Помехозащищенность биомагнитных измерений и интерпретация нейромагнитных сигналов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

I ^ Ь V

Ордена Лбнина и ордена Октябрьской Революции Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова

На правах рукописи

УДК 621.048+612.825+612.822.3

МАРЦИШЕВСКИЙ Дмитрий Михайлович

ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТЬ БИОМАГНИТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ НЕЙРОМАГНИТНЫХ СИГНАЛОВ

01.04.01 —техника физического эксперимента, физика приборов, автоматизация физических исследований

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва — 1991

Работа выполнена в Институте атомной энергии имеш И.В.Курчатова.

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор В.И.Ожогин,

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник В.Л.Введенский

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

В.И.Шнырков,

кандидат физико-математических наук, О.В.Снигирев.

Ведущая организация: Институт радиоэлектроники АН СССР.

Защита состоится

.1991 года в,

мин.

на заседании специализированного совета Д034.04.04 в Институт атомной энергии имени И.В.Курчатова по адресу:

123182, Москва, пл. Курчатова, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИАЭ имени И.В.Курчатова

Автореферат разослан " 1991 года.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат физико-математических наук

А.В.Мерзляков

. .л •;

> ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

-'^^туальность темы. Девяностые годы объявлены декадой мозга. В (тай ввяэи в СССР и за рубежом разворачиваются крупные исследо-йЩйЯыЬкие международные программы. Большой интерес вызывают неин-¡азивные методики исследований и, в частности, методика магнитоэн-;ефалографии.

По сравнению с электроэнцефалографией магнитоэнцефалография эбладает рядом преимуществ, например, бесконтактностью измерений. Считалось, что методика магнитной энцефалографии дает информацию, 1налогичную информации, получаемой методикой электроэнцефалографии 1, являясь более дорогостоящей, не выдержит конкуренции. Результаты исследований синхронных записей магнитной и электрической энцефалограмм показали, что эти методики являются не конкурирующими, а взаимодополняющими.

Интригующим является проект создания электромагнитного томографа который позволит "визуализировать" электрическую активность чозга. Существующие ныне томографии - компьютерная рентгеновская и магнитноядернорезонансная дают детальную картину пространственного строения мозга и позволяют обнаруживать опухоли. Позитронная эмиссионная томография отражает распределение химических процессов в мозге и может указывать на области с нарушенным метаболизмом. Целью электромагнитной томографии, абсолютно безвредной для пациента, является получение информации об электрических процессах, лежащих в основе функционирования мозга, как управляющей системы.

Амплитуда биомагнитных сигналов чрезвычайно мала. В мировой практике задача их детектирования решается использованием многоканальных сверхпроводниковых биомагнитометров, размещаемых в маг-нитноэкранированном помещении. Стоимость восьмиканального магнитометра с програмным обеспечением составляет порядка 300 тыс.долл., стоимость тридцатисемиканальных приборов в комплекте с магнитноэк-ранированной комнатой - более 1 млн. долл.. Многоканальные биомагнитометры выпускаются фирмамами BTi, CTF, Siemens, Philips.

В Институте имени И.В.Курчатова с 1980 года ведутся работы по измерениям магнитных полей человеческого организма. В настоящий момент работы достигли уровня опытно-конструкторских разработок восьмиканального биомагнитометра. Планируется промышленный выпуск отечественных биомагнитных комплексов для диагностики заболеваний мозга, многоцелевой диагностики функционального состояния человека и для оценки профессиональной пригодности работников, обслуживающих сложные технические системы. Биомагнитные комплексы найдут применение в отечественных нейроклиниках, в Институте медико- биологических проблем, в Кардиоцентре, в Центре психического здоровья.

Цель работы состояла в изучении возможности постройки ферро-магнитно - экранированной комнаты из метгласса, в разработке мето-

дики изучения природы шумов в установках для биомагнитных исслед ваний, в снижении шумового порога в установке для биомагнитных ис ледований Курчатовского института, в разработке методик, алгоритм и программного обеспечения для визуализации и интерпретации биома нитных данных.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

Впервые измерены магнитноэкранирующие свойства многослойм оболочек из метгласса в слабых, с напряженностью до 1 нТл, низк< частотных магнитных полях.

На основании экспериментальных данных и с помощью математиче! кого моделирования получена полуэмпирическая формула для прямо] расчета коэффициентов экранирования многослойными оболочками ] метгласса.

