Исследование биомагнитных полей с помощью модульных ПТ-СКВИД-градиометрических систем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ ССИЙ1

од

р ^ российской академии наук

' ' СЕЯ гзз=

Кл правах рукописи.

Ч0Г

Вондаренко Николай Алексеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ МОДУЛЬНЫХ ПТ-СКВИД-ГРАДИОМЕТРИЧБСКИХ СИСТЕМ

01.04.01 - Техника физического эксперимента, физика приборов, автоматизация физических исследований.

АВТОРЕФЕРАТ ■ диссертации па сопскапио учепой степоии кандидата физико-математических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Московском физико-техническом институте и институте радиотехники и электроника РАН.

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Ю.Е.Журавлев

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук О.В.Снигирев кандидат физико-математических наук Н.А.Корсун

Ведущая организация:

институт ядерной энергии им. В.И.Курчатова

Защита состоится _189б года в часов на

заседании диссертационного совета Д002.74.03, ИРЭ РАН, ГСП-3, Москва, ул. Моховая, д.11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ РАН. Автореферат разослал"

_1895 года.

Ученый секретарь диссертационного совета:

кандидат физико-математических наук М.И.Перцовский

1. Общая характеристика работы.

Аутуальзость темы. В настоящее время существует несколько

различных дистанционных методов функциональной диагностики мозга

и сердца. С помощью традиционных томографических методов:

поаятроино-амиссионной томографии (ПЭТ), фотонно-эмиссионная

компьютерной томографии (ФЭКТ), 'метода ядерно-магпитного

резонанса (ЯМР),- можно исследовать тонкую структуру живых тканей

организма, наблюдать детальную картину происходящих химических

А

процессов и обнаружить области с нарушенным метаболизмом. Эти методы успешно используются при диагностике сердечно-сосудистых заболеваний, а также различных заболеваний мозга, но их применение ограничено низким (несколько секунд) временным разрешением этих методов. Характерно* время быстрой активности мовгя миллисекунды, поэтому возможности электроэнцефалографии (ЭЭГ) и магннтоэнцефалографня (МЭГ) фиксировать электрическую активность мозга с миллисекундным разрешением позволяют получить дополнительную информацию для понимания функциональной структуры коры головного мозга человека и процессов, происходящих там.

ЭЭГ и МЭГ имеют одинаковое временное разрешение, но искажение электрических потенциалов вследствие неоднородности электрической проводимости биологических тканей сильно ограничивает пространственное разрешение ЭЭГ. В то же оромя биологические ткани головы практически прозрачны для магнитного поля, и это позволяет добиться лучшего пространственного разрешении источников, используя МЭГ [1]. Магнитный метод обладает также преимуществом полной бескоитактиости.

В настоящее время биомагннтньш намерениям посвящено много эхсаернмеитадьвих и теоретических работ. Биомагннтные системы активно разрабатываются и уже работают во многих научных центрах. Основные работы ведутся и области создания биомагнитных измерительных систем и ыегодик биомаглитных исследований, а также о области интерпретации и обработки биомагнитных данных. Несмотря на несомненную эффективность биомагнитных систеи, распространения в клинической практике они пока еще не получили. Это связано с дороговизной техники для биомагнитных измерений и со сложностью ее эксплуатации в условиях современной клиники.

Актуальность темы обусловлена не только практической потребностью в создании недорогих, простых, о вкснлуатацкы биомагнитных систем, способных работать в условиях современного медицинского центра. С помощью разработанной аппаратуры иронедени исследования сердечной деятельности плода человека на праиатальной стадии, исследована вызванная активность первичной зрительной коры головного ыозга "влосека. Полученные результаты соцоставлеиы с известными биофизическими представлениями.

Цель работы. Настоящая диссертационная работа посиящеиа развитию методов измерения биомагнитных сигналов и обработки полученных данных,' а также исследованию с помощью разработанной анпаратуры а программного обеспечения сердечной активности человека и вызванной активности зрительной кори голонаого мозга человека.

