Магнитометрические системы на основе СКВИДов для биомедицинских применений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.17, кандидат наук Масленников, Юрий Васильевич

• Масленников, Юрий Васильевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Масленников, Юрий Васильевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИЗВЕСТНЫХ НАУЧНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1.1 Биомагнетизм и его возможные применения в медицине

1.2 Магнитометрические СКВИД-системы для биомагнитных исследований

1.3 Способы подавления внешних электромагнитных помех

1.4 Обработка биомагнитных сигналов

1.5 Неинвазивные методы биомагнитных исследований с использованием СКВИД-магнитометров, имеющие потенциал для применения в медицине

1.5.1 Магнитоэнцефалография

1.5.2 Магнитокардиография

1.5.3 Измерение магнитной восприимчивости печени

1.5.4 Магнитно-резонансная томография в слабых магнитных

полях

1.6 Выводы к Главе 1, постановка задачи исследования

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ НЕМАГНИТНЫХ СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ КРИОСТАТОВ ДЛЯ

МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИХ СКВИД-СИСТЕМ

2.1 Материалы для стеклопластиковых немагнитных криостатов

2.1.1 Стеклопластики для оболочек криостатов

2.1.2 Изготовление стеклопластиковых оболочек для криостатов

2.1.3 Материалы для клеевых швов, экранно-вакуумной изоляции и тепловых экранов

2.2 Конструкции стеклопластиковых криостатов для биомагнитных СКВИД-систем

2.2.1 Основные требования к конструкции и характеристикам криостатов для биомагнитных магнитометрических СКВИД-систем

2.2.2 Практические конструкции стеклопластиковых гелиевых криостатов для биомагнитных СКВИД-систем

2.2.3 Гелиевые криостаты для МЭГ- и МКГ-применений

2.3 Выводы к Главе 2

ГЛАВА 3 КОНСТРУКЦИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЗОНДОВ И БЛОКОВ ЭЛЕКТРОНИКИ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИХ СКВИД-СИСТЕМ ДЛЯ

БИОМАГНИТНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ

3.1. Измерительные зонды для биомагнитных СКВИД-систем гелиевого уровня охлаждения

3.1.1 Особенности приема биомагнитного сигнала

магнитометрической СКВИД-системой

3.1.2 Характеристики практических конструкций градиентометров

для регистрации биомагнитных сигналов

3.1.3 Оценки разрешающей способности СКВИД-систем с градиентометрическими конструкциями приемных трансформаторов магнитного потока

3.2 Практические конструкции измерительных зондов для биомагнитных СКВИД-систем

3.2.1 Конструкции измерительных зондов для

магнитокардиографических и магнитоэнцефалографических СКВИД-систем

3.2.2 Экспериментальная проверка функциональности и характеристик измерительных зондов магнитометрических СКВИД-систем

3.3 Электронные схемы магнитометров на основе СКВИДов

3.3.1 Схемы преобразования сигнала СКВИД-датчика с замкнутой обратной связью

3.3.2 Электроника для магнитометрических СКВИД-систем гелиевого уровня охлаждения

3.3.3 Электроника для магнитометрических СКВИД-систем азотного уровня охлаждения

3.3.4 Блоки управления СКВИД-магнитометров для биомагнитных систем

3.3.5 Исследование собственных шумовых характеристик электроники магнитометрической СКВИД-системы

3.4. Балансировка «сигнальных» градиентометров в однородном магнитном поле

3.4.1 Балансировка градиентометров в биомагнитных системах гелиевого уровня охлаждения

3.4.2 «Электронные» градиентометры на базе магнитометрических СКВИД-систем

3.4.3 Практическая конструкция измерительного зонда градиентометра на основе трех ВТСП-СКВИД-магнитометров

3.4.4 Схемотехническая реализация «электронного» градиентометра

3.5 Выводы к Главе 3

ГЛАВА 4 МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ СКВИДОВ ДЛЯ МАГНИТОКАРДИОГРАФИЧЕСКИХ ПРИМЕНЕНИЙ

4.1.1 СКВИД-датчик для одноканальной МКГ-системы и его

основные характеристики

4.1.2 Измерительный зонд одноканальной МКГ-системы

4.1.3 СКВИД-электроника и блок управления одноканальной МКГ-системы

4.1.4 Стеклопластиковый криостат одноканальной МКГ-системы

4.1.5 Регистрация и обработка магнитокардиосигналов с

использованием одноканальной МКГ-системы

4.2 Десятиканальная СКВИД-система для МКГ- применений

4.2.1 Стеклопластиковый криостат десятиканальной МКГ-системы

4.2.2 Измерительные зонды десятиканальной МКГ-системы

4.2.3 Электронные блоки десятиканальной МКГ-системы

4.2.4 Проведение МКГ-обследований с использованием десятиканальной СКВИД-системы

4.3 Диагностические комплексы анализа магнитокардиосигналов серии «МАГ-СКАН»

4.3.1 Криостаты МКГ-комплексов серии «МАГ-СКАН»

4.3.2 Измерительные зонды МКГ-комплексов серии «МАГ-СКАН»

4.3.3 Электронные блоки управления СКВИД-датчиками и регистрацией магнитокардиосигналов в МКГ-комплексах «МАГ-СКАН»

4.4 Выводы к Главе 4

ГЛАВА 5 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МКГ-КОМПЛЕКСОВ СЕРИИ «МАГ-СКАН» И РЕЗУЛЬТАТЫ КЛИНИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ С ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

5.1 Особенности программного обеспечения для

магнитокардиографических исследований

5.2 Пакет начальной обработки МКГ

5.2.1 Программа ввода и регистрации МКГ

5.2.2 База данных МКГ-исследований

5.2.3 Предобработка МКГ-сигналов

5.2.4 Контурный анализ ЭКГ

5.2.5 Фильтрация МКГ-записей

5.2.6 Усреднение магнитокардиографических QRS -комплексов

5.3 Исследование пространственно-временных характеристик

магнитного поля сердца, анализ и оценка источников кардиомагнитного сигнала

5.3.1 Исследование усредненных магнитокардиографических кардиокомплексов

5.3.2 Исследование гомогенности процесса реполяризации желудочковой системы сердца

5.2.3 Локализация источника биомагнитного сигнала

5.2.4 Пространственно-временной анализ электрической активности миокарда: обратная задача магнитостатики для источника поля в виде плоской системы токов

5.2.5 Исследование групп пациентов: применение методов мультивариантной статистики

5.3 Результаты испытаний магнитометрических СКВИД-систем серии «МАГ-СКАН» при проведении МКГ-исследований в клинических условиях

5.3.1 Условия проведения клинических испытаний диагностических комплексов серии «МАГ-СКАН»

5.4.2 Процедура проведения МКГ-обследования испытуемых

5.4.3 Регистрация магнитокардиосигналов (ввод МКГ-данных)

5.4.4 Результаты клинических обследований различных групп добровольцев с использованием МКГ-комплексов серии «МАГ-

СКАН»

5.5 Выводы к Главе 5

ГЛАВА 6 МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИЕ СКВИД-ИСТЕМЫ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЙ В МАГНИТОЭНЦЕФАЛОГРАФИИ И

ИССЛЕДОВАНИЯХ МАЛЫХ ЖИВОТНЫХ

6.1 Магнитометрические системы на основе СКВИДов для применений в магнитоэнцефалографии

6.1.1 Конструкция десятиканальной магнитометрической системы на основе СКВИДов для магнитоэнцефалографических исследований

6.1.2 Сигнальные и шумовые характеристики 10-канальной магнитометрической СКВИД-системы для регистрации МЭГ-

сигналов

6.1.3 Конструкция 22-канальной магнитометрической системы на основе СКВИДов для магнитоэнцефалографических исследований

6.1.4 Магнитометрическая система на основе ВТСП-СКВИДов

6.2 Магнитометрическая СКВИД-система для исследования МКГ

малых животных

6.2.1 Особенности регистрации и обработки магнитных сигналов при исследовании МКГ малых животных

6.2.2 Магнитометрическая СКВИД-система для регистрации и исследования магнитокардиосигналов малых животных

6.3 Выводы к Главе 6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Магнитометрические системы на основе СКВИДов для биомедицинских применений»

ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика работы. Диссертационная работа посвящена разработке и созданию новых высокочувствительных магнитометрических средств, а также связанных с ними методов регистрации и анализа пространственно-временной структуры сверхслабых магнитных полей, создаваемых в окружающем пространстве биообъектами. По своей сути, исследования, выполненные в рамках диссертационной работы, направлены на развитие новых технологий регистрации и получения информации в области медицины: кардиология (магнитокардиография - МКГ); исследование мозга человека (магнитоэнцефалография - МЭГ); биология - исследование магнитных полей малых животных и (или) их органов при моделировании и оценке нарушений метаболизма железа, контроль транспорта лекарств на магнитных носителях и т.д.

