^ Tesla per 1 segnali neuromagnetici

evocati. Tali valori sono inferiori di molti ordini

;di grandezza sia al campo magnetico terrestre sia ai

disturbi magnetici urbani dovuti essenzialmente a spostamenti di grosse masse ferromagnetiche (ascensori ^

macchine ecc. ) sia al campo magnetico prodotto dalla

re te di alimentazione.

_ _ Il problema. ? _ dunque quello _di_mi sur are_ sere

Ugnali estremamente deboli^ in ambienti _il cui rumore^.

i magnetico di fondo " ? molti ordini_di_ grandezza supe-? j

ri ore ai segnali st?ssi. _ _

_ Per potere estrarre il segnale da misurare

" ^ ~ ? ' . "1

da questo fondo di^ rumore cos? grande vi sono due vie possibili da seguire, una fe quella di lavorare in_ambienti magneticamente schermati , l'altra ? quella di

fare una reiezione spaziale con un gradiometro a seconda derivata - ? ! ?*._ ?_ Scopo dell* invenzione , ? quello dd_realiz- **_ _ zare un dispositivo atto a migliorare la reiezione diQ j^^ canapi a gradiente costante, con l'uso di un gradiome- Q 2_C < [Zi 06 tro a tre bobine <

; M < cc 1 . * ? 1 _ _ .Secondo l' Invenzione, si prevede un dispo- f> _ c sitivo che consente di compensare la differenza delle

Q? < distanze tra i piani delle tre bobine mediante lo spo- C?O ol a stamento fine (effettuabile, dall 'esterno del criostato) .di lina delle due. bobine estreme. A tal fine, le J_-? tre. bobine non sono avvolte su un unico .supporto co-_ me normalmente avvi e.ne.,_. bens? ..t ale supporto .?... diviso? in due. parti mobili_l/una._risp.etto ..all '-altra. _Su_di.?_ una parte_ sono, avvolte la bobina centrale e.d una- deiile due .bobine estreme ,_men_t re_la_ seconda supporta

_1_' altra bobina e pu? esse re sp o stat a co as s i alme nt e

in modo micrometrico . _ _

L 'invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni allegati , _che_ rappresentano, a ti-?

tolo illustrativo e non gi? limitativo _una.preferi.ta

forma di esecuzione dell 'invenzione stessa.

Nei disegni:

- la figura 1 ? lo schema generale della

f

strumentazione,

- la figura 2 ? lo schema del gradiometro ? !

!

a seconda derivata bilanciabile ,

i

| - la figura 3 ? la vista dall'alto di un

!

gradiometro munito del di spositivo secondo l'inven- 4 o ? I < * ?

zione , 1 * | ? u , /

? le figure 3 A e 3B rappres?ntano le viste * ^ <

! W ? ? i Q O ? in sezione secondo i piani A-A e B-B di figura 3/ % ? O

- la figura 3C ? la vista in sezione secon- N sr ? c do il piano C-C di figura 3A, ?9 * 2

? la figura 3D ? la vista in sezione secor .do ? ? ;

i 03 ! il piano D-D di figura 3A, j d> /

- la figura 4 mostra il particolare dei du ie ^ ?

pezzi costituenti il supporto delle bobine ,

- la figura 5 rappresenta il particolare

dell' asta di comando dello spostamento della bobina

superiore, |

- la figura 6 mostra il ?particolare di una

delle aste di compensazione degli assi x ed y,

- la figura 7 mostra il particolare del- -

l 'asta di compensazione dell' asse z.

?

- la figura 8 ? un diagramma di confronto _ tra gli spettri di tumore all'uscita di un magnetomettro convenzionale, paragonato con un magnetometro secondo l' invenzione.

Con riferimento alla figura 1 ? il

| metro a seconda derivata costituisce l 'avvolgimento t primario di un trasformatore di flusso magnetico f

| il secondario dei^quale h co istituito da una bobina L di accoppiamento con il magnetometro superco -ndutt -or ?e o "SQUID11. Tutta questa parte del aenBore e conterai! ?!

