Electric activity of cardiac muscles generates magnetic fields. Magnetocardiography (or MCG) technology, measuring these magnetic signals, can provide useful information for the diagnosis of heart diseases. It is already about 40 years ago that the first measurement of MCG signals was done by D. Cohen using SQUID (superconducting quantum interference device) sensor inside a magnetically shielded room. In the early period of MCG history, bulky point-contact RF-SQUID was used as the magnetic sensor. Thanks to the development of Nb-based Josephson junction technology in mid 1980s and new design of tightly-coupled DC-SQUID, low-noise SQUID sensors could be developed in late 1980s. In around 1990, several groups developed multi-channel MCG systems and started clinical study. However, it is quite recent years that the true usefulness of MCG was verified in clinical practice, for example, in the diagnosis of coronary artery disease. For the practical MCG system, technical elements of MCG system should be optimized in terms of performance, fabrication cost and operation cost. In this review, development history, technical issue, and future development direction of MCG technology are described.
Kim, J.E.;Gohel, Bakul;Kim, K.;Kwon, H.;An, Kyung-min
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.17
no.4
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pp.34-37
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2015
Developing Magnetoencephalography (MEG) based on Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) facilitates to observe the human brain functions in non-invasively and high temporal and high spatial resolution. By using this MEG, we studied alpha rhythm (8-13 Hz) that is one of the most predominant spontaneous rhythm in human brain. The 8-13 Hz rhythm is observed in several sensory region in the brain. In visual related region of occipital, we call to alpha rhythm, and auditory related region of temporal call to tau rhythm, sensorimotor related region of parietal call to mu rhythm. These rhythms are decreased in task related region and increased in task irrelevant regions. This means that these rhythms play a pivotal role of inhibition in task irrelevant region. It may be helpful to attention to the task. In several literature about the alpha-band inhibition in multi-sensory modality experiment, they observed this effect in the occipital and somatosensory region. In this study, we hypothesized that we can also observe the alpha-band inhibition in the auditory cortex, mediated by the tau rhythm. Before that, we first investigated the existence of the alpha and tau rhythm in occipital and temporal region, respectively. To see these rhythms, we applied the visual and auditory stimulation, in turns, suppressed in task relevant regions, respectively.
For sensitive measurements of micro-Tesla nuclear magnetic resonance (${\mu}T$-NMR) signal, a low-noise superconducting quantum interference device (SQUID) system is needed. We have fabricated a liquid He dewar for an SQUID having a large diameter for the pickup coil. The initial test of the SQUID system showed much higher low-frequency magnetic noise caused by the thermal magnetic noise of the aluminum plates used for the vapor-cooled thermal shield material. The frequency dependence of the noise spectrum showed that the noise increases with the decrease of frequency. This behavior could be explained from a two-layer model; one generating the thermal noise and the other one shielding the thermal noise by eddy-current shielding. And the eddy-current shielding effect is strongly dependent on the frequency through the skin-depth. To minimize the loop size for the fluctuating thermal noise current, we changed the thermal shield material into insulated thin Cu mesh. The magnetic noise of the SQUID system became flat down to 0.1 Hz with a white noise of 0.3 $fT/{\surd}Hz$, including the other noise contributions such as SQUID electronics and magnetically shielded room, etc, which is acceptable for low-noise ${\mu}T$-NMR experiments.
Park, Jong-Duk;Huh, Young;Jin, Seung-oh;Jeon, Sung-chae
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.54
no.11
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pp.680-688
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2005
The electrical current generated by heart creates not only electric potential but also a magnetic field. We have observed electrophysiological phenomena of the heart by measuring components of magnetocardiogram(MCG) using 61 channel superconducting quantum interference device(SQUD) system. We have analyzed the possibility and characteristics of MCG parameters for diagnosis of ischemic heart disease. A technique for automatic analysis of MCG signals in time domain was developed. The methods for detecting the position, the interval, the amplitude ratio, and the direction of single current dipole were examined in the MCG wave. The position and interval parameters were obtained by calculating the gradients of a envelope curve which could be formed by the difference between the maximum and minimum envelope of multi-channel MCG signals. We show some differences of the frequency contour map between the normal MCG and the abnormal (ischemic heart disease) MCG. The direction of single current dipole can be defined by rotating the magnetic field according to Biot-Savart's law at each point of MCG signals. In this study, we have examined the direction of single current dipole from searching for the centroids of positive and negative magnetic fields. The amplitude ratio parameters for measuring 57 deviation consisted of A$_{T}$/A$_{R}$ and other ratios. and We developed a new analysis method, which is based on the frequency contour map of electromagnetic field. Using theses parameters, we founded significant differences between normal subjects and ischemic patients in some parameters.