Особенностью выполненных исследований стало тесное переплетение и взаимосвязь фундаментальных результатов физики низких температур (криогенные системы, сверхчувствительные датчики магнитного поля, специальная электроника и пленочные технологии сверхпроводниковой микроэлектроники), электрофизики, средств автоматизации исследований, информатики и чисто прикладных аспектов, которые уже сегодня нашли практическое применение в медицине и других областях. Несмотря на значительное разнообразие вопросов, которые рассматриваются в диссертационной работе, только такой подход позволил эффективно корректировать (в случае необходимости) каждое из направлений исследований, оценивать возможности предлагаемых решений, избегать тупиковых вариантов.

В диссертационной работе обобщены результаты работ автора, выполненных в 1989 - 2015 г. в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Н.А. Пушкова РАН и в Институте радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН.

Актуальность темы диссертации. Интерес к исследованию пространственно-временной структуры слабых магнитных полей проявляют специалисты многих областей, так как измерение в окружающем пространстве наведенных электрическими токами магнитных полей - один из способов получения информации о распределении тока в исследуемом объекте и, таким образом, о самом объекте.

Особое место в данной области занимают исследования электромагнитных процессов, обуславливающих жизнедеятельность биологических объектов в целом, и их различных органов (мозга, сердца и т. д.), а также разработка и создание соответствующей аппаратуры, поскольку результаты подобных исследований и разработок имеют прямое отношение к практическим применениям в медицине [1,2].

Основным аргументом в пользу разработки новых медицинских приборов и медицинских диагностических технологий на базе методов тонких магнитных измерений, (таких, например, как магнитокардиография или магнитоэнцефалография), является их чрезвычайно высокая чувствительность, позволяющая регистрировать электромагнитную активность в различных органах человека на клеточном уровне. Это позволяет получить объективные оценки текущего состояния проводящей системы таких органов, как сердце или мозг человека, сделать прогностические оценки их реакции на различного рода внешние воздействия, в том числе на медикаментозную терапию. Положительным обстоятельством также является тот факт, что ткани тела человека практически прозрачны для магнитного поля, и существует возможность бесконтактной регистрации магнитных сигналов вне тела человека без их искажений. В совокупности с «потенциальными» методами измерений объективно существует возможность получить целостную картину электромагнитной активности исследуемого органа, причем неинвазивно и бесконтактно.

Наиболее чувствительными инструментами при исследованиях сверхслабых магнитных полей, генерируемых живыми организмами на сегодняшний день

остаются магнитометры на основе сверхпроводниковых квантовых интерференционных датчиков - СКВИДов. Исследования возможностей применения СКВИД-систем в медицине ведутся уже более 40 лет. В работах многочисленных зарубежных групп по исследованиям магнитных полей сердца, мозга, печени и др. были продемонстрированы достоинства получаемых с помощью СКВИД-систем медицинских результатов. Однако, эти результаты были получены как правило в условиях специальных магнитно-экранированных камер (МЭК), имеющих высокую стоимость и требующих определенного инженерного обеспечения. Также использованные в исследованиях СКВИД-системы имели различную конструкцию регистраторов биомагнитных сигналов и методы их анализа, поэтому вопрос сопоставимости и унификации получаемых с их помощью результатов остается открытым до настоящего времени. Последние два обстоятельства - высокая стоимость аппаратуры (стоимость только МЭК составляет сотни тысяч долларов) и отсутствие общепринятых подходов к интерпретации данных биомагнитных измерений - существенно ограничивают потенциал их внедрения в медицинскую практику.

Поэтому для развития данного направления актуальной была и остается задача разработки таких образцов магнитометрических СКВИД-систем, которые могли бы обеспечить устойчивую и надежную работу в условиях обычных городских клиник (без дополнительной магнитной экранировки от внешних магнитных шумов и помех), и давать диагностически значимую информацию об электрических источниках в различных органах биообъектов, интерпретация которой была бы понятна практикующим клиницистам.

В настоящее время одной из наиболее важных прикладных медицинских задач для применения СКВИД-магнитометров является кардиология, где магнитокардиография может быть использована для ранней диагностики наиболее распространенных заболеваний сердца. В этом случае носителем информации об электрических событиях в сердце являются величины параметров магнитного поля, которое регистрируют в точках окружающего пространства над

грудной клеткой человека. Измерения выполняются бесконтактно, а сама магнитометрическая система не оказывает никакого воздействия на электрофизиологические процессы в сердце, так как при регистрации диагностической информации она не излучает никакой энергии.

Согласно анализу Всемирной организации Охраны Здоровья, 80% реального успеха в снижении смертности от сердечно-сосудистых заболеваний в высокоразвитых странах Европы и Америки было достигнуто благодаря не финансовым вливаниям в медицину, а за счет профилактических мероприятий, ранней диагностики и выявления пациентов с риском внезапной смерти. Таким образом, раннюю диагностику заболеваний сердца, их своевременную профилактику необходимо рассматривать, как глобальную медико-социальную проблему, которая особенно актуальна и для нашей страны. Эту проблему в значительной степени можно решить за счет развития и внедрения в клиническую практику магнитокардиографии. Тем более, что в этой области биомедицинских применений СКВИД-магнитометрическая техника занимает приоритетное положение, поскольку в настоящее время не имеет конкурентноспособных альтернатив.

Таким образом, в настоящей работе основное внимание уделено решению актуальной и важной научно-технической проблемы: разработке и созданию на основе СКВИДов новых перспективных инструментальных средств, и методов регистрации и анализа пространственно-временной структуры сверхслабых магнитных полей, создаваемых в окружающем пространстве биообъектами. При этом основной упор сделан на создание магнитометрических СКВИД-систем для медицинских исследований и диагностики в области кардиологии (МКГ), которые могут надежно функционировать в условиях высоких уровней внешних электромагнитных помех. Именно такие системы наиболее актуальны, позволяют получить новые знания об электрофизиологии сердечной деятельности и имеют реальные перспективы широкого практического применения в медицине.

Степень разработанности проблемы. Исторически наиболее продвинутым в

медицинскую практику оказался метод магнитоэнцефалографии (МЭГ) [3-6]. Магнитоэнцефалография является наиболее точным инструментом в исследованиях электрической активности мозга человека. Миллисекундное разрешение по времени и высокое пространственное разрешение (2-3 мм) делают ее незаменимой при обнаружении и диагностике заболеваний, связанных с нарушениями функций мозга. Метод магнитоэнцефалографии и соответствующая магнитометрическая аппаратура прошли медицинскую сертификацию в странах Северной Америки, Европы и Японии, и используются в медицинских центрах ряда стран, главным образом в исследовательских целях. Одним из практических применений МЭГ в клиниках является локализация эпилептических очагов с целью их последующего операционного лечения.

Наиболее социально значимым представляется внедрение в клиническую практику метода магнитокардиографии (МКГ), поскольку в развитых странах первенство по числу смертельных исходов устойчиво удерживают сердечнососудистые заболевания. Для своевременного выявления и последующего эффективного лечения этих заболеваний требуется развитие новых методов кардиодиагностики и современных инструментальных средств, позволяющих регистрировать патологические изменения на самой ранней стадии, когда эффективность лечения наиболее высока, а процесс развития патологии еще является обратимым.

Магнитокардиография позволяет полностью неинвазивно обнаружить и оценить количественно даже минимальные отклонения в работе сердца человека от «нормы». Диагностика дисфункций сердца без клинических симптомов, заболеваний коронарных сосудов, аритмий различной природы, риск-анализ, а также индивидуальный подбор медикаментозной терапии могут быть эффективно осуществлены с использованием МКГ-метода и соответствующей аппаратуры.

К настоящему времени во многих экспериментальных и клинических работах доказана существенно более высокая пространственная разрешающая способность магнитокардиографии по сравнению с электрокардиографией [7-12].

Было также показано, что магнитокардиография несет в себе необременительность и безопасность для пациентов, присущую неинвазивным методам, и точность прямых методов исследования электрофизиологии миокарда. В частности, в обзоре [13] приведены результаты нескольких десятков одноцентровых исследований по использованию магнитокардиографии в диагностике ишемической болезни сердца (ИБС). По данным авторов этого обзора, средняя точность магнитокардиографии при диагностике ишемической болезни сердца в покое составляет примерно 75%.

