• Исследование биомагнитных сигналов различной природы с использованием сверхпроводниковых квантовых магнитометров

  Руководитель направления Масленников Юрий Васильевич гл. науч. сотр., д.т.н. эл. почта: [email protected]

  
  

  Электромагнитные процессы, протекающие в различных органах биообъектов, играют определяющую роль в обеспечении их жизнедеятельности. Изучение закономерностей электрических событий в организме человека позволяет формировать оценки электрофизиологического состояния различных систем организма – мозга, сердца, мышц и др. Методы регистрации и анализа электрической компоненты электро-магнитной активности различных органов человека, такие, как электрокардиография, электроэнцефалография, нашли самое широкое применение в клинической практике, и успешно используются для диагностики и терапии широкого спектра заболеваний. Анализ магнитной составляющей позволяет получить дополнительную диагностически значимую информацию об электрофизиологическом состоянии исследуемого органа и таким образом существенно повысить качество медицинской диагностики. В настоящее время наиболее частой причиной ранней инвалидности и смерти являются сердечно-сосудистые и онкологические заболевания. В России на их долю приходится более 70 % всех смертных случаев. В этой связи исследование магнитных сигналов сердца человека для применения в кардиодиагностике, а также используемых в онкологии процессов транспорта биологически активных агентов на магнитных наночастицах внутри живых организмов, является чрезвычайно актуальной медицинской и научно-технической задачей, и позволит в конечном итоге выйти на существенно более высокий уровень точности диагностики и эффективности терапии этих социально значимых заболеваний.

  Рис. 1. Регистрация магнитокардиосигналов добровольца с использованием магнитометрической системы на базе сквидов.

  Рис. 2. Магнитокардиосигналы добровольца, зарегистрированные с использованием ССКВИД-системы в неэкранированных клинических условиях: усредненные PQRST-комплексы синхронизированы во всех 36 узлах (6 × 6) сетки регистрации МКГ(a); - последовательность 2D-карт распределения магнитного поля сердца на ST-T интервале в «норме» (б); - 2D-карта распределения магнитного поля сердца на максимуме зубца T (в).

• Пассивная акустическая термометрия

  Руководитель направления Аносов Андрей Анатольевич вед. науч. сотр., д.ф.-м.н., проф. эл. почта: [email protected] тел.: +7 (916) 074-31-59

  
  

  В ряде медицинских приложений, связанных с локальной гипертермией тканей организма человека, важно с надлежащей точностью осуществить безболезненные измерения глубинной температуры. Предлагается использовать пассивную акустическую термометрию (ПАТ), физической основой которой является регистрация теплового акустического излучения объекта. ПАТ способна обеспечить определение температуры с точностью 0.5-1 К и пространственное разрешение 5 мм, что приемлемо для медицинских приложений.

  Рис. 3. Пассивный многоканальный акустический термограф.

  Рис. 4. Измерение акустояркостной температуры предплечья испытуемого.

• Разработка технологии адресной управляемой доставки биологически активных и лекарственных препаратов на основе управляющего ультракороткого электромагнитного воздействия на наноструктурированные биомиметические везикулы

  Руководитель направления Хомутов Геннадий Борисович д.ф.-м.н., проф.

  
  

