Отзыв ведущей организации (Магнитометрические системы на основе сквидов для биомедицинских применений)

«УТВЕРЖДАЮ» Проректор по научной работе Национального нсследуателведого университета «МИЭТ», ДокзязР7 техннческйх наук, )зрофессор С.А.Гаври у', У «;~'., » ~Я~ ~:~ь»~' И17 г. ОТЗЫВ ВКДУЩКй ОРГАНИЗАЦИИ на диссертацию Масленникова 1Ория Васильевича кМагнитометрические системы на основе СКВИДов для биомедицинских применений», представленную на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.11.17 — Приборы, системы и изделия медицинского назначения 1. А альностьтемы иссле оваций Диссертационная работа Масленникова Ю,В.

посвящена разработке новых технических средств для медицинской диагностики, основанных на применении сверхпроводниковых квантовых интерференцнонных датчиков (СКВИД) для регистрации сверхслабых магнитных полей, создаваемых биологическими объектами. Основное внимание уделено разработке приборной базы, методов и средств измерений для магнитокадиографии «МКГ) в условиях высоких уровней внешних помех, без применения активного и/или пассивного магнитного и электромагнитного экранирования помещения, в котором проводятся измерения, Успешное решение подобных проблем невозможно без применения новых научно-технических решений, в том числе программных средств обработки информации. Основным аргументом в пользу разработки новых медицинских п1эиборов и медицинских диагностических технологий с применением СКВИД 1такнх, например, как магннтокардиография или магнитоэнцефалография 1МЭГ)), является их высокая чувствительность 1нзмерение сверхслабых магнитных полей, <10 пТл), позволяющая регистрировать электромагнитную активность в различных частях человека на клеточном уровне.

Это позволяет получить опенки текущего состояния проводящей системы таких органов, как сердце или мозг человека, сделать прогностические оценки их реакции на различного рода внешние воздействия, в том числе на медцкаментозную терапию. В частности„кардиография на основе СКВИД-магнитометров может быть использована для ранней диагностики наиболее распространенных заболеваний сердца. В этом случае носителем информации об электрических событиях в сердце являются величины параметров магнитного поля, которое регистрируют в точках окружающего пространства над грудной клеткой человека. Измерения выполняются бесконтактно, а сама магннтометрическая система не оказывает никакого воздействия на электрофизиологические процессы в сердце, так как при регистрации диагностической информации она не излучает никакой энергии, Так же следует отметить, что ткани тела человека практически прозрачны для магнитного поля, и существует возможность бесконтактной регистрации магнитных сигналов вне тела человека без их искажений.

Одной из основных сложностей на пути широкого внедрения методов МКГ, МЭГ и других магнитометрических измерений в клиническую практику является их высокая стоимость, связанная, в том числе, с необходимостью использования магнитного и электромагнитного экранирования помещений, в которых проводятся измерения. Таким образом, диссертационная работа Масленникова Ю.В.

посвящена решению актуальной и сложной научно-технической задачи, направлена на дальнейшее развитие современных технологий магнитометрических биомедицинских измерений, расширение возможностей этих технологий и создание предпосылок для их широкого внедрения в клиническую практику. 2. Новизна иссле рванин и по чеииык ез льтатов выво ов и екоме а ий. с о и ли оваиных в иесе та и Реализация предложенных научно-технических решений позволила соискателю получить ряд новых практически значимых и теоретически важных результатов.

1. Предложена единая концепция модульного построения магиитометрических СКВИД-систем и на ей основе разработано семейство диагностических комплексов для анализа магнитокардиосигналов «МАГ-СКАН» на базе магнитометрических СКВИД- систем для неинвазивного исследования электрофизиологии миокарда, зарегистрированное в Росздравнадзоре РФ в качестве изделий медицинской техники- Регистрационное удостоверение № ФСР 2009 / 04298 от 1б февраля 2009 года.

Разработаны и испытаны в клиниках варианты СКВИД-систем с одним„четырьмя, семью, девятью и девятнадцатью каналами регистрации биомагнитного сигнала. Испытание систем в клинических условиях продемонстрировало их высокую помехоустойчивость и стабильную работу без специальной магнитной экранировки. 2. Разработана методика выполнения МКГ-исследований пациентов с различными патологиями миокарда и сравнения результатов анализа магнитокардиосигналов с данными, полученными известными инструментальными методами кардиодиагностики.

Использование магнитокардиографических комплексов и статистических методов распознавания продемонстрировало более высокий уровень чувствительности и специфичности по сравнению с известными диагностическими методами. Для ряда патологий чувствительность предложенной методики составила 85%„а специфичность— 98 %, что существенно превышает значения, полученные традиционными методами кардиодиагностики.

3, Разработан способ изготовления стеклопластиковых труб диаметром до 500 мм, вакуумноплотных по гелию, отличающийся от известных новой технологией подготовки препрега для намотки труб, и параметрами технологических режимов их формирования. Использование разработанной технологии позволило более чем на порядок снизить газопроницаемость изготавливаемых оболочек по гелию по сравнению с известными аналогами. Сформированные таким способом оболочки использовались при создании стеклопластиковых криостатов для жидкого гелия и азота с уникальными параметрами по ресурсу хранения хладагента и уровню собственных шумов, существенно превышающими характеристики известных зарубежных и отечественных аналогов, 4. Разработана и практически реализована линейка стеклопластиковых иемагнитных криостатов с предельно низкими значениями скорости испарения жидкого гелия и уровня собственных шумов для непользования в магнитометрических системах на основе СКВИДов.