Реализован модульный принцип построения многоканальной измерительной системы для нейромынитних исследований.

Криогенная часть состоит из отдельных взаимозаменяемых измерительных модулей.

- Для измерения магнитной восприимчивости живых биологических тканей предложена система четырех сверхпроводящих катушек, создающих внешнее приложенное магнитное поле. Конфигурация создаваемого магнитного поля позволяет принимать сигнал из ограниченной области пространства и уменьшить паразитную составляющую, связанную с движением поверхности тела.

- Впервые в магяитно-неэащшценной обстановке медицинской клинйки измерен магнитный сигнал сердца плода человека в различные Периоды внутриутробной стадии развития, начиная с 26 недели беременности. Анализ изменчивости ритма . сердцебиения показал применимость метода для наблюдения за развитием нервной системы плода.

- При исследовании вызванной активности первичной зрительной коры головного мозга человека применен корреляционный анализ. Ил измеренного распределения магнитного поля методом регуляризации по Тихонову было восстановлено плоское распределение электрических токовых источников. Затем был проведен корреляционный анализ токовых динамических карт. В первичной зрительной коре выделено две зоны активности.

- На основе метода магнитного картирования в рамках модели токового диполя исследован отклик первичной зрительной коры на хроматический зрительный стимул. Обнаружена разница в реакции первичной зрительной коры на хроматический и ахроматический стимул.

Данные положения являются основными и выносятся иа защиту.

Практическая пениость работы. Развитые в диссертации методы и аппаратура для измерения слабых магнитных сигналов биологического происхождения позволяет осуществлять биомагнитвые исследования в условиях современного научного или медицинского центра без специальной магнитной экранировки. В иастоящее время описанные в диссертации магнитометрические системы и развитые методики с успехом работают в 14 отделе ИРЭ РАН, в иейромагнитной лаборатории отделения наук о зрении Аотонского университета (г.Бирмингем, Великобритания), в биомагнитных лабораториях физического факультета университета г.Саонзи (Великобритания) и Открытого университета г.Милтон-Кинз (Великобритания). Получены важные результаты о функционировании первичной зрительной коры головного мозга, о сердечной деятельности плода человека в разные моменты пренатальной стадии.

Разработанные методы могут быть полезны и в других областях физики, где необходимо измерять слабые магнитные поля или анализировать сложные пространственные распределения различных сигналов.

Аппобапия работы. Основные результаты работы были представлены па: '

- Всесоюзной школе но эффекту Джозефсона (Киев, 1990)

- 9-Й международной конференции по биомагнетизму (Вена, 1993)

международном семинаре по наукам о зрении и их приложениях (Санта-Фе, 1994)

17-м семинаре по прикладной сверхпроводниковой электронике и биомагнетизму (Киев,Л994)

5-м международном конгрессе международного общества электромагнитной топографии мозга (Мюнстер,1094)

- 3-м международном симпозиуме им. Р.Грэнита (Тампере, 1994)

- научных семинарах 14 отд. ИРЭ РАН, ИАЭ им. Курчатова, отделения наук о зрении Астонского университета. <

Публика л ИИ По теме диссертации опубликовано 4 работы. Структура писсертапии. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 102-наименования. Общий объем диссертации составляет 105 страницы. Диссертация содержит 24 рисунка и одну таблицу.

2. Краткое содержание диссертации. Во введении говорятся об актуальности выбранной темы, сравниваются существующие методы функциональной диагностики и обосновываются преимущества магнитометрии.

В первой гладе представлен обзор литературы. Оп посвящен списанию источников и шумов при бпомагнитиых измерениях, методам регистрации биомагнитных полей, способам обработки и интерпретации экспериментальных данных.

В первом параграфе речь идет об источниках биомаглнтиого поля «

и основных факторах, затрудняющих биомагнитпые исследования. Приведены характерные величины и частотный диапазон измеряемых биомагиитных енгналоз.

