2022, випуск 1, c. 28-41

Одержано 13.06.2022; Виправлено 26.06.2022; Прийнято 28.06.2022

Надруковано 30.06.2022; Вперше Online 03.08.2022

https://doi.org/10.34229/2707-451X.22.1.4

Попередня  |  ПОВНИЙ ТЕКСТ  |  Наступна

 

УДК 681.32+537.8

Магнітометричні дослідження біомагнітних сигналів: магнітокардіографія

М. Прімін 1 * ORCID ID favicon Big,   І. Недайвода 1 ORCID ID favicon Big

1 Інститут кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України, Київ

* Листування: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

 

Вступ. Для реєстрації слабких магнітних полів, що генеруються в різних органах людини і вимірюваних поза його тілом (в навколишньому середовищі), на сьогоднішній день використовують надпровідникові магнітометри на основі СКВІДів (SQUID- Superconducting QUantum Interference  Device). Істотною наукомісткою компонентою, яка визначає можливості і успіх прикладного використання систем безконтактної діагностики серця людини, є створення інформаційної технології, яка представляє собою сукупність методів і програмних засобів, об'єднаних у технологічний ланцюжок, що забезпечує реєстрацію, зберігання, попередню обробку, аналіз даних вимірювань і автоматичний діагностичний висновок

Мета роботи. У статті представлені нові алгоритми просторового аналізу результатів вимірювань кардіомагнітного сигналу. Алгоритми основані на вирішенні оберненої задачі, коли просторовому розподілу магнітного сигналу ставиться у відповідність джерело магнітного поля та визначають параметри та просторову конфігурацію джерела. Використано модель кардіомагнітного джерела у вигляді системи векторів густини струмів, які розподілено у площині яка паралельна площині вимірювань та перетинає об’єм серця.

Результати. Обернена задача вирішена за допомогою апарату інтегральних перетворювань Фур`є.  Алгоритм перетворень даних дозволяє коректно врахувати конструкцію трансформатора магнітного потоку (розміри прийомних витків, їх розташування у просторі та схему електричного з’єднання). Розроблено модифікації алгоритма для більшості відомих (реалізованих у існуючих магнітокардіографах) конструкцій трансформаторів магнітного потоку градієнтометрів першого та другого порядку.  Робота алгоритму промодельована на реальних даних магнітометричних досліджень серця людини. Дослідження показали, що застосування запропонованих алгоритмів дозволяє отримати нову інформацію о просторовій конфігурації джерела магнітного сигналу в серці людини, яка в подальшому може бути використана для діагностики захворювань серця людини.

 

Ключові слова: магнітокардіографія, обернена задача магнітостатики, перетворення Фур’є, СКВІД-градієнтометр.

 

Цитувати так: Прімін М., Недайвода І. Магнітометричні дослідження біомагнітних сигналів: магнітокардіографія. Cybernetics and Computer Technologies. 2022. 1. С. 28–41. https://doi.org/10.34229/2707-451X.22.1.4

 

Список літератури

           1.     Clarke J., Braginski A.I. SQUID Handbook. Vol I. Berlin: Wiley-VCH 2006. Vol.II. Weinheim: Wiley-VCH. 2004. 634 р. https://doi.org/10.1002/3527603646

           2.     Weinstock H. SQUID Sensors: Fundamentals, Fabrication and Applications. NATO ASI Series, Series E: Applied Sciences. 1995. 329. 703 p. https://doi.org/10.1007/978-94-011-5674-5

           3.     Mansfield P. Snap-shot MRI. Les Prix Nobel, The Nobel Prizes 2003 Nobel Foundation. 2004. P. 266–283. https://doi.org/10.1002/anie.200460078

           4.     Vrba J. Multichannel SQUID biomagnetic systems. In: Weinstock H., editor. Applications of Superconductivity. Dordrecht: Kluwer-Academic. 2000. P. 61–138. http://doi.org/10.1007/978-94-017-0752-7_2

           5.     CTF MEG International Services LP. https://www.ctf.com/products (звернення: 03.05.2021)

           6.     Maslennikov Yu.V., Primin M.A., Slobodchikov V.Yu., Khanin V.V., Nedayvoda I.V., Krymov V.A., Okunev A.V., Moiseenko E.A., Beljaev A.V, Rybkin V.S., Tolcheev A.V., Gapelyuk A.V. The DC-SQUID-based magnetocardiographic systems for clinical use. Physics Procedia. 2012. 36. P. 88–93. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2012.06.218