Так, криостаты, разработанные для использования в МКГ-комплексах серии «МАГ-СКАН», при расстоянии <стешю-холод» около 15 мм и диаметрах горловины 150 мм, имели величину скорости испарения гелия около 1,1 литра в сутки, при диаметрах горловины до 300 мм — менее 2,6 литров в сутки, Уровень собственных шумов созданных криостатов не превышал величины -1фТл Гц' . Указанные значения параметров были получены для серийных образцов и являются лучшими в мире среди стеклопластиковых криостатов с аналогичными геометрическими размерами. 5.

Разработан и практически реализован ряд аксиальных градиентометров второго порядка на основе низкотемпературных СКВИДов с параметрами, оптимизированными для использования в биомагнитных СКВИД-системах. Созданные градиентометры имели уровень собственных шумов, эквивалентный величинам менее 5 фТл~Гц'", степень небаланса менее 0,1% и, в совокупности с использованием электронных систем подавления помех, обеспечивали в неэкранированном пространстве результирующий уровень шума выходного напряжения градиентометрическнх каналов, эквивалентный значениям входного магнитного поля менее 50 фТл/Гц'~ на частотах вьппе 3 Гц.

Это позволило осуществлять надежную регистрацию магнитных сигналов сердца человека и малых животных в условиях обычной клиники с требуемыми значениями соотношения «сигнал-шум». 6. Разработан и практически реализован способ подавления внешних магнитных помех, использующий балансировку приемных градиентометров СКВИД-системы в однородном магнитном поле посредством подачи сигналов референтного ХУУ; магнитометра в цепи обратных связей «сигнальных» градиентометров. Прн работе без дополнительной экранировки такая «электронная» балансировка позволила снизить уровни результирующего шума выходных сигналов градиентометрическнх каналов на 20-40 дБ в зависимости от характера окружающей помеховой обстановки. 7.

Определен ряд новых физических параметров источников биомагнитных сигналов в сердце человека, имеющих высокую диагностическую ценность при анализе электрофизиологического состояния и функционирования миокарда. На ряде патологий проводящей системы миокарда найденные параметры продемонстрировали уровни чувствительности и специфичности от 85 до 98 %, что существенно превьппает значения, полученные традиционными методами электрокардиоднагностнки. Полученные результаты являются новыми н имеют большое научное значение.

3. П актическан зиачнмосп полученных авто ом ез льтатов В диссертации изложены новые научные результаты и технические решения, которые вносят существенный вклад в развитие области науки «Приборы„системы и изделия медицинского назначения», в частности, современных технологий медицинской неинвазнвной магнитомертрии. А именно; 1. Разработанное семейство диагностических комплексов для анализа магнитокардиосигналов «МАГ-СКАН» зарегистрировано в качестве изделия медицинского назначения Росздравнадзором (регистрационное удостоверение № ФСР 2009 / 04298 от 16 февраля 2009 года) и может быть использовано в клинической практике. 2.

Предложенные методики проведения магнитокардиографических исследований и полученные базы МКГ-данных могут быть использованы в качестве основы для дальнейших разработок новых медицинских технологий ранней диагностики электрофизиологического состояния миокарда. 3. Предложенная единая концепция модульного построения магнитометрических СКВИД-систем может быть использована при разработке новых приборов, систем и изделий медицинского назначения. 4.

Разработанные методы теоретических расчетов и оценок параметров и характеристик магнитометрическнх систем на основе СКВИД могут быть использованы для развития технических средств измерения слабых магнитных полей как в медицине (МКГ, МЗГ, контроль транспорта лекарств магнитными наночастицами и др.), так и в других областях науки и техники, в частности, в геофизических исследованиях. 4. остове ность и обоснованность на чньгх положений выво ов н коме а ий нс е та ии баз ются на использовании нссе тантом об еп инитых изическпх и математических мото ов Основные результаты диссертации достаточно полно отражены в опубликованных работах. По теме диссертации опубликовано 44 научные статьи и доклада, из них 25 статей в журналах, рекомендуемых ВАК РФ для изложения результатов докторских диссертаций, получено 3 патента РФ на изобретение.

Результаты диссертации были представлены на национальных н международных конференциях„таких как; международная конференция по прикладной сверхпроводимости 1Арр11ей Бирегсопбис1Ы1у СопТегепсе, АБС) в 1990, 1992, 1994, 1996, 1998, 2000, 2008 и 2010 годах.„ европейская конференция по прикладной сверхпроводимости (Епгореап СопГегепсе оп Арр)1ед ЗирегсопсЬсг1«)гу, ЕпСАЗ) в 1993, 1995, 1997, 1999, 2001, 2003 и 2011 годах; международная конференция по бномагнетизму (В1ОМАО) в 1996, 2002 и 2012 годах; международная конференция по верхпроводниковой электронике 11п1егпа11опа1 Яирегсопбпс11п8 Е1ес1гоп1сз СопТегепсе, 1ЯЕС) в 1995, 1997 и 2011 годах; Трехстороннй Российско-Украинско-Германский Семинар по высокотемпературной сверхпроводимости в 1993, 1994 годах; 18г1з Ецгореап Кезр1гаюгу Бос1егу Аппиа1 Сопйгезз 1беппапу, 2008), 87 13еи1зсЬе Рпуз1о1о81зспе Оезе11зсЬай Апппа1 Мееппй 1Оегпипу, 2008), 1пгегпайопа1 Сопйгезз оп Е1есггосап11о1ойу (КиЫа, 2008, Ро1апй, 2009), Конференции «Функциональная диагностика», Москва, в 2011 и 2012 годах; Троицкая конференция «Медицинская физика и инновации в медицине»„Москва, Троицк, в 2012 и 2014 годах, и многих других.