SQUID生物磁图仪

　　超导量子干涉器件(SQUID)指的是一个超导环与一个或两个约瑟夫逊结的耦合。约瑟夫逊结指的是将两个超导材料分隔开的薄绝缘体,可以显示出约瑟夫逊效应。约瑟夫逊效应指的是产生于夹有薄绝缘层之间的两种超导材料间的超导电流。这是一项曾经荣获诺贝尔物理学奖金的发明。SQUID的应用范围十分广泛。包括用于超高灵敏磁强计、近磁场天线、极微弱电流或电压的测量等方面。

　　SQUID在医学上也已获得了重要的应用。心脏病已与癌并列成为世界上最主要的病症之一,成为人们攻克的主要对象。而脑瘤又成为癌症中的一个主要分支。以往,常常采用侵入法进行诊断或治疗,给病人带来极大的痛苦。近年来,由于超导技术的发展,SQUID的应用也愈来愈广泛。利用SQUID的高灵敏的测磁性能,可以探测出由于病症而发生的微小的生物磁变化。从人体产生的生物磁及其它弱磁场的强度列于表1。

　　从表1可以看出,生物磁一般比地磁、城市杂磁等低10⁵～10¹⁰的数量级,要对其进行测量确实是不容易的事。生物磁的产生是这样的:当生物细胞的内外电流按某一方向流动时,根据电磁定律就在相应的垂直平面上产生一个磁场。因此,在生物体与脑的表面采用SQUID磁强计就可以测出其磁场强度。

　　而对于心肌梗塞症的心磁图测量发现,其R波型发生反转。对于心磁图等的测量最早在1963年,当时就测出了正常人和心脏病患者的心磁图。由于约瑟夫逊效应的发现,1964年以来出现了dc-SQUID和rf-SQUID,使弱生物磁的测量达到了更高的水平。不仅可以测一维,而且可以测三维,其灵敏度也大大提高。

　　1　生物磁测量的难点

　　生物磁属一种微弱磁场,它受人体内在与外界因素的影响而变化。对其测量有如下的难点:1)信号低,杂音比较高;2)生物器官(如脑、心脏)的模型难以建立;3)即使相同的测量结果但产生的原因非常复杂;4)因受多种条件的制约,对于局部处存在多个恰当的分析解。因此,要进行生物磁测量并非是一件容易的。如日本、美国及德国等国均投入大量的力量。

　　2　生物磁测量的相关技术

　　生物磁测量现已成为国际超导应用研究的一个主要内容。也是SQUID应用的最主要方面之一。但要真正普遍性的服务于人类,还必须对下列技术进行深入研究。

　　2.1　探测设计技术

　　要使探头具有高灵敏度、低杂音以及高的可靠性,探头的设计极为重要,最近德国的D.Drung等人提出多回路型的SQUID,其磁场传递效率高,且结构简单。

　　2.2　电磁技术

　　作为SQUID驱动方式,有几种形式。变调型的杂音特性好,但回路大,而直接归还型其回路结构简单,但考虑到波道数,自动调整比较困难。