  Направление посвящено решению актуальной и важной в настоящее время научной проблемы создания фундаментальной базы новых перспективных технологий биомедицинской радиоэлектроники, обеспечивающих возможности для радикального повышения эффективности лекарственной терапии и основанных на создании новых биосовместимых средств и методов капсулирования, адресной доставки и управляемого высвобождения биологически-активных и лекарственных препаратов в целевых областях в водных средах, включая живые системы. Для достижения поставленной цели разрабатывается новый комплексный междисциплинарный подход, включающий следующие этапы. Это во-первых: синтез, специальных гидрофобных электропроводящих наночастиц золота с характерным диаметром ~4 нм и гидрофобных/гидрофильных магнитных наночастиц магнетита с характерным диаметром ~5 нм. Во-вторых: создание новых нанокомпозитных биомиметических биосовместимых коллоидных везикул (липосом) диаметром 50-300 нм, бислойные липидные мембраны которых либо будут содержать, либо будут связаны с такими наночастицами. В-третьих: разработка радиоэлектронных методов и макета установки для целенаправленного изменения структурно-функциональных характеристик таких везикул в водных модельных и биологических средах, основанных на нетермическом воздействии ультракоротких электрических импульсов на водные суспензии нанокомпозитных везикул. Разработанный метод позволит обеспечить эффективное и безопасное дистанционное избирательное нетермическое воздействие, приводящее к эффектам электропорации и управляемому высвобождению лекарственных препаратов, предварительно капсулированных внутри нанокомпозитных липосом, во внешнюю водную среду.

• Разработка методов оценки эффективности систем контроля уровня бодрствования человека-оператора с учетом вероятностной природы возникновения ошибок при засыпании

  Руководитель направления Дементиенко Валерий Васильевич д.ф.-м.н.

  
  

  Одной из наиболее частых причин возникновения ошибок при выполнении профессиональной деятельности является критическое снижение уровня бодрствования человека-оператора. Показано, что соотношение между величиной снижения уровня бодрствования и вероятностью ошибок носит нелинейный характер, причем развитие дремотного состояния может по-разному влиять на разные когнитивные функции человека. Это означает, что даже при небольших снижениях уровня бодрствования существует вероятность возникновения ошибок. Для контроля возникновения и предотвращения опасных состояний оператора разрабатываются автоматизированные системы контроля таких состояний (fatigue monitoring devices), но они пока имеют ограниченную область применения и недостаточную эффективность. Предлагается новый подход для количественной оценки эффективности систем контроля функционального состояния человека-оператора с учетом нестабильной природы поведенческих реакций в условиях критического снижения уровня бодрствования.

• Разработка реконструктивных методов визуализации тепловых флуктуаций в тканях человека с использованием ультразвуковой томографии

  Руководитель направления Бограчев Константин Маркович науч. сотр., к.ф.-м.н. эл. почта: [email protected]

  
  

  Гипертермия является перспективным и неинвазивным методом терапии. В процессе гипертермии необходимо контролировать температуру в нагреваемой ткани, причем также неинвазивным методом. Сквозная ультразвуковая томография – удобный неинвазивный метод, который позволяет визуализировать внутренние сечения распределения акустических свойств. Восстановление с использованием неполных данных – это стандартная задача, которая обсуждается во многих работах по томографии. Исследуется восстановление температуры в ткани при веерной ультразвуковой томографии при наличии акустически непрозрачных объектов (АНПО) методом компьютерного моделирования. В общем случае такие объекты вызывают искажения в восстановленном распределении.

• Разработка магнитометрических систем на основе сверхпроводниковых квантовых интерферометров для биомагнитных исследований

  Руководитель направления Масленников Юрий Васильевич гл. науч. сотр., д.т.н. эл. почта: [email protected]

  
  

  Основная сложность исследования магнитных сигналов, генерируемых живыми организмами, состоит в том, что их амплитуды очень малы. Так, амплитуда R-пика магнитокардиограммы, регистрируемой бесконтактно над грудной клеткой человека, составляет всего около 50-100 пикоТесла, что примерно в миллион раз меньше величины магнитного поля Земли. Многолетняя практика показала, что для регистрации генерируемых в организме человека биомагнитных сигналов с необходимым отношением «сигнал-шум», магнитометры должны обладать уровнями собственной чувствительности порядка нескольких фемтоТесла в единичной полосе частот. На сегодняшний день подобные значения могут обеспечить лишь магнитометры на основе СКВИДов (СКВИД – сверхпроводниковый квантовый интерференционный датчик) и квантовые магнитометры с оптической накачкой (КМОН). В условиях отсутствия коммерчески доступных СКВИД-магнитометров, разработка и создание действующих образцов отечественных магнитометрических СКВИД-систем является исключительно важной задачей для обеспечения необходимым инструментарием проведение биомедицинских (и других) исследований магнитных сигналов, генерируемых живыми организмами. Одним из перспективных направлений в решении поставленной задачи является разработка высокочувствительной магнитометрической аппаратуры и методов тонких магнитных измерений для магнитокардиографии в кардиологии и систем контроля транспорта лекарств на магнитных наночастицах в онкологии, а также их реальная апробация в клинической практике с целью развития новых высокотехнологичных методов медицинской диагностики и терапии сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний.