Предложена оригинальная методика, комплексного изучения приро; шумов в установках для биомагнитных исследований, позволившая опр< делить основной источник шума в биомагнитной установке Курчатовск( го института.

Разработаны алгоритмы и программы, предназначенные для визу; лизации и интепретации биомагнитных данных.

Предложена оригинальная методика интерпретации данных магните энцефалографических измерений с использованием трехмерной базы да! ных ЯМР- томографии конкретного испытуемого.

На защиту выносятся:

- полуэмпирическая формула для расчетов коэффициента экранирс вания многослойной оболочкой из метглассового сплава,

- методика комплексного изучения природы шумов в установка для биомагнитных исследований,

- результаты применения разработанных алгоритмов и програь для интерпретации данных магнитной энцефалографии.

Практическая ценность. Результаты изучения магнитноэкранирук ших свойств многослойных оболочек из метгласса могут быть использс ваны в промышленности и практически в любой лаборатории, в которс ведутся тонкие магнитные измерения или требуется магнитное экра^ рование исследуемого объекта. Автором было дано около десяти коу сультаций по устройству различных магнитных экранов из метглаесс сотрудникам из ИАЭ имени И.В.Курчатова, из ИЗМИРАНа, МГПИ, ЦКБРЬ МЭЛЗ и др. Предложенная методика комплексного изучения природы ш} мов применима в любой .исследовательской биомагнитной лаборатор^ Методика была использована для изучения природы шумов в установи для биомагнитных исследований лаборатории сверхчувствительной маг нитометрии ИАЭ имени И.В.Курчатова. Реализованный адаптивный кок пенсатор помех позволил снизить шумовой порог установки. В практик лаборатории применяются также разработанные методики и программно обеспечение для визуализации и интерпретации биомагнитных данных

'Льшинство практических результатов работы нашло отражение в опыт-конструкторской разработке многоканального магнитометрического мплекса, ведущейся в ИАЭ имени И.В.Курчатова.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы кладывались на Всесоюзной школе по эффекту Джозефсона ( Киев, 89г.), VII Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы гнитных измерений и магнитоизмерительной аппаратуры" ( Ленинград, 89г.), Международной конференции "Иеигозс1епсез-89" ( Гавана, ба, 1989г.), Международной конференции "В1оз1дпа1-90" ( Брно, ФР, 1990.), III Международном конгрессе Всемирного общества исс-дований мозга "Меигозс1епсе-91" ( Монреаль, Канада, 1991г.), а кже на научных семинарах в ИАЭ им.И.В.Курчатова, в Карельском лиале Академии наук при Институте геологии, в Электротехнической боратории, Цукуба, Япония.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, гырех глав, заключения, списка литературы из ^^ наименований, ций объем работы страницы, в том числе рисунков и

» таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, опи-зается структура работы и цели исследования, излагаются научная зизна результатов и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дается обзор литературы.

В §1 приводятся краткие сведения по общим методам обеспечения (ехозащищенности биомагнитных сигналов. Основное внимание уделено шципу ферромагнитного экранирования и соотношениям для расчетов >ективности экранирования. Приведены данные о действующих магнит-жранированных комнатах, изготовленных из трационных поликристал-[еских ферромагнетиков типа пермаллоя. Обоснована перспективность [менения аморфных ферромагнетиков - метглассов для постройки маг-■ноэкранированных комнат.

В §2 описано современное состояние вопроса интерпретации био-нитных данных. Постановка т.н. биомагнитной обратной задачи вос-ит к классической постановке обратной задачи электромагнетизма и тоит в определении токов, текущих внутри живого организма, по ожденным ими измеряемым электромагнитным полям. С математической ки зрения обратная задача не является корректной, если только не дены некоторые модельные ограничения на токовые источники. Одна проблем состоит в соотнесении модели с реальной электрофизиоло-й. Приведены сведения о модельных приближениях, используемых при ерпретации биомагнитных данных, и об их эффективности. Отмечены остатки различных методик интерпретации биомагнитных данных.

В главе II описаны результаты наших исследований по изучени магнитноэкранирующих свойств многослойных оболочек из метглассов низкочастотных слабых магнитных полях.

В §1 приведены сведения о методике измерений коэффициенте экранирования, описана экспериментальная установка. Для измерени индукции магнитного поля внутри оболочки были изготовлены феррозон и СКВИД-магнитометр. Измерения в диапазоне полей 0.5 - 150 мкТ выполнялись феррозондом, в диапазоне 1 нТл - 5 мкТл - СКВИД] магнитометром.

В §2 приведены результаты экспериментов по измерению коэффк циентов экранирования. Описаны использованные образцы метглассовь полотен. Они представляли собой гибкие полотна, сотканные по спе циальной технологии из отдельных ферромагнитных лент, см. рис.] Экранирующие цилиндрические оболочки диаметром 10 - 20 см изготое лялись намоткой полотен ^на немагнитный каркас. Результаты измереш экранирующих свойств оболочек, изготовленных из образца "А" , и i обсуждение опубликованы в [А1]. Оказалось, что в диапазоне пол< 1-100 нТл коэффициент экранирования К практически не зависит < индукции магнитного поля В. При увеличении амплитуды поля коэфф! циент экранирования нелинейно растет, насыщаясь в поле с индукци( около 100 мкТл. В больших полях наблюдалось уменьшение коэффициен' экранирования. Кроме изучения полевых зависимостей коэффициен' экранирования, были выполнены эксперименты по изучению зависимое коэффициента экранирования от числа слоев в оболочке для метгласс вого образца "Б".

В §3 описан вывод полуэмпирической формулы для прямого расче коэффициента экранирования многослойной оболочкой.

Рассмотрен случай равномерной намотки, когда радиальный заз между соседними слоями одинаков. Использована рекуррентная форму Стерна из [2], модифицированная для случая равномерной намотк Было также учтено, что магнитная проницаемость меняется от слоя слою в соответствии с изменением подмагничивающего поля, осла ляющегося от внешних слоев к внутренним. Для восстановления завис мости эффективной .магнитной проницаемости от индукции приложение магнитного поля использованы кривые намагничивания отдельных ме глассовых лент, измеренные по дроссельному методу.

При поиске величины оптимального радиального зазора испольг ваны расчетные кривые зависимости коэффициента экранирования радиального зазора для фиксированных значений внутреннего ради} оболочки и числа составляющих ее слоев. Оказалось, что в иссле; ванном диапазоне радиуса экрана, 10 - 100 см, и числа слоев, 100, величина оптимального радиального зазора составляет 0.1-0 от радиуса экрана. Значение коэффициента экранирования при огг мальном значении радиального зазора могло превышать значение ко:

к.

•I; £ ;

-

- 4

■■Ш

т

\

"А"

■ / ЙИ

Лу

»

Щ

. .. 'Л х *

л ^ «-л - з

о.- -

/ г**«*

ь

л 1 1

- - , ' »"г, '! ' 1

'ис. 1. Внешний вид метглассовых образцов, использованных в исследованиях экранирующих свойств.

фициента экранирования для случая плотной намотки в десять и боле раз.

Для многослойного экрана, изготовленного из метгласса "Б", внутренним радиусом R и числом слоев N при оптимальной равномерно намотке для коэффициента экранирования К найдено соотношени ( указан 95% доверительный интервал ) :

lg (К) = а ■ arctg (ß ■ H/R) ± 0,086, где а = 2.795, ß = 0.600.

С тем, чтобы получить аналогичное соотношение для экранов, изго товленных из другого материала, достаточно подставить в осуществ ленный алгоритм соответствующие данные о его магнитных свойствах.

Глава III посвящена результатам изучения природы шумов в уста новке для биомагнитных исследований и возможностей их компенсации Установка для сверхчувствительной СКВИД- магнитометрии, созданная ИАЭ им. И.В.Курчатова [3], предназначена для биомагнитных исследо ваний мозга и сердца человека [4]. Она расположена в городской чер те в отдельно стоящем деревянном здании и включает в себя массивны] бетонный фундамент, на котором покоится толстостенная алюминиева: экранирующая комната. Внутри комнаты установлен немагнитный манипу лятор, позволяющий фиксировать магнитометр в нужном положении поверхности головы испытуемого, лежащего на кушетке, см. рис.2 СКВИД- магнитометр, имеющий градиометрический трансформатор потока размещен в стеклопластиковом гелиевом криостате.

На рис. 3 приведены характерные записи сигнала магнитоэнцефало граммы человека и шумов магнитометра, используемого в описанно] установке. В полосе 1 - 100 Гц соотношение сигнал/шум близко к 1 Выше 5 Гц в установке реализована предельная чувствительность маг нитометра, определяемая шумом ВЧ-СКВИДа, составляющи]

30 фТл/УГц. В полосе 9 - 13 Гц соотношение сигнал/шум £ 10. Дл: частот менее 5 Гц наблюдалось увеличение амплитуды шумов, природ которого необходимо было установить.

В §1 описана оригинальная методика комплексного изучения при роды шумов в установке для биомагнитных исследований [А2]. Предло женная методика основана на кросскорреляционном анализе записе] шумов различной природы, произведенных синхронно с записью шум; СКВИД-магнитометра. Методика предполагает предварительную оценк; наивероятнейших источников шумов. В нашем случае это вариации г'ра диента и модуля вектора магнитного поля, механические вибрации Затем подбираются приборы, обеспечивающие регистрацию шумовых ха рактеристик. В нашем случае были использованы квантовый магнитомет; с оптической накачкой ( МОН-магнитометр ) и пьезокерамический аксе лерометр АПТ-1М. Автоматизированная установка позволяла осуществ лять синхронную цифровую запись сигналов СКВИД-магнитометра и до полнительных каналов.

Обработка данных синхронных записей состояла из построения сов

Рис. 2. Вид внутри экранированной комнаты. Магнитометр установлен у поверхности головы лежащего испытуемого.

ЛИ^" /-ЛЖ7/2/

|1 пТ

1 сек

а н У ш С

и

ы Л 1 а

/У

/2/

Рис. 3. Характерные записи сигнала магнитоэнцефалограммы 1 ловека и шума в установке для биомагнитных исс/ дований в ИАЭ им.И.В.Курчатова.

местных фурье-спектров сигналов, выделения общих гармоник в основном канале и в опорных. Для детального изучения фазовых и амплитудных соотношений общих гармоник сигналы фильтровались в узкой полосе, выбираемой по фурье-спектрам. Затем вычислялись кросскорреля-ционная функция и/или коэффициент кросскорреляции сигналов в зависимости от необходимой детальности анализа. Если, например, узкополосные сигналы похожи друг на друга, и коэффициент кросскорреляции близок к единице, то источник шума на анализируемой частоте считается выделенным. В более сложном случае время корреляции может быть незначительным, т.е. вклады от разных источников шумов могут конкурировать. Тогда необходимо построение матрицы корреляции, компонентами которой являются кросскорреляционные и автокорреляционные функции нескольких сигналов.

Коэффициент кросскорреляции ^ сигналов а^ и а^ по N отсчетам ( п = 1,...) вычислялся по формуле:

где <а.> и <а.;> - математические ожидания сигналов а и а., . Нор-

1 j 1 n j п

мированный коэффициент кросскорреляции - действительное число, принимающее значения в интервале [-1;1]. Если Rij= 1(-1), сигналы aj^ и aj коррелируют ( антикоррелируют ), если R^ j = 0 - некоррелируют.

Прежде всего были произведены синхронные записи шумов СКВИД- и МОН- градиометров [A3]. Были обнаружены повторяющиеся Фрагменты длительностью до 4 секунд с высоким коэффициентом кросскорреляции сигналов. Изучение двухканальной записи шумов СКВИД- и МОН- градиометров позволило заключить, что подъем шумов для частот ниже 5 Гц не являлся 1/f шумом СКВИД- и МОН- датчиков и содержал, как минимум, две различные составляющие.

На рис. 4(а) показан фрагмент трехканальной записи шумов, на рис. 4(6) - совместный спектр сигналов. Спектрограммы шумов МОН-вариометра и СКВИД- градиометра совпадают .с точностью до мелких

»

деталей в полосе 1 - 5 Гц. Спектрограмма сигнала МОН- градиометра для частот 1 - 5 Гц также сходна со спектрограммой вариаций, однако подъем шумов выражен для частот, меньших 2 Гц. Фильтрованные сигналы показаны на рис. 4(в-г). Коэффициент кросскорреляции фильтрованных сигналов СКИД- градиометра и МОН- вариометра высок в обеих частотных полосах и составил около 0.9.