Во второй части обзора даны принципы построения магнитометрических систем на основе СКВИДа для исследования бномапштных енгиолов. Описаны методы, применяемые, в борьб«1 с шумами. Представлено современное состояние дел в области создания

биомагвктных измерительных систем. Особое внимание уделено обоснованию преимуществ - модульного принципа построения многоканальной магнитометрической системы,

В третьем параграфе основное внимание уделено общепринятым методам обработки и интерпретации биомагнитных . данных. Дано онисанне основных моделей,.используемых для представления данных. Содержится постановка обратной задачи в магнитометрии и перечислены наиболее популярные методы восстановления источников сигнала по измеренному магнитному полю.

Четвертый параграф обзора посвящен работам по исследованию гемодинамики сердца. Описаны основные методы, применяемые в этой области. Проанализированы их преимущества и недостатки.

В пятом параграфе на основе проведенного анализа литературы сформулированы основные цели и задачи представляемой работы.

Во второй глвие дано описание измерительных комплексов для исследования бномагнитыых полей, а также представлена разработанная в ходе экспериментов методика бномагннтных

измерений. ^

I

В первой параграфе представлена Ю-каиальная модульная нейроцагиитная система на основе интегральных ПТ-СКВНДов [2]. Сигнальные каналы представляют собой отдельные ызаимоэеменями'э ыедулн. На криогенной вставке установлен аксиальный симметричный градиометр второго порядка с диаметром витка 16 мм и базой 60 ми. Он намотан ииобиевым проводом на основу из мелкозернистого графита. Исходный баланс градиометра - 0.1%. Витал пара соединяет градиометр с плоской спиральной катушкой связи из ниобиевого проводя. Она находится в сверхпроводящем экране вместе с

тонкопленочным виобиевым СКВИДом и соединена с ним индуктивно. В верхней части криогенной штанги находится согласующая цепь и контактный разъем для подсоединения сенсора к блоку электроники. Внутренний шум измерительного канала пе превышает 10 фТД/Гц. Для того, чтобы измерения можно было проводить без специальной магнитной камеры была использована система электронной компенсации помех. Внешний шум измеряется с помощью трех-компонентного векторного магнитометра.' Сигнал. измерительного канала и три референтных сигнала поступают в блок электронной компенсации помех. В атом блоке происходит суммирование Измеренного и' референтных каналов, умноженных на подобранные специальным образом нормирующие коэффициенты. В результате эффективный баланс градиометров улучшается более чем в 100 раз на частотах в несколько герц и ниже.

Специально для описываемой многоканальной системы был разработан гелиевый немагнитный криостат. Внутренний объем криостпта представляет из себя цилиндр, в нижней части которого расположены 19 цилиндрических хвостовиков диаметром 18 мм. За счет такой конструкции удалось сократить расстояние от измерительной катушки до внешней поверхности дьюара до 10 мм. При этом измерительные каналы охватывают площадь равную кругу с диаметром 140 мм. Внутренний объем дьюара вмещает 12 л. жидкого гелия. Скорость испарения при работающих измерительных каналах составляет около 4 л. в сутки. По приведенным показателям криостат превосходит большинство зарубежных аналогов.

Электроника каждого измерительного канала выполнена в виде отдельного блока. Он содержит аналоговую и цифровую платы.

Аналоговая часть обеспечивает режим токозапирающей обратной связи в измерительных ПТ-СКВИДах, что позволяет исключить взаимовлияние различных каналов. Цифровая часть позволяет о помощью последовательного цифрового кода управлять аналоговой платой. Помимо девятнадцати криогенных измерительных штанг, гелиевого немагнитного крностата, девятнадцати блоков электроники, блока электронной компенсации помех, в систему входя* блок фильтров и блок управления, связанный с ПК класса IBM AT. Запнсь сигналов производится с помощью серийного многоканального 10-битного АЦП и ПК класса IBM AT 480.