  Проектирование магнитометрических СКВИД-систем для биомагнитных исследований

  Монтаж криогенного зонда магнитометрической СКВИД-системы для магнитокардиографических исследований

  Фото криостата на стойке его крепления и перемещения, криогенных зондов, блоков электроники СКВИД-системы, подвижной кушетки для размещения испытуемого, в лабораторной установке для исследования магнитокардиосигналов человека

  Трехмерная модель лабораторной установки для исследования магнитных свойств наноматериалов (а) и фото ее практического исполнения (б): несущая стойка – 1; подвижный предметный столик для исследуемых образцов – 2; хвостовик криостата с приемным градиентометром – 3; криостат с измерительным зондом – 4; система катушек Гельмгольца для создания горизонтального (вертикального) поля подмагничивания – 5; шаговые двигатели – 6;

• Диагностический программно-аппаратный комплекс на базе прецизионного инфракрасного термографа

  Руководитель направления Щербаков Михаил Иванович инженер эл. почта: [email protected]

  
  

  Диагностический программно-аппаратный комплекс предназначен для проведения термографических обследований пациентов с различной этиологией. Он позволяет снимать термограммы в автоматическом режиме с высокой разрешающей способностью с большим углом обзора, с последующим автоматическим объединением полученных термограмм в панораму.

  Диагностический программно-аппаратный комплекс

  Технические характеристики комплекса:
  Температурное разрешение на уровне 30°С по всему полю зрения 0,02°С, погрешность измерения абсолютных температур по АЧТ по всему полю зрения +/- 1°С или +/- 1% от диапазона

  Диапазон измерения температур	-40°С - +300°С
  Диапазон рабочих температур	-40°С - +60°С
  Поле зрения термографа	не менее 25 x 20°
  Число элементов разложения в строке	640
  Число строк в кадре	480
  Позиционирование в плоскости горизонта	360°
  Позиционирование в вертикальной плоскости	+85°… -45°
  Время автономного режима работы	6 часов
  Вес ИК-камеры	не более 1.5 кг
  Вес устройства позиционирования	3 кг

• Разработка устройства для реализации тахоосциллографического способа измерения артериального давления и телемедицинского скрининга на бытовых тонометрах

  Руководитель направления Сударев Алексей Монесович

  
  

