Яакко А. Мальмивуо

Яакко А. Мальмивуо
Национальность	финский
Род занятий	Инженер, академик, писатель и оперный певец.
Академическое образование
Образование	Магистр инженерных наук доктор технических наук
Альма-матер	Хельсинкский технологический университет (ныне Университет Аалто )
Академическая работа
Учреждения	Стэнфордский университет Технологический университет Тампере (ныне Университет Тампере ) Институт Рагнара Гранита Технический университет Берлина Институт биомедицинской инженерии Гельмгольца при RWTH Ахенского университета

Яакко А. Мальмивуо — финский инженер, академик, писатель и оперный певец. Он был профессором биоэлектромагнетизма в Технологическом университете Тампере (TUT) с 1976 по 2010 год, адъюнкт-профессором медицинского факультета Университета Тампере, а также приглашенным профессором факультета электротехники и информатики, электроники. и обработка медицинских сигналов в Техническом университете Берлина . Более того, с 1992 года он был директором Института гранита Рагнара при ТУТ.

Мальмивуо наиболее известен своими работами по биоэлектромагнетизму, в первую очередь посвященными магнитному полю сердца и мозга. Среди его авторских работ — публикации в академических журналах, в том числе IEEE Transactions on Biomedical Engineering. а также такие книги, как « Об обнаружении магнитного вектора сердца — применение теоремы взаимности» (докторская диссертация) и книга, которую он написал в соавторстве с Робертом Плонси: «Биоэлектромагнетизм — принципы и применение биоэлектрических и биомагнитных полей» .

Мальмивуо — научный сотрудник IEEE Life, научный сотрудник Международной академии медицинской и биологической инженерии . и научный сотрудник-основатель Европейского альянса медицинской и биологической инженерии и науки.

Он является одним из основателей Финского общества медицинской физики и медицинской инженерии и Финского общества исследований мозга. Более того, он основал Международное общество биоэлектромагнетизма. и является основателем и главным редактором первого научного журнала открытого доступа в Интернете — Международного журнала биоэлектромагнетизма .

Образование

Мальмивуо получил степень магистра технических наук в Хельсинкском технологическом университете в 1971 году. В 1973 году он получил степень технического специалиста и степень доктора технических наук в том же учебном заведении в 1976 году.

Карьера

Академическая карьера Мальмивуо началась в Хельсинкском технологическом университете в 1970 году в качестве научного сотрудника и исследователя, и эту должность он занимал до 1972 года. Впоследствии, с 1972 по 1975 год, он работал клиническим инженером в Университетской больнице Хельсинки , Первой медицинской клинике. С 1974 по 1975 год он был получателем гранта Асла Фулбрайта, а с 1975 по 1976 год работал исследователем в Стэнфордском университете, Калифорния. В 1976 году он поступил в ТТУ и до 1985 года занимал должность доцента кафедры биоэлектромагнетизма. В 1982 году он получил Почетную медаль университета за работу в 1980–1982 годах в качестве председателя оргкомитета и церемониймейстера в 1982 году в Первом Торжественное вручение ученых степеней (тохторипромоотио). Одновременно он работал исполняющим обязанности профессора электроники с 1979 по 1980 и 1984–1985 годы. В 1987 году он был назначен профессором биоэлектромагнетизма в ТТУ и занимал эту должность до выхода на пенсию в 2010 году. Кроме того, он также занимал должность приглашенного профессора на факультете электротехники и информатики , электроники и обработки медицинских сигналов в ТТУ. Технический университет Берлина с 2016 по 2020 год.

С 1978 по 1992 год Мальмивуо работал оперным певцом ( бас ) в Опере Тампере, сохраняя при этом академические обязанности. Он был президентом Финского общества медицинской физики и медицинской инженерии с 1987 по 1990 год и президентом Международного общества биоэлектромагнетизма с 1995 по 1999 год.

Кроме того, он также был президентом 30-го Международного конгресса по электрокардиологии в Хельсинки в июне 2003 года, который включал симпозиум «Полуночное солнце» в Саариселькя, Лапландия.

Исследовать

Исследования Мальмивуо в первую очередь сосредоточены на биоэлектромагнетизме. Он является автором и соавтором 700 публикаций, охватывающих области электрокардиографии , электроэнцефалографии , магнитокардиографии и магнитоэнцефалографии , включая книги, главы книг и статьи в рецензируемых журналах.