Таким образом, подъем шумов в СКВИД- магнитометрическом канале на частотах ниже 5 Гц обусловлен вариациями геомагнитного поля, амплитуда которых растет с уменьшением частоты и составляет = 1 нТл для f s 1 Гц. Разбаланс градиометрической антенны магнито-

R

1 сек

^ 1.0 г

скоиа — грлпиог-ктр

мои — опгиомстг»

УпГ

мТл

скоиа - грпяиомстр

мои — гнтиомьтр

г-10к — опгиомстр

члалЛДДДДДДЛ'"—<MA/w^wwWVwvW\/V\лJo.l

скоиа — грпдиог-1етг

ППН — ГРНДМ11МСТР

■^АллДДДДл—

мои — вариометр

Рис. 4. Синхронная запись шумов СКВИД-градиометра, МОН-гра-диометра и МОН-вариометра: а) оригинальные сигналы, б) совместный фурье-спектр шумов, в) и г) фильтрованные сигналы в полосе 1.0-2.5 Гц и 2.75-3.25 Гц.

метра, определенный вращениями магнитометра в магнитном поле Земли, составил 10~3. Оценка разбаланса как отношения амплитуд 1// составляющей спектров сигнала с магнитометра и вариометра дает величину порядка 1.5-10" . Наводка на частоте 3 Гц, вероятно, являлась градиентной и имела сложную пространственную структуру.

Было также экспериментально изучено влияние вибраций на шум в СКВИД- магнитометрическом канале при различных условиях. Выяснено в частности, что некоторые особенности конструкции манипулятора определяют возможность проникновения вибрационной наводки. Описаны результаты экспериментальной оценки резонансной характеристики манипулятора и возможности улучшения виброзащиты установки в целом.

В §2 обсуждена возможность активной компенсации шумов и компенсации геомагнитного поля. Что касается активной компенсации шумов, принципиальных проблем нет. С помощью имеющегося феррозондового магнитометра СГ-7 6 может быть достигнуто подавление шумов в десять и более раз в полосе до 5 Гц. Требования на геометрию катушек с током с точки зрения однородности создаваемого ими поля не слишком высоки - необходима однородность порядка 10% во всей области измерений. Система активной компенсации шумов может быть осуществлена при необходимости.

Для компенсации геомагнитного поля часто используют так называемые четырехконтурные обмотки с током, позволяющие достичь требующейся высокой степени однородности поля ( 0.01% ) в значительном объеме. По техническим причинам в нашей установке невозможно использовать известные конфигурации обмоток. Приведены результаты наших расчетов степени однородности создаваемого поля для аналогичных и некоторых других геометрий катушек с током.

В §3 описан реализованы^ нами адаптивный компенсатор помех. Сигнал с М0Н- магнитометра, закрепленного на экранирующей комнате вблизи со СКВИД- магнитометром и измерявшего вариации индукции магнитного поля, использовался как опорный канал адаптивного компенсатора помех. Этот сигнал поступал на вход адаптивного фильтра, использовавшего алгоритм минимизации среднеквадратичного отклонения Уидроу [5 ] . Алгоритм фильтрации был програмно реализован на персональном компьютере 1ВМ РС 386/387/16МГц. При измерении биомагнитных сигналов с частотой выборки 250 Гц компенсатор мог работать в режиме реального времени, обеспечивая при этом подавление шумов в полосе 1-5 Гц на порядок величины. Таким образом, уровень шумов снижен до значений около 100 фТ/^Гц для частот менее 5 Гц. Подавление шума на порядок величины расширило круг задач, доступных для исследований: начаты магнитокардиографические исследования высокого разрешения в полосе 1 - 100 Гц с использованием адаптивного компенсатора помех, см. рис.5.

В главе IV содержатся описания методик визуализации и интерп-

Рис. 5. Верхний рисунок - результат наложения фрагментов записи магнитной кардиограммы девяти последовательных ударов сердца друг на друга по реперной точке, нижний рисунок - то же для фильтрованной в реальном времени записи. Благодаря подавлению шума заметно изменение цикла сердечных сокращений.

ретации многоканальных данных нейромагнитных измерений и результаты их конкретного применения. Данные представляли собой синхронные записи электрических и магнитных полей акустически вызванной и спонтанной активности мозга одного испытуемого, выполненные на установке "KRENIKON" [б]. Сигналы электроэнцефалограммы (ЭЭГ) получены для стандартной системы расположения электродов - системы 1020. Магнитоэнцефалограмма (МЭГ) получена 30-ти канальным магнитометром, имеющим идентичные нормальные градиометрические трансформаторы потока первого порядка. Имелась также электронная трехмерная база данных ЯМР-томограммы испытуемого, привязанная к координатам электро-магнитных измерений.