Objectives : Human physiological changes in the state of qigong has been measured using EEG(Electroencephalography), functional MRI(functional Magnetic Resonance Image), EAV(Electro-Acupuncture according to Voll) and SQUID(Superconducting Quantum Interference Device) measurements. Methods & Results : EEGs were measured to study the differences between Qigong masters and Qi receiver on the changes of EEG. During Qigong, an alpha waves were increased. The power spectra indicate that the peak frequency of alpha waves increased during Qigong. Qi receiver's EEG signals seemed to affected by the state of himself. Brain activation did not observed when qigong master concentrates the Qi at Laogong(P8). But a localization of fMRI signal in the sensory cortex was observed by electric acupuncture stimulation at Laogong(P8). Five phase deviation of EAV were clearly changed in the both cases of Qigong master and Qi receiver. When a Qigong master concentrates the Qi at Yintang, Laogong(P8), Qihai(CV6) meridian points during Qigong state, the change of magnetic field around acupoints Yintang, Laogong points has been measured using 40-Channel DROS-SQUID apparatus. After smoothing process of the continuously measured magnetic signal around acupoints for a few minutes, we could observe that a series of peaks, magnitude of -1.0~2.5pT appeared. But there was no significant difference in changes of magnetic signal around acupoints. Physical signals of magnetocardiogram has been measured by using 2-Channel DROS SQUID(Magnetocardiogram). Physical signals of magnetocardiogram were clealy changed at the ST segments after S-wave when qigong master concentrates the Qi.
Magnetic properties and crystallographic properties of $Cu_{0.95}Ge_{0.95}Fe_{0.1}O_3$ were studied by using x-ray diffraction, superconducting quantum interference device (SQUID) and Mossbauer spectroscopy. Our sample has orthorhombic structure and the lattice constants are a = 4.795 $\AA$, b = 8.472 $\AA$, c = 2.932 $\AA$. The spin-Peierls (SP) transition temperatures of our sample is 13 K. The Mossbauer spectra consisted with two Zeeman sextets and one doublet due to $Fe^{3+}$ions. The Zeeman sextets come from tetrahedral $Fe^{3+}$ions and the doublets come from octahedral $Fe^{3+}$ions. The jump up of magnetic hyperfine field of 2nd Zeeman sextet and the increasing of the values of quadrupole splitting and isomer shift of doublet below SP transition temperature could be interpreted related with the atomic displacements. The N el temperature is 715 K, the Debye temperature are 540 K for octahedral site and 380 K for tetrahedral site, respectively.
Kim, Kiwoong;Lee, Yong-Ho;Hyukchan Kwon;Kim, Jin-Mok;Kang, Chan-Seok;Kim, In-Seon;Park, Yong-Ki
Progress in Superconductivity
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v.4
no.1
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pp.42-47
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2002
Measuring magnetic fields with a SQUID sensor always requires preliminary adjustments such as optimum bas current determination and flux-locking point search. A conventional magnetoencephalography (MEG) system consists of several dozens of sensors and we should condition each sensor one by one for an experiment. This timeconsuming job is not only cumbersome but also impractical for the common use in hospital. We had developed a serial port communication protocol between SQUID sensor controllers and a personal computer in order to control the sensors. However, theserial-bus-based control is too slow for adjusting all the sensors with a sufficient accuracy in a reasonable time. In this work, we introduce programmatic control sequence that saves the number of the control pulse arrays. The sequence separates into two stages. The first stage is a function for searching flux-locking points of the sensors and the other stage is for determining the optimum bias current that operates a sensor in a minimum noise level Generally, the optimum bias current for a SQUID sensor depends on the manufactured structure, so that it will not easily change about. Therefore, we can reduce the time for the optimum bias current determination by using the saved values that have been measured once by the second stage sequence. Applying the first stage sequence to a practical use, it has taken about 2-3 minutes to perform the flux-locking for our 37-channel SQUID magnetometer system.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.08a
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pp.183-183
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2011
Multiferroic materials have been widely studied in recent years, because of their abundant physics and potential applications in the sensors, data storage, and spintronics. $BiFeO_3$ is one of the well-known single-phase multiferroic materials with $ABO_3$ structure and G-type antiferromagnetic behavior below the Neel temperature $T_N$ ~ 643 K, but the ferroelectric behavior below the Curie temperature $T_c$~1,103 K. In this study, the $BiFe_{1-x}Ni_xO_3$ (x=0 and 0.05) bulk ceramics were prepared by solid-state reaction and rapid sintering with high-purity $Bi_2O_32$, $Fe_3O_4$ and NiO powders. The powders of stoichiometric proportions were mixed, as in the previous investigations, and calcined at 450$^{\circ}C$ for $BiFe_{1-x}Ni_xO_3$ for 24 h. The obtained powders were grinded, and pressed into 5-mm-thick disks of 1/2-inch diameter. The disks were directly put into the oven, which has been heated up to 800$^{\circ}C$ and sintered in air for 20 min. The sintered disks were taken out from the oven and cooled to room temperature within several min. The phase of samples was checked at room temperature by powder x-ray diffraction using a Rigaku Miniflex diffractometer with Cu K${\alpha}$ radiation. The Raman measurements were carried out by employing a hand-made Raman spectrometer with 514.5-nm-excitation $Ar^+$ laser source under air ambient condition on a focused area of 1-${\mu}m$ diameter. The field-dependent magnetization measurements were performed with a superconducting quantum-interference-device magnetometer.