Патенты

Мальмивуо владеет патентами на несколько проектов. Вместе с Сакари Оя и Юхой Ноусиайненом он разработал устройство, которое измеряет биоэлектрическую активность сердца и нервной системы путем объединения данных измерений электрического и магнитного полей, генерируемых их биоэлектрическими функциями. Более того, он также разработал метод мониторинга нескольких сверхпроводящих квантовых интерферометров (также известных как RF-СКВИДы).

Работы по биоэлектромагнетизму

В своей докторской диссертации на тему «Об обнаружении магнитного вектора сердца – применение теоремы взаимности» Мальмивуо представил исследования в области магнитокардиографии, сосредоточив внимание на разработке и оценке ведущих систем для обнаружения магнитного вектора сердца (MHV) с помощью сложных математических моделей и экспериментальных исследований. методы, в конечном итоге предоставляющие практическую информацию для клинического применения при диагностике заболеваний сердца. В 1987 году он является автором публикации «Магнитная стимуляция – разработка прототипа и предварительные клинические эксперименты», в которой подчеркиваются некоторые преимущества магнитной стимуляции перед электрической стимуляцией. Сосредоточив внимание на биоэлектромагнетизме, его книга 1995 года с Робертом Плонси под названием « Биоэлектромагнетизм – принципы и применение биоэлектрических и биомагнитных полей» исследовала пересечение инженерной науки и технологии с биологическими клетками и тканями, которые обладают электропроводностью и возбудимостью, с упором на теорию, практическое применение и разработка новых систем. В 2002 году оно было опубликовано в Интернете.

Мальмивуо использовал принцип взаимности для решения проблем биоэлектромагнетизма. Когда он начал исследования для своей докторской диссертации в Стэнфордском университете в 1976 году, обычно считалось, что существуют две гипотезы, которые решительно поддерживают применение биомагнетизма. Во-первых, на основе теоремы Гельмгольца: «Поскольку биоэлектрические и биомагнитные сигналы (такие как ЭКГ и МКГ) независимы, с помощью МКГ следует получить от сердца столько же новой информации, сколько было получено с помощью ЭКГ». Однако в 1995 году Мальмивуо показал, что теорема Гельмгольца касается распределения чувствительности измерений электрических и магнитных измерений (свинцовых полей). Сигналы ЭКГ и МКГ независимы лишь частично. Более полный набор диагностической информации о сердце получается путем объединения измерений ЭКГ и МКГ с электромагнитокардиографией (ЭМКГ). Во-вторых: поскольку череп имеет высокое электрическое сопротивление, что рассеивает чувствительность измерений ЭЭГ, и поскольку череп прозрачен для магнитных полей, МЭГ должна иметь возможность фокусировать свою чувствительность измерений лучше, чем ЭЭГ . Однако Мальмивуо рассчитал распределения чувствительности измерений ЭЭГ и МЭГ и пришел к выводу, что, несмотря на высокое электрическое сопротивление черепа, ЭЭГ лучше фокусирует свои измерения. Однако, как и в случае с MCG, более значительная информация об электрической активности мозга получается при использовании как ЭЭГ, так и МЭГ в качестве ЭМЭГ, вместо того, чтобы полагаться исключительно на ЭЭГ.

Мальмивуо обнаружил, что магнитная стимуляция намного эффективнее при стимуляции мозга, поскольку она гораздо меньше стимулирует нервы кожи головы и делает стимуляцию мозга безболезненной. В своей докторской диссертации Мальмивуо разработал несколько ведущих систем для измерения сверхвысокого напряжения. Он также описал свинцовые поля, т. е. распределения чувствительности измерений этих систем. Согласно клиническим измерениям, Malmivuo et al. продемонстрировали, что все три диполярных отведения ЭКГ и три диполярных отведения МКГ имеют примерно одинаковую диагностическую эффективность.

Мальмивуо и его команда обнаружили, что при добавлении в измерительную систему диполярных электрических и магнитных отведений общая диагностическая эффективность увеличивается тем меньше, чем больше диполярных отведений уже имеется. Такое поведение не зависит от порядка добавления в систему электрических и магнитных выводов. Экспериментальная часть этих исследований была проведена в лаборатории Мальмивуо в TUT, где в 1979 году он построил первую в скандинавских странах магнитно-экранированную комнату. Помещение размером 2х2х2 м3 построено из алюминиевых плит толщиной 45 мм и снабжено катушками Гельмгольца, компенсирующими статическое магнитное поле Земли. Его затухание в магнитном поле частотой 50 Гц составляет 50 дБ.

