Отзыв_Устинин (Магнитометрические системы на основе сквидов для биомедицинских применений)

отзыв официального оппонента Устини на Михаила Николаевича 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 Актуальность темы диссертации Одной из важнейших задач развития страны является повышение продолжительности жизни ее населения. Возможность успешного решения этой задачи определяется в том числе и такими факторами, как общий уровень здравоохранения в стране, доступность для жителей получения своевременной и качественной медицинской помощи.

Поскольку по данным Росстата основными причинами естественной убыли населения являются сердечно-сосудистые и онкологические заболевания, разработка новых высокотехнологичных аппаратных средств и медицинских методов ранней диагностики этих заболеваний является чрезвычайно актуальной научно-технической задачей. В диссертации Ю.В. Масленникова исследованы возможности создания новых медицинских приборов и методов диагностики на основе измерений и анализа собственных магнитных полей, генерируемых различными органами человека, такими, как сердце, мозг и др.

Предложены новые технические решения по созданию диагностических комплексов на основе сверхпро водниковых квантовых магнитом етров, а также методы их использования в магнитокардиографии 1МКГ), демонстрирующие существенно лучшие результаты, чем применяемые в настоящее время. Это подтверждает актуальность темы диссертации. Структура и содержание диссертационной работы Ю.В. Масленниковым изучены и проанализированы результаты и достижения, полученные другими авторами, работавшими в области создания магнитометрических СКВИД-систем и разработок биомагнитных методов исследования для применений в медицинской практике.

Широкая апробация результатов диссертационного исследования в отечественных и зарубежных научных и медицинских учреждениях, а также список использованной литературы свидетельствует о достаточно глубокой проработке темы в диссертации.

Объем диссертации составляет 295 страниц машинописного текста, включает 96 рисунков и 13 таблиц. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы из 188 наименований. Во введении обоснована актуальность темы исследования и проанализирован уровень ее проработанности. Поставлены цели и задачи диссертационной работы, определены пути и способы их достижения. Отмечены научная новизна и практическая значимость работы.

Приведены полученные результаты и даны оценки степени их достоверности, сформулированы положения, выносимые на защиту. Представлены данные о практическом использовании полученных результатов. В первой главе выполнен анализ использования биомагнитных методов исследования и соответствующей аппаратуры в медицине, определены наиболее перспективные направления биомедицинских применений магнитометрических систем на основе СКВИДов. Отмечены основные сложности и проблемы практического использования систем на основе СКВИД-магнитометров в клинических исследованиях и решении конкретных задач медицинской диагностики. Сделан вывод о необходимости проведения разработок и создания СКВИД-систем биомедицинского назначения, демонстрирующих максимально возможные уровни чувствительности при работе в неэкранированном пространстве.

Вторая глава посвящена изложению результатов разработки и создания немагнитных стеклопластиковых криостатов для жидкого гелия и азота, применяемых в биомагнитных системах на основе СКВИДов. Показана степень влияния основных элементов криостатов — стекл опластиковых оболочек, тепловых экранов, экранно-вакуумной тепловой изоляции (ЭВТИ) - на характеристики создаваемых криостатов. Представлен разработанный способ изготовления стеклопластиковых оболочек, герметичных по гелию, используемых при изготовлении немагнитных гелиевых криостатов для биомагнитных СКВИД-систем. Приведены результаты исследования скорости испарения гелия и уровней собственных шумов различных конструкций созданных криостатов.

Показано, что ряд конструкций криостатов имеет рекордно низкие значения указанных параметров в сравнении с зарубежными аналогами, и перспективен для использования в СКВИД-системах медицинского назначения. В третьей главе представлены различные варианты трансформаторов измеряемого магнитного потока, используемые в измерительных зондах СКВИД-систем для регистрации биомагнитных сигналов, отмечены наиболее важные особенности их конструкций для работы без дополнительной магнитной экранировки.