При использовании системы без экранированной камеры о условиях индустриального города полный шум измерительного канала не превышает 20 фТД/Гц. Одной заливки гелия хватает на три дня работы системы.

Важной проблемой при проведении нейромагнитных исследований является калибровка многоканальной системы. Была разработана эффективная, методика калибровки, увеличившая пространственное разрешение системы в три раза.

В заключительной части параграфа дало описание разработанного программного обеспечения. Оно необходимо для проведения измерений, для создания базы данных, последующей обработки и анализа результатов эксперимента.

Большинство существующих в настоящее время биомагнитометров представляют из себя громоздкие и дорогие системы. Поэтому для распространения подобных систем в клиническую практику очень важен вопрос удешевления и упрощения системы с точки зрения пользователя. Проблема создания небольших,

относительно-простых в использовании систем, способных намерять биомагнитные поля в неэкрапированяой обстановке в современной клинике является важной и своевремеваой. В 14 отделе ИРЭ РАН была соадана магнитометрическая система, удовлетворяющая предлагаемым требованиям. Описанию данного измерительного комплекса и методики' пренатальных исследований кардиоактивности с его помощью посвящен второй параграф второй главы.

Система состоит из небольшого сте клоп ластикового криостата емкостью 1.3 литра гелия, хриогенвой измерительной штанги с механической системой балансировки и блока управления, связанного с ПК класса IBM AT. Конструкции граднометра и сенсор« аналогичны используемым в 19-канальной системе. Система механической балансировки улучшает первоначальный баланс на два порядка. При измерениях в городской обстановке без ващитной камеры полный шум описываемой системы ве превышает 16 фТ/JTu,. Собственный шум измерительной штанги составляет Р фТ/^/Гц. Небольшие размеры дьюяра и тонкие стенки делают заливку криостата простой я быстрой. Для заправки криостата жидким гелием достаточно нескольких минут. Одной заправки хватает примерно ца 1.6 суток работы. В течепие более двух лет данная система эксплуатируется в медипинской клинике, с ее помощью получепы интересные результаты по активости сердца плода на различных стадиях пренатального периода.

В третьем параграфе изложена методика биомагнитных измерений. Первая часть посвящена описанию методики исследования первичной зрительной коры головного мозга человека через измерение вызванной зрительной активности. Приведена общая схема экспериментальной „ устанонкн и процедура измерений. Представлены

типичные экспериментальные кривые поело первичной обработка полученных данных.

Во второй части параграфа описана методика измерения кардиоактивности плода человека на пренатальной стадии. Приведена общая схема экспериментальной установки.

В заключительной части главы приведены замечания о применимости разработанных биомагнитных систем, воаможной модификации их для некоторых конкретных случаев, говорится о путях дальнейшего развития разработанных систем.

В третьей главе обсуждается проблема измерения магнитного сигнала сердца. В первом параграфе содержится описание системы сверхпроводящих колец для создания приложенного магнитного поля при исследовании гемодинамики сердца и проведены вычисления по оптимизации предлагаемой системы к условиям конкретного эксперимента.

Известно, что изменения объема гердцд можно наблюдать о помощью СКВИД-магиитомбтра, создав внешнее магнитное поле в области грудпой клетки. Измеряемый сигнал пропорционален величине магнитного поля, а около 80% этого сигнала возникает из-аа разницы в магнитной восприимчивости внутрнсердечаой крови и окружающих тканей.

Один из основных искажающих сигнал факторов при проведении измерений магнитной восприимчивости биологических объектов с использованием приложенного магнитного поля - движение границы тела цз-за дыхания а сердечной деятельности. Большая разница между восприимчивостью тела и восприимчивостью воздуха , а также близость этого источника сигналов к измерительной система приводят к. тому.

