Яакко А. Мальмивуо

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

Яакко А. Мальмивуо — финский инженер, академик, автор и оперный певец. Он был профессором биоэлектромагнетизма в Технологическом университете Тампере (TUT) с 1976 по 2010 год, внештатным профессором медицинского факультета в Университете Тампере, а также приглашенным профессором факультета электротехники и компьютерных наук, электроники и медицинской обработки сигналов в Техническом университете Берлина . Кроме того, он был директором Института Рагнара Гранита в TUT с 1992 года. ^[1]

Малмивуо наиболее известен своей работой по биоэлектромагнетизму, в первую очередь сосредоточенной на магнитном поле сердца и мозга . Среди его авторских работ есть публикации в академических журналах, включая IEEE Transactions on Biomedical Engineering ^[2] , а также такие книги, как On the Detection of the Magnetic Heart Vector – An Application of the Reciprocity Theorem (докторская диссертация) и книга, которую он написал в соавторстве с Робертом Плонси: Bioelectromagnetism – Principles and Applications of Bioelectric and Biomagnetic Fields . ^[3]

Мальмивуо — пожизненный член IEEE, научный сотрудник Международной академии медицинской и биологической инженерии [ ^4] и один из основателей Европейского альянса медицинской и биологической инженерии и науки ^{[5] .}

Он является одним из основателей Финского общества медицинской физики и медицинской инженерии и Финского общества исследований мозга. Кроме того, он основал Международное общество биоэлектромагнетизма ^[6] и является основателем и главным редактором первого научного журнала открытого доступа в Интернете, Международного журнала биоэлектромагнетизма . ^[7]

Мальмивуо получил степень магистра наук в области инженерии в Хельсинкском технологическом университете в 1971 году. В 1973 году он получил степень лиценциата технологий и степень доктора технологий в том же учебном заведении в 1976 году. ^[2]

Академическая карьера Мальмивуо началась в Хельсинкском технологическом университете в 1970 году в качестве научного сотрудника и исследователя, и он занимал эту должность 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 грантополучателем Asla Fulbright, а с 1975 по 1976 год — научным сотрудником в Стэнфордском университете, Калифорния. В 1976 году он присоединился к TUT и занимал должность доцента кафедры биоэлектромагнетизма до 1985 года. В 1982 году он получил Почетную медаль от университета за работу в 1980–1982 годах в качестве председателя организационного комитета и ведущего церемоний в 1982 году на Первой торжественной церемонии вручения ученых степеней (tohtoripromootio). ^[8] Одновременно он исполнял обязанности профессора электроники с 1979 по 1980 и с 1984 по 1985 годы. В 1987 году он был повышен до профессора биоэлектромагнетизма в TUT, и занимал эту должность до выхода на пенсию в 2010 году. Кроме того, он также занимал должность приглашенного профессора на факультете электротехники и компьютерных наук , электроники и медицинской обработки сигналов в Техническом университете Берлина с 2016 по 2020 год. ^[9]

С 1978 по 1992 год Мальмивуо работал оперным певцом ( басом ) в опере Тампере, сохраняя 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. ^[6]

Кроме того, он был президентом 30-го Международного конгресса по электрокардиологии в Хельсинки в июне 2003 года, который включал симпозиум Midnight Sun в Саариселькя, Лапландия. ^[10]

Исследования Мальмивуо в основном 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. ^[2]

Мальмивуо имеет патенты на несколько проектов. ^[11] Вместе с Сакари Ойя и Юхой Ноусиайненом он разработал устройство, которое измеряет биоэлектрическую активность сердца и нервной системы, интегрируя данные измерений как электрического, так и магнитного поля, генерируемые их биоэлектрическими функциями. ^[12] Кроме того, он также разработал метод мониторинга нескольких сверхпроводящих квантовых интерферометров (также известных как радиочастотные СКВИДы). ^[13]