We report the crystallographic and magnetic properties of $Ni_{0.3}Fe_{0.7}Ga_2S_4$ by means of X-ray diffractometer (XRD), a superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer, and a M$\ddot{o}$ssbauer spectroscopy. In particular, $Ni_{0.3}Fe_{0.7}Ga_2S_4$ was studied by M$\ddot{o}$ssbauer analysis for evidence of spin reorientation. The chalcogenide material $Ni_{0.3}Fe_{0.7}Ga_2S_4$ was fabricated by a direct reaction method. XRD analysis confirmed that $Ni_{0.3}Fe_{0.7}Ga_2S_4$ has a 2-dimension (2-D) triangular lattice structure, with space group P-3m1. The M$\ddot{o}$ssbauer spectra of $Ni_{0.3}Fe_{0.7}Ga_2S_4$ at spectra at various temperatures from 4.2 to 300 K showed that the spectrum at 4.2 K has a severely distorted 8-line shape, as spin liquid. Electric quadrupole splitting, $E_Q$ has anomalous two-points of temperature dependence of $E_Q$ curve as freezing temperature, $T_f=11K$, and N$\acute{e}$el temperature, $T_N=26K$. This suggests that there appears to be a slowly-fluctuating "spin gel" state between $T_f$ and $T_N$, caused by non-paramagnetic spin state below $T_N$. This comes from charge re-distribution due to spin-orientation above $T_f$, and $T_N$, due to the changing $E_Q$ at various temperatures. Isomer shift value ($0.7mm/s{\leq}{\delta}{\leq}0.9mm/s$) shows that the charge states are ferrous ($Fe^{2+}$), for all temperature range. The Debye temperature for the octahedral site was found to be ${\Theta}_D=260K$.
Park Jin-Bum;Koh Dongwan;Park Young Ju;Oh Hyoung-taek;Shinn Chun-Kyo;Kim Young-Mi;Park Il-Woo;Byun Dong-Jin;Lee Jung-Il
Korean Journal of Materials Research
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v.14
no.4
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pp.235-238
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2004
The LT-MBE (low temperature molecular beam epitaxy) allows to dope GaAs with Mn over its solubility limit. A 75 urn thick GaMnAs layers are grown on a low temperature grown LT-GaAs buffer layer at a substrate temperature of $260^{\circ}C$ by varying Mn contents ranged from 0.03 to 0.05. The typical growth rate for GaMnAs layer is fixed at 0.97 $\mu\textrm{m}$/h and the V/III ratio is varied from 25 to 34. The electrical and magnetic properties are investigated by Hall effect and superconducting quantum interference device(SQUID) measurements, respectively. Double crystal X-ray diffraction(DCXRD) is also performed to investigate the crystallinity of GaMnAs layers. The $T_{c}$ of the $Ga_{l-x}$ /$Mn_{x}$ As films grown by LT-MBE are enhanced from 38 K to 65 K as x increases from 0.03 into 0.05 whereas the $T_{c}$ becomes lower to 45 K when the V/III ratio increases up to 34 at the same composition of x=0.05. This means that the ferromagnetic exchange coupling between Mn-ion and a hole is affected by the growth condition of the enhanced V/III ratio in which the excess-As and As-antisite defects may be easily incorporated into GaMnAs layer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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