что ата сигналы превышают по велгчине сигнал, аредотяиляющи Л интерес. . ,

В. данной работа предлагается система, состоящая из двух пар сверхпроводящих катушек о противоположным направлением токов. В атом случав конфигурация создаваемого магнитного поля позволяет ограничить область пространства, где расположены измеряемые источники; область нулевого магнитного поля па поверхности тело уменьшает помехи, евязапные о движении грудной кдетки во время эксперимента. Такая система позволяет также варьировать конфигурацию и напряженность приложенного поля в значительном диапазоне, что делает измерительный комплекс Солее универсальным.

В целях оптимизация данной системы были проведены численные расчеты распределения создаваемого магнитного поля и чувствительности измерительной системы при различных параметрах предлагаемой системы. Расчеты производились на ПК IBM AT. Для написания программ использовался MICROSOFT FORTRAN Version 4.10.

Расчеты показали, что предлагаемая оптимизированная система сверхпроводящих катушек позволяет создавать в области сердцп постоянное магнитное поле величиной КГ* Тч и минимизировать помеху, связанную движением границы тела.

Во втором параграфе описан эксперимент по исследованию гемодинамики сердца.

В ходе эксперимента были проведены измерелия. магнитной восприимчивости D области сердца с целью определения изменений тока крови в течение кардиального цикла у пациента в расслабленном состоянии и при воздействии статической нагрузки. Намерения

осуществлялись е помощью одноканального СКВИД-магиитометра. При построении пространственных карт сигнал в различных точках синхронизировался с помощью сигнала ЭКГ.

Тест на статическую нагрузку показал разницу в объеме я распределении внутрисердечного объема" сердца по сравнению о расслабленным состоянием. Таким образом, было показано, что динамические карты распределения магнитной восприимчивости позволяют наблюдать временные изменения тока крови в различных частях сердца и большой периферийной артерии.

В третьей части главы представлены экспериментальны* результаты измерения магнитного сигнала сердца плода человека в различные периоды внутриутробной стадии развития. Описана методика обработки экспериментальных данных. Основное внимание уделено периодическому изменению частоты сердцеоиеиия (дыхательной синус-аритмии). Этот процесс связан с дыханием ■ контролируется нервной системой. На представленных графиках спектра изменения частоты сердцебиения хорошо видна составляющая,

связанная с дыханием. Таким образом, апализ изменчивости ритма

I

сердцебиения показал эффективность метода при исследования развития нервной системы плода человека.

В заключительной части содержатся основные выводы к третьей

главе.

Четвертая глава посвящена исследованию вызванной активности первичной зрительной коры головного мозга человека. В первом параграфе исследована реакция первичной арительной коры на визуальный стимул в виде хроматической решетки. Из психофизических данных известно (3], что пространственно-временные

свойства отклика первичной зрительной коры головного мозга различны для хроматического и ахроматического стимулов. Функция контрастной чувствительности для ахроматического стимула аналогична частотной характеристике полосового фильтра с пиком в области 3-8 пер./гр. Функция контрастной чувствительности для хроматического стимула аналогична характеристике фильтра низкой частоты с частотой среза 2-3 пер./гр. Во время исследований с помощью метода поверхностных электрических потенциалов были обнаружены четкие изменения параметров вызванных электрических потенциалов при изолюминантном стимуле , когда стимулом служила Пространственная решетка с частотой в диапазопе 2-5 пер./гр. В то же время при пространственных частотах меньше 2 пер./гр., когда психофизиологические результаты говорят о наличии наиболее сильных различий, реакция на хроматический п ахроматический стимул была практически идентична. Целью данного исследования было с помощью магнитного карги рованния добиться того, что не удалось реализовать измерением электрических потенциалов: найти разницу в отклике на ахроматическую и хроматическую решетку с пространственной частотой менее 2 пер./гр. и подтвердить тем самым существующие психофизиологические данные.

Измерения проводились' внутри магнитно-экранированной камеры. 19-квиальнал магнитометрическая система {2] располагалась над областью первичной зрительной коры. Стимулом служило появление иа экране монитора полукруглого поля с цветной решеткой, состоящей на аелепых и красных полос. Цветной контраст (зеленый / красный) двух полос варьировался в то время, как средняя

освещенность (красный + аелепый) поддерживалась постоянной на уровне 18 кд/м' .

