Диссертация (1024691), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Для сокращения времени процедуры исследованиянеобходима ее многоканальная версия, для создания которой можно применитьтехнологии МКГ-комплексов серии «МАГ-СКАН».271а)б)Рисунок 6.17 – Усредненные МКГ крысы в 36 точках сетки измерений (а) ипоследовательность карт распределения магнитного поля на QRS-интервале (б)2726.3 Выводы к Главе 61. Разработаны и созданы различные магнитометрические СКВИД-системыдля магнитоэнцефалографических исследований и магнитокардиографическихисследованиймалыхживотных,включаямногоканальные,которыепродемонстрировали устойчивую работоспособность в обычных клиническихусловиях без дополнительной магнитной экранировки. Продемонстрированавозможность достижения результирующего уровня шума выходного сигналаградиентометров порядка 30-50 фТл/Гц1/2 в зависимости от конкретнойпомеховой обстановки в месте проведения исследований, что являетсядостаточнымдляполучениятребуемыхотношений«сигнал-шум»припроведении МЭГ-исследований ряда вызванных ответов мозга человека иисследований МКГ малых животных.2.
Исследованы эксплуатационные характеристики разработанных СКВИДсистем дляисследованиямозга человека исердца малыхживотных.Экспериментально проверена эффективность использования системы подавлениявнешних электромагнитных помех на основе электронной балансировки«сигнальных» градиентометров в однородном магнитном поле с использованиемдополнительноготрехкомпонентногоСКВИД-магнитометра,улучшавшейотношение «сигнал-шум» более чем на порядок.3. Экспериментально продемонстрирована возможность исследования спомощью СКВИД-систем электрических процессов не только в органах человека,ноив органахпотенциальныхмалыхживотных,примененийчтомагнитныхсущественнометодоврасширяетизмеренийкругимагнитометрической аппаратуры в медицине.4. Приведены результаты экспериментальных исследований по оценкеэквивалентной чувствительности по магнитному полю различных конфигурацийвходных трансформаторов магнитного потока и различных СКВИД-датчиков,используемых в измерительных зондах магнитометрических СКВИД-систем для273регистрации МЭГ-сигналов.
Определено, что использование градиентометроввторого порядка в качестве приемных трансформаторов магнитного потока сдиаметром приемных петель 15,8 мм обеспечивает уровни эквивалентнойсобственной чувствительности каналов регистрации МЭГ-сигналов в диапазонеот 5,5 до 6.4 фТл/ Гц1/2. Данный уровень чувствительности является достаточнымдля регистрации вызванных ответов мозга, и в частности, на зрительнуюстимуляцию.274ЗАКЛЮЧЕНИЕВ ходе выполнения настоящей диссертационной работы была решена важнаянаучно-техническая проблема по разработке и созданию нового классадиагностических приборов на базе высокочувствительных магнитометрическихСКВИД-систем для биомедицинских применений и получения новых научнопрактических знаний о процессах, протекающих в живых организмах, на основеанализа пространственно-временной структуры сверхслабых магнитных полей,создаваемых в окружающем пространстве биообъектами.Были поставлены и решены следующие задачи: Выполнен анализ основных характеристик известных магнитометрическихСКВИД-систем для биомагнитных применений.
Выявлены особенности ихструктурной компоновки и практического использования, сформулированытехнические требования к отдельным элементам магнитометрических СКВИДсистем, включая их помехозащищенность и ресурс хранения хладагента. Сформулирована концепция модульного построения магнитометрическихСКВИД-систем для биомедицинских применений. ВыполненанализстеклопластиковыхматериаловкриостатовдляиконструкциймагнитометрическихнемагнитныхСКВИД-системразличного назначения, разработана технология их создания. На созданныхобразцах экспериментально исследованы основные характеристики криостатов.Созданы стеклопластиковые криостаты с рекордно низкими значениями: а)скорости испарения жидкого гелия - менее 1.1 литра в сутки при диаметрегорловины, равном 150 мм; б) уровня собственных магнитных шумов – менее 1фТл/ Гц1/2. Разработаныконструкцииизмерительныхзондовмагнитометрическихсистем на основе СКВИДов для биомагнитных применений.
