Отзыв_Сушкова (Магнитометрические системы на основе сквидов для биомедицинских применений)

ОТЗЫВ официального оппонента на диссертационную работу Масленникова Юрия Васильевича «Магнитометрические 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 В диссертационной работе Ю.В. Масленникова представлены научные результаты многолетней работы автора по решению сложной научнотехнической проблемы разработки, создания и развития действующих образцов магнитометрических СКВИД-систем для широкого применения в биомедицине. Более того, продемонстрированы возможности работы подобных сверхвысоко чувствительных приборов без дополнительной магнитной экранировки, и представлены достоинства использования магнитных методов измерений в оценке функционального состояния сердца человека и диагностике его различных заболеваний.

Актуальность диссертационной работы В отечественном и зарубежном здравоохранении важную роль занимают программы профилактики и лечения социально значимых заболеваний, в том числе болезни системы кровообращения, онкологические заболевания, заболевания нервной системы и др. Одним из наиболее существенных элементов этих программ является разработка новых медицинских технологий ранней диагностики указанных заболеваний и создание соответствующей медицинской техники. Известно, что жизнедеятельность биологических объектов в значительной степени обусловлена электрическими процессами, протекающими в их органах, а информация о таких процессах может играть важную роль в оценке состояния сердца, мозга, мышц живых организмов.

Одним из перспективных направлений развития новых технологий медицинской диагностики является исследование собственных магнитных полей сердца, мозга и других органов человека. В этой связи, диссертационная работа Ю.В. Масленникова, направленная на разработку и создание нового класса диагностических приборов на базе сверхпро водниковых квантовых магнитометров для регистрации и анализа собственных магнитных полей, генерируемых живыми организмами, является актуальной и социально-значимой и имеет практическое значение для повышения качества и продолжительности жизни населения. Общая методология и методика исследования Автором диссертационной работы на основе анализа литературных данных определены цели и задачи исследования.

Приведены оценки существующего уровня развития магнитных методов исследования и программно-аппаратных средств для их реализации применительно к решению медицинских задач. Научно обоснован подход к разработке и созданию приборов медицинского назначения на основе сверхпроводниковых квантовых интерференционных датчиков (СКВИД), работающих в условиях обычных клиник и дающих диагностически значимую информацию об электрических процессах в исследуемых органах человека. Разработана концепция модульного построения СКВИД-систем для биомедицинских применений.

Практически реализован и апробирован в условиях обычных клиник ряд магнитокардиографических комплексов, продемонстрировавший устойчивую работу без дополнительной магнитной экранировки и обеспечивающий получение диагностически значимой информации об электрофизиологическом состоянии сердца в каждый момент времени кардиоцикла. На основе проведенных исследований был выявлен ряд магнитокардиографических параметров, имевших значения чувствительности и специфичности около 90'.0, что существенно превышало аналогичные, полученные с использованием методов электрокардиографии и дисперсионного картирования.

Также на основе предложенной концепции, созданы и экспериментально испытаны магнитометрические комплексы для исследования сигналов мозга человека и магнитокардиосигналов малых животных, продемонстрировавшие свою работоспособность в клинических условиях. Структура и содержание работы Диссертация Масленникова Ю.В. состоит из введения, б глав, заключения, библиографического списка литературы из 188 наименований.

Общий объем работы составляет 295 страниц основного текста, иллюстрируется 96 рисунками, 13 таблицами. Во введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, поставлены цель и задачи исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость полученных результатов. В первой главе «Аналитический обзор известных научных публикаций» представлен анализ существующего уровня развития магнитометрических систем на основе СКВИДов, используемых в биомедицинских исследованиях, и медицинских задач, решаемых с их использованием. Отмечено, что существующие СКВИД-системы эксплуатируются только в специальных магнитно-экранирующих камерах, что существенно увеличивает их стоимость и ограничивает области потенциальных применений в клинической практике.

По результатам анализа сформулированы выводы и задачи исследования с учетом перспектив развития СКВИД-систем биомедицинского назначения, в том числе необходимость решения проблем, связанных с переходом к комплексам, работающим без дополнительной магнитной экранировки, а также решением вопросов статистической обработки биомагнитных данных и их медицинской интерпретации для обеспечения автоматизации диагностических процедур.

Вторая глава «Разработка и создание немагнитных стеклопластиковых криостатов для магнитометрических СКВИД- систем» содержит описание разработанных технологических процессов формирования оболочек из стеклопластика для криостатов, используемых в СКВИД-системах. Отмечены особенности подготовки препрега, способов намотки и последующего отверждения оболочек для обеспечения их минимальной газопроницаем ости по гелию. Представлены различные конструкции стеклопластиковых криостатов для жидкого гелия и азота и результаты исследования их основных характеристик — скорости испарения хладагента и уровней собственных шумов. Экспериментально показано, что разработанные технологические процессы формирования оболочек и конструкции криостатов позволили получить рекордные значения указанных параметров.

Результаты исследований в краткой форме достаточно полно представлены в выводах по главе. Третья глава «Конструкции измерительных зондов и блоков электроники магнитометрических СКВИД-систем для биомагнитных применений» содержит результаты разработок и исследования характеристик различных конструкций измерительных зондов магнитометрических систем на основе СКВИД-датчиков для биомагнитных применений.