В своих ранних исследованиях с Уильямом Х. Барри и другими он предложил адаптировать правостороннюю систему координат, обычно используемую в физических науках, к клинической электрокардиографии и магнитокардиографии для более удобного и математически последовательного анализа электрических и магнитных полей, создаваемых человеческое сердце. Он также обратился к недостаткам более ранних систем координат.

Сосредоточив внимание на общем решении для применения магнитокардиографии, он предположил, что векторная электромагнитокардиография (VEMCG), то есть объединение VECG и VMCG, приводит к VEMCG, предлагая диагностический инструмент сердечно-сосудистых заболеваний, с экспериментальными данными, указывающими на повышенную точность.

В электроимпедансной томографии (ЭИТ) Мальмивуо и его соавторы продемонстрировали, что метод, обычно используемый для построения изображения импедансной томографии, нуждается в корректировке. На основе принципа взаимности.

Сосредоточив свои исследовательские усилия на оптимизации схем измерений в ЭИТ, он использовал компьютерные модели для моделирования распределений чувствительности для различных широко используемых методов измерения в ЭИТ, включая соседние, перекрестные, противоположные и адаптивные методы. Результаты его исследований показали, что перекрестный и противоположный методы обеспечивают наибольшую чувствительность, тогда как соседний метод наименее чувствителен при рассмотрении одиночных измерений.

В сотрудничестве с Оути Вяйсяненом Мальмивуо представил новую методику многоэлектродных отведений для регистрации сигналов ЭЭГ, записанных на коже головы, продемонстрировав улучшенное соотношение сигнал/шум за счет специфического распределения чувствительности для источников глубокого мозга и пространственного усреднения шума на основе теоретического анализа, моделирования и экспериментальных данных. измерения. Более того, сосредоточив свои исследовательские усилия на диагностике заболеваний сердца, он предоставил теоретические и клинические доказательства увеличения количества электрических и магнитных отведений в медицинской диагностике для улучшения диагностических результатов.

Электроэнцефалография и магнитоэнцефалография

В 1980 году Мальмивуо провел сравнительный анализ магнитоэнцефалографии (МЭГ) и электроэнцефалографии (ЭЭГ) относительно их теории и практического применения при обнаружении биоэлектрической активности мозга, применив взаимность в рамках теории свинцового поля для улучшения конструкции и размещения детекторов для повышения точности измерений. Его исследование 1987 года с Йоуко Пуикконеном показало, что многоканальные детекторы СКВИДов улучшают скорость и пространственные возможности магнитного обнаружения активности мозга (МЭГ), позволяя одновременную запись из нескольких мест и способность извлекать одномерную информацию посредством комбинаций каналов. Развивая исторические дебаты между биоэлектрическими и биомагнитными измерениями, его исследование представило доказательства их взаимозависимости, сравнило пространственное разрешение ЭЭГ и МЭГ и пришло к выводу, что, хотя они и не обеспечивают одинакового пространственного разрешения, запись обоих методов может предоставить дополнительную информацию об активности мозга. с уникальными свойствами для конкретных применений. Однако и МЭГ, и ЭЭГ фиксируют электрическую активность мозга одинаковым образом при использовании определенных типов датчиков. Более того, его совместное исследование с Невзатом Г. Генсером и другими предоставило всесторонний обзор, охватывающий методы, препятствия и нерешенные вопросы, относящиеся к визуализации источников ЭЭГ и МЭГ. В документе также подчеркивается важность проведения измерений проводимости живых тканей в режиме реального времени как средства улучшения как прямых, так и обратных решений, и указывается на важность тщательной регистрации деталей об установках измерения, особенно касающихся уровней влажности и температуры. Всего он является автором и соавтором около 700 публикаций.

Научные парки

В 1970–1980-х годах в Мальмивуо было несколько исследовательских проектов, имевших промышленный потенциал. Он предложил ректору ТУТ создать при ТУТ исследовательский центр в области электроники и информатики. Он повторил эту инициативу на семинаре по экономике в ТУТ в январе 1981 года. После этого наконец была создана рабочая группа по строительству исследовательского центра «Гермия» рядом с ТУТ. Первое исследовательское здание было построено в 1986 году. Позже в этом районе были построены новые исследовательские здания, составившие научный парк.