Магнитно-резонансная томография является общепризнанным инструментом в медицинской практике. К ее основным недостаткам можно отнести использование высокоинтенсивного магнитного поля (1,5-10 Тесла) для получения изображений внутренних органов человека, негативно сказывающегося на здоровье обследуемых. Магнитно-резонансная томография в слабых магнитных полях (МРТ СМП) является одним из интенсивно развивающихся в последнее десятилетие направлений исследований на базе СКВИД-технологий [14]. Ее основным преимуществом является возможность визуализировать одновременно морфологическую структуру исследуемого органа (мозга, сердца), и происходящие в нем электрические процессы. При этом величины магнитных полей для получения МРТ-изображений могут быть снижены с единиц Тесла до сотен микроТесла без существенной, как предполагают, потери качества изображений исследуемых органов [15].

Многообещающим практическим направлением в диагностике и лечении онкологических заболеваний является разработка медицинской аппаратуры на основе СКВИД-магнитометров и соответствующих программных средств для слежения за магнитными контрастирующими агентами и транспортом лекарств на магнитных носителях в организме человека. Принцип работы подобных программно-аппаратных комплексов заключается в том, что магнитометрическая СКВИД-система следит за динамикой распределения магнитных контрастирующих материалов или носителей с лекарствами, а программное

обеспечение дает возможность восстановить пространственное распределение магнитных наночастиц в организме человека, причем с точностью, в десятки раз превышающей результаты использования традиционных методов и аппаратуры [16]. Адекватные величина и градиент магнитного поля, созданные управляемым источником магнитного поля (магнитным аппликатором), используются для удержания введенных внутривенно магнитных носителей с иммобилизованными лекарствами в нужном месте, и пролонгирования их действия. Таким образом, подобные комплексы могут быть использованы и для ранней диагностики, и для контроля терапии онкологических заболеваний.

Вышеперечисленные достоинства методов тонких магнитных измерений и магнитометрической аппаратуры на платформе СКВИД-технологий, а также появление в последнее время магнитометрических систем на основе лазерной накачки с уровнями чувствительности фемтотеслового диапазона [17], открывают широкие возможности по созданию новейших медицинских приборов для регистрации собственных или искусственно созданных в организме человека магнитных полей, и развития на данной основе новых высокотехнологичных методов ранней диагностики различных заболеваний, и скорейшего внедрения этих методик и аппаратуры в клиническую практику.

В диссертации были использованы наработки и развиты идеи российских и зарубежных авторов относительно конструкций биомагнитных СКВИД-систем и методов их клинических применений. Также в ходе выполнения работы проводились дискуссии с теми российскими и зарубежными учеными, которые заняты исследованиями в области биомагнетизма и биомедицины.

В нашей стране большой вклад в развитие теории СКВИДов и действующих биомагнитных приборов на их основе внесли работы специалистов Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН (А.Н Матлашов, Ю.Е. Журавлев, М.И. Фалей, В.П. Кошелец), Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Н.А. Пушкова РАН (А.Н. Козлов, С.А. Гудошников), Физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова (О.В.

Снигирев), Российского научного центра «Курчатовский институт» (С.П. Наурзаков, В.Л. Введенский, В.И. Ожогин), Новосибирского электротехнического университета (Б.М. Рогачевский, С.В. Моторин, Н.В. Голышев, Я.С. Гринберг) и многих коллективов других академических и отраслевых исследовательских организаций.

Основываясь на этих фундаментальных результатах, получили практическую направленность созданные в Российской Федерации магнитометрические СКВИД-системы для исследования электрических процессов в сердце и мозге человека, для изучения магнитной восприимчивости различных материалов, для регистрации и анализа низкочастотных вариаций магнитного поля Земли.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертационная работа выполнена в рамках следующих тем и программ:

Государственная научно-техническая программа «Высокотемпературная сверхпроводимость», ГКНТ СССР, Проект №: 91176, «МКГ», 1992 г.

Программа «Актуальные проблемы физики конденсированных сред» направления «Сверхпроводимость», ГКНТ РФ, Министерство науки и технологий РФ, Проект №: 92169, «БиоСКВИД», 1994 г.

Программа «Актуальные проблемы физики конденсированных сред» направления «Сверхпроводимость», Министерство науки и технологий РФ, Проект №: 95035, «Биосквид-2», 1998 г.

ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы, Министерство промышленности, науки и технологий РФ, Госконтракт № 40.012.1.1.11.46 по теме «Развитие магнитных методов измерений с использованием систем на основе НТСП и ВТСП СКВИДов», 2002 г.

Госконтракт № 02.434.11.7111 по теме «Разработка и создание измерительных систем на основе ВТСП-СКВИДов», Федеральное агентство по науке и инновациям, 2005 г.

Госконтракт № 162-К по теме: «Создание уникального стенда для картирования магнитоэнцефалографической и магнитокардиологической активности головного мозга и сердца», Национальный проект «Образование», Министерство образования и науки РФ, 2006 - 2007 гг.

Госконтракт № 02.512.12.2049 по теме «Исследование механизмов формирования изображения в зрительной области головного мозга с использованием сверхпроводниковых квантовых магнитометров», Федеральное агентство по науке и инновациям, 2009 -2011 гг.

Программа Президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине»: Госконтракт № 004 по теме: «Создание магнитокардиографа для ЦКБ РАН», 2006 г.; проект по теме «Исследование диагностически значимых магнитокардиографических (МКГ) параметров, характеризующих состояние сердечно-сосудистой системы в норме и при различных заболеваниях»; 2008-2009 гг., проект по теме «Разработка новых медицинских технологий ранней кардиодиагностики на основе метода магнитокардиографии», 2010-2011 гг.

Концепция, цели и задачи диссертации. Концепция, как «основной замысел» данной диссертационной работы состоит в экспертном анализе и создании на его основе новых физически обоснованных решений, обеспечивающих разработку и реализацию перспективных магнитометрических СКВИД-систем, и связанных с ними методов регистрации и анализа магнитных сигналов, генерируемых биообъектами. Ее содержание должно представлять собой совокупность обоснованно сформулированных задач, новых технических решений, экспертный анализ и рекомендации по реализации и применению полученных в работе результатов в различных областях знаний.

Целью проведения исследований являлись разработка и создание комплекса программно-инструментальных средств на основе СКВИДов для регистрации и анализа пространственной структуры магнитных полей, созданных в окружающем пространстве биологическими объектами или их органами, для бесконтактной диагностики в медицине (кардиология), биологии (исследование

малых животных) и других областях, а также их экспериментальная проверка при решении важных практических задач в медицине. При этом основной упор был сделан на разработки магнитометрических СКВИД-систем, устойчиво работающих в условиях высоких уровней внешних электромагнитных помех больших городов без дополнительной магнитной экранировки, поскольку именно такие системы имеют реальные перспективы широких клинических применений.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1. Анализ информации о существующих магнитометрических системах на основе СКВИДов для биомедицинских применений. Выявление особенностей и структурной компоновки основных компонентов таких систем, формулирование основных требований к отдельным элементам магнитометрических СКВИД-систем, включая их помехозащищенность и ресурс хранения хладагента.

2. Разработка принципов построения магнитометрических систем на основе СКВИДов для биомедицинских применений и технологических подходов для их практического создания.

3. Разработка конструкций и технологий создания немагнитных стеклопластиковых криостатов, измерительных зондов и электронных схем для магнитометрических СКВИД-систем, экспериментальная проверка их функциональности и основных характеристик.

4. Разработка и создание действующих образцов магнитометрических СКВИД-систем гелиевого и азотного уровней охлаждения для биомедицинских применений. Экспериментальная проверка их функциональности и основных характеристик.

5. Анализ известных способов и алгоритмов подавления внешних магнитных помех в месте выполнения измерений и развитие возможных практических способов решения этой задачи. Разработка способа «электронной» балансировки «сигнальных» градиентометров СКВИД-систем в однородном магнитном поле.

6. Разработка программного обеспечения магнитометрических СКВИД-систем для биомагнитных исследований.

7. Выявление основных особенностей при выполнении экспериментальных исследований магнитного поля сердца и мозга человека, и создании магнитометрических СКВИД-систем для регистрации их электромагнитной активности.

8. Выполнение экспериментальных клинических исследований по регистрации, обработке и анализу магнитокардиографической информации для групп добровольцев с различными заболеваниями сердечно-сосудистой системы и условно здоровых добровольцев. Формулирование основных подходов к медицинской интерпретации данных МКГ-исследований.

Объектом диссертационной работы являлись магнитометрические системы на основе сверхпроводниковых квантовых интерференционных датчиков -СКВИДов.

Предмет исследований заключался в разработке и создании действующих образцов магнитометрических СКВИД-систем для применений в медицине, разработке методов регистрации, обработки и анализа магнитных сигналов, генерируемых биообъектами и их отдельными органами (сердцем, мозгом т.д.)