  В настоящее время сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются самыми массовыми в мире (1.13 млрд. больных гипертонией по сведениям ВОЗ). Самый простой и массовый способ раннего выявления ССЗ и, в частности артериальной гипертензии - регулярное самообследование населения с помощью бытовых тонометров. Для более детального измерения параметров артериального давления может приеняться тахоосциллографический метод измерения, позволяющий выявить целый ряд дополнительных показателей, что делает метод более ценным для скрининга и дифференциальной диагностики артериальной гипертензии. Тахоосциллография – один из осциллометрических способов измерения АД, в ходе которого анализируется форма пульсовых колебаний сигнала в пневматической манжете на руке пациента (тахоосциллограмма, ТОГ) при линейном увеличении или уменьшении давления в ней. Тахоосциллографический способ позволяет получать расширенный набор показателей центральной гемодинамики: ЧСС, систолическое, диастолическое, среднее и боковое АД, гемодинамический удар, тип кровообращения, топический коэффициент, индекс Кердо. Анализ этих показателей обеспечивает раннюю диагностику гипертонии и ряда других ССЗ, а анализ документируемой и передаваемой по каналам связи ТОГ позволяет врачу дистанционно проводить углубленное исследование пациента. В ходе НИОКР планируется разработать измерительную систему, которая позволит превратить любой такой тонометр в прибор для тахоосциллографического измерения. Измерительная система будет состоять из двух частей. Первая часть – это недорогое, серийно производимое электронное устройство, которое должно функционировать совместно с бытовыми тонометрами основных мировых производителей, подключаясь в разрыв пневмомагистрали между тонометром и манжетой, и обеспечивать тахоосциллографический способ измерения артериального давления (АД) с расчетом основных и дополнительных показателей, а также документирование исходного сигнала и передачу его вместе с полученными показателями по каналам связи, в том числе беспроводным. Вторая часть системы – облачное хранилище данных и аналитическая платформа с алгоритмами обработки и глубокого анализа сигналов измерения АД. Добавляя такую приставку к парку тонометров имеющихся у населения (порядка 50 млн. штук в России), можно получить систему скрининга и, в последующем, основу для телемедицинского обслуживания населения, в том числе для дифференциальной диагностики, мониторинга и индивидуального подбора терапии.

• Магнитометрическая система на основе СКВИДов для исследования магнитных свойств наноматериалов, применяемых в медицине

  Интерес к магнитным наночастицам (МНЧ) связан с тем обстоятельством, что в настоящее время все большее развитие в медицинских исследованиях приобретают технологии тераностики, в комплексе обеспечивающие специфическую диагностику заболеваний, адресную доставку лекарств и одновременное проведение терапевтических процедур. В качестве одного из практических инструментов в подобных технологиях могут быть использованы биофункциональные магнитные наночастицы, которые активно изучаются в таких приложениях, как гипертермическая терапия новообразований, обнаружение биологических мишеней, адресная доставка лекарств и др. Особый интерес представляют технологии, основанные на применении суперпарамагнитных наночастиц на основе оксидов железа, в частности, магнетита. Их магнитные свойства зависят от размера и могут существенно отличаться от свойств массивных образцов. Для исследования магнитных свойств наноматериалов была создана лабораторная установка на базе СКВИД-системы гелиевого уровня охлаждения (Рис. 9а). С ее использованием были исследованы тестовые образцы МНЧ в виде сухих порошков и суспензий. СКВИД -система продемонстрировала устойчивую работоспособность без дополнительной магнитной экранировки и возможность регистрации сигналов МНЧ с высокими значениями отношения “сигнал-шум” (Рис. 9б). Предполагается продолжение экспериментальных исследований свойств различных образцов магнитных МНЧ, используемых в медицине.

  а)	б)

  Рис. 9. Фотография лабораторной установки на базе одноканальной сквид-системы для исследования магнитных наночастиц –МНЧ (а); амплитудные и фазовые характеристики МНЧ в экстракте печени мыши (б)

  Публикации:
  
  • Ю.В. Масленников. Практика и перспективы применения сверхчувствительных магнитометров в биомедицинских исследованиях // Журнал радиоэлектроники. – 2021. – № 5 (Электронный журнал) Режим доступа http://jre.cplire.ru/jre/may21/4/text.pdf
  • A. Tishin. Magnetic Materials and Technologies for Medical Applications. (Yuri Maslennikov. Chapter 5. «High-sensitive magnetic measurement systems for biomagnetic imaging, recording, and diagnostic». рр. 153-176). Elsevier. – 2021. – 662р. ISBN: 9780128225325

• Изменение структуры и проницаемости бислойных липидных мембран под действием наночастиц феррита кобальта

  Обнаружены структурные изменения фосфатидилхолиновых липидных мембран, вызванные их взаимодействием с магнитными наночастицами феррита кобальта размером 12 или 27 нм, покрытыми гидрофильной оболочкой. Методом кондуктометрии зарегистрировано образование метастабильных проводящих пор с аномально высоким временем жизни, обусловленных взаимодействием рассматриваемых наночастиц с липидным бислоем. Важность полученного результата состоит в создании основы для разработки новых эффективных терапевтических стратегий адресной управляемой доставки лекарственных веществ в целевые области организма человека.

