Сверхточная диагностика. В России улучшили квантовый магнитометр

Ученые СПбПУ разработали улучшенную цифровую модель квантового оптического магнитометра, что является важным шагом в развитии медицинских технологий, таких как энцефалография и кардиография.

Этот проект получил поддержку программы "Приоритет-2030" Минобрнауки.

Центральная нервная система контролирует работу внутренних органов и мышц человека с помощью электрических импульсов. Однако, эти импульсы также создают слабые магнитные поля в головном мозге.

Благодаря улучшенной цифровой модели квантового оптического магнитометра, ученые смогут более точно измерять и анализировать эти слабые магнитные поля, что позволит более точно определить состояние и функционирование центральной нервной системы. Это в свою очередь способствует усовершенствованию методов диагностики и лечения многих заболеваний, связанных с работой нервной системы.

Применение улучшенного квантового оптического магнитометра также может иметь значительное влияние на развитие медицины в целом. Более точные и надежные данные, полученные при помощи этого прибора, помогут ученым и врачам лучше понять механизмы работы организма и разработать более эффективные методы лечения. Кроме того, такая технология может быть полезной не только в медицине, но и в других областях, таких как физика и наука о материалах.

Улучшение чувствительности датчиков для измерения слабых магнитных полей является одной из основных задач ученых, исследующих состояние различных систем организма с помощью магнитной энцефалографии или кардиографии. Используя магнитные свойства атомов в оптическом квантовом магнитометре, они стремятся увеличить информативность и упростить процедуру для врача и пациента.

С целью уменьшения размеров магнитных датчиков и увеличения их количества и плотности расположения на голове пациента при снятии энцефалограммы, а также для уменьшения влияния одного датчика на другой, ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) разработали цифровую модель. Эта модель позволяет эффективно работать над улучшением технических характеристик датчиков и оптимизировать процесс снятия энцефалограммы.

Исследования в области магнитной энцефалографии и кардиографии имеют большое значение для диагностики и мониторинга состояния организма. Они позволяют получить информацию о работе различных систем организма, включая мозг и сердце, и выявить возможные патологии. Улучшение чувствительности датчиков и оптимизация процедуры снятия энцефалограммы являются важными шагами в развитии этой области медицинской диагностики.

В мире нанотехнологий и квантовой физики, где каждый атом играет важную роль, необходимо использовать специальные методы и приборы для их изучения. Доцент Высшей школы прикладной физики и космических технологий СПбПУ Константин Баранцев объяснил, что из-за крайне малых размеров атома его сигнал сложно обнаружить приборами. Поэтому в одном датчике применяется ансамбль атомов, сгруппированных в газовую ячейку.

В газовой ячейке, объемом один кубический сантиметр, содержится целых 100 миллиардов атомов щелочного металла в газообразной фазе. Ориентировав их в одном направлении, можно значительно упростить детектирование сигнала от их вращения. Для управления квантовыми свойствами этого атомного ансамбля и считывания сигнала используются несколько лазерных лучей, как пояснил Константин Баранцев.

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

Следует отметить, что полученные учеными данные имеют значительное значение в контексте быстрого развития магнитной энцефалографии (МЭГ). Эта процедура позволяет анализировать работу различных участков мозга человека путем измерения магнитных полей, выявляя патологические изменения, такие как эпилепсия, болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз и другие.

Полученные результаты исследования открывают новые перспективы для улучшения точности измерений в магнитометрии и для более эффективного выявления патологий с использованием МЭГ. Важно продолжать исследования в этой области, чтобы улучшить методы диагностики и лечения различных неврологических заболеваний.

Магнитные датчики играют важную роль не только в медицине, но и в других областях, таких как гироскопия, навигация, геология и физика космоса. Они находят широкое применение в различных сферах человеческой деятельности, обеспечивая точные измерения и исследования.

Анализ огромного объема данных требует значительных вычислительных мощностей, и в этом нам помогает Суперкомпьютерный центр "Политехнический". Именно здесь проводится обработка информации и расчеты для дальнейших научных исследований.

Константин Баранцев подчеркнул, что основное отличие их исследования заключается в комплексном подходе. В их цифровой модели учитываются не только магнитные поля, но и воздействие светового излучения на атомы, влияние стенок газовой ячейки и процессы обмена электронами при столкновениях. Это позволяет более глубоко изучить взаимодействие различных факторов и провести оптимизацию параметров для достижения лучших результатов.

Современные исследования в области физики и технологий требуют комплексного подхода, который включает в себя согласование данных, полученных с помощью цифрового моделирования, с результатами экспериментов. Важную роль в этом процессе играет ФТИ им. Иоффе, где проводятся эксперименты и анализируются полученные данные.

Планы ученых включают в себя не только согласование данных, но и поиск новых методов анализа результатов и улучшение точности моделирования. Это позволит более эффективно применять полученные знания в различных областях науки и техники.

Сотрудничество между теоретическими исследователями, занимающимися цифровым моделированием, и экспериментаторами, работающими на базе ФТИ им. Иоффе, способствует развитию новых технологий и научных открытий. Взаимодействие между этими двумя направлениями позволяет создавать более точные и надежные модели физических процессов.

Источник и фото - ria.ru