Научная новизна результатов работы заключается в развитии научных основ и новых технических подходов к разработке магнитометрических СКВИД-систем для исследования биомагнитных сигналов человека. Совокупность проведенных в работе исследований и основанных на их результатах практических разработок позволили создать в рамках единой концепции различные варианты действующих образцов высокочувствительных магнитометрических систем на основе СКВИДов медицинского назначения, и связанных с ними методов регистрации и анализа пространственно-временной структуры сверхслабых магнитных полей, создаваемых в окружающем пространстве биообъектами, а их внедрение в клиническую практику - получить новые научные знания об электрических процессах в живых организмах.

1. Впервые разработано семейство диагностических комплексов для анализа магнитокардиосигналов «МАГ-СКАН» на базе магнитометрических СКВИД-

систем для неинвазивного исследования электрофизиологии миокарда. Диагностические комплексы серии «МАГ-СКАН» зарегистрированы в Росздравнадзоре Российской федерации в качестве изделий медицинского назначения (Регистрационное удостоверение № ФСР 2009/04298 от 16 февраля 2009 г.). Практически созданы, экспериментально проверены и испытаны в условиях реальных клиник варианты СКВИД-систем с одним, четырьмя, семью, девятью и девятнадцатью каналами регистрации МКГ-сигнала. Испытание систем в клинических условиях продемонстрировало их высокую помехоустойчивость и надежную работу без специальной магнитной экранировки.

2. Разработана методика выполнения МКГ-исследований групп добровольцев с различными патологиями миокарда, и сравнения результатов анализа магнитокардиосигналов с данными, полученными известными инструментальными методами кардиодиагностики. Использование магнитокардиографических диагностических комплексов и статистических методов обработки данных магнитных измерений продемонстрировало более высокий уровень чувствительности и специфичности МКГ по сравнению с традиционными диагностическими методами. На ряде патологий проводящей системы миокарда найденные параметры продемонстрировали уровни чувствительности и специфичности от 85 до 98 %, что существенно превышает значения, полученные традиционными методами кардиодиагностики.

3. Разработан способ изготовления стеклопластиковых оболочек диаметром до 500 мм, вакуумноплотных по гелию, отличающийся от известных новой технологией подготовки препрега для намотки труб и параметрами технологических режимов их формирования. Использование разработанной технологии изготовления стеклопластиковых оболочек (труб) позволило более чем на порядок снизить их газопроницаемость по гелию в сравнении с известными аналогами. Сформированные таким способом оболочки были использованы для создания стеклопластиковых немагнитных криостатов для жидкого гелия и азота с уникальными характеристиками по ресурсу хранения

хладагента и уровню собственных шумов, существенно превышающими характеристики известных зарубежных и отечественных аналогов.

4. Разработана и практически реализована (создана) линейка стеклопластиковых немагнитных криостатов с исключительно низкими значениями скорости испарения жидкого гелия и уровня собственных шумов для использования в биомагнитных системах на основе СКВИДов. Так, криостаты, разработанные для использования в магнитокардиографических диагностических комплексах серии «МАГ-СКАН», при расстоянии «тепло-холод» менее 15 мм и диаметрах горловины 150 мм, имели величину скорости испарения гелия порядка 1.1 литра в сутки, при диаметрах горловины до 300 мм - менее 2,6 литров в сутки.

Уровень собственных шумов созданных криостатов не превышал величины 1

1/2

фТл/Гц . Указанные значения параметров были получены для серийных образцов и являются лучшими в мире среди стеклопластиковых криостатов с аналогичными геометрическими размерами.

5. Разработан и практически реализован ряд аксиальных градиентометров второго порядка на основе низкотемпературных СКВИДов с параметрами, оптимизированными для использования в биомагнитных магнитометрических СКВИД-системах. Созданные градиентометры имели уровень собственных шумов, эквивалентный величинам менее 5 фТл/Гц1/2, степень небаланса менее 0.1% и, в совокупности с использованием систем «электронного» подавления помех, обеспечивали в неэкранированном пространстве результирующий уровень шума выходного напряжения градиентометрических каналов, эквивалентный уровню входного магнитного поля менее 50 фТл/Гц1/2 на частотах выше 3 Гц. Это позволяло осуществлять надежную регистрацию биомагнитных сигналов сердца человека и малых животных в условиях обычной клиники с требуемыми значениями соотношения «сигнал-шум».

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Масленников, Юрий Васильевич, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Malmivuo J., Plonsy R. Bioelectromagnetism. New York, Oxford: Oxford University 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 time resolution / C. del Gratta [et al.]. Reports on Progress in Physics 2001. V. 64, № 12. P. 1759-1814.

4. Magnetoencephalography - theory, instrumentation, and applications to noninvasive studies of signal processing in the human brain / M. Hämäläinen [et al.]. In Reviews of Modern Physics. 1993. V.65. P. 413-497.

5. Hari R., Lounasmaa O.V. Recording and Interpretation of Cerebral Magnetic Fields // Science. 1989. V. 244. P. 432-436.

6. Cohen D., Halgren E. Magnetoencephalography. In: Encyclopedia of Neuroscience. 2004. Adelman G., Smith B., editors Elsevier, 1st, 2nd and 3rd editions. 1816 c.

7. Sternickel K., Braginski A.I. Biomagnetism using SQUIDs: status and perspectives // Supercond. Sci. Technol. 2006. V. 19. P. 160-171.

8. Cohen D., Kaufman L.A. Magnetic determination of the relationship between the S-T segment shift and the injury current produced by coronary artery occlusion // Circulation Res. 1975. V. 36. P. 414-424.

9. Wikswo, J.P., Jr., Barach J.P. Possible sources of new information in the magnetocardiogram // J. Theoretical. Biol. 1982. V. 95. P. 721-729.

10. Wikswo J. P., Jr. Theoretical aspects of ECG-MCG relationship // in Biomagnetism, An Interdisciplinary Approach, S. J. Williamson, G.-L. Romani, L. Kaufman and I. Modena, Eds., New York: Plenum Press. 1983. P. 311-326.

11. Complementary nature of electrocardiographic and magnetocardiographic data in patients with ischemic heart disease / J. Lant [et al.]. J. Electrocardiography. 1990. V.23. P. 315-322.

12. Magnetic field and body surface potential mapping of patients with venticular tachycardia in Biomagnetism: Clinical Aspects / G. Stroink [et al.]. M. Hoke, S.N. Erne, Y.C. Okada, and G.L. Romani, Eds. Amsterdam: Elsevier. 1992. P. 471-475.

13. Fenici R., Brisinda D., Meloni A.M. Clinical applications of magnetocardiography // Expert Rev. Mol. Diagn. 2005. V. 5, No 3. P. 291-313.

14. Microtesla MRI with dynamic nuclear polarization / V.S. Zotev [et al.]. Journal of Magnetic Resonance. 2010. No. 207. P. 78-88.

15. Co-registration of interleaved MEG and ULF MRI using a 7 channel low-Tc SQUID system / P.E. Magnelind [et al.]. IEEE Trans. on Appl. Supercond. 2011. V. 21, No. 3. P. 456-460.

16. Flynn E.R. and Bryant H.C. A biomagnetic system for in vivo cancer imaging // Phys. Med. Biol. 2005. V. 50. P. 1273-1293.

17. Subfemtotesla multichannel atomic magnetometer / I.K. Kominis [et al.]. Nature. 2003. No. 422. P. 596-599.

18. Кнеппо П., Титомир Л.И. Биомагнитные измерения. М.: Энергоатомиздат. 1989. 286 с.

19. Clarke J. SQUID Handbook. J. Clarke and A. I. Braginski (ed). V. I. Berlin: Wiley-VCH. 2004. 395 c. / J. Clarke and A. I. Braginski (ed). V. II. Weinheim: Wiley-VCH. 2006. 634 c.

20. Weinstock H. SQUID Sensors: Fundamentals, Fabrication and Applications. H. Weinstock (ed). Dordrecht: Kluwer-Academic. 1995. 400 c.

21. Зудбинов Ю.И. Азбука ЭКГ. Издание 3. Ростов-на-Дону: «Феникс». 2003. 160 с.

22. Дощицин В. Л. Практическая электрокардиография. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Медицина. 1987. 336 с.

23. Дехтярь Г.Я. Электрокардиографическая диагностика. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Медицина. 1972. 416 с.

24. Зенков Л.Р. Клиническая электроэнцефалография (с элементами эпилептологии). 3-е изд. М.: МЕДпресс-информ. 2004. 368 с.

25. Хорнак, Дж. П. Основы МРТ // cis.rit.edu: сервер Rochester Institute of Technology. 1996-99. URL http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside-r.htm (дата обращения 02.17.2009).