  Увеличение проводимости липидной мембраны с ростом концентрации наночастиц феррита кобальта

  Публикации:
  
  • Anosov A. et al. Effect of Cobalt Ferrite Nanoparticles in a Hydrophilic Shell on the Conductance of Bilayer Lipid Membrane //Membranes. – 2022. – Т. 12. – №. 11. – С. 1106.

• Физическое и компьютерное моделирование восстановления внутренней температуры методом пассивной акустической термометрии

  Проведено экспериментальное исследование возможностей пассивной акустической термометрии (ПАТ) для реконструкции одномерных, изменяющихся во времени распределений внутренней температуры. Для оптимизации времени измерений предложен алгоритм, учитывающий, что температура удовлетворяет уравнению теплопроводности. Задача сводилась к определению двух параметров (начальной температуры и температуропроводности) исследуемого объекта. Искомые параметры считались постоянными и не определялись заново после каждого измерения; вместо этого их значения уточнялись с использованием всех предыдущих измерений. Предложенный алгоритм был экспериментально проверен и исследован с помощью компьютерного моделирования. Продолжительность одного измерения составляла около 5,5 с. В результате погрешность восстановления температуры около 0,5 К, приемлемая для медицинских приложений, достигалась через 30–60 с от начала измерений. После этого можно было восстанавливать распределения температуры после каждого измерения без потери точности восстановления. Предлагаемый способ может быть использован для контроля температуры в условиях локальной гипертермии тела человека продолжительностью более одной минуты.

  Публикации:
  
  • Anosov, A. A., Subochev, P. V., Mansfeld, A. D., & Sharakshane, A. A. (2018). Physical and computer-based modeling in internal temperature reconstruction by the method of passive acoustic thermometry. Ultrasonics, 82, 336-344.

• Разработка технологии адресной управляемой доставки лекарственных препаратов

  В ходе разработки направления, связанного с разработкой технологии адресной управляемой доставки лекарственных препаратов на основе управляющего ультракороткого электромагнитного воздействия на наноструктурированные биомиметические везикулы, получены данные о равномерности пространственного распределения синтезированных гидрофобизованных наночастиц золота и магнетита в гидрофобном планарном матриксе водонерастворимых амфифильных молекул, структурное состояние которого соответствует жидкокристаллическому состоянию липидов в бислойных липидных мембранах (ленгмюровский монослой). Показано, что разработанные нанокомпозитные везикулы могут эффективно капсулировать различные модельные вещества (раствор NaCl, краситель карбоксифлуоресцеин), стабильны в различных водных средах включая физиологический раствор (0,9% водный раствор NaCl) и не проявляют выраженной цитотоксичености при их содержании в культуре клеток в количествах вплоть до 0,5 мг/мл. Также разработан радиоэлектронный метод и построен макет установки для изменения структурно-функциональных характеристик таких нанокомпозитных везикул в водных средах включая физиологический раствор, основанный на нетермическом воздействии ультракоротких импульсов внешнего электрического поля (длительность менее 10 нс), который будет обеспечивать эффективное и безопасное дистанционное избирательное нетермическое управляющее воздействие, приводящее к эффектам электропорации и декапсуляции (т.е. выходу капсулированных веществ из внутреннего объема липосом в наружную водную среду) с высокой экспериментально установленной степенью эффективности. Схема нетермического метода воздействия ультракоротких электрических импульсов на суспензию нанокомпозитных липосом, содержащих капсулированный раствор красителя карбоксифлуоресцеина, представлена на рис. 10.

  Рис. 10. Схема нанокомпозитной липосомы с капсулированным внутри веществом (слева) и схема эксперимента по высвобождению капсулированного вещества во внешнюю среду посредством импульсного электрического воздействия (справа).

