High-Tc SQUID biomagnetometers

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    Publication Date

    2020

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    M I Faley, J Dammers, Y V Maslennikov, J F Schneiderman , D Winkler, V P Koshelets , N J Shah and R E Dunin-Borkowski

    Source Title

    High-Tc SQUID biomagnetometers

    Source Issue

    Superconductor Science and Technology

    30

    Page Range: 1-21

    In questo documento, viene esaminata la tecnologia di preparazione, l’integrazione nei sistemi di misurazione e test di dispositivi di interferenza quantistica adoperando superconduttori (SQUID) destinati ad applicazioni biomagnetiche. Un focus è sugli sviluppi specifici di Forschungszentrum Jülich GmbH, Chalmers University of Technology, MedTech West e l’Università di Gothenburg,ponendo questi risultati nella prospettiva di quelli ottenuti altrove. Basato sull’effetto Josephson e sulla quantizzazione del flusso del campo magnetico in un anello superconduttore lo SQUID (acronimo di Superconducting Quantum Interference Device) è uno dei dispositivi di maggior interesse applicativo fra le applicazioni di “piccola scala” della superconduttività. Essi, tra l’altro, costituiscono l’elemento base dei i più sensibili sensori di campo magnetico attualmente disponibili, capaci di rilevare campi pari a miliardesimi del campo magnetico terrestre.
    Privi di competitori, magnetometri e gradiometri SQUID trovano impiego in metodologie di misura attualmente tra le più avanzate, in particolare hanno permesso lo sviluppo di ricerche basate sulla misura dei campi magnetici associati ad attività bioelettrica in esseri viventi (biomagnetismo). Sebbene l’uso di SQUID per misure di biomagnetismo dati ormai oltre 25 anni, solo molto recentemente la tecnologia ha raggiunto un grado di maturità sufficiente alla realizzazione di complessi strumenti multisensoriali capaci di fornire immagini funzionali dirette di organi quali il cuore ed il cervello. I principali vantaggi delle tecniche di imaging basate sul biomagnetismo sono legati alla loro totale non invasività ed ad una risoluzione temporale dell’ordine dei millisecondi.
    Sulla base di competenze sviluppate a partire dal Progetto Finalizzato “Tecnologie Superconduttive e Criogeniche” e significativamente consolidatesi grazie al Progetto “Sviluppo di Componentistica Superconduttrice avanzata e sua applicazione a strumentazione biomedica” finanziato dal MIUR, l’ICIB dispone attualmente del know how e delle capacità tecnologiche per sviluppare array sensoriali SQUID per impieghi in sistemi multisensoriali di grandi dimensioni per magnetocardiografia e magnetoencefalografia. In tale contesto l’ICIB, nell’ambito di una collaborazione con il Zentral Institut fur Medizinische Technik dell’Università di Ulm (DL) e la Advanced Technologies Biomagnetics srl, ha recentemente contribuito alla realizzazione di un sistema multisensoriale a 500 canali per magnetoencefalografia attualmente operativo presso l’ospedale RKU di Ulm. Il sistema ad elmetto denominato ARGOS 500 permette la misura vettoriale del campo magnetico in 165 siti in prossimità dello scalpo con compensazione attiva del rumore elettromagnetico ambientale; data la struttura geometrica dei sensori è possibile, per la prima volta, ricostruire via software un sensore virtuale adattabile alla forma ed alle dimensioni specifiche della testa del paziente in esame. L’array sensoriale utilizza 495 magnetometri SQUID e 14 sensori di riferimento progettati e realizzati dall’ICIB; basati sulla tecnologia del niobio, tutti i dispositivi, a geometria planare interamente integrati, hanno una sensibilità migliore di 3fT/Hz1/2. Ad oggi, Argos 500 è, in termini di numero di canali, il sistema multisensoriale per biomagnetismo più grande al mondo.
    Attualmente l’ICIB è coinvolto in progetti aventi per obiettivo la realizzazione di due nuovi magnetoencefalografi prototipali destinati ad operare nell’area di Napoli e presso l’ITAB dell’Università di Chieti. Sistemi che si andranno ad aggiungere ai sei già realizzati per MCG e MEG, e che, operativi presso istituzioni scientifiche ed ospedali in Europa, testimoniano della competitività, a livello internazionale, di tecnologie destinate sia ad un uso intramurale che a supporto di istituzioni di ricerca ed imprese.

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