26. Lauterbur P.C. All science is interdisciplinary — from magnetic moments to molecules to men // Les Prix Nobel. The Nobel Prizes 2003. Nobel Foundation. 2004. Р. 245-251.

27. Mansfield P. Snap-shot MRI // Les Prix Nobel. The Nobel Prizes 2003. Nobel Foundation. 2004. Р. 266-283.

28. Fagaly, R. Custom-Made Systems of Tristan Technologies, Inc. // 2005. неопубликовано.

29. Seki Y., Kandori A. and Suzuki D. Open type magnetocardiograph with cylindrical magnetic shield // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 86. P. 243902.

30. Vrba J., Robinson S.E. SQUID sensor array configurations for magnetoencephalography applications // J. Supercond. Sci. Technol. 2002. V. 15. R. 51-89.

31. Lima E., Irimia A. and Wikswo J.P. The magnetic inverse problem // The SQUID Handbook (ed. by J. Clarke and A. I. Braginski (Berlin: Wiley-VCH). 2006. V. II. P. 139-267.

32. Comon P. Independent component analysis, a new concept // Signal Process. 1994. V. 36, No 3. P. 287-314.

33. Cardoso, J-F. Blind signal separation: statistical principles // Proc. of the IEEE. 1998. V. 86, No. 10. P. 2009-2025.

34. Independent component analysis: fetal signal reconstruction from MCG recordings / S. Comani [et al.]. Comput. Methods Programs Biomed. 2004. V. 75, No. 2. P. 163-177.

35. Taulu S., Kajola M. and Simola Ju. Suppression of interference and artefacts by the signal space separation method // J. Brain Topography. 2004. V. 16, No. 4. P. 269275.

36. Burrus C.S., Copinath R.A. and Guo H. Wavelets and Wavelet Transforms, a Primer // Englewood Cliffs. NJ.: Prentice-Hall. 1998. 267 c.

37. Nonlinear noise reduction using reference data / K. Sternickel [et al.]. Phys. Rev. E. 2001. V. 63, No. 2. P. 036209.

38. Schmidt, R.O. Multiple emitter location and signal parameter-estimation // IEEE Trans. Antennas Propag. 1986. V. 34, No. 3. P. 276-280.

39. Mosher J.C., Lewis P.S. and Leahy R.M. Multiple dipole modeling and localization from spatio-temporal MEG data // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1992. V. 39, No. 6. P. 541-557.

40. Vrba J., Nenonen J. and Trahms L. Biomagnetism. In The SQUID Handbook vol. II, ed J. Clarke and A. I. Braginski (Berlin: Wiley-VCH). 2006. Р. 269-389.

41. Dössel O. Inverse problem of electro- and magnetocardiography: review and recent progress // ijbem.org: сервер International Journal of Bioelectromagnetism. 2000. URL http: www.ijbem.org/volume2/number2/doessel. (дата обращения 17.10.2014).

42. Modeling the anatomy of the human heart using the cryosection images of the Visible Female dataset / F.B. Sachse [et al.]. Proc. of the 3rd Users Conf. of the National Library of Medicine's Visible Human Project. (Bethesda, USA, 2000). 2000.

43. Hamalainen M.S. and Ilmoniemi R.J. Interpreting magnetic fields of the brain -minimum norm estimates // Med. Biol. Eng. Comput. 1994. V. 32. P. 35-42.

44. Gorodnitsky I.F., George S.G. and Rao B.D. Neuromagnetic source imaging with focus — a recursive weighted minimum norm algorithm // Encephalogr. Clin. Neurophys. 1995. V. 95. P. 231-251.

45. Non-fluoroscopic localisation of an amagnetic stimulation catheter by multichannel magnetocardiography / R. Fenici [et al.]. Pacing Clin. Electrophysiol. 1999. V. 22, № 8. P. 1210-1220.

46. High resolution magnetic images of planar wave fronts reveal bidomain properties of cardiac tissue / J.R. Holzer [et al.]. Biophys. Jour. 2004. V. 87. P. 43264332.

47. Vrba J. Multichannel SQUID biomagnetic systems // Applications of Superconductivity ed. H.Weinstock (Dordrecht: Kluwer-Academic). 2000. P. 61-138.

48. Vrba J. and Robinson S. E. Signal processing in magnetoencephalography // Methods. 2001. V. 25, No. 2. P. 249-271.

49. BabySQUID: A mobile, high-resolution multichannel magnetoencephalography system for neonatal brain assessment / Y. Okada [et al.]. Rev. of Scient. Instr. 2006. V. 77. P. 024301-1-9.

50. Preissl H. Lowery C.L. and Eswaran H. Fetal magnetoencephalography: current progress and trends // Exp. Neurol. 2004. V. 190. P. S 28-36.

51. Magnetocardiography predicts coronary artery disease in patients with acute chest pain / J-W. Park [et al.]. Ann. Noninv. Electrocardiol. 2005. V. 10. P. 312-323.

52. Resting Magnetocardiography Accurately Detects Myocardial Ischemia in Chest Pain Patients Even When 12 Lead ECG is Normal / K. Tolstrup [et al.]. Circulation. 2004. V. 110. P. III-743.

53. Macfarlane P.W. Comprehensive Electrocardiology. Theory and Practice in Health and Disease. P.W. Macfarlane, T.D.W. Lawrie (eds.) (Vols 1-3) New York: Pergamon Press. 1989. 1785 c.

54. Magnetocardiography and 32-lead potential mapping: repolarization in normal subjects during pharmacologically induced stress / K. Brockmeier [et al.]. J. Cardiovasc. Electrophysiol. 1997. V. 8, No. 6. P. 615-626.

55. Physical aspects of cardiac magnetic fields and electric potentials / O. Kosch [et al.]. Biomag 2000: Proc. of 12th Int. Conf. on Biomagnetism, ed. J. Nenonen, R.J. Ilmoniemi and T. Katila (Espoo, Finland: Helsinki University of Technology). 2001. P. 553-556.

56. MCG to ECG source differences: measurements and a two-dimensional computer model study / R. Weber Dos Santos [et al.]. J. Electrocardiol. 2004. V. 37. P. 123-127.

57. Use of Machine Learning for Classification of Magnetocardiograms, / M. Embrechts [et al.]. Proc. IEEE Conference on System, Man and Cybernetics, Washington DC. 2003. P. 1400-1405.

58. Embrechts M. Szymanski B. and Sternickel K. Introduction to Scientific Data Mining: Direct Kernel Methods & Applications // Computationally Intelligent Hybrid

Systems: The Fusion of Soft Computing and Hard Computing, Wiley New York. 2005. P. 317-365.

59. Drung D. The PTB 83 SQUID system biomagnetic applications in a clinic // IEEE Trans. Appl. Supercond. 1995. V. 5. P. 2112-2117.

60. Nenonen J. Montonen J., Koskmen R. Surface gradient analysis of atrial activation from magnetocardiographic maps // Int. J. Bioelecfromagnetism. 2003. V. 5, No. 1. P 98-99.

61. 67 channel biomagnetometer designed for cardiology and other applications / P.Van Leeuwen [et al.]. Recent Advances in Biomagnetism. Yoshimoto T., Kotani M., Kuriki S., Karibe H., Nakasato N. (Eds), Tohoku University Publisher, Sendai, Japan. 1999. P. 89-92.

62. Argos 55 - the new MCG system in Ulm / S.N. Erne [et al.]. Recent Advances in Biomagnetism. Yoshimoto T., Kotani M., Kuriki S., Karibe H., Nakasato N. (Eds), Tohoku University Publisher, Sendai, Japan. 1999. P. 27-30.

63. A simplified superconducting quantum interference device system to analyze vector components of a cardiac magnetic field / K. Tsukada [et al.]. Proceedings of 20th Ann. Internat. Conf. of IEEE / EMBS. 1998. P. 524-527.

64. The fetal magnetocardiogram / V. Kariniemi [et al.]. J. PeriNature Med. 1974. V. 2. P. 214-216.

65. Noninvasive antepartum recording of fetal S-T segment with a newly developed 151-channel magnetic sensor system / C.L. Lowery [et al.]. Am. J. Obstet. Gynecol. 2003. V. 188. P. 1491-1497.

66. MCG determination of the developmental changes in PQ, QRS and QT intervals in the foetus / H. Horigome [et al.]. Acta Paediatr. 2000. V. 89. P. 64-67.

67. Leuthold A., Wakai R.T., Martin C.B. Noninvasive in vitro assessment of PR and QRS intervals from the fetal magnetocardiogram // Early Hum. Dev. 1999. V. 54, No. 3. P. 235-243.