6 % %. ta in un criostato 1 ed inane rea in un bagno di elioni r-3 ? or. ; liquido E alla temperatura di 4,2 K. Il gradiometro* rv 1 < oc I o-i ~ , _ propriamente detto 2 h costituito da tre bobine av^ > a ?O Q CN

; volte in serie , coassiali e normalmente aventi area5 uguale e numero di spire N, 2N, N rispettivamente,

q? come si vede in figura 2, in cui le bobine Bono in- -I dicate con 3 >4>5. Le tre bobine giacciono su piani ! equidistanti (distanza tra i piani pari ab). Il funzionamento del gradiometro ? basato sul fatto

che la bobina centrale 4 (2N spire) ? avvolta in ver so opposto alle due bobine estreme 3 e 5 (N spire ciascuna) . Tale configurazione ha la propriet?, qua- ? lora venga posta in un campo magnetico esterno, di avere un flusso magnetico totale concatenato pari a zero se il campo ? spazialmente costante o dotato di gradiente costante. Quando tale condizione ? raggiunta si dice che il gradiometro ? perfettamente bilanciato.

*

? Tn pratica 11 flusso concatenato non ? mal

i rigoro samente nullo, ci? essendo dovuto al limiti de 1l?

la realizzazione meccanica degli avvolgimenti. Da al-^cuni autori sono stati oroposti si stemi di bilancia- i

mento fine di vario genere, tutti finalizzati ad ottenere un bilanciamento ottimale unicamente rispetto

j. , j < \ ' ad un campo magnetico costante. Il pinciplo base comu- .?? 1 i | < \ ne a tali sistemi consiste comunque nell'uso di pie- ? . \ t ? 1 O " L , j ec * z- ?? -< cole spire o lastre di materiale superconduttore, o-n- O 0 ? f '

portunamente posizionabili , con comando esterno al 4 UJ m ? ? -N 4 CO criostato , tra i piani delle bobine. Nessun tentati- ej

i -g -o % vo e stato mai fatto per migliorare il bilanciamento ? ; ' del gradiometro anche ri spetto al gradiente del camp 1o . ? 5

?? per quanto risulta agli inventori . C | Una rappresentazione dell'invenzione e mostrata nelle figure da 3 a 3D dove ? riportata una

) !

serie di disegni dettagliati mostranti sia il gradio

i . 1

1 1 / metro vero e proprio, sia il meccanismo per il bilanj

elemento fine, secondo l 'invenzione.

1 II supporto delle tre bobine ? l'insieme

1

dei pezzi 6 e 7 mentre 8 ? il blocco di supporto dei - - : - ? , -comandi di bilanciamento. Il pezzo 6 si prolunga in ;

1

alto con 9 e mediante la spina 10 ? bloccato a 8. I

pezzi 6,7 ? 8 hanno quattro fori 11,12,13,14 allineati nei tre dove le aste d?i comandi 15,16,17?18. Le asta 16,17,18 che comandano i bilanclamenti degli assi x, y, z sono costituite da quattro pezzi, il superiore dei quali si innesta

nella chiave quadra (22 di figura 6 e 7) ed esce in !

I ! ialto all?esterno del criostato per permettere il co-'

j ; ? ! . mando manuale; tale pezzo superiore non e rappresenta-^ i

- t-o nelle figure da 3 & 33, ma solo schema-tizza-to in 5?-s=r oc figura 1. Il secondo pezzo, uguale per le tre (23 in O z 5 ! - ; ? | o figura 6 e 7) ? filettato , si innesta nelle filetta- y ? <5 ture 19,20,21 e converte in movimento alto-basso il '? ao <K> iO o movimento di rotazione impresso dall* e sterno. Il ter- ? CN NJ

oc zo pezzo (24 in figura 6 e 7), pure uguale per le tre** !aste, ? un cilindro spaccato fino a 3/4 della sua ] J lungh"ez-za che si agg-ancia, con una scr?an-alatura che

! i jpermette la libera rotazione, al 23. Uno spinotto 25

! blocca il pezzo alla parte terminale 26 (o 27) e sporge in una asola del pezzo 8 in modo da non permettevi ire la rotazione e di lasciare libero, invece, il movi mento alto-basso. L'ultimo pezzo ? lo stesso per le aste 16 e 17 che servono per il bilanciamento degli

assi x ? y ed ? il 26 in figura 6 e 7. Esso h un'a- ? sticciola con la parte terminale in basso fresata verticalmente fino a lasciare solo ina mezzo cilindro di

? altezza 12 mm sulla cui faccia piana ? incollata una L

lastrina rettangolare di piombo.