  Построена и проанализирована теоретическая модель нетеплового взаимодействия нанокомпозитных липосом, содержащих гидрофобизованные электропроводящие наночастицы, с ультракороткими импульсами электрического поля в водных средах с различной проводимостью включая физиологический раствор. Показано, что эффект локального усиления напряженности электрического поля в окрестности поляризованных внешним полем гидрофобизованных электропроводящих наночастиц, локализованных во внутренних гидрофобных областях бислойного липидного матрикса, является принципиально важным механизмом, обеспечивающим разрушение нанокомпозитных липосом во внешних импульсных электрических полях (эффект избирательной электропорации). Исследована устойчивость к разрушению нанокомпозитных везикул и найдены критические значения параметров импульсов внешнего электрического поля, приводящих к разрушению нанокомпозитной липидной мембраны липосом и необратимой электропорации. Полученные результаты могут составить основу инновационной технологий создания новых эффективных универсальных биосовместимых средств капсулирования, методов адресной доставки и безопасных способов управляемого избирательного высвобождения различных веществ, в том числе лекарственных препаратов, в целевых областях водных сред, включая биологические. При этом в качестве способа высвобождения капсулированного вещества будет использовано нетермическое ультракороткое радиоэлектронное воздействие.

  Публикации:
  
  • Gulyaev, Y.V., Taranov, I.V. & Cherepenin, V.A. 2020, "The Use of High-Power Electromagnetic Pulses on Bacteria and Viruses", Doklady Physics, vol. 65, no. 7, pp. 230-232.
  • Gulyaev, Y.V., Cherepenin, V.A., Taranov, I.V., Vdovin, V.A. & Khomutov, G.B. "Effect of Ultrashort Electric Pulses on Nanocomposite Liposomes in Aqueous Medium", Journal of Communications Technology and Electronics, 2020, vol. 65, no. 2, pp. 193-199.
  • Khomutov, G.B., Kim, V.P., Koksharov, Y.A., Potapenkov, K.V., Parshintsev, A.A., Soldatov, E.S., Usmanov, N.N., Saletsky, A.M., Sybachin, A.V., Yaroslavov, A.A., Taranov, I.V., Cherepenin, V.A. & Gulyaev, Y.V. 2017, "Nanocomposite biomimetic vesicles based on interfacial complexes of polyelectrolytes and colloid magnetic nanoparticles", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, vol. 532, pp. 26-35.
  • Khomutov, G.B., Kim, V.P., Potapenkov, K.V., Parshintsev, A.A., Soldatov, E.S., Usmanov, N.N., Saletsky, A.M., Sybachin, A.V., Yaroslavov, A.A., Migulin, V.A., Taranov, I.V., Cherepenin, V.A. & Gulyaev, Y.V. 2017, "Langmuir monolayers and Langmuir-Blodgett films of pH-sensitive lipid", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, vol. 532, pp. 150-154.

• Разработан, изготовлен и опробован макет диагностического программно-аппаратного комплекса, который состоит из ИК-сканера, управляемого штатива, специального программного обеспечения и компьютера

  С помощью данного комплекса можно получать термограммы пациентов в полный рост с одной точки съемки без помощи ручной работы врача, как на стадии съемки, так и на стадии обработки термограммы на компьютере, что позволит в дальнейшем создать автоматизированное место врача. Связь ИК-сканера с компьютером осуществляется по сетевому протоколу, это дает возможность встроить его в систему для телемедицины. Если врачу необходимо получить термограмму интересующей зоны обследуемого пациента, то эта функция также добавлена в программный пакет.

