Диссертация (1024691), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Белыйшум выходных сигналов градиентометров обычно находился в диапазоне 20-40мкВ/Гц1/2, то есть, более чем на порядок превышал уровень собственных шумовмагнитометрической системы. При значении коэффициента преобразованиявходного магнитного поля в магнитный поток в СКВИДе КВ-Ф ~ 0,8 нТл/0 дляградиентометров с диаметрами петель приемных витков 19,8 мм, это былоэквивалентно уровню шума ~ 25-50 фТл/Гц1/2 и позволяло регистрироватьмагнитокардиограммы с высоким отношением «сигнал-шум».Управление режимами работы комплекса, настройка СКВИДов, оцифровкаМКГ-данных и передача их в персональный компьютер осуществлялось спомощью микропроцессоров и микроконтроллеров, установленных как в блоке180согласования, так и на платах СКВИД-электроники.
В первых вариантахприборов связь с компьютером осуществлялась через COM-порт, в современныхкомплексах она осуществляется через более скоростной порт USB. Программноеобеспечение для управления МКГ-комплексами, для сбора и анализа МКГданных было разработано для персональных компьютеров на базе платформWindows 98/NT/2000/XP/WIN7.Рисунок 4.19 – Спектры выходных сигналов градиентометрических каналов,записанные в лабораторных условиях без дополнительной магнитнойэкранировкиМКГ-комплексы серии «МАГ-СКАН» были спроектированы таким образом,чтоонипозволялирегистрироватьианализироватьнетолькомагнитокардиограммы пациента, но и проводить регистрацию и анализ егостандартной ЭКГ в двенадцати отведениях.
Таким образом, комплексы «МАГСКАН»фактическипредставляютсобойустановкидляисследования181электромагнитной деятельности сердца человека на основе комплексного анализаЭКГ и МКГ, что является их несомненным преимуществом, поскольку позволяетисследовать полную картину электрических процессов в сердце человека.Для диагностических комплексов серии «МАГ-СКАН» были разработаныТехнические условия (ТУ), в которых сформулированы все необходимыетехнические и эксплуатационные требования к комплексам, а также методыпроверки их работоспособности, условия хранения и транспортировки.На основе разработанных ТУ были созданы пять МКГ-комплексов – двадесятиканальных комплекса «МАГ-СКАН-07» с семью каналами регистрацииМКГигексагональнымдвенадцатиканальныхрасположениемкомплексаградиентометров,«МАГ-СКАН-09»сдевятьюитриканаламирегистрации МКГ и расположением градиентометров в узлах квадратной сетки(3×3).
Для проведения технических и клинических испытаний десятиканальныекомплексы были установлены в Научный центр сердечно-сосудистой хирургииим. Н.А. Бакулева РАМН и Центральную клиническую больницу РАН (3-юполиклинику РАН). Один двенадцатиканальный комплекс «МАГ-СКАН-09» былустановлен в Городской клинической больнице № 1 им. Н.И. Пирогова, одинаналогичныйкомплексбылвывезенвГерманиюдляпроведенияпредварительных клинических испытаний в клинике Университета г. Тюбинген, иодин использовался в качестве контрольного в лаборатории биомедицинскойрадиоэлектроники ИРЭ им. В.А.
Котельникова РАН.ДляобработкиМКГ-сигналовбылоразработаноспециализированноепрограммное обеспечение, проверенное в реальных клинических условиях ипредназначенное для решения следующих задач: - неинвазивного картированиямагнитного поля сердца над грудной клеткой пациента с регулярной сеткой внеэкранированном пространстве, с синхронным вводом МКГ и ЭКГ сигналов вПК; - фильтрации, усреднения и сортировки МКГ-данных; - интерполяцииусреднѐнных МКГ-данных и создания «мгновенных» карт распределениямагнитного поля в плоскости измерений; - аналитической локализации источникаэлектромагнитной активности и траектории его перемещения по исследованным182интервалам сердечного цикла; - реконструкции биомагнитного источника в формераспределения плоского тока; - пространственно-временного анализа МКГсигнала и численной оценки магнитного поля сердца без применения процедурырешения обратной задачи; - создания дружественного графического интерфейса игибкой базы данных МКГ-измерений и результатов анализа [149, 150].Подробное описание программного обеспечения диагностических комплексовсерии «МАГ-СКАН», и результаты его практического использования вклинических МКГ-исследования приведены в Главе 5.4.4 Выводы к Главе 41.ПредложенаконцепциямагнитометрическихмодульногоСКВИД-систем,построениямногоканальныхпозволяющаяпроектироватьизмерительные комплексы с учетом особенностей конкретных решаемых задач иприменений.2.
Разработана, создана и испытана новая серия магнитокардиографическихдиагностических комплексов для регистрации и анализа биомагнитных сигналов,генерируемых в сердце человека, получившая название «МАГ-СКАН». ОсновукомплексовсоставляютмагнитометрическиемодулинабазеСКВИДовпостоянного тока гелиевого уровня охлаждения с числом каналов регистрациимагнитокардиосигналов от 1 до 36 и пакет оригинальных прикладных программдля обработки и анализа данных МКГ-измерений.3. Для десяти- и двенадцатиканальных вариантов комплексов «МАГ-СКАН-07»и «МАГ-СКАН-09» проведены этапы технических и клинических испытаний,которые продемонстрировали их устойчивую работу без дополнительноймагнитной экранировки в обычных клиниках г. Москвы, обеспечивая высокоекачество регистрации и анализа магнитокардиосигналов в условиях воздействиявнешних электромагнитных помех.
