Frequency-modulated magnetoelectric sensor systems for the measurement of broadband, low-frequency biomagnetic fields

• Applicants: Professor Dr. Norbert Frey; Professor Dr.-Ing. Michael Höft; Professor Dr. Ulrich Stephani; Professor Dr. Bernhard Wagner
• Subject Area: Synthesis and Properties of Functional Materials
• Term: from 2015 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 269915679

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

Mit der Oberflächenmikromechanik-Technologieplattform wurden ME-Sensoren hergestellt, die in Umgebungsluft eine Bandbreite größer als 20 Hz aufwiesen und damit diesbezüglich die biomagnetischen Anforderungen erreichten. Darüber hinaus wurden lateral gekoppelte Resonatorstrukturen konzipiert und gefertigt, deren anti-phasiger Mode besonders unempfindlich gegenüber Vibrationen und Schalleinflüssen ist. Eine Untersuchung von Patienten mit Linksschenkelblock mit dem SQUID-MKG gelang durch Ausfall des zu Antragsstellung noch verfügbaren SQUID-Sensors nicht. Stattdessen wurden kommerziell verfügbare ungekühlte Magnetsensoren angeschafft und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit zur Magnetokardiographie innerhalb und außerhalb der geschirmten Kammer untersucht. Aufgrund der geringeren räumlichen Auflösung der Sensoren im Vergleich zum SQUID-MKG erfolgte eine Transition der Fragestellung. Es wurden erste Untersuchungen zur Periodik des gut detektierbaren QRS-Komplexes unternommen. Auch die vorgesehenen MMG-, MOG- und MEG-Messungen bei Probanden und Patienten mit Absence-Epilepsie wurden durch die Verzögerungen bei der Entwicklung hinreichend sensitiver ME-Sensoren beeinträchtigt: stattdessen wurden SQUID- und EEG-Messungen erhoben und verwendet. Die Zielrichtung dieses Teiles des Projektes wurde stärker in Richtung auf Datenauswertung und Quellenanalyse verschoben, wobei hinsichtlich der Quellenanalyse in Zusammenarbeit mit dem PAK-Projekt P7 wesentliche Verbesserungen der Algorithmen zur Lösung dynamischer Inverser Probleme erzielt werden konnten.

Publications

• „The choice of the source space and the Laplacian matrix in LORETA and the spatiotemporal Kalman Filter EEG inverse methods”, 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Mailand, pp. 2745-2749, 2015
  N. Habboush, L. Hamid, N. Japaridze, G. Wiegand, U. Heute, U. Stephani, A. Galka, M. Siniatchkin
  
• „The performance of the spatiotemporal Kalman Filter and LORETA in seizure onset localization”, 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Mailand, pp. 2741-2744, 2015
  L. Hamid, M. Sarabi, N. Japaridze, G. Wiegand, U. Heute, U. Stephani, A. Galka, M. Siniatchkin
  
• „Comparison of Reference Sensors for Noise Cancellation of Magnetoelectric Sensors”, IEEE Sensors Conference, Orlando, USA, 2016
  J. Reermann, C. Bald, S. Salzer, P. Durdaut, A. Piorra, D. Meyners, E. Quandt, M. Höft, G. Schmidt
  
• “Improved Magnetic Frequency Conversion Approach for Magnetoelectric Sensors”, IEEE Sensors Letters, Vol. 1, No. 3, 2017
  P. Durdaut, S. Salzer, J. Reermann, V. Röbisch, J. McCord, D. Meyners, E. Quandt, G. Schmidt, R. Knöchel, M. Höft
  
• „Evaluation of magnetoelectric sensor systems for cardiological applications”, Measurement, Vol. 116, pp. 230-238, 2017
  J. Reermann, P. Durdaut, S. Salzer, T. Demming, A. Piorra, E. Quandt, N. Frey, M. Höft, G. Schmidt
  
• „Generalized Magnetic Frequency Conversion for Thin Film Laminate Magnetoelectric Sensors”, IEEE Sensors Journal, Vol. 17, No. 5, pp. 1373-1383, 2017
  S. Salzer, P. Durdaut, V. Röbisch, D. Meyners, E. Quandt, M. Höft, R. Knöchel
  
• „Noise of a JFET Charge Amplifier for Piezoelectric Sensors”, IEEE Sensors Journal, Vol. 17, No. 22, pp. 7346-7371, 2017
  P. Durdaut, V. Penner, C. Kirchhof, E. Quandt, R. Knöchel, M. Höft
  
• „Source reconstruction via the spatiotemporal Kalman filter and LORETA from EEG time series with 32 or fewer electrodes”, 39th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Jeju Island (Korea), pp. 2218-2222, 2017
  L. Hamid, A. Al Farawn, I. Merlet, N. Japaridze, U. Heute, U. Stephani, A. Galka, F. Wendling, M. Siniatchkin
  
• „Spatial projection as a preprocessing step for EEG source reconstruction using spatiotemporal Kalman filtering”, 39th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Jeju Island (Korea), pp. 2213-2217, 2017
  L. Hamid, A. Al Farawn, I. Merlet, N. Japaridze, U. Heute, U. Stephani, A. Galka, F. Wendling, M. Siniatchkin
  
• „Thermal-Mechanical Noise in Resonant Thin-Film Magnetoelectric Sensors”, IEEE Sensors Journal, Vol. 17, No. 8, pp. 2338-2348, 2017
  P. Durdaut, S. Salzer, J. Reermann, V. Röbisch, P. Hayes, A. Piorra, D. Meyners, E. Quandt, G. Schmidt, R. Knöchel, M. Höft