68. Fetal intra-cardiac intervals for different gestational epochs as evaluated from fetal magnetocardiograms / S. Comani [et al.]. Biomed. Tech. 2004. V. 48, No. 2. P. 150-152.

69. Fetal magnetocardiography development of the fetal cardiac time intervals / C. Kahler [et al.]. Prenat. Diagn. 2002. V. 22, No. 5. P. 408-414.

70. Van Leeuwen P., Lange S., Klein A. Reproducibility and reliability of fetal cardiac time intervals using magnetocardiography // Physiol. Meas. 2004. V. 25, No. 2. P. 539-552.

71. Dependency of magnetocardiographically determined fetal cardiac time intervals on gestational age, gender and postnatal biometrics m healthy pregnancies / P. Van Leeuwen [et al.]. BMC Pregnancy Childbirth. 2004. V. 2, No. 1. P. 6.

72. Multicentre study of fetal cardiac time intervals using magnetocardiography / J. Stinstra [et al.]. BJOG: An International Journal of Obstetrics and Gynaecology. 2002. V. 109, No. 11. P. 1235-1243.

73. Magnetic susceptibility measurement of human iron stores / G.M. Brittenham [et al.]. N. Engl. J. Med. 1982. V. 307. P. 1671-1675.

74. Biomagnetic susceptometer with SQUID instrumentation / D.N. Paulson [et al.]. IEEE Trans. on Magn. 1991. V. 27. P. 3249-3252.

75. Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design / E.A. Haacke [et al.]. New York: Wiley-Liss. 1999. 944 c.

76. Use of dc-SQUID receiver preamplifier in a low field MRI system / H.C. Seton [et al.]. IEEE. Trans. on Appl. Supercond. 1995. V. 5. P. 3218-3221.

77. Seton H.C., Bussel D.M. and Hutchison J.M.S. A tuned SQUID amplifier for MRI based on a DOIT flux locked loop // IEEE Trans. on Appl. Supercond. 1997. V. 7. P. 3213-3216.

78. Low-field magnetic resonance imaging with a high-Tc superconducting quantum interference device / K. Schlenga [et al.]. Appl. Phys. Lett. 1999. V. 75. P. 3695-3697.

79. SQUID-detected in vivo MRI at microtesla magnetic fields / M. Mossle [et al.]. IEEE Trans. on Appl. Supercond. 2005. V. 15. P. 757-760.

80. Simultaneous magnetoencephalography and SQUID-detected NMR in microtesla magnetic fields / P. Volegov [et al.]. Magn. Reson. Med. 2004. V. 52. P. 467-470.

81. SQUID-detected MRI at 132 mT with T1 contrast weighted at 10 mT-300 mT / S.-K. Lee [et al.]. Magn. Reson. Med. 2005. V. 53. P. 9-14.

82. Nuclear magnetic nesonance in the nanotesla range / M Burghoff [et al.]. Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87. P. 054103.

83. Instrumentation for simultaneous detection of biomagnetic and NMR signals in microtesla magnetic fields / A.N. Matlachov [et al.]. Proc. of BIOMAG 2004 (Boston) ed. E. Halgren, S. Ahlfors, M. Hamalainen and D. Cohen. 2004. P. 39-40.

84. A subfemtotesla multichannel atomic magnetometer / I.K. Kominis [et al.]. Nature. 2003. V. 422. P. 596-599.

85. Seltzer, S.J. and Romalis M.V. Unshielded three-axis vector operation of a spinexchange-relaxation-free atomic magnetometer // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 85. P. 4804-4806.

86. Bison G., Wynands R. and Weis A. Dynamic mapping of the human cardiomagnetic field with a room-temperature, laser-optical sensor // Opt. Express. 2003. V. 11. P. 904-909.

87. Wikswo J.P. SQUIDs remain the best tools for measuring brain's magnetic field // Phys. Today. 2004. V. 57, No. 2. P. 15-17.

88. Flynn E.R. and Bryant H.C. A biomagnetic system for in vivo cancer imaging // Phys. Med. Biol. 2005. V. 50. P. 1273-1293.

89. Вакуленко В.Д., Козырев В.Ф., Медведев Е.М. Исследование стеклопластика в конструкции криостата // Криогенная и вакуумная техника. 1973. Вып. 3. С. 78-80.

90. Гетманец В.Ф. Михальченко Р.С., Юрченко П.Н. Одномерная модель теплопередачи в криогенной экранно-вакуумной теплоизоляции с лучистыми источниками тепловыделений // Инж.- физ. журн. 1982. Т. 42, № 1. С. 75-85.

91. Эффективность "безэкранного" метода использования холода паров в криососудах с широкой горловиной / Г.Г. Жунь [и др.]. Инж.- физ. журн. 1988. Т. 54, № 4. С. 600-607.

92. Буланов И.М., Воробей В.В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 1998. 516 c.

93. Цыплаков О.Г. Производство судовых крупногабаритных изделий из стеклопластика. Л.: «Судостроение», 1967. 142 c.

94. Цыплаков О.Г. Основы формирования стеклопластиковых оболочек. Л.: «Машиностроение». 1968. 176 c.

95. Способ изготовления препрега и устройство для его осуществления: пат. 2243093 РФ / Э.А. Моисеенко, А.В. Окунев, А.В. Толчеев; заявл. 19.06.03; опубл. 27.12.04, Бюл. № 36.

96. Способ изготовления герметичных тонкостенных стеклопластиковых труб из препрега: пат. № 2312017 РФ / Ю.В. Масленников, Э.А Моисеенко; заявл. 28.09.04; опубл. 10.12.07, Бюл. № 34.

97. Гетманец В.Ф., Михальченко Р.С. Вакуумирование и газоотделение непрогреваемых вакуумных систем // Исследование процессов в криогенных и вакуумных системах. Киев: Наук. думка. 1982. С. 36-86.

98. Воробьева Г.И., Гетманец В.Ф., Житомирский И.С. Процессы теплопереноса в экранно-вакуумной теплоизоляции // Харьков. 1986. 38 c. (Препринт / АН УССР. ФТИНТ; 48-86).

99. Study of transfer in multilayer insulation based on composite spacer materials / R.S. Mikhalchenko [et al.]. Cryogenics. 1983. No. 3. P. 309-311.

100. Application of multilayer insulation in cryogenic engineering and improvement of its efficiency / B.I. Verkin [et al.]. // Proc. of Int. Cryog. Eng. Conf., Helsinki, Guildford. 1984. P. 529-538.

101. Радиационно-кондуктивный теплообмен в плоском слое рассеивающе-поглощающей среды / В.Ф. Гетманец [и др.] Тепломассообмен. Минск: ИТМО АН БССР. 1985. Т. 2. С. 40-44.

102. Способ теплоизоляции криогенных изделий: а.с.1262183, СССР / Т.А. Курская, В.Ф. Гетманец, Б.В. Григоренко; заявл. 25.12.84; опубл. 07.10.86, Бюл. № 37.

103. Масленников Ю.В. Магнитокардиографические диагностические комплексы на основе СКВИДов серии «МАГ-СКАН» // Радиотехника и электроника. 2011. Т. 56, № 8. С. 986-995.

104. Microtesla MRI of the human brain combined with MEG / Vadim S. Zotev [et al.]. Journal of Magnetic Resonance. 2008. V. 194. P. 115-120.

105. Ultra-low-field MRI for the detection of liquid explosives / M. Espy [et al.]. Supercond. Sci. Technol. 2010. V. 23. P. 034023-8.

106. Fagaly R.L. Superconducting quantum interference device instruments and applications // Rev. Sci. Instrum. 2006. V. 77. P. 101101.

107. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей. Л.: «Энергоатомиздат». 1986. 488 c.

108. Optimization of a Third-Order Gradiometer for Operation in Unshielded Environments / S.A. Uzunbajakau [et al.]. IEEE Trans. on Appl. Supercond. 2005. V. 15, No. 3. P. 3879-3885.

109. Maslennikov Yu., Slobodchikov V. The 7-channel dc-SQUID-based MCG-system for use in an unshielded environment // H. Nowak, J. Haueisen, F. Giessler, & R. Huonker (Eds.). Proceedings of the 13th International Conference on Biomagnetism (BIOMAG 2002). 2002. P. 946-948.

110. Savo B., Wellstood F.C. and Clarke J. Low frequency excess noise in Nb-Al2O3-Nb Josephson tunnel junctions // Appl. Phys. Lett. 1987. V.50. P. 1757-1759.

111. High-transition-temperature superconducting quantum interference devices / D. Koelle [et al.]. Rev. Mod. Phys. 1999. V. 71. P. 631-686.