В 1989 году Мальмивуо вместе со своим коллегой с медицинского факультета Университета Тампере выступил с инициативой перед городом Тампере построить Центр биомедицинских инженерных исследований рядом с Центральной больницей Университета Тампере. Здание, получившее название «Финн-Меди», было завершено в 1995 году. Общая численность сотрудников института Мальмивуо составляла около 40 человек. Около половины из них переехали в Исследовательский центр «Финн-Меди». Позже на территории больницы были построены новые исследовательские здания, составившие научный парк. Сейчас здесь семь исследовательских зданий.

Оперное пение

Мальмивуо начал заниматься вокалом и в 1976 году присоединился к хору Оперы Тампере; в то же время он начал свою профессорскую деятельность в ТУТ. Он учился пению в Финляндии и Германии. Он также участвовал в Оперной студии Академии Сибелиуса в Хельсинки. Позже его пригласили петь в качестве солиста в Опере Тампере и других операх Финляндии. Среди его ролей были «Коммендаторе» (Моцарт: «Дон Жуан» ), Анджелотти («Пуччини: Тоска» ), «Брат» (Верди: «Дон Карлос» ), Гремин («Чайковский: Евгений Онегин» ), Бонзо («Пуччини: Мадам Баттерфляй» ) и Зарастро («Моцарт : Волшебная флейта ). Помимо оперных партий, он также давал церковные концерты и пел на нескольких праздниках в Финляндии и за рубежом.

Рагнар Гранит

В 1992 году Мальмивуо начал продвигать профессора Рагнара Гранита как лауреата Нобелевской премии Финляндии . Хотя он переехал в Каролинский институт в Стокгольме в 1941 году, в 1967 году он получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине за работу, которую он проделал в Финляндии до переезда в Швецию. Получить премию раньше он не мог, так как до выхода на пенсию был членом Нобелевского комитета.

После смерти Рагнара Гранита Мальмивуо начал использовать название «Институт Рагнара Гранита» для своего Института биомедицинской инженерии. Он также основал Фонд Рагнара Гранита, членами-учредителями которого стали учреждения из Финляндии , Швеции , Великобритании и США , которые были тесно связаны с жизненным делом Рагнара Гранита.

Награды и почести

• 1982 – Почетная медаль, Технологический университет Тампере.
• 1996 – Финский консервативный клуб Тампере, «Ухо».
• 2003 – Плакетка, Международное общество биоэлектромагнетизма.
• 2003 г. – научный сотрудник Международной академии медицинской и биологической инженерии.
• 2008 г. – Почетный член Финского общества медицинской физики и медицинской инженерии.
• 2012 – Член-основатель Европейского альянса медицинской и биологической инженерии и науки.
• 2018 – Life Fellow, Институт инженеров электротехники и электроники.

Библиография

Книги

• Об обнаружении магнитного вектора сердца - Применение теоремы взаимности (1976) ISBN 9516660711
• Магнитная стимуляция - разработка прототипа и предварительные клинические эксперименты (1987) ISBN 9517211937
• Биоэлектромагнетизм - принципы и применение биоэлектрических и биомагнитных полей (1995) ISBN 9780195058239

Избранные статьи

• Мальмивуо Дж., Суихко В. и Эскола Х. (1997). Распределение чувствительности измерений ЭЭГ и МЭГ. Транзакции IEEE по биомедицинской инженерии, 44 (3), 196–208.
• Пууртинен М.М., Комулайнен С.М., Кауппинен П.К., Мальмивуо Дж.А. и Хиттинен Дж.А. (август 2006 г.). Измерение шума и импеданса сухих и влажных текстильных электродов, а также текстильных электродов с гидрогелем. В 2006 г. прошла международная конференция Общества инженерии в медицине и биологии IEEE (стр. 6012–6015). IEEE.
• Кауппинен П., Хиттинен Дж. и Мальмивуо Дж. (2006). Визуализация распределения чувствительности стратегий измерения импедансной томографии. Международный журнал биоэлектромагнетизма, 8 (1), 1–9.
• Вендел К., Вяйсанен О., Мальмивуо Дж., Генсер Н.Г., Ванрумсте Б., Дурка П., ... и Грав де Перальта Менендес Р. (2009). Визуализация источника ЭЭГ/МЭГ: методы, проблемы и открытые вопросы. Вычислительный интеллект и нейронаука, 2009.
• Мальмивуо, Дж. (2012). Сравнение свойств ЭЭГ и МЭГ при регистрации электрической активности головного мозга. Топография мозга, 25, 1–19.