MyoQuant - Integrierte quantenoptische Magnetometer für Magnetomyographie auf der ISS; TP1: "Anwendungsexploration, Laborexperiment, Infrastruktur zum Test und Demonstrator"

Abstract

An der Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) wurde ein Konzept für ein optisch gepumptes Magnetometer (OPM) entwickelt, dass für die Magnetomyographie (MMG) geeignet ist und gleichzeitig robust gegenüber Störungen durch ambiente Magnetfelder in der Größe des Erdmagnetfelds ist. Dieses Konzept wurde als table-top-Laborprototyp realisiert, erprobt und durch einen Verbundpartner miniaturisiert. Ferner wurde ein mobiler Demonstrator entwickelt. Dieser enthält ein gegen äußere Störungen abgeschirmtes Lasersystem, Optik, Ansteuerungs- bzw. Ausleseelektronik sowie eine mobile Schirmvorrichtung. Letztere wurde speziell für die MMG an Arm- und Beinmuskeln konstruiert und ist mit einem 3-achsigen Spulensystem zur lokalen Feldkontrolle ausgestattet. Es wurde erforscht inwieweit MMG-Messungen in einer mobilen Schirmvorrichtung vergleichbar sind mit MMG-Messungen in einem state-of-the-art magnetisch-geschirmten Raum. Dies zeigte, dass mit etwas erhöhter Messdauer, ähnlich gute Ergebnisse erzielt werden können. Die hierfür eingesetzten kommerziellen OPM waren für diese Messaufgabe nur bedingt geeignet. Entscheidende Defizite sind ihre Bandbreite, Störanfälligkeit durch Hintergrundfelder und ihre begrenzte Richtungswiedergabe von Magnetfeldpulsen. Zur Charakterisierung der Sensoreigenschaften wurde der Demonstrator als mobiler Testaufbau eingesetzt und die Spulenansteuerung so programmiert, dass Magnetfelder in beliebiger Richtung und mit vorgegebener Pulsform innerhalb der mobilen Abschirmung erzeugt werden können. Diese Tests ergaben u.a., dass der hier entwickelte OPM, mit einer Bandbreite von 1 kHz und einer Empfindlichkeit von bis zu 0,3 pT/sqrt(Hz), insbesondere schnellen Signalen deutlich besser folgen kann, als die bisher eingesetzten kommerziellen OPM und somit die Wiedergabetreue deutlich gesteigert werden kann. Darüber hinaus wurden, in Zusammenarbeit mit den externen medizinischen Partnern, weitere Untersuchungen zum besseren Verständnis magnetischer Muskelsignale durchgeführt und publiziert.