Диссертация (Магнитометрические системы на основе сквидов для биомедицинских применений)

2ОГЛАВЛЕНИЕСтр.ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………8ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИЗВЕСТНЫХ НАУЧНЫХПУБЛИКАЦИЙ ………………………………………..…………….................. 281.1 Биомагнетизм и его возможные применения в медицине……………..281.2 Магнитометрические СКВИД-системы для биомагнитныхисследований…………………………………………………………………. 311.3 Способы подавления внешних электромагнитных помех……………..

331.4 Обработка биомагнитных сигналов…………………………………….. 361.5 Неинвазивные методы биомагнитных исследований сиспользованием СКВИД-магнитометров, имеющие потенциал дляприменения в медицине……………………………………………………… 381.5.1 Магнитоэнцефалография …………………………………………... 381.5.2 Магнитокардиография……………………………………………… 401.5.3 Измерение магнитной восприимчивости печени………………..... 431.5.4 Магнитно-резонансная томография в слабых магнитныхполях……………………………………………………………………….. 441.6 Выводы к Главе 1, постановка задачи исследования…..……………… 49ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ НЕМАГНИТНЫХСТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ КРИОСТАТОВ ДЛЯМАГНИТОМЕТРИЧЕСКИХ СКВИД-СИСТЕМ……………………………...

502.1 Материалы для стеклопластиковых немагнитных криостатов.............. 512.1.1 Стеклопластики для оболочек криостатов………………………...532.1.2 Изготовление стеклопластиковых оболочек для криостатов…………... 612.1.3 Материалы для клеевых швов, экранно-вакуумной изоляции итепловых экранов…………………………………………………………. 692.2 Конструкции стеклопластиковых криостатов для биомагнитныхСКВИД-систем……………………………………………………………….. 733Стр.2.2.1 Основные требования к конструкции и характеристикамкриостатов для биомагнитных магнитометрических СКВИД-систем… 732.2.2 Практические конструкции стеклопластиковых гелиевыхкриостатов для биомагнитных СКВИД-систем………………………....

772.2.3 Гелиевые криостаты для МЭГ- и МКГ-применений…………….. 792.3 Выводы к Главе 2………………………………………………………… 86ГЛАВА 3 КОНСТРУКЦИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЗОНДОВ И БЛОКОВЭЛЕКТРОНИКИ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИХ СКВИД-СИСТЕМ ДЛЯБИОМАГНИТНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ…………………………..……………… 883.1. Измерительные зонды для биомагнитных СКВИД-систем гелиевогоуровня охлаждения……………………………………………....................... 883.1.1 Особенности приема биомагнитного сигналамагнитометрической СКВИД-системой……………………………….... 883.1.2 Характеристики практических конструкций градиентометровдля регистрации биомагнитных сигналов………………………………. 923.1.3 Оценки разрешающей способности СКВИД-систем сградиентометрическими конструкциями приемных трансформаторовмагнитного потока………………………………………………………… 953.2 Практические конструкции измерительных зондов длябиомагнитных СКВИД-систем……………………………………………...

1003.2.1 Конструкции измерительных зондов длямагнитокардиографических и магнитоэнцефалографических СКВИДсистем……………………………………………………………………… 1003.2.2 Экспериментальная проверка функциональности ихарактеристик измерительных зондов магнитометрических СКВИДсистем……………………………………………………………………… 1033.3 Электронные схемы магнитометров на основе СКВИДов…………… 1063.3.1 Схемы преобразования сигнала СКВИД-датчика с замкнутойобратной связью…………………………………………………………...

