Автореферат (1024690), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Формулированиеосновных подходов к медицинской интерпретации данных МКГисследований.Объектом диссертационной работы являлись магнитометрическиесистемы на основе сверхпроводниковых квантовых интерференционныхдатчиков – СКВИДов.Предмет исследований заключался в разработке и созданиидействующих образцов магнитометрических СКВИД-систем дляприменений в медицине, разработке методов регистрации, обработки ианализа магнитных сигналов, генерируемых биообъектами и ихотдельными органами (сердцем, мозгом т.д.)Научная новизна результатов работы заключается в разработкеновой концепции модульного построения магнитометрических СКВИД3систем для исследования магнитных сигналов биообъектов, создании на ееоснове целого ряда действующих образцов новых биомедицинскихкомплексов, и методов регистрации и анализа пространственно-временнойструктуры сверхслабых магнитных полей, создаваемых биообъектами.Внедрение в практику подобных систем позволит получить новые научныезнания об электрических процессах в живых организмах.
В ходевыполнения работы было:1. Впервые разработано семейство диагностических комплексов дляанализамагнитокардиосигналов«МАГ-СКАН»набаземагнитометрических СКВИД-систем для неинвазивного исследованияэлектрофизиологии миокарда, зарегистрированное в Росздравнадзоре РФ вкачестве изделий медицинской техники - Регистрационное удостоверение№ ФСР 2009 ∕ 04298 от 16 февраля 2009 года. Практически разработаны,созданы, и экспериментально испытаны в условиях реальных клиникварианты СКВИД-систем с одним, четырьмя, семью, девятью идевятнадцатью каналами регистрации биомагнитного сигнала. Испытаниесистем в клинических условиях продемонстрировало их высокуюпомехоустойчивость и стабильную работу без специальной магнитнойэкранировки.2. Разработана методика выполнения МКГ-исследований группдобровольцев с различными патологиями миокарда и сравнениярезультатов анализа магнитокардиосигналов с данными, полученнымиизвестнымиинструментальнымиметодамикардиодиагностики.Использование магнитокардиографических комплексов и статистическихметодов распознавания продемонстрировало более высокий уровеньчувствительности и специфичности по сравнению с известнымидиагностическими методами.
На ряде патологий проводящей системымиокарданайденныепараметрыпродемонстрировалиуровничувствительности и специфичности от 85 до 98 %, что существеннопревышаетзначения,полученныетрадиционнымиметодамикардиодиагностики.3. Разработан способ изготовления стеклопластиковых трубдиаметром до 500 мм, вакуумноплотных по гелию, отличающийся отизвестных новой технологией подготовки препрега для намотки труб, ипараметрами технологических режимов их формирования. Использованиеразработанной технологии позволило более чем на порядок снизитьгазопроницаемость изготавливаемых оболочек по гелию по сравнению сизвестными аналогами.
Сформированные таким способом оболочкииспользовались при создании стеклопластиковых криостатов для жидкогогелия и азота с уникальными параметрами по ресурсу хранения хладагентаи уровню собственных шумов, существенно превышающимихарактеристики известных зарубежных и отечественных аналогов.4. Разработанаипрактическиреализованалинейкастеклопластиковых немагнитных криостатов с предельно низкимизначениями скорости испарения жидкого гелия и уровня собственных4шумов для использования в магнитометрических системах на основеСКВИДов. Так, криостаты, разработанные для использования в МКГкомплексах серии «МАГ-СКАН», при расстоянии «тепло-холод» менее 15мм и диаметрах горловины 150 мм, имели величину скорости испарениягелия около 1,1 литра в сутки, при диаметрах горловины до 300 мм – менее2,6 литров в сутки. Уровень собственных шумов созданных криостатов непревышал величины 1 фТл/Гц1/2.
Указанные значения параметров былиполучены для серийных образцов и являются лучшими в мире средистеклопластиковых криостатов с аналогичными геометрическимиразмерами.5. Разработан и практически реализован ряд аксиальныхградиентометров второго порядка на основе низкотемпературныхСКВИДов с параметрами, оптимизированными для использования вбиомагнитных СКВИД-системах. Созданные градиентометры имелиуровень собственных шумов, эквивалентный величинам менее 5 фТл/Гц1/2,степень небаланса менее 0.1% и, в совокупности с использованиемэлектронных систем подавления помех, обеспечивали в неэкранированномпространстве результирующий уровень шума выходного напряженияградиентометрических каналов, эквивалентный значениям входногомагнитного поля менее 50 фТл/Гц1/2 на частотах выше 3 Гц.
Это позволилоосуществлять надежную регистрацию магнитных сигналов сердцачеловека и малых животных в условиях обычной клиники с требуемымизначениями соотношения «сигнал-шум».6. Разработан и практически реализован способ подавления внешнихмагнитныхпомех,использующийбалансировкуприемныхградиентометров СКВИД-системы в однородном магнитном полепосредством подачи сигналов референтного XYZ-магнитометра в цепиобратных связей «сигнальных» градиентометров. При работе бездополнительной экранировки такая «электронная» балансировкапозволила снизить уровни результирующего шума выходных сигналовградиентометрических каналов на 20÷40 дБ в зависимости от характераокружающей помеховой обстановки.7. Определен ряд новых физических параметров источниковбиомагнитных сигналов в сердце человека, имеющих высокуюдиагностическую ценность при анализе электрофизиологическогосостояния и функционирования миокарда.