По полученным данным были построены распределения магнитного поля. Все полученные распределения магнитного поля имеют дипольный характер. Поэтому чтобы привести результаты к более компактному виду, все карты были классифицированы по значению угла диполя. В качестве основной формы анализа была выбрана мера корреляции между картами.

При пространственных частотах < 2 1.ер./гр. угол диполя на 140150 мсек. после стимула составляет 00-120 градусов относительно изолюминантного случая. Это изменение угла диполя не наблюдается при стимуле с пространственной частотой > 2 пер./гр. В то же время наблюдаются большие различия в абсолютной величине угла диполя для различных испытуемых.

Для стимула с пространственной частотой решетки < 2 пер./гр. наблюдается заметное вращение диполя - при увеличении цветового контраста от состояния изолюмииантности. Это соответствует более - ранним результатам ЭЭГ-измерений, свидетельствующих о фазовом сдвиге зрительных вызванных потенциалов при низких пространственных частотах относительно ситуации нэолюмияантности.

Проведенное исследование демонстрирует, что магнитное картирование зрительных вызванных ответов позволяет найти разницу между реакцией на- хроматическую и ахроматическую решетки с пространственной частотой < 2 пер./гр., чего не удается добиться посредством измерения электрических вызванных потенциалов.

Во втором параграфе четвертой главы проведен кластерный анализ восстановленной активности первичной зрительной коры головного мозга человека.

Кору головного козга человека подразделяют па ряд зсп, отвечающих за отдельные сенсорные или. моторные функции. Ал атомические и физиологический наблюдения, проведенные на обезьянах, говорят о том, что зрительная система приматов в свою очередь также состоит из трех областей. Эта подразделения при анализе изображения, возникшего па еатчатке, проявляют различную чувствительность по отношению к таким параметрам как цвет, движение, форма и ориентация [4]. Есть основания полагать, что зрительная кора человека также обладает этим свойством.

МЭГ позволяет исследовать функциональную структуру коры головного мозга человека. Традиционным способом представления магнитных сигналов, измеренных о помощью МЭГ является их преобразование в последовательность динамических пространственных карт распределения магнитного поля. Непосредственный анализ нейромагинтных полей осложняется отсутствием прямой связи

между анатомией и распределением сигналов на магнитной карте. Используя алгоритмы,. основанные на оценке вероятности, можно решать обратную задачу и восстанов'ить карту распределенных токов, создающих измеряемое магнитное поле. Характерное время получаемой при этом временной динамики активности мозга • одна или несколько миллисекунд. Для адекватного анализа таких данных целесообразно рассматривать не только статичные карты восстановленных токов, но и их временные последовательности. В результате, объем анализируемых данных окпзыяиетсл очень большим, что затрудняет их интерпретацию.

Объем анализируемой информации можно уменьшить, выделив и» пространства источников области (кластеры) с коррелированной временной динамикой сигнала.

Целью данного исследования было проверить возможности использования кластерного анализа токов, восстановленных из нейромягнитного сигнала, для разделения области активности в первичной коре головного мозга «еловека на отдельные функциональные зоны.

Для восстановления распределенных источников тока по известному распределению магнитного поля был использован метод регуляризации по Тихонову [б]. Затем применялся алгоритм кластерного анализа [б]. Он позволяет анализировать временную динамику абсолютной величины сигнала в каждой точке в плоскости токовых источников. Результат применения алгоритма - разбиение первоначального дискретвого пространства источников на множество непересекающихся областей (кластеров). Каждый кластер состоит на элементов со сходной временной характеристикой в выбранном интервале.

!