Экспериментально показано, что для работы в неэкранированном пространстве в качестве трансформаторов входного магнитного потока необходимо использовать градиенто метры второго порядка и выше. Определено, что использование аксиальных градиентометров второго порядка с диаметрами приемных петель от 8 до 20 мм обеспечивает уровни эквивалентной собственной чувствительности лучше 10 фТл/Гц"2. При этом для достижения необходимых значений отношения «сигнал-шум» необходимо применять дополнительные средства подавления внешних электромагнитных помех, в частности, механическую или «электронную» балансировку градиентометров в однородном магнитном поле. Приведено описание разработанного метода электронной балансировки аксиальных градиентометров второго порядка, позволяющего снизить уровень результирующего шума на выходе СКВИД-системы более, чем на порядок.

Создан действующий образец электронной градиентометрической системы. В выводах по главе 3 особо отмечены широкие возможности применения созданной системы для геофизических исследований в полевых условиях, а также в магнитометрических приборах неразрушающего контроля материалов и механических конструкций.

В четвертой главе «Магнитометрические системы на основе СКВИДов для магнитокардиографических применений» приведены результаты разработки магнитометрических СКВИД-систем для применения в магнитокардиографии и исследования их характеристик. Предложена концепция модульного построения многоканальных магнитометрических СКВИД-систем (раздел 4.3), позволяющая проектировать измерительные комплексы с учетом особенностей конкретных решаемых задач и применений. Разработана, создана и испытана новая серия диагностических комплексов для анализа магнитокардиосигналов, генерируемых в сердце человека, получившая название «МАГ-СКАН».

Основу комплексов составляют магнитометрические модули на базе СКВИДов постоянного тока гелиевого уровня охлаждения с числом каналов регистрации магнитокардиосигналов от 1 до 36, а также пакет оригинальных прикладных программ для обработки и анализа данных МКГ-измерений. Для комплексов «МАГ-СКАН» проведены технические и клинические испытания, которые продемонстрировали их устойчивую работу без дополнительной магнитной экранировки в обычных клиниках, обеспечивая высокое качество регистрации и анализа магнитокардиосигналов в условиях воздействия внешних электромагнитных помех.

В выводах по главе отражены возможности применения созданных МКГ-комплексов на основе СКВИД- систем в клинической практике. В пятой главе «Программное обеспечение МКГ-комплексов серии «МАГ-СКАН» и результаты клинических исследований с их использованием» рассмотрены особенности регистрации МКГ и ЭКГ при исследованиях работы сердца. Показано, что МКГ может давать более полную диагностическую информацию, чем другие широко используемые методы, в том числе электрокардиография и картирование поверхностных потенциалов тела (раздел 5.1). Разработана структура программного обеспечения ввода, обработки и анализа магнитокардиосигналов (рис. 5.2, стр.188) для диагностических комплексов серии «МАГ-СКАН».

Приведено описание пакета программного обеспечения «ЯОРТМАб». Подробно представлены функции отдельных программных модулей пакета, а также результаты их практического применения для анализа магнитокардиосигналов групп добровольцев с различными нарушениями в работе сердца и группы условно здоровых испытуемых. В ходе проведения клинических исследований проведен анализ показателей МКГ, которые обладают наибольшей чувствительностью и специфичностью в отношении их диагностической значимости. Определены пороговые значения, разделяющие «норму» и «патологию» у обследованных групп пациентов по найденным параметрам МКГ.

Результаты исследований и созданное программное обеспечение магнитокардиографических комплексов составляет основу для решения важных диагностических задач кардиологии по раннему выявлению и мониторингу заболеваний сердца. В выводах по главе 5 приведены результаты сопоставительного анализа функциональной диагностики сердца по критериям чувствительности и специфичности с использованием методов (перечислены в порядке убывания указанных критериев): МКГ, ДК, ЭХО-КГ, ЭКГ-12 . Шестая глава «Маги ито метр ические СКВИДОсистемы для применений в магнитоэнцефалографии и исследованиях малых животных» посвящена разработке и созданию СКВИД-систем для магнитоэнцефалографических исследований мозга человека и магнитокардиографических исследований малых животных.

Действующие образцы таких систем построены на базе разработанной модульной концепции, и продемонстрировали устойчивую работоспособность в обычных клинических условиях без дополнительной магнитной экранировки. Приведены результаты исследования эксплуатационных характеристик, разработанных СКВИД-систем (раздел б.1.2). Экспериментально показана возможность получения требуемых отношений «сигнал-шум» при проведении исследований вызванных ответов мозга человека на зрительную и звуковую стимуляцию и исследований магнитокардиосигналов малых животных, что расширяет возможности применения магнитных методов измерений и магнитометрической аппаратуры в медицине. В выводах по главе б (п.2) приведены результаты экспериментальной проверки эффективности применения системы подавления внешних электромагнитных помех с помощью разработанной схемы электронной балансировки «сигнальных» градиентом етров в однородном магнитном поле с использованием дополнительного трехкомпонентного СКВИД-магнитометра, свидетельствующие об увеличении отношения сигнал-шум более, чем на порядок.