1064Стр.3.3.2 Электроника для магнитометрических СКВИД-систем гелиевогоуровня охлаждения………………………………………………………..1103.3.3 Электроника для магнитометрических СКВИД-систем азотногоуровня охлаждения………………………………………………………... 1153.3.4 Блоки управления СКВИД-магнитометров для биомагнитныхсистем……………………………………………………………………… 1193.3.5 Исследование собственных шумовых характеристикэлектроники магнитометрической СКВИД-системы…………………... 1223.4. Балансировка «сигнальных» градиентометров в однородноммагнитном поле……………………………………………………………… 1253.4.1 Балансировка градиентометров в биомагнитных системахгелиевого уровня охлаждения……………………………………………. 1253.4.2 «Электронные» градиентометры на базе магнитометрическихСКВИД-систем……………………………………………………………. 1303.4.3 Практическая конструкция измерительного зондаградиентометра на основе трех ВТСП-СКВИД-магнитометров………1323.4.4 Схемотехническая реализация «электронного»градиентометра……………………………………………………………1363.5 Выводы к Главе 3……………………………………………………….141ГЛАВА 4 МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕСКВИДОВ ДЛЯ МАГНИТОКАРДИОГРАФИЧЕСКИХ ПРИМЕНЕНИЙ….

1434.1 Одноканальная СКВИД-система для магнитокардиографическихприменений…………………………………………………………………... 1454.1.1 СКВИД-датчик для одноканальной МКГ-системы и егоосновные характеристики………………………………………………… 1454.1.2 Измерительный зонд одноканальной МКГ-системы……………... 1514.1.3 СКВИД-электроника и блок управления одноканальной МКГсистемы…………………………………………………………………….. 1544.1.4 Стеклопластиковый криостат одноканальной МКГ-системы…… 1565Стр.4.1.5 Регистрация и обработка магнитокардиосигналов сиспользованием одноканальной МКГ-системы………………………… 1584.2 Десятиканальная СКВИД-система для МКГ- применений…………… 1604.2.1 Стеклопластиковый криостат десятиканальной МКГ-системы….

1614.2.2 Измерительные зонды десятиканальной МКГ-системы…………. 1624.2.3 Электронные блоки десятиканальной МКГ-системы…………….1644.2.4 Проведение МКГ-обследований с использованиемдесятиканальной СКВИД-системы………………………………………. 1664.3 Диагностические комплексы анализа магнитокардиосигналов серии«МАГ-СКАН»………………………………………………………………...

1684.3.1 Криостаты МКГ-комплексов серии «МАГ-СКАН»………………. 1714.3.2 Измерительные зонды МКГ-комплексов серии «МАГ-СКАН»…. 1724.3.3 Электронные блоки управления СКВИД-датчиками ирегистрацией магнитокардиосигналов в МКГ-комплексах «МАГСКАН»……………………………………………………………………... 1744.4 Выводы к Главе 4……………………………………………………….181ГЛАВА 5 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МКГ-КОМПЛЕКСОВСЕРИИ «МАГ-СКАН» И РЕЗУЛЬТАТЫ КЛИНИЧЕСКИХИССЛЕДОВАНИЙ С ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ…………………………….. 1835.1 Особенности программного обеспечения длямагнитокардиографических исследований….……………………...............

1835.2 Пакет начальной обработки МКГ ……….…………………….............1875.2.1 Программа ввода и регистрации МКГ…………………………….. 1875.2.2 База данных МКГ-исследований…………………………………... 1895.2.3 Предобработка МКГ-сигналов……………………………………... 1915.2.4 Контурный анализ ЭКГ…………………………………………...... 1935.2.5 Фильтрация МКГ-записей………………………………………….. 1955.2.6 Усреднение магнитокардиографических QRS-комплексов……… 1975.3 Исследование пространственно-временных характеристик6Стр.магнитного поля сердца, анализ и оценка источников кардиомагнитногосигнала………………………………………………………………………... 1975.3.1 Исследование усредненных магнитокардиографическихкардиокомплексов………………………………………………………… 1985.3.2 Исследование гомогенности процесса реполяризациижелудочковой системы сердца…………………………………………...2005.2.3 Локализация источника биомагнитного сигнала………………….