112. Second-order, high-temperature superconducting gradiometer for magnetocardiography in unshielded environment / Y. Zhang [et al.]. Appl. Phys. Lett. 2000. V. 76, No. 7. P.14.

113. A modular low noise 7-channel SQUID-magnetometer / O. Dössel [et al.]. IEEE Trans. on Magn. 1991. V. 27. P. 2797-2800.

114. HTS dc-SQUID planar Gradiometer Measurement System for routine Inspections / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Supercond. Sci. and Techn. 2004. V. 17. P. S301-S304.

115. Operation of high-temperature superconductor magnetometer with submicrometer bicrystal junctions / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Appl. Phys. Lett. 2002. V.81, No.13. P. 2406-2408.

116. DC-SQUID magnetometers and gradiometers on the basis of quasiplanar ramptype Josephson junctions / Yu.V. Maslennikov [et al.]. IEEE Trans. on Appl. Supercond. 1997. V. 7, No. 2. P. 3702-3705.

117. Фалей М.И., Масленников Ю.В. Сверхпроводниковая измерительная система для обнаружения магнитных примесей в конструкционных материалах // Радиотехника и электроника. 2005. T. 50, № 6. C. 1-7.

118. Faley M.I. and Maslennikov Yu.V. Superconducting Measuring System for Detection of Magnetic Impurities in Constructional Materials // Journal of Communications Technology and Electronics. 2005. V. 50, № 6. P. 694-699.

119. Фалей М.И., Масленников Ю.В. Чувствительная магнитокардиографическая измерительная система с рабочей температурой 77 К // Биомедицинская радиоэлектроника. 2004. № 8-9. C. 82-87.

120. Sensitive HTS dc-SQUID system for biomagnetic measurements / Yu.V. Maslennikov [et al.]. In: Biomag 2002, Proceedings of the 13 th International Conference on Biomagnetism, edited by H. Nowak, J. Haueisen, F. Gießler, R. Huonker (VDE Verlag GmbH, Berlin, Germany, 2002). 2002. P. 925-927.

121. Модуляционная СКВИД-электроника для работы с высокотемпературными СКВИДами в открытом пространстве / Ю.В. Масленников [и др.]. О.В. Радиотехника и электроника. 2008. T. 53, № 10. C. 1333-1340.

122. DC SQUID modulation electronics for operation with HTS DC SQUID magnetometers in the unshielded environment / Yu.V. Maslennikov [et al.]. IEEE Trans. on Appl. Supercond. 2009. V. 19, No. 3. P. 206-209.

123. Фалей М.И., Масленников Ю.В., Кошелец В.П. Измерительные системы на ВТСП СКВИД // Радиотехника. 2012. № 12. C. 5-24.

124. Data shits of the ADS1251 // ti.com сервер Texas Instruments. URL http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1251.pdf. (дата обращения 30.10.2014).

125. Tree SQUID gradiometer / R.H. Koch [et al.]. Appl. Phys. Lett. 1993. V. 63, No. 3. P. 403-405.

126. Высокочувствительный градиентометр на базе трех СКВИД-магнитометров из высокотемпературных сверхпроводников / Ю.В. Масленников [и др.]. Радиотехника и электроника. 2010. Т. 5, № 9. С. 1140-1146.

127. Магнитометр-градиентометр на основе СКВИДов постоянного тока из высокотемпературных сверхпроводников: пат. 2384856, РФ / Е.В. Бурмистров, Ю.В. Масленников, В.Ю. Слободчиков; заявл. 28.11.08; опубл. 20.03.10, Бюл. № 8.

128. Масленников Ю.В., Снигирев О.В. Сигнальные и шумовые характеристики интегральных релаксационных сквидов постоянного тока // Журнал технической физики. 1988. Т. 58, № 6. С. 1222-1224.

129. Maslennikov Yu.V. and Snigirev O.V. Signal and noise characteristics of integrated relaxation DC-SQUIDs // American Institute of Physics. 1989. P. 724-725.

130. Relaxation-oscillation driven dc-SQUIDs / Yu.V. Maslennikov [et al.]. IEEE Trans. on. Magn. 1989. V. 25, No. 2, P. 1178-1181.

131. Noise in relaxation-oscillation-driven dc-SQUIDs / Yu.V. Maslennikov [et al.]. IEEE Trans. on Magn. 1991. V. 27, No. 2. P. 2439-2441.

132. Magnetometer based on the relaxation driven dc-SQUIDs / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Radiotekhnica i Electronnica (Sov. Eng. Electron. Phys.). 1990. V. 35. P. 226229.

133. Direct measurements of the magnetic field induced by optically polarized He atoms / Yu.V. Maslennikov [et al.]. IEEE Trans. on Magn. 1991. V. 27, No. 2. P. 24492451.

134. Gudoshnikov S.A., Maslennikov Yu.V., Snigirev O.V. The relaxation driven DC SQUID in magnetometer for geophysical applications // Radiotekhnica i Electronnica (Sov. Eng. Electron. Phys.). 1991. V. 36, No 7. P. 1377-1381.

135. Double dc SQUID based magnetometer / Yu.V. Maslennikov [et al.]. IEEE Trans. on Appl. Supercond. 1995. V. 5, No. 2, pt 3. P. 3241-3243.

136. A Twin dc SQUID Based Magnetometer / Yu.V. Maslennikov [et al.]. In: Proceedings of the ISEC'95, Nagoya, Japan, September 18-21, 1995, report 10-24. 1995. P. 381-383.

137. Two stage dc SQUID-based amplifier with double transformer coupling scheme / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Inst. Phys. Conf. Ser, IOP Publishing Ltd. 1997. No. 158. P. 727-730.

138. Integrated two stage dc SQUID-based amplifier with double transformer coupling scheme / Yu.V. Maslennikov [et al.]. IEEE Trans. on Appl. Supercond. 1997. V. 7, No. 2. P. 1045-1048.

139. Advanced version of two-stage dc SQUID-based amplifier / Yu.V. Maslennikov [et al.]. IEEE Trans. on Appl. Supercond. 1999. V. 9, No. 2, Part 3. P. 2906-2908.

140. Noise characteristics of a two stage dc-SQUID-based amplifier / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Inst. Phys. Conf. Ser. 1999. №. 167. P. 536-540.

141. DC-SQUID based devices for physical measurements / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Proceedings of the 5th German-CIS Bilateral seminar on high-temperature superconductivity. 1992. P. 48-50.

142. Thermal magnetic noise due to eddy currents in a strip wound ferromagnetic core at 4.2 K / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Journal of Applied Physics. 1994. V. 75, No. 10. P. 6996.

143. Thermal magnetic noise in a strip wound crystalline ferromagnetic core at 4.2 K / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Journal of Applied Physics. 1996. V. 79, No 2. P. 960962.

144. Multi-loop self-shielded dc-SQUID with Meander-Shaped Input coil / Yu.V. Maslennikov [et al.]. IEEE Trans. on Appl. Supercond. 1995. V. 5, No. 2, pt 3. P. 32383240.

145. Jaycox J.M. and Ketchen M.B. Planar coupling scheme for ultra low noise DC SQUIDs // IEEE Trans. on Magn. 1981. V. 17, No. 1. P. 400-403.

146. Ketchen M.B. and Jaycox J.M. Ultra-low-noise tunnel junction dc SQUID with a tightly coupled planar input coil // Appl. Phys. Lett. 1982. V. 40. No. 8. P. 736 -738.

147. The dc-SQUID-based MCG measuring system for use in clinical environment / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Proceedings of the trilateral German-Russian-Ukrainian Seminar on High Temperature Superconductivity. 1997. P. 218-223.

148. Веб-сайт фирмы SUPRACON AG // supracon.com: сервер SUPRACON AG. URL http://supracon.com/en/ce2blue.html (дата обращения 14.03.2010).

149. Магнитокардиографический комплекс для раннего выявления и мониторинга заболеваний сердца: программное обеспечение / Ю.В. Масленников [и др.]. Радиотехника и электроника. 2010. Т. 55, № 10. С. 1250-1269.

150. Software for the Magnetocardiographic Complex for the Early Diagnostics and Monitoring of Heart Diseases / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Journal of Communications Technology and Electronics. 2010. V. 55, No. 10, P. 1169-1186.

151. Приемный элемент СКВИД-магнитометра: пат. 2457502 РФ/ Масленников Ю.В., Слободчиков В.Ю.; заявл. 28.04.11, опубл. 27.07.12, Бюл. № 21.

152. Мурашко В.В., Струтынский А.В. Электрокардиография: учебное пособие. 5-е издание. М.: МЕД пресс-информ. 2001. 312 с.

153. Примин М.А., Недайвода И.В. Математическая модель и метод построения пространственно-временного спектра магнитокардиосигнала // Электронное Моделирование. 1998. Т. 20, № 3, C. 109-118.

