Учёные НовГУ разработали схему усилителя выходного сигнала для датчика, который сможет регистрировать и измерять магнитное поле сердца. Он станет частью конструкции магнитоэлектрического магнитокардиографа — более стабильного, доступного и компактного прибора, чем современные магнетометры.
Авторы исследования — ассистент кафедры физики твёрдого тела и микроэлектроники Денис Павлов, лаборант кафедры проектирования и технологии радиоаппаратуры Иван Марков, ведущий научный сотрудник, кандидат физико-математических наук Олег Соколов.
Магнитоэлектрические (МЭ) датчики сегодня широко применяются в приборостроении, медицине, высокоточной измерительной технике, энергетике и других отраслях. В последние десятилетия возрос интерес к бесконтактным МЭ датчикам. Они работают по простому принципу: внешнее магнитное поле (например, магнитное поле сердца) вызывает в датчике электрическую активность.
— МЭ датчики можно успешно применять для разработки такого уникального устройства как магнитоэлектрический магнитокардиограф, — рассказал Олег Соколов. — Он мог бы использоваться для диагностики различных сердечно-сосудистых заболеваний, в частности ишемической болезни сердца. Основное преимущество магнитокардиографии в том, что этот метод является бесконтактным и позволяет получать информацию о состоянии сердца, не прибегая к инвазивным процедурам. Магнитокардиограф может выявлять изменения в магнитном поле сердца, которые могут быть не видны при стандартной электрокардиографии. Это позволяет более точно диагностировать заболевания и контролировать эффективность терапии.
Сейчас для тех же целей используются СКВИД-магнитометры. Однако приборы на сенсорах СКВИД слишком дорогостоящие и громоздкие. Высокочувствительные МЭ датчики позволят разработать приборы с меньшими габаритами и относительно невысокой стоимостью. Кроме того, они будут более мобильны по сравнению со СКВИД-аппаратурой.
Магнитное поле сердца гораздо слабее магнитного поля Земли — на несколько порядков. Для регистрации и измерения такого уровня магнитных полей требуются малошумящие широкополосные усилители (МШУ). Они предназначены для работы в широком частотном диапазоне с минимальными потерями качества сигнала. Их основная задача – увеличивать амплитуду слабых сигналов без значительного увеличения шумов. Такие усилители используются в технике, где важна высокая чувствительность приёмников и точность передачи данных в цифровую аппаратуру.
Учёные провели исследование чувствительности МЭ датчика, работающего на частотах 1–10 кГц. Для изготовления сенсора использовалась аморфная магнитомягкая лента АМАГ-225 и пьезокерамика ЦТС-35.
— Анализ выходных сигналов позволил определить технические требования к усилителю, — рассказал Олег Соколов. — Например, коэффициент усиления должен быть не ниже 55 dB, а рабочий диапазон частот — 0,5 Гц – 300 кГц. Обладая этими знаниями, мы смогли разработать оптимальную схему аппаратной части усилителя. Было принято решение использовать усилитель на базе микросхемы инструментального усилителя AD620. Уникальные характеристики данной микросхемы позволяют решить задачу усиления малого сигнала с магнитокардиографа. Например, усилитель AD620 способен эффективно подавлять низкочастотные помехи в помещениях. Источниками помех могут быть передатчики радиосигналов (Wi-Fi, Bluetooth) и множество других приборов, питающихся от сети 220 В и 50 Гц.
По словам разработчиков, у проекта хорошие перспективы для реализации. Решение, предложенное учёными НовГУ, позволяет существенно упростить схему и уменьшить размеры диагностического устройства.
— Через год мы планируем передать результаты проекта на одно из новгородских предприятий, — рассказал Олег Соколов. — Там в течение одного-двух лет будет создан опытный образец для постановки на серийное производство.
Работа над проектом ведётся при поддержке гранта РНФ. В будущем научная группа преподавателей и студентов кафедры проектирования и технологии радиоаппаратуры Политехнического института НовГУ планирует заняться исследованием и разработкой подобного прибора для магнитоэнцефалографии.
Эту и другие новости читайте в официальном МАХ-канале Новгородского университета.