2055.2.4 Пространственно-временной анализ электрической активностимиокарда: обратная задача магнитостатики для источника поля в видеплоской системы токов…………………………………………………...2155.2.5 Исследование групп пациентов: применение методовмультивариантной статистики…………………………………………… 2195.3 Результаты испытаний магнитометрических СКВИД-систем серии«МАГ-СКАН» при проведении МКГ-исследований в клиническихусловиях……………………………………………………............................

2215.3.1 Условия проведения клинических испытаний диагностическихкомплексов серии «МАГ-СКАН»………………………………………... 2215.4.2 Процедура проведения МКГ-обследования испытуемых………... 2235.4.3 Регистрация магнитокардиосигналов (ввод МКГ-данных)……… 2245.4.4 Результаты клинических обследований различных группдобровольцев с использованием МКГ-комплексов серии «МАГСКАН»……………………………………………………………………..2275.5 Выводы к Главе 5……………………………………………………….238ГЛАВА 6 МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИЕ СКВИД-ИСТЕМЫ ДЛЯПРИМЕНЕНИЙ В МАГНИТОЭНЦЕФАЛОГРАФИИ ИИССЛЕДОВАНИЯХ МАЛЫХ ЖИВОТНЫХ.……………..…………………2416.1 Магнитометрические системы на основе СКВИДов для примененийв магнитоэнцефалографии.…………………………......................................

2417Стр.6.1.1 Конструкция десятиканальной магнитометрической системы наоснове СКВИДов для магнитоэнцефалографических исследований….2416.1.2 Сигнальные и шумовые характеристики 10-канальноймагнитометрической СКВИД-системы для регистрации МЭГсигналов……………………………………………………………………. 2486.1.3 Конструкция 22-канальной магнитометрической системы наоснове СКВИДов для магнитоэнцефалографических исследований….2566.1.4 Магнитометрическая система на основе ВТСП-СКВИДов……...2626.2 Магнитометрическая СКВИД-система для исследования МКГмалых животных .…………………………..................................................... 2636.2.1 Особенности регистрации и обработки магнитных сигналов приисследовании МКГ малых животных……………………………………2636.2.2 Магнитометрическая СКВИД-система для регистрации иисследования магнитокардиосигналов малых животных……………… 2656.3 Выводы к Главе 6….………………………………………………….....272ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….

272СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………. …………... 2788ВВЕДЕНИЕОбщаяхарактеристикаработы.Диссертационнаяработапосвященаразработке и созданию новых высокочувствительных магнитометрическихсредств,атакжесвязанныхпространственно-временнойснимиструктурыметодоврегистрациисверхслабыхианализамагнитныхполей,создаваемых в окружающем пространстве биообъектами. По своей сути,исследования, выполненные в рамках диссертационной работы, направлены наразвитие новых технологий регистрации и получения информации в областимедицины: кардиология (магнитокардиография – МКГ); исследование мозгачеловека (магнитоэнцефалография – МЭГ); биология – исследование магнитныхполей малых животных и (или) их органов при моделировании и оценкенарушений метаболизма железа, контроль транспорта лекарств на магнитныхносителях и т.д.Особенностью выполненных исследований стало тесное переплетение ивзаимосвязьфундаментальных(криогенныесистемы,специальнаяэлектроникамикроэлектроники),результатовфизикисверхчувствительныеипленочныеэлектрофизики,низкихдатчикитехнологиисредствтемпературмагнитногополя,сверхпроводниковойавтоматизацииисследований,информатики и чисто прикладных аспектов, которые уже сегодня нашлипрактическое применение в медицине и других областях.

Несмотря назначительноеразнообразиедиссертационнойработе,вопросов,толькотакойкоторыеподходрассматриваютсяпозволилвэффективнокорректировать (в случае необходимости) каждое из направлений исследований,оценивать возможности предлагаемых решений, избегать тупиковых вариантов.В диссертационной работе обобщены результаты работ автора, выполненных в1989 - 2015 г.