Design and implementation of a demagnetization procedure for a person-sized magnetic shield

Thumbnail Image

Files

master_Pikkarainen_Olli_2025.pdf (12.51 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Science | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-09-29

Department

Major/Subject

Biomedical Engineering

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Life Science Technologies

Language

en

Pages

59

Series

Abstract

Magnetoencephalography (MEG) measures brain activity by detecting weak magnetic fields generated by neural currents. Conventional MEG uses superconducting quantum interference devices (SQUIDs), which require cryogenic cooling and are positioned several centimetres from the scalp, reducing signal strength. Optically pumped magnetometers (OPMs) provide a room-temperature alternative, allowing scalp-mounted, flexible sensor arrays. MEG systems are typically operated inside magnetically shielded rooms (MSRs). At Aalto University, we are developing an OPM-MEG system that employs a compact magnetic shield, known as a person-sized shield (PSS), which combines passive and active methods. The performance of the passive shielding is further enhanced through demagnetization. The demagnetization process relies on a decaying alternating current waveform, which initially drives the material into magnetic saturation. As the alternating magnetic field decays, the orientations of the magnetic domains are left in a randomised state, thereby reducing the remanent field inside the PSS. In this thesis, a demagnetization procedure was designed and implemented for the PSS. The work involved designing and building the hardware to control the demagnetization coils, investigating the optimal demagnetization waveform and sequence, and developing custom software for intuitive process control. Finally, the effectiveness of the demagnetization procedure was assessed using fluxgate measurements, with the mean residual field reduced from 14.6 nT to 5.5 nT. The achieved residual field inside the person-sized shield enables high resolution OPM-MEG measurements.

Magnetoenkefalografia (MEG) mittaa aivojen toimintaa havaitsemalla hermosolujen virroista syntyviä heikkoja magneettikenttiä. Perinteiset MEG-laitteet hyödyntävät SQUID-antureita (engl. Superconducting Quantum Interface Device), jotka vaativat kryogeenista jäähdytystä. Optisesti pumpatut magnetometrit (OPM) toimivat huoneenlämmössä, jolloin anturit voidaan sijoittaa suoraan päänahalle. MEG-mittaukset toteutetaan tyypillisesti magneettisesti suojatuissa huoneissa (MSR). Aalto-yliopistossa kehitämme OPM-MEG-järjestelmää, jossa käytetään MSR:n kompaktia versiota, henkilön kokoista magneettisuojaa (engl. person-sized shield, PSS). Suojaus yhdistää passiivisia ja aktiivisia menetelmiä, ja passiivista suojausta tehostetaan magneettisuuden poistolla. Prosessi perustuu laskevan amplitudin vaihtovirtaan. Aluksi riittävän suuri virta ajaa materiaalin magneettiseen saturaatioon, jonka jälkeen virran vaimeneminen satunnaistaa alkeismagneettien orientaatiot. Prosessin avulla jäännöskenttä PSS:n sisällä saadaan alhaiseksi. Tässä työssä kehitettiin ja toteutettiin magneettisuuden poistomenetelmä PSS:lle. Työ sisälsi kelojen ohjauslaitteen toteutuksen, optimaalisen poistoaallon ja -järjestyksen tutkimisen sekä käyttäjäystävällisen hallintaohjelmiston kehittämisen. Tehokkuutta arvioitiin fluxgatemittauksilla, joissa keskimääräinen jäännöskenttä pieneni 14,6 nT:sta 5,5 nT:aan. Saavutettu jäännöskenttä PSS:n sisällä mahdollistaa korkeatasoiset OPM-MEG mittaukset kyseisellä suojalla.

Description

Supervisor

Parkkonen, Lauri

Thesis advisor

Hietala, Paavo

Keywords

OPM-MEG, person-sized shield, magnetically shielded room, demagnetization, magnetic shielding, passive shielding

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202510208369

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI