醫療衛生領域的發展進步離不開先進的人體檢測技術裝置。生物成像作為醫學檢驗中的重要技術裝置,為醫療診斷提供了準確手段,為患者健康及其家庭帶來福音。因其重大實用價值,具有廣闊的發展前景。當前,隨著人們日益增長的幸福生活追求,致力於生命健康維護的人體醫學檢測技術進步的需求愈發急迫。利用新的技術手段,開發更加高效精準的人體醫學檢測技術裝置,成為有志於服務人類健康事業的組織和機構的使命和責任。
世界生物成像技術發展現狀
在過去幾十年中,生物成像技術呈現快速發展的態勢。因為無創性優勢,其在臨床醫學中具有廣闊的應用前景。目前,主要的生物成像方法包括X射線、核磁共振成像、生物光學成像、放射性核素成像、超聲成像、生物組織質譜成像、電子顯微成像等,各自在不同臨床實踐中應用。
世界各國對生物成像技術十分重視。美國、歐盟、澳大利亞等國家和地區均已開展大規模影像學研究中心的佈局和建設。法國政府科研機構2005年制定大科學計劃,建設大型影像學裝置和平臺,旨在腦科學研究中取得重大突破。歐盟2008年提出歐洲生物醫學影像基礎設施(Euro-BioImaging)聯合平臺計劃,以提供覆蓋生物學和醫學應用的全範圍成像技術。澳大利亞2016年釋出的《國家研究基礎設施路線圖》中也對生物成像設施作出了相應佈局。美國國家科學技術委員會(NSTC)2017年釋出《醫學成像研究和發展路線圖》報告。
我國政府十分重視生物成像技術研究和相關科研設施的建設,提出了建設大型成像設施的要求,優先佈局了“多模態跨尺度生物醫學成像設施”建設專案。
超導量子干涉儀檢測原理及缺陷
超導量子干涉儀(SQUID:Superconducting Quantum Interference Device)在生物磁、地球物理和低場核磁共振等領域已有眾多應用,主要用於極微弱磁場的探測。在低溫DC-SQUID讀出電路研製和測試過程中,SQUID本身存在準備工作時間長、試驗成本高以及輸出訊號易受電磁干擾等問題,尤其是實現低溫超導的液氦是稀缺不可再生資源,嚴重依賴進口,從而極大地影響SQUID的推廣和應用。雖然目前一種SQUID模擬器可根據電路行為模擬方法,實現基於交流調製的磁通鎖定式讀出電路在常溫下的除錯,但是模擬器需要外部訊號發生器配合,整合度不高;而且針對不同特性的SQUID需要對硬體電路進行修改,靈活性較低。
目前一般採用超導量子干涉儀採集心磁訊號和腦磁訊號,透過專業的軟體、演算法對訊號進行處理,並繪製出心磁圖、腦磁圖,來檢測病人的心臟、大腦健康狀況。雖然超導量子干涉儀精度和靈敏度很高,但需要在超低溫超導條件下才能正常工作,且裝置價格昂貴、操作複雜、維護成本高,不便於大規模推廣使用。
基於微磁基礎感測器核心技術人體醫學檢測原理
微磁基礎感測器基於巨磁阻抗效應研發生產。巨磁阻抗效應是指敏感材料在較高頻率電流的激勵下,其敏感材料的阻抗隨外界磁場的變化而顯著變化的現象,簡稱GMI(Giant Magneto-impedance)效應。
巨磁阻抗效應本質與磁化過程密切相關。磁場強度和磁化的概念可表述為:磁場強度H是與磁場中任意點的磁通密度相關聯的一個軸向量。在同一點上的磁場強度H的旋度與散度應同時滿足以下方程:
式中Je為電流密度,D為電通量密度或位移電流,M為該點的磁化強度。
同時,人體中氧化還原反應引起電子的轉移或離子的移動,形成生物電流。由於運動的電荷產生磁場,所以凡產生生物電訊號的部分均產生生物磁訊號。心磁訊號主要來源於心臟組織細胞膜間帶電離子流動產生的電流,是由心臟的電活動引發的。腦磁圖測量的磁場主要來源是大腦皮質錐狀細胞樹突產生的突觸後電位,胎兒心磁相比成人心磁更加微弱。
基於以上巨磁阻抗效應和軸向採集原理研發生產的高精度微磁基礎感測器可以採集磁場變化引起敏感材料的阻抗發生的變化,可檢測甚微弱的生物磁訊號。
基於高精度微磁基礎感測器陣列磁成像技術的應用優勢
基於高精度微磁感測器陣列磁成像技術在醫療領域應用日益廣泛。其利用多通道心磁系統提取的陣列心磁、腦磁、胎兒心磁訊號,可進行磁成像分析,實現心磁、腦磁、胎兒心磁資訊的視覺化分析和指標提取,供醫生解讀。
心磁圖無創性記錄心臟活動產生的電磁場變化,主要記錄由切線方向產生的心磁訊號,因此可以同時檢測交流及直流的磁場訊號,能夠較真實反映心臟的電生理情況。腦磁圖透過非侵入性測量微弱的腦磁場訊號,以供研究腦功能。
人體的磁訊號雖然比電訊號微弱,但是更加穩定。因為人體組織是由非磁性物質組成,不受胸壁、肋骨等介質的干擾,所以結果更加可靠。基於巨磁阻抗效應的高精度微磁基礎感測器屬於國內首創,並首次嘗試應用於人體醫學檢測領域,理論靈敏度可達10fT(1×10-14T),可以測量心磁、腦磁和胎兒心磁,並且完全具有替代SQUID的潛力,將進一步降低醫療成本,顯著提高醫保經費使用效益,併為推廣心磁圖、腦磁圖和胎兒心磁圖的應用做出巨大貢獻。
國創智慧微磁基礎感測器可用於檢測心臟、大腦健康狀況
十九屆五中全會提出“十四五”時期經濟社會發展的主要目標,其中包含“衛生健康體系更加完善”。為實現這一目標,在衛生健康領域進行技術創新,發展先進生物成像技術十分必要。
國創智慧微磁基礎感測器基於巨磁阻抗效應,即磁場變化引起敏感材料的阻抗發生巨大變化的原理,可以檢測微弱的生物磁訊號,是生物成像的創新性技術。
利用國創智慧微磁基礎感測器作為多通道心磁、腦磁或胎兒心磁檢測探頭,將採集的多路心磁、腦磁和胎兒心磁訊號,使用專用配套軟體進行濾波、計算並顯示,繪製成心磁圖、腦磁圖和胎兒心磁圖,從而用於心臟、大腦和胎兒心臟的病理檢測和分析。
國創智慧微磁基礎感測器具有體積小、功耗低、高精度、高靈敏度、高性價比、高可靠性、操作方便等綜合優勢,在心磁和腦磁檢測中均具有廣泛的應用前景。國創智慧已經掌握相關核心技術且需要進一步提升實際應用水平。
進行醫學技術研發是推動國家衛生健康事業發展的內在要求。創新生物成像技術,提高人體醫學檢測技術水平是有志於改變現狀的高科技企業的使命和責任。國創智慧研發生產高精度微磁基礎感測器應用於生物成像,致力於為人體醫學檢測提供新的解決方案,助力醫學實踐發展進步,服務衛生健康事業,受到行業合作伙伴廣泛關注和認可。