Frequenzmodulierte magnetoelektrische Sensorsysteme zur Messung breitbandiger, niederfrequenter biomagnetischer Felder

• Antragsteller: Professor Dr. Norbert Frey; Professor Dr.-Ing. Michael Höft; Professor Dr. Ulrich Stephani; Professor Dr. Bernhard Wagner
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269915679

In dem Projekt sollen mit magnetoelektrischen ME Sensoren erste biomagnetische Signale gemessen werden und damit die Leistungsfähigkeit der Sensoren validiert werden. Im Fokus stehen dabei niederfrequente (unterhalb 100 Hz), breitbandige (größer 20 Hz) Signalverläufe des Herzens, Skelettmuskels oder Gehirns, die mittels Magnetokardiographie (MKG), Magnetomyographie (MMG) bzw. Magnetoenzephalographie (MEG) diagnostisch nutzbar zu machen sind. Um diese Signale messen zu können, wird das Signal-Rausch-Verhältnis der Sensoren gesteigert und ihre Querempfindlichkeiten reduziert. Dazu untersuchen wir neuartige oberfächenmikromechanische MEMS ME Sensoren auf der Basis antiphasig schwingender gekoppelter Resonatoren mit hoher Empfindlichkeit und geringer akustischer Querempfindlichkeit. Die sensornahe Integration eines rauscharmen Verstärkers soll Rauscheinkopplungen unterdrücken. Ebenfalls zur Reduzierung des Rauschuntergrunds wird ein modifiziertes Frequenzumsetzungsverfahren untersucht, mit dem die niederfrequenten biomagnetischen Signale auf die Resonanzfrequenz des Sensors im kHz-Bereich abgebildet werden.Die MEMS ME Sensoren dieses Projekts sollen zunächst zusammen mit geeigneten Sensoren der Projekte P4, P5 und P6 durch Messungen künstlich erzeugter magnetischer Signalverläufe an Phantomen des menschlichen Kopfes und Brustkorbs charakterisiert werden. Um hier möglichst zuverlässige Daten zu Einsatzmöglichkeiten, Sicherheit und diagnostischer Wertigkeit der ME-MKG zu generieren, wird ein realistisches Thoraxmodell mit der entsprechenden Kompartimentierung in Mediastinum, Pleuraraum und der Rumpfwand angefertigt. Für die anschließenden Messungen an Probanden sollen zu Beginn biomagnetische Signale mit hohen Amplituden ausgewählt werden, z.B. die Signale evozierter Muskelaktivität bei etwa 100 pT. Im Anschluss ist es geplant, eine Reihe von Messungen mit sukzessiv schwächeren biomagnetischen Signalen durchzuführen. Dazu gehören getriggerte Herzsignale, Signale der spontan aktiven Skelett-Muskulatur und des Auges (ca. 20 pT) bis hin zum Alpha-Rhythmus im menschlichen Gehirn (ca. 1 pT). Um durch Sampling ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen, liegt der Fokus auf periodischen Signalverläufen

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen