Российские исследователи создали компактный датчик, способный фиксировать магнитное излучение. В настоящее время специалисты разрабатывают на его основе диагностические приборы, которые будут значительно превосходить по эффективности традиционные методы ЭКГ и ЭЭГ. Хотя магнитные устройства для подобных исследований уже существуют, они остаются громоздкими и дорогостоящими, из-за чего пока носят экспериментальный характер. Новый микродетектор откроет возможность создания более легких и доступных приборов, что позволит внедрить их в медицинскую практику. Однако, как отмечают эксперты, для этого важно, чтобы устройство было удобным и простым в эксплуатации.

Регистрация магнитного излучения при помощи микродетектора

Учёные из МФТИ и Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН создали высокочувствительный датчик молекулярных размеров, способный фиксировать магнитное излучение в различных диапазонах. Изобретение находит применение, прежде всего, в медицине — для производства компактных и недорогих диагностических приборов магнитной энцефало- и кардиографии. По точности эти методы значительно превосходят стандартные ЭЭГ и ЭКГ, однако остаются экспериментальными, поскольку используемое оборудование работает только при сверхнизких температурах. Из-за этого устройства имеют большие габариты и высокую цену. Ведется разработка приборов на новом принципе работы.

— Органы человека, такие как мозг и сердце, вырабатывают электромагнитные импульсы, при этом магнитные поля имеют очень малую мощность. Наш датчик способен их обнаруживать и контролировать состояние этих органов. В отличие от ЭКГ и ЭЭГ, которые фиксируют электрическую активность мозга и сердца, магнитная составляющая более точна, поскольку исходит непосредственно из органов. Поэтому магнитные энцефало- и кардиографы демонстрируют большую эффективность. Однако существующие приборы слишком громоздкие, так как размещаются в криостатах, и дорогие. Мы разрабатываем датчики, работающие при комнатной температуре, — отметил заведующий кафедрой электроники МФТИ и директор ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН Сергей Никитов.

Новый датчик имеет толщину чуть более 100 нанометров и состоит из тонкой пленки лютециевого граната и слоя платины. При воздействии микроволн в гранате возникают колебания намагниченности, которые порождают спиновый ток. Этот ток передается в платиновый слой, где благодаря специфическому эффекту преобразуется в электрическое напряжение.

— Мы не просто масштабировали микроволновой детектор в несколько раз меньше, а сделали его универсальным. Благодаря широкому частотному диапазону, низкому энергопотреблению и совместимости с кремниевыми технологиями в будущем на его основе можно создавать компактные и легкие коммуникационные модули для космических спутников, радары для беспилотников и, конечно, компоненты для квантовой электроники, — добавил Сергей Никитов.

Внедрение магнитной диагностики

Преимущества магнитной энцефалографии и кардиографии над традиционными электрическими методами были подтверждены во множестве исследований. Например, ЭКГ не всегда позволяет выявить опасную ишемическую болезнь сердца, тогда как магнитное исследование дает такие данные. Магнитоэнцефалография помогает обнаруживать изменения в мозге, связанные с рассеянным склерозом, болезнью Альцгеймера и алкоголизмом. На данный момент при исследовании магнитных полей применяются сверхпроводящие детекторы СКВИДы, требующие мощного охлаждения, однако датчик, созданный в МФТИ, может стать им альтернативой.

— В Москве имеется лишь одно устройство для магнитной энцефалографии, однако оно не используется в клинической практике и применяется исключительно в исследовательских целях, — прокомментировал изданию «Известия» заведующий лабораторией анализа состояния здоровья населения и цифровизации здравоохранения МФТИ Станислав Отставнов.

Магнитоэнцефалография (МЭГ), магнитокардиография (МКГ) и магнитомиография (ММГ) обеспечивают значительно более точные данные, чем традиционные методы ЭЭГ, ЭКГ и ЭМГ, благодаря простой регистрации магнитного поля и меньшему воздействию помех при движении, пояснил директор НИИ нейронаук СамГМУ Минздрава России Александр Захаров.

— Востребованность компактных приборов для подобных исследований очень высока. В неврологии МЭГ представляет уникальное сочетание высокого временного и пространственного разрешения, что позволяет точно отслеживать активность нейронов без искажений от костей черепа и оболочек мозга. Это дает возможности для ранней диагностики эпилепсии, нейродегенеративных заболеваний и улучшает планирование нейрохирургических операций, — объяснил эксперт.

В кардиологии магнитокардиография позволяет получить трехмерное изображение электрической активности сердца с высокой чувствительностью к ишемическим изменениям и аритмиям, что особенно полезно для пациентов с высоким риском сердечно-сосудистых заболеваний. Магнитомиография имеет перспективы в спортивной медицине и восстановлении, поскольку позволяет регистрировать качественные сигналы с мышц во время движений и тренировок, в том числе в воде, добавил специалист.

— Главным преимуществом портативных систем является их потенциальная доступность. Современные МЭГ-сканеры занимают целые помещения и требуют больших финансовых затрат на обслуживание, тогда как устройства с новыми датчиками могут быть по размерам сопоставимы с VR-гарнитурой и применяться даже в обычных поликлиниках. Это позволит широкое внедрение высокоточных методов диагностики в повседневную практику, включая телемедицину и домашний мониторинг, — уточнил врач.

При этом для полного использования возможностей технологии необходимо решить дополнительные задачи — разработать удобный интерфейс, алгоритмы автоматической обработки данных и интегрировать систему с цифровыми медицинскими платформами, считает специалист.

По словам директора Института биологии и биомедицины ННГУ Марии Ведуновой, магнитные методы диагностики интересны врачам, однако пока сопровождаются определёнными ошибками. Кроме того, новый прибор должен пройти официальную регистрацию как медицинское изделие и получить рекомендации Минздрава на применение.