Per l'asta 18, compensatrlce dell' asse z,

il quarto pezzo differisce solo nella parte terminal .e

che non ? fresata e porta la lastrina di piombo, eli ??^

lare, incollata sul fondo. Per tutte tre ? aggiunta

una molletta (28) ricavata da un cilindro tagliato

ad elementi elastici verticali che non permette osci Ila zio ni dell'asta nel foro del blocco 6. s |

?u* B t/i ! L 'asta 15 serve invece per aggiustare la < 1 1

distanza della bobina superiore da quella centrale.

^Essa ? rappresentata in figura 5. Il pezzo 29, anale

i g ? tu ? as i Z -- go ai 23* ? per? a doppia filettatura: la superiore < K. - _

1 <* > -si avvita ?i pezzo 8 come le altre, quella inferiore ? o > l 11 < ^ ^ w nel pezzo 30 che ? impedito nella rotazione dallo spi- M 1 f 2 notto 25. Tale spinotto serve anche a collegare la se- ^

c |de cilindrica 30 con l'asta 31 e quest 'ultima ? aw:

!

' tata e incollata al 7. Con la rotazione dell'asta i O RM superiore si pu? spostare verticalmente il supporto TE ! A ? ?7 rispetto a 6 con una velocit? (per giro) che ? la

i

differenza dei passi delle filettature del pezzo 29 ,

>

!

ottenendo in tal modo una regolazione pi? fine che

I

non quella delle altre tre aste.

! Il sicuro migl io ??????? to ottenuto non quasto sistema di bilanciamento aaaiuntivo h dimostrata

;

dallo spet tro di rumore registrato all?uscita del magneto metro che ? il parametro pi? sicuro per giudi c --a--- -re la bont? del bi lane lamento del gradiometro a pari-? t? delle altre condizioni. I

In__figura__8 sono riportati i due spettri di rumore misurati all Uscita del magnetometro , prima e dopo l?applicazione del sistema qui illustrato.'

a.

L?aver BpQBtato l?inizio del rumore 1/f da vi circa 10 H a 0,4 H b molto importante per le misu- O i z z ;o * 2 re di biomagnetiamo. Le prestazioni dell'attrezzatu- ? O Q-| . < ?j oc ra cos? ottenuta aono attualmente le migliori in can^ e.? * :^ < co po mondiale per strumenti che utilizzino gradiometri ~ ? j 2 C ?N' a seconda derivata? Pertanto 1 invenzione deaeri tta

fX risulta estremamente utile nelle attrezzature di mi-03 aura a scopi clinici. Poich? attualmente sono gi? pradotti commercialmente parecchi per misure biomagnetiche utilizzanti gradiometri a seconda derivata mu?

? ! ulti di bilanciamento per il Bolo campo costante, la possibilit?, dimostrata dalla e invenzione, di

bile sia di sicuro interesse industriale.

.

L* serve attualmente per mil surare sorgenti di segnali magnetici di tipo biologi

co e l?uso dell'Invenzione qui descritta ha portato, V ~ ^ ' - - ? f come gi? si b detto, ad un notevole miglioramento del

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo di bilanciamento fine per gradiometri a seconda derivata a tre bobine, caratteri zzato dal fatto di comprendere un supporto per le dette bobine diviso in due elementi, e

di mezzi per determinare a comando un moto relativo di scorrimento micrometrico dei due elementi stessi

2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 t caratterizzato dal fatto che i detti due elementi di supporto sono coassiali , ed il primo di detti eiementi reca la bobina centrale ed una delle bobine estreme , mentre il secondo supporta l?alt ra bob! na,

cosi da ottenere uno spostamento micrometrico della distanza del piani di una delle bobine estreme rispetto a quella centrale , e determinare conseguentemente il bilanciamento voluto.

a

3. Dispositivo secondo le rivendicazioni IO < il e 2, caratterizzato dal fatto che 1 detti mezzi di O UJ fife' spostamento mi crome trio? sono costituiti da uno stelo O ^

Q U

< recante due zone filettate con passo diverso , colle- 2 ? N gato con un elemento a moto alternativo solidale con >

-G -il supporto cosi da convertire il moto di rotazione dell'asta superiore in un moto di scorrimento verti <

m O) cale micrometrico , derivante dalla differenza dei c 'passi delle dette filettature.

4. Dispositivo secondo le rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che il detto steilo a filettatura differenziata agisce sul supporto

della bobina superiore, cosi da variare la distanza

tra il piano di quest 'ultima rispetto alla bobina centrale.

5 . Dispositivo di bilanciamento fine per gradiometri a seconda derivata, secondo le_ ri vendica?

| zioni_ da JLa 4, sostanzialmente come . descritto ed _ i