Вызванные магнитные ответы измерялись в экранированной магнитной камере. Для измерения использовался 18-каиальиыЯ СКВИД-магнитометр: Чтобы охватить датчиками всю активированную зону зрительной коры вызванные ответы измерялись последовательно из трех положений магнитометра над затылочной частью головы. Положение сенсоров относительно головы определялось с помощью системы позиционирования, состоящей из источпика магнитного поля и ицдукцнонною датчика.

•

ч

Зрительным стимулом служило изображение на экране монитора, расположенного снаружи магнитоэкранированной камеры: из фона с нулевым контрастом появлялась горизонтальная решетка, состоящая из чередующихся красных и зеленых полос одинаковой яркости. Измерения осуществлялись раздельно при стимуляции левого и правого поля зрения.

Распределенные токи были восстановлены методом регуляризации по Тихонову в плоскости на расстоянии 4 см от плоскости градиометров (около 2.5 ем от поверхности головы), что примерно соответствует глубине расположения шпорной борозды. ' Применение кластерного анализа показало, что результат зависит от временного интервала, на котором осуществляется анализ. При увеличении интервала четкая кластерная структура распадается на множество мелких нестабильных кластеров. Уменьшение интерпалп постепенно приводит к слиянию различных кластеров в один. При смещении интервала по временной шкале кластерная структура также изменяется. Для временного интервала, включающего в себя основную компоненту отклика можно получить четкую структуру со стабильными кластерами. Проведя ' корреляционный анализ восстановленных токов для зрительных вызванных ответов в интервале 50-160 мсек. после стимула, мы получили стуктуру из двух стабильных кластеров . Расстояние между кластерами - 2.4 см. Для зрительного отклика на стимуляцию 'противоположного поля зрения кластерная структура аналогична первой и смещена на 2 см. Наблюдалось хорошее соответствие результатов между различными испытуемыми.

Результаты кластерного анализа зависят также от положения интервала, выбранного для анализа, на временной шкало . Эти

изменения кластерной структуры, возможно, отражают последовательные стадии обработки зрительной информации. Увидеть »то с помощью функциональной ЯМР томограммы или ПЭТ было бы невозможно, из-за недостаточного временного разрешения этих методов.

Таким образом, применение метода Тихоновской регуляризации для восстановления протяженных токов из измеренного магнитного поля и последующий кластерный анализ полученных временных динамических карт плотности токов позволяют значительно упростить анализ биомагнитных данвых. Проведенные исследования зрительной коры человека и применение описанного подхода при обработке реальных данных позволили выделить в зрительной коре человека две раздельные области, что соответствует результатам полученным ранее с помощью различных инвазивных методов.

В заключении сформулированы основные результаты ■ выводы , полученные в работе.

N

3. Заключение.

Основные результата работы состоят в следующем:

1. Реализована модульная многоканальная система для нейромагнитных измерений, способная работать без специальной экранированной камеры в условиях современного индустриального города. При использовании системы без экранированной камеры в условиях идустриального города полный шум' измерительного канала пе превышает 20 фТ/#ц. Проведено экспериментальное тестирование и оптимизация конструкции системы.

2. Создана миниатюрная переносная универсальная

одноканальная система для биомагнитных измерений в условиях современной клиники. Разработана криогенная измерительная вставка низкой теплопроводности « устройством для механической балансировки. Собственный шум вставки .составляет б фТ/7Гц. При измерениях в городской обстановке Сев вкранкровайной камеры шум системы не превышает 16 фТ/ ./Гц.

8. Для измерения магнитной восприимчивости живых биологических тканей предложена система из четырех сверпроьодящчх катушек, создающих впешнеа иагьитноо поле. Такая система позволяет ограничить область' чувотвительноста магнитометра ц уменьшать параонтпуш составляющую сигнала. Прояедены

оптимизационные расчеты предложенной системы катушек. Предлагаемая система позволяет создать в области сердца магиптноэ поле величиной . Ю-1 Тл. При этом область максимальной пространственной чувствительности градиометра совпадает о областью сердца.