  Фиброаденома левой груди	Рецидив рака молочной железы
  Признаки новообразований в левой груди у двух пациенток	Метастазы в область костей таза рака простаты
  Поликистоз левой почки	Признаки плеврита

  Публикации:
  
  • A.A. Anosov, M Yu Kirillin, A. G. Orlova, A. V. Erofeev, A. S. Sharakshane, M. I. Shcherbakov, E. A. Sergeeva, Y. Saijo and P. V. Subochev, Volumetric quantification of skin microcirculation disturbance induced by local compression, 2020, Laser Physics Letters, V. 17, N. 8, 17 085601
  • Alexey A. Efimov, Pavel V. Arsenov, Vladislav I. Borisov, Arseny I. Buchnev, Anna A. Lizunova, Denis V. Kornyushin, Sergey S. Tikhonov, Andrey G. Musaev, Maxim N. Urazov, Mikhail I. Shcherbakov, Denis V. Spirin and Victor V. Ivanov, Synthesis of Nanoparticles by Spark Discharge as a Facile and Versatile Technique of Preparing Highly Conductive Pt Nano-Ink for Printed Electronics, Nanomaterials 2021, 11, 234.

• Сформулированы тактико-технические требования для электронного устройства тахоосциллографического способа измерения артериального давления и телемедицинского скрининга на бытовых тонометрах

  Создан и проходит испытания макетный образец. Разрабатываются и испытываются различные алгоритмы обработки сигнала ТОГ.

• Биоматематическая модель процесса засыпания человека-оператора

  Для количественного анализа механизмов перехода от бодрствования ко сну и предсказания момента возникновения ошибок при выполнении профессиональной деятельности, вызываемых снижением уровня бодрствования необходимы исследования динамики засыпания в микроинтервалах времени. Разработанный психомоторный тест вызывал быстрое снижение уровня бодрствования, что позволяло в течение 40 минут регистрировать до 10 - 20 эпизодов с правильной и ошибочной деятельностью и выделять периоды, которые по электрофизиологическим критериям соответствовали состояниям бодрствования и кратковременного сна. Было обследовано 70 человек и проанализировано 6700 участков с правильным и ошибочным выполнением теста. Анализ экспериментальных данных показал, что переход от бодрствования ко сну происходит через промежуточные кратковременные и более длительные состояния бодрствования и сна, длительности которых подчиняются двойному экспоненциальному закону распределения. Математическая модель, описывающая динамику чередования этих 4 состояний бодрствования и сна, позволяет предсказывать вероятность возникновения длительных, потенциально опасных нарушений деятельности, связанных с развитием “микросна”, в зависимости от исходного состояния и индивидуальных особенностей субъектов. Полученные результаты будут полезны как для создания устройств, контролирующих и предсказывающих изменения физиологического уровня бодрствования, так и при анализе происшествий на транспорте и производстве.

  Публикации:
  
  • Differential relationship of two measures of sleepiness with the drives for sleep and wake / V. B. Dorokhov, A. N. Puchkova, A. I. Taranov [et al.] // Sleep and Breathing. – 2020. –P. 1-9.
  • Effects of exposures to weak 2-Hz vs. 8-Hz electromagnetic fields on spectral characteristics of the electroencephalogram in afternoon nap / V. B. Dorokhov, A. O. Taranov, D. S. Sakharov [et al.] // Biological Rhythm Research. – 2020.

• Исследована возможность восстановления температуры в ткани при веерной ультразвуковой томографии при наличии акустически непрозрачных объектов (АНПО) методом компьютерного моделирования

  В общем случае такие объекты вызывают искажения в восстановленном распределении. Разработан эффективный “метод подмножеств” для восстановление температурного распределения. Этот метод основывается на решении недоопределенной системы методом максимизации логарифма вероятностной функции (итерационный “EM-метод”).

  Рис.11 Схема установки для томографии с веерной геометрией сканирования.

  Рис. 12. Пример восстановление температуры при 100 итерациях “метода подмножеств” (10 итераций EM метода ) с измерениями без шума (а) и с шумом (b)

Исследования пассивной акустической термометрии ведутся совместно с ИПФ РАН и ПМГМУ им. И.М. Сеченова. Основы биомедицинской радиоэлектроники преподаются на кафедре Медицинской и биологической физики ПМГМУ им. И.М.Сеченова