Этот проект, поддержанный программой "Приоритет-2030" Минобрнауки, представляет собой важный шаг в совершенствовании технологий, применяемых в медицине, таких как энцефалография и кардиография. Ученые отмечают, что их исследование имеет потенциал значительно улучшить диагностику и мониторинг заболеваний.

Работу внутренних органов и мышц в теле человека посредством электрических импульсов контролирует центральная нервная система. Возникающие в головном мозге импульсы создают слабые магнитные поля, которые могут быть измерены с помощью разработанного квантового оптического магнитометра. Это открывает новые перспективы для более точного и надежного мониторинга активности мозга и сердца.

Использование усовершенствованной цифровой модели магнитометра позволит в будущем значительно повысить точность и чувствительность методов диагностики, основанных на измерении магнитных полей в организме человека. Это может привести к улучшению раннего выявления заболеваний и разработке более эффективных методов лечения.

Для оценки состояния различных систем организма ученые применяют магнитную энцефалографию и кардиографию. Они стремятся улучшить чувствительность датчиков, чтобы повысить информативность процедуры и сделать ее более удобной. Для этой цели используют магнитные свойства атомов в оптическом квантовом магнитометре.

Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) разработали цифровую модель, которая направлена на уменьшение размеров магнитных датчиков. Это необходимо для более эффективного размещения датчиков на голове пациента при проведении энцефалограммы и для минимизации их взаимного влияния.

Дальнейшие исследования в этой области могут привести к созданию более точных и удобных методов диагностики состояния организма. Улучшение технологий магнитной энцефалографии может значительно повысить эффективность медицинских процедур и обеспечить более точное определение патологий.

Эксперт Константин Баранцев из Высшей школы прикладной физики и космических технологий СПбПУ объяснил, что для зафиксирования сигнала от атома, который очень мал, используется ансамбль атомов в газовой ячейке. В этой ячейке находится огромное количество атомов щелочного металла, их ориентация в одном направлении упрощает детектирование сигнала. Для управления квантовыми свойствами атомного ансамбля и считывания сигнала применяются лазерные лучи.

Исследователи в данной работе анализируют оптимальные методы воздействия на атомы и физические процессы, возникающие после их столкновения. Они провели расчеты, чтобы определить, как взаимодействие атомов со стенкой газовой ячейки магнитометра влияет на точность измерений прибора и снижает негативное воздействие стенок.

Полученные учеными результаты имеют большое практическое значение в контексте быстрого развития магнитной энцефалографии (МЭГ) – метода, позволяющего анализировать активность различных участков мозга человека путем измерения их магнитных полей. Это помогает выявлять патологические изменения, такие как эпилепсия, болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз и другие.

Исследование подчеркивает важность понимания воздействия атомов на приборы и процессы, происходящие в результате их столкновений. Эти знания могут привести к улучшению точности измерений и эффективности использования магнитометров в медицинских и научных целях.

Магнитные датчики находят применение не только в медицине, но и в других областях, таких как гироскопия, навигация, геология и физика космоса. Они играют важную роль в магниторезонансной томографии сверхслабого поля, обеспечивая точные измерения и диагностику.

Кроме того, для анализа огромного объема данных используются современные вычислительные мощности, в том числе и те, что предоставляет Суперкомпьютерный центр "Политехнический". Это позволяет проводить сложные расчеты и моделирование влияния различных факторов на результаты исследований.

Особенность проведенного исследования заключается в комплексном подходе, который учитывает множество факторов, таких как магнитные поля, излучение света для "накачки" атомов, взаимодействие стенок газовой ячейки и процессы обмена электронами. Это позволяет более глубоко понять взаимосвязь различных эффектов и оптимизировать параметры исследований. Константин Баранцев подчеркнул важность такого подхода для достижения точных и надежных результатов.

Ученые стремятся к гармонизации результатов цифрового моделирования с данными реальных экспериментов, которые проводятся на базе ФТИ им. Иоффе. Это позволит им получить более точные и достоверные выводы о исследуемых процессах.

Современные методы науки позволяют ученым объединять теоретические расчеты с практическими наблюдениями, что существенно улучшает качество исследований. Важным этапом в этом процессе является сопоставление данных, полученных различными способами.

Подход, основанный на совмещении результатов цифрового моделирования и реальных экспериментов, является ключевым для достижения прогресса в различных областях науки и техники. Взаимодействие между теорией и практикой способствует более глубокому пониманию изучаемых явлений и разработке новых технологий.

Источник и фото - ria.ru