На конструкцию измерительного зонда МКГкомплекса «МАГ-СКАН-09» в форме моновставки был получен патент РФ [151].183ГЛАВА 5ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МКГ-КОМПЛЕКСОВ СЕРИИ «МАГСКАН» И РЕЗУЛЬТАТЫ КЛИНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ИХИСПОЛЬЗОВАНИЕМ5.1Особенностипрограммногообеспечениядлямагнитокардиографических исследованийПрограммноеобеспечениепообработкеианализуданныхмагнитокардиографических исследований является важнейшей составляющейМКГ-комплексов, поскольку результатом компьютерного анализа является наборфизическихпараметровмагнитногополяобследуемого,имеющихдиагностическое значение при постановке диагноза и определения стратегии итактики лечения.Электрическая активность миокарда порождает магнитное поле, основанное напринципе электромагнитной индукции, и распространяющееся тангенциальноотносительноэлектрическогофронтавозбуждения.МКГисследуетэлектрическую активность сердца посредством анализа магнитного поля,генерируемого в результате электрического возбуждения миокарда.
Посколькумагнито- и электрокардиограмма обусловлены в конечном итоге активностьюодних и тех же электрических источников в сердце, МКГ в различные моментывремени кардиокомплекса коррелирует с ЭКГ. Поэтому форма кардиомагнитныхсигналов имеет аналогичную с ЭКГ графическую структуру - комплекс QRS,волны P, T и U.Однакоисточникиэлектрическихимагнитныхсигналовимеютфундаментальные отличия. По сравнению с электрокардиографией (ЭКГ),которая регистрирует изменения разности потенциалов на поверхности тела врезультате изменения объемных токов, биомагнитные измерения (МКГ)чувствительны к токам действия, возникающим внутри миокарда.
Одним изпреимуществМКГ184чрезвычайноявляетсявысокаячувствительностьрегистрируемых в точке наблюдения параметров магнитного поля к изменениямтоков в сердечной мышце при де- и реполяризации, не зависящая, по сравнению сЭКГ, от влияния многослойной анизотропной проводящей среды (груднойклетки), внутри которой расположен источник (сердечная мышца). Кроме того,МКГ чувствительна к вихревым потокам (круговым токам), которые вообще нерегистрируются на ЭКГ.
МКГ - исследования выполняются бесконтактно, приэтом сама магнитометрическая система не оказывает никакого воздействия наэлектрофизиологическиепроцессывсердце,таккакприрегистрациидиагностической информации она не излучает никакой энергии.При электрофизиологических исследованиях установлено, что практическилюбая патология миокарда связана с изменением плотности тока ионов черезмембрану кардиомиоцитов. Изменение этой плотности по отношению к «норме»рассматривается, как проявление начальных функциональных нарушений.Поскольку магнитное поле - величина векторная (т.е.
кроме амплитуды имеет ещеи направление), и магнитные сигналы не искажены тканями человеческого тела, аразность потенциалов – величина скалярная (имеет только амплитуду), МКГсодержит дополнительную информацию, отсутствующую на стандартной ЭКГ.Таким образом, МКГ, чувствительная, главным образом, к внутри- ивнеклеточнымионнымдиагностическуютокаминформацию,сердца,чемможетизвестныедаватьболее"потенциальные"раннююметоды(электрокардиография - ЭКГ; картирование поверхностных потенциалов тела КППТ), и может быть использована для более раннего выявления нарушенийэлектрофизиологических свойств миокарда.Более того, в данных потенциальных измерений (ЭКГ) нет информации оформе элементов тока источника поля, потенциалы которого регистрируют наповерхности тела, в то время как магнитометрические данные содержатинформацию и о пространственной конфигурации ионных токов в сердце.
Иначеговоря, бесконтактно измеряя величины параметров магнитного поля сердца ввоздухе над грудной клеткой человека и по этим данным корректно185восстанавливая пространственное распределение его источников в сердце, можно«увидеть» самые первые изменения пространственной структуры ионных токов,которые являются предвестниками последующей патологии.Создание сверхчувствительной магнитометрической аппаратуры - это толькочасть решения проблемы бесконтактной диагностики. Другой существеннойнаукоемкой компонентой, определяющей возможности и успех прикладногоиспользования таких систем, является создание информационной технологии дляинтерпретации результатов магнитометрических измерений, которая требуеттеоретического обоснования и создания новых математических моделей иметодов восстановления пространственно-временной картины распределенияисточников поля в сердце человека.
Таким образом, магнитокардиографическаятехнологияобследованияобеспечиваетсятехническимиипрограммно-инструментальными средствами, объединенными в разработанных и созданныхдиагностических комплексах серии «МАГ-СКАН».Вданнойглаверассматриваютсяалгоритмыобработкиианализамагнитокардиосигнала и их программная реализация. Программное обеспечение,для определенности, ориентировано на магнитометрическую СКВИД-систему сдевятью каналами регистрации МКГ в виде аксиальных градиентометров второгопорядка и референтным векторным (три ортогонально расположенных СКВИДа)магнитометром [103]. При использовании СКВИД-системы с девятью каналамирегистрацииМКГалгоритмисследованияпредполагаетрегистрациюмагнитокардиосигнала последовательно в четырех пространственных позициях водной плоскости над грудной клеткой пациента таким образом, чтобы точкиизмерений составляли регулярную квадратную сетку 6×6 точек с шагом 40 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