154. О корректности сравнения диагностических параметров при анализе магнитокардиосигнала / М.А. Примин [и др.]. УСиМ. 2002. № 1. C. 48-54.

155. Primin M., Nedayvoda I. A mathematical model and measurement algorithms for a dipole source location // Int. J. Applied Electromagnetics in. Mechanics. 1997. No 8. P. 119-131.

156. Примин М.А. Гуменюк-Сычевский В.И., Недайвода И.В. Методы и алгоритмы локализации источника магнитного поля // Киев: Наук. Думка. 1992. 92 с.

157. Primin M., Nedayvoda I. Inverse problem solution algorithms in magnetocardiography: New analytical approaches and some results // Int. J. Applied Electromagnetics in. Mechanics. 2009. Vol. 29, No 2. P. 65-81.

158. Spatial Tessellations: Concepts and Applications of Voronoi Diagrams / A. Okabe [et al.]. John Wiley & Sons, Ltd. 2000. 671 с.

159. Primin M., Nedayvoda I. Mathematical Model and Method for Construction Spatial-Temporal Spectrum of Magnetocardiosignal // Engineering Simulation. 1998. № 16. Р. 399-410.

160. Примин М.А., Недайвода И.В., Васильев В.Е. Метод и алгоритм восстановления пространственной конфигурации векторов плотности токов в магнитокардиографии // УСиМ. 2007. № 5. C. 5-16.

161. Tabachnik B.G., Fidell L.S. Using multivariate statistics // NY: Harper Collins College Publ. 1996. 880 с.

162. Примин М.А., Недайвода И.В., Васильев В.Е. Алгоритм оценивания топологии карт распределения вектора плотности токов в магнитокардиографии // УСиМ. 2008. № 4. C. 11-19.

163. Примин М.А., Недайвода И.В., Васильев В.Е. Алгоритм оценивания пространственного распределения магнитного поля сердца человека в магнитокардиографии // УСиМ. 2009. № 3. C. 7.

164. Кузнецова С.Ю. Комплекс новых методов ЭКГ диагностики (магнитокардиография и дисперсионное картирование) в оценке нарушений электрофизиологических свойств миокарда у больных артериальной гипертонией: дис. ... канд. мед. наук: Москва. 2011. 128 с.

165. Автоматическая классификация пациентов с гипертонической болезнью сердца при магнитокардиографическом обследовании / Ю.В. Масленников [и др.]. Функциональная диагностика. 2011. № 1. С. 34.

166. MCG-parameters in automatic classification of patients with arterial hypertension and postinfarction cardiosclerosis / Yuri Maslennikov [et al.] // BIOMAG 2012 Book of Abstracts, BIOMAG 2012 - August 26-30, 2012 - Paris, France. 2012. P. 117.

167. Magnetocardiographic parameter for transition point j determination in healthy young individuals with early repolarization syndrome / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Proceedings of the 36th International Congress on Electrocardiology and 50th International Symposium on Vectorcardiography. Wroclav, Poland. 2009. P. 115-119.

168. Magnetocardiographic assessment of j-wave morphology in subjects with early repolarization syndrome / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Proceedings of the 36th International Congress on Electrocardiology and 50th International Symposium on Vectorcardiography. Wroclav, Poland. 2009. P. 121-129.

169. Magnetocardiographic parameters for Jt-point determination in subjects with early repolarization syndrome / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Final Program & Abstracts of the 36th International Congress on Electrocardiology, 24 - 27 June, 2009, Wroclaw, Poland. P. 51.

170. Magnetocardiographic assessment of J-wave morphology in subjects with early repolarization syndrome / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Final Program & Abstracts of the 36th International Congress on Electrocardiology, 24-27 June, 2009, Wroclaw, Poland, P. 51.

171. Magnetocardiographic Assessment of TP Segment Morphology in Mitral Regurgitation Due to Mitral Valve Prolapse / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Abstracts of the 37th International Congress on Electrocardiology. June 3-5, Lund, Sweden. 2010. P. 19.

172. Vasnev A. and Maslennikov Yu. Magnetocardiographic study of stretch-induced repolarizing currents in the human heart during short-term right ventricular overload // Deutsche Physiologische Gesellschaft, 87th Annual Meeting, March 2-5, 2008, Cologne, Germany, Astra Physiologica. 2008. V. 192, Suppl. 663. P. 151.

173. Vasnev A. and Maslennikov Yu. Magnetocardiographic study of stretch-induced depolarizing currents in the human heart during short-term right ventricular overload // Deutsche Physiologische Gesellschaft, 87th Annual Meeting, March 2-5, 2008, Cologne, Germany, Astra Physiologica. 2008. V. 192, Suppl. 663. P. 151.

174. Магнитокардиографические признаки функциональной гемодинамической перегрузки правого предсердия / Ю.В. Масленников [и др.]. Аэрокосмическая и экологическая медицина. 2006. T. 40, № 2. C. 13-18.

175. Magnetocardiographic noninvasive imaging of the right atrium stretchability due to the short-term overload during respiratory maneuvers / Y.V. Maslennikov [et al.]. IFMBE Proceedings World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering: Diagnostic and Therapeutic Instrumentation, Clinical Engineering. Сер. "World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering: Diagnostic and Therapeutic Instrumentation, Clinical Engineering" Munich, 2009. С. 668-670.

176. Vasnev A., Dubynina V., Maslennikov Yu. Magnetocardiographic assessment of therapeutic efficacy of p2-agonists and corticosteroids in patients with COPD and bronchial asthma // Abstracts of the 18th ERS Annual Congress, Berlin, Germany, October 4-8. 2008. P. 66s.

177. Vasnev A., Dubynina V., Maslennikov Yu. Magnetocardiographic study of blood flow redistribution in patients with COPD // Abstracts of the 18th ERS Annual Congress, Berlin, Germany, October 4-8. 2008. P. 67s.

178. Метод магнитокардиографии в диагностике поражения предсердий у больных хронической обструктивной болезнью легких и пароксизмальной мерцательной аритмией / Ю.В. Масленников [и др.]. Вестник РУДН, серия Медицина. 2015. № 2. С. 50-59.

179. Технология автоматической классификации групп пациентов с использованием магнитокардиографии в диагностике поражения предсердий у больных хронической обструктивной болезнью легких и ишемической болезнью сердца / Ю.В. Масленников [и др.]. Вестник РУДН, серия Медицина. 2015. № 2. С. 62-72.

180. Данные магнитокардиографии QRS комплекса у пациентов с пароксизмальной формой мерцательной аритмией и хронической обструктивной болезнью легких / Ю.В. Масленников [и др.]. Вестник РУДН, серия Медицина. 2015. № 3. С. 25-37.

181 . Компьютерная магнитокардиография в оценке миокардиального резерва / Ю.В. Масленников [и др.]. Медицинский академический журнал. 2007. T. 7, № 1. C. 102-111.

182. Магнитокардиография как новый метод кардиодиагностики для медицины труда / Ю.В. Масленников [и др.]. Медицина труда и промышленная экология. 2005. № 6. C. 32-37.

183. Исследование механизмов формирования изображения в зрительной области головного мозга с использованием сверхпроводниковых квантовых магнитометров / Ю.В. Масленников [и др.]. Итоговая конференция по результатам мероприятий за 2009 г. в рамках приоритетного направления «Живые системы» ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы», Сборник тезисов. М., ИД ООО «Роликс». 2009. С. 202-203.

184. Сверхпроводниковые квантовые интерферометры для магнитоэнцефалографии и магнитокардиографии / Ю.В. Масленников [и др.]. Сборник тезисов VI Троицкой конференции «МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ», 2-6 июня 2014 г., г. Москва, г. Троицк. С. 449451.

185. High-Tc DC SQUIDs for Magnetoencephalography / Y.V. Maslennikov [et al.]. IEEE Trans. on Appl. Supercond. 2013. V. 23, № 3. С. 6357223.

186. Magnetoencephalography using a Multilayer high-Tc DC SQUID Magnetometer / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Original Research Article, EUCAS Conference 2011 edited by P.H. Kes, H. Rogalla, Physics Procedia. 2012. V. 36. P. 6671.

187. Магнитокардиографические системы на основе СКВИД для клинических применений / Ю.В. Масленников [и др.]. Биомедицинская радиоэлектроника. 2010. № 9. С. 5-8.

188. The DC-SQUID-based Magnetocardiographic Systems for Clinical Use / Yu.V. Maslennikov [et al.]. Original Research Article, EUCAS Conference 2011 edited by P.H. Kes, H. Rogalla, Physics Procedia. 2012. V. 36. P. 88-93.