4. С помощью разработанной - миниатюрной

магнитометрической системы в обстановке медицинской клиники измерен 'магнитный сигнал сердечной деятельности Умода человека и различны« периоды внутриутробной стадии развития, начиная с 25 недели беременности. Исследована изменчивость ритма сердца, связанная с дыхательной деятельностью. Показана применимость метода для наблюдения оа развитием нервной системы плода на пренатальной стадии.

6. С помощью разработанной 18-канальной нейромагнитной системы проведены следующие исследования магнитного поля корЫ головного мозга человека:

Проанализирована реакция первичной зрительной коры на цветной стимул. С помощью метода корреляционного анализа в первичной зрительной коре головного мозга человека выделено две области, отвечающие аа различные аспекты зрительной информации.

Исследован отклик первичной зрительной коры головного мозга человека ва хроматический зрительный стимул. Найдена разница в реакции первичной зрительной коры на хроматический я ахроматический стимул.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. A.Matlashov.Y.Zhuravlev, V.Slobodchlkov, N.Bondarenko, D.Raaal. Miniature DC SQUID Magnetometers for Clinical Use; In Recent Advuneee in Biomagnctism, PROC of 0-th Int. Conf. on Biomagnetlsm, AUGUST 14-20, Eds: L.Deecke et al. (Vlenna,1083),p.3O4

2. A.Matlashov,V.Slobodchlkov, A.Bakharev, Y.Zhuravlev,.

\

N.Bondareuko. Blomagnetic * Multichannel System Built with 18 Cryogenic Probea, In Recent Advances In Biomagnetlsm, ~ PROC of 8th Int. Conf. on Biomagnetlsm, AUGUST 14-20, Ed*: L.Deecke et al. (Vienna, 1883),p. 284-286.

3. ^Yu. Zhúr^vlev, N. Bondarenko et al.. Visual Cortex Magnetic Imaging: Cluster Analysis of the Evoked Activity; 6th International Congress ISBET, August 2-8, Munster, Germany, 1894, Book of Abstracts, p.172.

4. Barnes G.R., Holiiday I.E., Fylan F.8., Singh K.D., Bedford J.L., Bondarenko N.A. et al.,Human Visual Magnetic Evoked Response to

Chromatic Gratings; Vision 8ciencee and it's Application, February 11-15, 1994, Santa Fe, New Mexico, PROC of Topical Meeting, p.144.

Список цитируемой литературы.

1. ' J.P.Wtkawo, A.Gevins, S.J.Williamson, The Future of the EEG and MEÓ, Electroenceph. and Clin. Neurophys., 87, 1903, pp. 1-9.

2. A.Matlashov.V.Siobodchikov, A.Bakharev, Y.Zhuravlev, N.Bondarenko. Biomagnetlc Multichannel System Built with 19 Cryogenic Probes, tn Recent Advances In Biomagnetism, PROC of 9th Int. Conf. on Biomagnetism, AUGUST 14-20, Eds: L.Deecko et al.

(Vienna,1893), p.284-285.

3. K.T.Mullen, The, Contrast 8ensitivity of Human Colour Vision to Red-Green and Blue-Yellow Chromatic Grating, J. Phyniol., v..450, 1985, pp. 381-400.

4. Livingstone,M.S.,Hubel.D.H., Segregation of Form, Color, Movement, and Depth: Anatomy, Physiology, Perception. Science, vol.240, pp. 740-749, 1988.

6. • Nikulln.S.L., Zhuravlev.Yu.E., Matlaahov.A.N., Lipovttch,A,Ya., Tlkhonov Régularisation Approach to Dynamic Blomagnetic Imaging. Clin. Phys. Physiol. Meas., vol.12, supl.A, pp. 79-81, 1991. б. Загбруйко Н.Г.,Елкина В.Н.,Лбов Г.С., Алгоритмы обнаружения эмпирических закономерностей.- Новосибирск: Наука: 1985.

ÂPT/I /7.Р7.4Г, ЗйК'АЗ AJ' /Ал Т^/РАЖ >ХГВ>.