           7.     Primin M.A., Nedaivoda I.V., Maslennikov Yu.V., Gulyaev Yu.V. Software for the Magnetocardiographic Complex for the Early Diagnostics and Monitoring of Heart Diseases. J. Commun. Technol. Electron. 2010. 55. No.10. P. 1169–1186. https://doi.org/10.1134/S1064226910100116

           8.     Faley M.I., Dammers J., Maslennikov Y.V., Schneiderman J.F., Winkler D., Koshelets V.P., Shah N.J., Dunin-Borkowski R.E. High-Tc SQUID biomagnetometers. Supercond. Sci. Technol. 2017. 30. P. 083001. https://doi.org/10.1088/1361-6668/aa73ad

           9.     Faley M.I., Poppe U., Dunin-Borkowski R.E., Schiek M., Boers F., Chocholacs H., Dammers J., Eich E., Shah N.J., Ermakov A.B., Slobodchikov V.Yu., Maslennikov Yu.V., Koshelets V.P. High-Tc DC SQUIDs for Magnetoencephalography. IEEE Trans. on Appl. Supercond. 2013. 23. No. 3. P. 1600705. http://doi.org/10.1109/TASC.2012.2229094

       10.     Sheng D., Li S., Dural N., Romalis M.V. Subfemtotesla Scalar Atomic Magnetometry Using Multipass Cells. Phys. Rev. Lett. 2013. 110. P. 160802. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.160802

       11.     Nedayvoda I.V., Primin M.A., Vasylyev V.E., Voytovych I.D. Supersensitive Magnetocardiographic System for Early Identification and Monitoring of Heart Diseases (Software). УсиМ. 2005. 2. С. 43–56.

       12.     Chaikovsky I., Primin M., Nedayvoda I., Kazmirchuk A., Frolov Yu., Boreyko M., New metrics to asses the subtle changes of the heart electromagnetic field. in: Advanced Methods in Biomedical Signal Processing and Analysis, Editors: K.Pal, S.Ari, A.Bit, S.Bhattacharyya. Academic Press 2022, Paperback. ISBN: 9780323859554

       13.     Примин М.А., Масленников Ю.В., Недайвода И.В., Гуляев Ю.В. Магнитокардиографическая технология исследования сердца человека. Биомедицинская радиоэлектроника. 2016. № 2. С. 1433.

       14.     Primin M., Nedayvoda I. Mathematical model and measurement algorithms for a dipole source location. Int. J. Applied Elektromagn. In. Mechanics. 1997. No. 8. P. 119131.

       15.     Primin M., Nedayvoda I. Inverse problem solution algorithms in magnetocardiography: new analytical approaches and some results. Int. J.Applied Electromagn. Mechanics. 2009. 29 (2). P. 65–81. https://doi.org/10.3233/JAE-2009-1001

       16.     Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1970. 720 с.

       17.     Primin M., Gumeniuk-Sychevskij V., Nedayvoda I. Mathematical models and algorithms of information conversion in spatial analysis of weak magnetic fields. Int. J. Applied Elektromagn. In. Materials .1994. No. 5. P. 311319.

       18.     Roth B., Sepulveda N., Wikswo J.Jr. Using a magnetometer to image a two-dimensional current distribution. J. Appl. Phys.1989. 65. P. 361372. https://doi.org/10.1063/1.342549

       19.     Voitovych I.D., Primin M.A., Sosnytskyy V.N. Application of SQUIDs for registration of biomagnetic signals. Low Temperature Physics. 2012. 38. P. 311320. https://doi.org/10.1063/1.3699954

       20.     Chaikovsky I., Primin M., Nedayvoda I., Budnyk M. Magnetocardiography in Unshielded Setting: Heart Electrical Image Based on 2-D and 3-D Data in Comparison with Perfusion Image Based on PET Results-Clinical Cases. In: Coronary Artery Diseases, Edited by Illya Chaikovsky and Nataliia N. Sydorova. 2012. InTech, Croatia. P. 4358. http://doi.org/10.5772/30122

 

 

ISSN 2707-451X (Online)

ISSN 2707-4501 (Print)

Попередня  |  ПОВНИЙ ТЕКСТ  |  Наступна

 

 

 

© Вебсайт та оформлення. 2019-2022,

Інститут кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України,

Національна академія наук України.