Магнита фон: компактный прибор поможет выявить болезни мозга и сердца точнее ЭКГ и ЭЭГ
- Статьи
- Наука и техника
- Магнита фон: компактный прибор поможет выявить болезни мозга и сердца точнее ЭКГ и ЭЭГ
Российские ученые создали миниатюрный детектор, который регистрирует магнитное излучение. Специалисты уже начали разработку диагностических устройств на его основе, которые будут значительно эффективнее привычных всем электрических методов ЭКГ и ЭЭГ. Магнитные приборы для таких исследований уже существуют, но они довольно громоздкие и дорогостоящие, поэтому до сих пор считаются экспериментальными. Новый датчик позволит сделать их более компактными и дешевыми, после чего их можно будет принять в медицинской практике. Но для этого необходимо, чтобы устройство было удобным и простым в использовании, отмечают эксперты.
Регистрация магнитного излучения с помощью микродетектора
Специалисты МФТИ и Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова (ИРЭ) РАН разработали чувствительный детектор молекулярных размеров, который способен регистрировать магнитное излучение разного диапазона. Изобретение может иметь множество практических применений. Одно из основных — в медицине для создания компактных и экономичных диагностических устройств для магнитной энцефало- и кардиографии. Они намного превосходят по точности стандартные электроэнцефалографию (ЭЭГ) и электрокардиографию (ЭКГ), но пока считаются экспериментальными, так как оборудование для них может работать только при сверхнизких температурах. По этой причине такие приборы имеют большие размеры и и высокую стоимость. Ученые уже начали работу по созданию оборудования на новых принципах.
— Человеческие органы, например мозг и сердечная мышца, генерируют электромагнитные импульсы. Но мощность магнитных полей при этом очень маленькая. Наш детектор может их регистрировать и контролировать состояние этих органов. ЭКГ и ЭЭГ измеряют электрическую составляющую работы сердца и мозга. Но магнитная составляющая гораздо точнее, из-за того что она исходит непосредственно из этих органов. Поэтому магнитные энцефало- и кардиографы более эффективны. Однако существующие устройства для этого слишком громоздкие, так как они устанавливаются в криостаты. И они очень дороги. Мы создаем датчики, которые работают при комнатной температуре, — сказал заведующий кафедрой электроники МФТИ и директор Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН Сергей Никитов.
Новый детектор толщиной чуть больше 100 нанометров. Основные компоненты устройства: тонкая пленка лютециевого граната и слой платины. Когда микроволны попадают на гранат, внутри него возникают специфические колебания намагниченности. Они генерируют спиновый ток, который передается в слой платины. Благодаря особому эффекту, характерному для платины, этот ток преобразуется в электрическое напряжение.
— Мы не просто уменьшили микроволновый детектор в десятки раз, а сделали его универсальным. Широкий частотный диапазон детектора, его сверхнизкое энергопотребление и совместимость с кремниевыми технологиями в будущем помогут создавать на его основе крошечные и легкие модули связи для космических спутников, радары для беспилотников, и, конечно же, элементы для квантовой электроники, — добавил Сергей Никитов.
Внедрение магнитной диагностики
Преимущества магнитной энцефалографии и кардиографии по сравнению с их обычными электрическими аналогами были подтверждены во многих экспериментальных исследованиях. Так, например, ЭКГ не дает медику достаточно данных для выявления смертельно опасной ишемической болезни сердца, но это становится возможным благодаря магнитному исследованию. А с помощью магнитоэнцефалографии успешно выявляли изменения в мозге, связанные, например, с рассеянным склерозом, болезнью Альцгеймера и алкоголизмом. Сейчас для исследований магнитных полей используются сверхпроводящие детекторы, так называемые СКВИДы. Их эксплуатация требует мощного охлаждения, а созданный в МФТИ датчик может прийти им на замену.
— Устройство для магнитной энцефалографии в Москве только одно, и оно вообще не включено в клиническую практику и используется в настоящее время исключительно в исследовательских целях, — уточнил «Известиям» завлабораторией анализа показателей здоровья населения и цифровизации здравоохранения МФТИ Станислав Отставнов.
Магнитоэнцефалография (МЭГ), магнитокардиография (МКГ) и исследование активности мышц магнитомиография (ММГ) значительно превосходят по точности традиционные ЭЭГ, ЭКГ, ЭМГ из-за простоты регистрации магнитного поля и независимости от помех при движении, пояснил директор НИИ нейронаук СамГМУ Минздрава России Александр Захаров.
— Практическая востребованность компактных устройств для этих исследований очень высока. В неврологии МЭГ предлагает беспрецедентное сочетание высокого временного и пространственного разрешения, позволяя точно отслеживать активность нейронов без искажений, вызванных костями черепа и оболочками головного мозга. Это открывает возможности для ранней диагностики эпилепсии, нейродегенеративных заболеваний, а также для точного планирования нейрохирургических операций, — сказал эксперт.
В кардиологии МКГ обеспечивает трехмерную картину электрической активности сердца с высокой чувствительностью к ишемическим изменениям и аритмиям, что особенно ценно для пациентов с высоким сердечно-сосудистым риском. ММГ имеет перспективы в спортивной медицине и реабилитации, так как позволит регистрировать качественные сигналы с мышц во время движения и выполнения спортивных упражнений в том числе в водной среде, добавил эксперт.
— Ключевое преимущество портативных систем — их потенциальная доступность. Если современные МЭГ-сканеры занимают целые комнаты и требуют миллионов рублей на обслуживание, то устройства на основе новых датчиков могут быть сопоставимы по размеру с гарнитурой VR-очков и использоваться даже в условиях обычной поликлиники. Это позволит внедрить высокоточные методы диагностики в рутинную практику, включая телемедицину и домашний мониторинг, — уточнил медик.
Однако для полной реализации потенциала потребуется решение сопутствующих задач — разработка удобного интерфейса, алгоритмов автоматической обработки сигналов и интеграция с цифровыми медицинскими платформами, считает он.
По словам директора Институт биологии и биомедицины ННГУ Марии Ведуновой, магнитные методы диагностики представляют интерес для врачей, однако пока их применение связано с ошибками. Кроме того, новый прибор должен сначала пройти регистрацию как медицинское изделие и быть рекомендован Минздравом к применению.