В качестве приемныхтрансформаторов магнитного потока в зондах использованы аксиальныеградиентометрывторогопорядкаоригинальнойконструкциисуровнем275собственногобалансалучше0.1%.Экспериментальнопровереныихфункциональность и исследованы основные характеристики. Разработаны электронные схемы для СКВИД-систем гелиевого и азотногоуровней охлаждения с уровнем приведенного ко входу предусилителя шумовогонапряжения менее 1 нВ/Гц1/2 и динамическим диапазоном принимаемых сигналовпорядка 140 дБ. Сформулированы требования и возможные способы решения задачиподавления внешних магнитных помех в месте выполнения измерений. Разработанградиентометровспособв«электронной»однородноммагнитномбалансировкиполе,«сигнальных»позволившийснизитьрезультирующий уровень белого шума на выходе СКВИД-магнитометров болеечем в 10 раз при работе в неэкранированном пространстве. На основе разработанных элементов – немагнитных стеклопластиковыхкриостатов, измерительных зондов, электронных схем СКВИД-магнитометров созданы магнитометрические СКВИД-системы для биомагнитных исследований,работающие без дополнительной магнитной экранировки и демонстрирующиепри этом уровни шума выходного сигнала, эквивалентные значениям менее 50фТл/ Гц1/2, что являлось достаточным, в частности, для исследования магнитныхсигналов, генерируемых сердцем человека и малых животных. Выявлен ряд особенностей выполнения исследований магнитного полясердца и мозга человека, и регистрации их электромагнитной активности сиспользованием разработанных магнитометрических СКВИД-систем. Разработана структура программного обеспечения магнитометрическихСКВИД-систем для проведения магнитокардиографических исследований. Выявленыособенностирегистрации,обработкиианализамагнитокардиосигналов при исследовании групп добровольцев с различнымисердечно-сосудистыми заболеваниями и «нормы», сформулированы основныеособенности интерпретации данных магнитных измерений.276 В условиях обычных клиник выполнены сравнительные экспериментальныеисследования групп пациентов с различными патологиями сердца и группыпрактическиздоровыхлиц(«нормы»).Приэтомполученрядновыхдиагностически значимых МКГ-параметров, интегративное применение которыхпри сравнении групп пациентов с различной патологией сердца и группы«нормы»позволяетдостигатьуровнейчувствительностивыше85%испецифичности выше 90%, что существенно превышает значения аналогичныхпараметров,полученныхсиспользованиемтрадиционныхметодовкардиодиагностики.Полученные в ходе выполнения настоящей работы результаты дают основанияполагать, что разработанные магнитометрические системы на основе СКВИДовмогут стать базовой технологической платформой для появления нового классавысокотехнологичнойивысокоинформативноймедицинскойтехники,вчастности, для кардиодиагностики, которая может найти самое широкоеприменение в медицинской практике [187, 188].Результаты работы были практически реализованы в многочисленныхотечественных и зарубежных организациях и предприятиях, что подтверждаетсявыполненными контрактами на разработку, изготовление и поставку СКВИДсистем для различных биомедицинских применений, а также их отдельныхкомпонентов – криостатов, измерительных зондов и блоков электроники.Дальнейшее развитие технической составляющей данного направления можетбыть связано с использованием разработанных СКВИД-систем для созданиямагнитно-резонансных томографов, работающих в слабых магнитных полях (свеличиной измерительного поля порядка магнитного поля Земли), и созданиемсистем контроля и доставки лекарств на основе магнитных наночастиц длядиагностики и лечения онкологических заболеваний.
Первый опыт применениясозданных СКВИД-систем в указанных областях дал весьма обнадеживающиерезультаты.Развитиемедицинскойсоставляющейклиническогоприменениямагнитометрических СКВИД-систем и методов магнитных измерений связано с277разработкой новых высокоэффективных методов и технологий диагностики илечения социально значимых заболеваний, прежде всего в области кардиологии ионкологии, а также исследованиях мозга.278СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Malmivuo J., Plonsy R. Bioelectromagnetism.
New York, Oxford: OxfordUniversity Press. 1995. 471 c.2. Andrä W. Magnetism in Medicine. W. Andrä and H. Nowak (ed). Weinheim:Wiley-VCH, 2007. 655 c.3. Magnetoencephalography — a noninvasive brain imaging method with 1 ms timeresolution / C. del Gratta [et al.]. Reports on Progress in Physics 2001. V. 64, № 12.
P.1759–1814.4. Magnetoencephalography – theory, instrumentation, and applications tononinvasive studies of signal processing in the human brain / M. Hämäläinen [et al.]. InReviews of Modern Physics. 1993. V.65. P. 413-497.5. Hari R., Lounasmaa O.V. Recording and Interpretation of Cerebral MagneticFields // Science. 1989. V. 244. P. 432–436.6. Cohen D., Halgren E.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