В §1 описана методика динамической визуализации многоканальных данных и разработанная нами программа для среды MS-DOS, осуществляющая ее. На дисплее отображался фрагмент записи с временной разверткой и карты пространстзенного распределения сигналов ЭЭГ и МЭГ. Расчет пространственных распределений полей в текущий момент производился по алгоритму линейной интерполяции непосредственно перед его визуализацией. Смена кадров осуществлялась 2 раза в секунду.

В §2 описаны результаты изучения электромагнитной спонтанной альфа-ритмической активности мозга. Нами были изучены пространственно- временные соотношения между картами ЭЭГ и МЭГ сигналов [А4]. Оказалось, что лишь небольшую долю времени карты имеют согласованный вид, близкий к предсказанию модели точечного токового диполя. В настоящее время представление об источниках наблюдаемых полей альфа-ритма не сформировано окончательно. Предположительно, счетное количество протяженных в пространстве токовых источников активизируются в обоих полушариях мозга. Фазовые соотношения между их активностью меняются с характерным временем в одну секунду [А5]. По-видимому это и определяет наблюдавшееся разнообразие различных карт МЭГ, см. рис.6. Карты ЭЭГ были более однообразны, вероятно, за счет меньшей пространственной селективности методики.

В §3 описана оригинальная методика привязки решений обратной задачи нейромагнетизма к структуре коры больших полушарий конкретного испытуемого с использованием томографической базы данных. Методика подразумевает пространственное ограничение множества возможных решений обратной задачи. Она была применена к акустически вызванным полям. В отличии от запутаных полей альфа-ритма, ЭЭГ и МЭГ карты вызванных полей указывали на наличие компактного источника, связанного с откликом-NlOO. Решения в виде токового диполя для отклика N100 искались на первичной слуховой коре, расположенной на сильвиевой борозде. Сильвиева борозда была идентифицирована по ЯМР-томограмме. Ее поверхность была восстановлена по близким фронтальным срезам методами трехмерных сетей системы AutoCAD фирмы AutoDesk. Обратная задача из распределения электрических полей с

Рис. 6. Типичные карты пространственного распределения магнитного поля альфа-ритма у конкретного испытуемого. Амплитудный шаг около 100 фТл. Числа под картами пропорциональны частоте их появления.

тем же пространственным ограничением была выполнена Ю.М.Коптеловым независимо. Реализованный алгоритм поиска наилучшего диполя показал свою высокую эффективность и хорошую сходимость. Результат восстановления источников показан на рис.7.

Рис. 7. Слева - вид сверху на фрагмент реконструированной поверхности сильвиевой борозды. Отмечены траектории токовых диполей, расчитанных независимо из магнитных (М) и электрических (Е) данных для фрагмента времени длительностью 12.5 мсек отклика N100. Индексы соответствуют частоте стимуляции в единицах Гц. Справа -фронтальный контур больших полушарий мозга и характерные токовые диполи. М = 22 нАм, Е = 33 нА-м.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Изучена возможность постройки ферромагнитноэкранированной комнаты из метглассовых сплавов, предназначенной для целей тонких СКВИД-магнитометрических измерений. С этой целью:

- экспериментально изучены магнитноэкранирующие свойства мет-глассов в слабых магнитных полях на модельных экранах.

- экспериментально изучена зависимость эффективности экранирования многослойной оболочкой от числа слоев.

построена математическая модель многослойного магнитного экрана из метгласса.

Оказалось, что для постройки магнитноэкранированной комнаты с характерным размером более метра и степенью экранирования порядка ста раз необходим метгласс с начальной магнитной проницаемостью более 2 - 104 .

2. Предложена методика комплексного изучения природы шумов в

установках для биомагнитных исследований, позволившая выделить основной источник шума в установке и выбрать способ его подавления.

3. Реализован адаптивный компенсатор помех, позволивший снизить уровень шума в 10 раз.

4. Разработано программное обеспечение для динамической визуализации многоканальных данных.

5. Изучены пространственно-временные свойства сигналов альфа-ритма человека.

6. Предложена методика интерпретации биомагнитных сигналов с использованием структурных данных ЯМР-томограммы.