На ряде патологий проводящейсистемы миокарда найденные параметры продемонстрировали уровничувствительности и специфичности от 85 до 98 %, что существеннопревышаетзначения,полученныетрадиционнымиметодамиэлектрокардиодиагностики.Методология и методы исследования. Поставленные в диссертациизадачи решались как экспериментальными, так и теоретическимиметодами.В экспериментальных исследованиях использовалась совокупностьметодов и технологий, применяемых: - при создании композитных материалов5(стеклопластиков); - в сверхпроводниковой микроэлектронике; - впроектировании и создании криогенных устройств и установок; - вэкспериментальной физике, связанные с определением собственныххарактеристик создаваемых прототипов СКВИД-систем биомедицинскогоназначения и их отдельных компонентов.
К экспериментальным методамтакже относились исследования характеристик магнитометрических СКВИДсистем в целях определения концепции и оптимизации их конфигураций,обеспечивающих решение конкретных клинических задач, и методыаттестации созданных прототипов СКВИД-систем в качестве изделиймедицинской техники.Теоретические методы исследований включали расчеты и математическоеоценки, основанные на использовании известных физических законов теорииэлектричества и магнетизма, а также методы математического истатистического анализа данных магнитных измерений (в т.ч.
показателейчувствительности и специфичности магнитометрических параметров) с цельюопределениядиагностическизначимыхмагнитокардиографическихпараметров для разработки новых методов кардиодиагностики.Основные положения и результаты, выносимые на защиту:1. Концепция модульного построения магнитометрических систем наоснове СКВИДов для биомедицинских применений, таких, какмагнитокардиография, магнитоэнцефалография, контроль транспорта лекарствна магнитных наночастицах, магнитно-резонансная томография в слабыхмагнитных полях.2.
Семействодиагностическихкомплексовдляанализамагнитокардиосигналов «МАГ-СКАН» на базе магнитометрическихСКВИД-систем. Комплексы «МАГ-СКАН» предназначены для раннейдиагностики сердечно-сосудистых заболеваний на основе результатовнеинвазивного электрофизиологического исследования сердца изарегистрированы в Росздравнадзоре РФ в качестве изделий медицинскойтехники.3.
Конструкции стеклопластиковых немагнитных криостатов дляжидкого гелия и азота с предельно низкими значениями скорости испаренияхладагента и уровня собственных шумов, для использования в биомагнитныхСКВИД-системах.4. Конструкции измерительных зондов и электронных блоковмагнитометрических СКВИД-систем для биомедицинских применений,позволяющие обеспечить необходимые технические характеристики призаданных ограничениях работы без дополнительной магнитной экранировки вусловиях обычной клиники за счет оптимального выбора схемотехническихрешений основных узлов и распределения выполняемых функций междуаппаратными и программными модулями.5.
Способформированиястеклопластиковыхоболочек,вакуумноплотных по гелию, для создания немагнитных криостатов,используемых в магнитометрических СКВИД-системах «гелиевого» и«азотного» уровня охлаждения.66. Результаты магнитокардиографических исследований группдобровольцев с различными патологиями сердца с использованиемсозданныхдиагностическихкомплексовдляанализамагнитокардиосигналов серии «МАГ-СКАН», позволившие выявить ряддиагностическизначимыхМКГ-параметровсозначениямичувствительности и специфичности от 85 % до 98 %, что существеннопревышает аналогичные значения, полученные традиционными методамикардиодиагностики.7.
Действующие прототипы магнитометрических СКВИД-систем на базеплатформы «МАГ-СКАН» для исследований функционального состояниямозга человека и исследований магнитокардиосигналов малых животных.Личный вклад автора. Автором были определены тема диссертации,цели и задачи исследований, способы решения поставленных задач.Основная содержательная часть диссертации базируется на исследованияхи работах, выполненных автором лично, и состоит: в постановке задач;разработке базовой концепции построения магнитометрических систем наоснове СКВИДов для биомедицинских применений; в выполнениитеоретических расчетов и оценок характеристик основных элементовСКВИД-систем; проведении экспериментальных исследований основныххарактеристик магнитометрических СКВИД-систем и их отдельныхкомпонентов; проведении клинических МКГ-исследований группдобровольцев с использованием разработанных СКВИД-систем; вобсуждениииинтерпретацииполученныхэкспериментальныхрезультатов.
В работах, выполненных в соавторстве, личный вклад авторасостоял в участии в постановке задач, в разработке основных методов исредств проведения исследований, в проведении экспериментальныхисследований, в обсуждении и интерпретации полученных результатов.Теоретическая и практическая значимость диссертации. Комплекспроведенных исследований позволил: - разработать методы теоретическихрасчетов и оценок параметров и характеристик магнитометрическихсистем на основе СКВИДов; - создать линейку реально действующихмедицинских приборов, внедренных в клиническую практику; разработатьметодикипроведениямагнитокардиографическихисследований и создать базы МКГ-данных, которые могут бытьиспользованы в качестве основы для дальнейших разработок новыхмедицинских технологий ранней диагностики электрофизиологическогосостояния миокарда.В ходе выполнения работы были разработаны, изготовлены ипоставлены пользователям более десяти биомагнитных СКВИД-систем:Российский федеральный ядерный центр, г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