Представлены результаты исследования сигнальных и шумовых характеристик различных конструкций измерительных зондов на основе СКВИД-датчиков. Показано, что при использовании в качестве приемных трансформаторов магнитного потока аксиальных градиентометров второго порядка с высокой степенью балансировки возможно обеспечить регистрацию качественных магнитокардиограмм человека или малых животных в обычных клинических условиях, что исключительно важно для их дальнейшей обработки и анализа. Дополнительное улучшение отношения «сигнал-шум» при регистрации биомагнитных сигналов может быть достигнуто посредством балансировки приемных градиентометров в однородном магнитном поле.

Предложен способ такой балансировки с использованием референтного ХУУ-магнитометра, позволивший снизить уровень шумов на выходе электроники СКВИД-системы, более чем на 20 дБ при работе в неэкранированном пространстве. В четвертой главе изложены результаты разработок и исследования характеристик различных образцов магнитометрических СКВИД-систем для магнитокардиографических исследований. Предложена концепция модульного построения МКГ-комплексов на основе использования основных элементов двенадцатиканальной СКВИД-системы для конструирования серии диагностических МКГ-комплексов с числом каналов регистрации МКГ от одного до тридцати шести.

Исследованы характеристики десяти- и двенадцатиканальной версий МКГ-комплекса. Проведены их технические и клинические испытания, по результатам которых серия приборов (получившая название «МАГ-СКАН»)» была зарегистрирована в Росздравнадзоре в качестве изделий медицинской техники. Пятая глава посвящена программному обеспечению для управления работой магнитокардиографических СКВИД-систем, для регистрации, обработки и анализа магнитокардиосигналов. Программное обеспечение, оформленное в виде пакета прикладных программ, получившего название «ЯойМАО», использовалось в диагностических комплексах серии «МАГСКАН» в ходе клинических обследований групп добровольцев с различными заболеваниями сердца и группы условно здоровых добровольцев.

Приведено описание работы основных программных модулей пакета и результаты его апробации в клинических исследованиях. В результате проведенных клинических испытаний определен ряд МКГ-параметров, обладающих чувствительностью и специфичностью порядка 90;4, имеющих высокую диагностическую ценность и существенно превышающих аналогичные, полученные традиционными методами кардиодиагностики.

В шестой главе представлены результаты разработок магнитометрических СКВИД-систем для исследований биомагнитных сигналов мозга человека и сердца малых животных. С их использованием в условиях неэкранированного пространства были зарегистрированы вызванные ответы мозга человека на звуковую и зрительную стимуляцию, а также проведены серии исследований магнитокардиосигналов малых животных (крыс), выращенных с различными патологиями сердца и используемых в фармакологических тестах лекарственных препаратов, предназначенных для терапии сердечно-сосудистых заболеваний.

Созданные системы продемонстрировали устойчивую работу в условиях высоких уровней электромагнитных помех обычных городских клиник и хорошее качество регистрируемых биомагнитных сигналов. В Заключении представлены полученные результаты и основные выводы диссертационной работы, сформулированы рекомендации по практическому использованию биомагнитных СКВИД-систем для создания новых диагностических приборов медицинского назначения. Оценка достоверности научных положений и выводов, научная новизна полученных результатов Выдвинутые соискателем научные положения основываются на известных положениях теории биоэлектромагнетизма и принципов работы сверхпроводниковых квантовых магнитометров. Достоверность полученных результатов подтверждается удовлетворительным совпадением теоретических оценок параметров разработанных СКВИД-систем для биомедицинских применений и результатов их практической реализации в виде конкретных действующих образцов, а также непротиворечивостью с результатами, полученными другими авторами.

Научная новизна работы заключается в установленном положении о возможности создания СКВИД-систем медицинского назначения, работающих без дополнительной магнитной экранировки в условиях обычной клиники, и определении конкретных технических решений для диагностических комплексов на основе СКВИД-магнитометров, предназначенных для применения в медицинской практике. В диссертации впервые разработана и построения практически реализована концепция модульного магнитометрических медицинских комплексов. Эта концепция положена в основу целой серии разработанных и созданных в диссертационной работе диагностических комплексов для применений в магнитокардиографии. Апробация в клинических условиях разработанных диагностических МКГ- комплексов продемонстрировала возможности создания на основе результатов анализа магнитокардиосигналов новых высокоэффективных методов кардиодиагностики.