7. Большинство практических результатов работы нашло отражение в опытно-конструкторской разработке многоканального магнитометрического комплекса, ведущейся в ИАЭ имени И.В.Курчатова.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Mendelsohn L.I., Nesbitt Е.А., Bretts G.A. Glassy metal fabric: a unique magnetic shield. IEEE Trans., 1976. V.MAG-12., N6, p.924.

2. Stern Т.Е., Multi-layer cylindrical magnetic shields. Rev.Sei.Instr., 1935, v.6, p.324.

3. Ожогин В.И., Введенский В.Л., Гуртовой К.Г., Наурзаков С.П., Шабанов С.Ю., Измерительно-вычислительный комплекс длг биомагнитный исследований. - Международная конференция "Физике низких температур - 87", Будапешт, ноябрь 1987г. Сборнш тезисов, стр.55-56.

4. Введенский В.Л., Ожогин В.И. Сверчувствительная магнитометра и биомагнетизм.- М.: Мир/ 1986.

5. Б.Уидроу, Дж.Гловер, Дж.Макнул, Дж.Кауниц, Ч.Уильяме, Р.Хирн Д.Зейдлер, Э.Донг, Р.Гудлин. Адаптивные компенсаторы помех Принципы построения и применения. ТИИЭР, 1975, т.63, N12 с.69-98.

6. S.Schneider, К.Abraham-Fuchs, G.Daalmans, W.Folberth H.E.Hoenig, H.Reichenberger, G.Rohrlein, H.Seifert, A.Wirth Development and performance of a multichannel system fo studies of biomagnetic signals of brain and heart. In Advances in Biomagnetism, 1989, Pergamon Press, p.669.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Al. Введенский В.Л., Марцишевский Д.М., Суслов В.М., Шубина A.f Магнитные экраны из аморфных ферромагнетиков, - ПТЭ, 1990, N2 стр.219-222.

А2. Марцишевский Д.М., Введенский В.Л. Методика комплексно! изучения природы шумов в установке для биомагнитнь исследований. Веб. "Проблемы квантовой магнитометрии*

М.: Наука, 1991, стр.83-91. A3. Авдеев Б.В., Введенский В.Л., Ивлев В.В., Марцишевский Д.М. Синхронная запись шумов СКВИД- и МОН- магнитометров, - Труды VII Всесоюзной конференции "Проблемы магнитных измерений и магнитоизмерительной аппаратуры", стр.121-122, Ленинград, 1989.

ft.4. Vvedensky V.L., Marcishevsky D.M., tfirth A., Schneider S. Combined pattern analysis of magnetic and electric fields of human encephalogram and selection of simple spatial features in rhythmic activity. Third IBRO World Congress of Neuroscience, Montreal, Aug. 1991, Digest-P38.23, p.257. i5. Gurtovoy K.G., Grebenkin A.P., Klevtzov K.A., Marcishevsky D.M., Naurzakov S.P., Qzhogin V.I., Shabanov S.Yu., Vvedensky V.L. Phase lag between alpha activities in different hemispheres of the human brain detected by double-channel magnetometer. 8th International Conference on Biomagnetism, Munster, Aug. 1991, Digest-117, p.177.

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

¡ВЕДЕНИЕ

'ЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

§ 1. Проведение биомагнитных измерений § 2. Интерпретация биомагнитных сигналов 'ЛАВА II. ФЕРРОМАГНИТНОЕ ЭКРАНИРОВАНИЕ

§ 1. Методика измерений коэффициентов экранирования § 2. Эксперименты с многослойными оболочками § 3. Вывод полуэмпирической формулы для расчета коэффициентов экранирования ЛАВА III. ПРИРОДА ШУМОВ И ИХ КОМПЕНСАЦИЯ

§ 1. Методика комплексного изучения природы шумов § 2. Активная компенсация шумов. Компенсация геомагнитного поля § 3. Адаптивный компенсатор помех ЛАВА IV. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ СИГНАЛОВ СПОНТАННОЙ И ВЫЗВАННОЙ АКТИВНОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА § 1. Методика динамической визуализации § 2. Картирование полей альфа ритма § 3. Интерпретация акустически вызванных полей ВКЛЮЧЕНИЕ -ГТЕРАТУРА

Технический редактор О. П. Громова Подписано в печать 21.10.91. Формат 60x90/16 Уч.-изд. л. 0,8. Тираж 92. Заказ 205 Отпечатано в ИАЭ