В своей докторской диссертации под названием «Об обнаружении магнитного вектора сердца – применение теоремы о взаимности» Мальмивуо представил исследования в области магнитокардиографии, сосредоточившись на разработке и оценке систем отведений для обнаружения магнитного вектора сердца (MHV) с помощью сложных математических моделей и экспериментальных методов, в конечном итоге предоставив практическую информацию для клинического применения при диагностике заболеваний, связанных с сердцем. ^[14] В 1987 году он стал автором публикации «Магнитная стимуляция – разработка прототипа и предварительные клинические эксперименты», в которой были подчеркнуты несколько преимуществ магнитной стимуляции по сравнению с электрической стимуляцией. ^{[15] Сосредоточившись на биоэлектромагнетизме, его книга 1995 года под названием} «Биоэлектромагнетизм – принципы и применение биоэлектрических и биомагнитных полей» с Робертом Плонси исследовала пересечение инженерной науки и технологии с биологическими клетками и тканями, которые обладают электропроводностью и возбудимостью, с упором на теорию, практическое применение и разработку новых систем. В 2002 году она была опубликована в Интернете. ^[16]

Мальмивуо использовал принцип взаимности для решения проблем биоэлектромагнетизма. Когда он начал исследования для своей докторской диссертации в Стэнфордском университете в 1976 году, в целом 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 можно получить столько же новой информации от сердца, сколько было получено с помощью ЭКГ». Однако в 1995 году Мальмивуо показал, что теорема Гельмгольца касается распределения чувствительности измерений электрических и магнитных измерений (полей свинца). Сигналы ЭКГ и МКГ независимы лишь частично. Более полный набор диагностической информации получается из сердца путем объединения измерений ЭКГ и МКГ с электромагнитокардиографией, ЭМКГ. ^[17] Во-вторых: поскольку череп имеет высокое электрическое сопротивление, которое рассеивает чувствительность измерения ЭЭГ, и поскольку череп прозрачен для магнитных полей, МЭГ должна быть в состоянии фокусировать свою чувствительность измерения лучше, чем ЭЭГ . Однако Мальмивуо рассчитал распределение чувствительности измерения ЭЭГ и МЭГ и пришел к выводу, что, несмотря на высокое электрическое сопротивление черепа, ЭЭГ лучше фокусирует свое измерение. Однако, как и в МКГ, более существенное понимание электрической активности мозга получается при использовании как ЭЭГ, так и МЭГ в качестве ЭМЭГ, вместо того, чтобы полагаться исключительно на ЭЭГ. ^[18]

Малмивуо обнаружил, что магнитная стимуляция намного лучше подходит для стимуляции мозга, поскольку она стимулирует нервы в коже головы гораздо меньше и делает стимуляцию мозга безболезненной. В своей докторской диссертации Малмивуо разработал несколько систем отведений для измерения MHV. Он также описал поля отведений, т. е. распределение чувствительности измерений этих систем. С помощью клинических измерений Малмивуо и др. продемонстрировали, что все три диполярных отведения ЭКГ и три диполярных отведения МКГ имеют примерно одинаковую диагностическую эффективность. ^[19]

Малмивуо и его команда обнаружили, что при добавлении дипольных электрических и магнитных выводов к измерительной системе общая диагностическая эффективность увеличивается тем меньше, чем больше дипольных выводов уже есть. Это поведение не зависит от порядка, в котором электрические и магнитные выводы добавляются к системе. Экспериментальная часть этих исследований была проведена в лаборатории Малмивуо в TUT, где в 1979 году он построил первую магнитно-экранированную комнату в странах Северной Европы. Комната размером 2x2x2 м3 построена из алюминиевых плит толщиной 45 мм и снабжена катушками Гельмгольца, которые компенсируют статическое магнитное поле Земли. Ее затухание для магнитного поля частотой 50 Гц составляет 50 дБ. ^[9]

В своих ранних исследованиях с Уильямом Х. Барри и другими он предложил адаптировать правую систему координат, обычно используемую в физических науках, к клинической электрокардиографии и магнитокардиографии для более удобного и математически последовательного анализа электрических и магнитных полей, создаваемых человеческим сердцем. Он также рассмотрел недостатки более ранних систем координат. ^[20]

Сосредоточившись на общем решении для применения магнитокардиографии, он предположил, что векторная электро-магнитокардиография (VEMCG), т. е. объединение VECG и VMCG, приводит к VEMCG, предлагая диагностический инструмент для сердечных заболеваний, с экспериментальными данными, указывающими на повышенную точность. ^[21]

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. ^[22]

Сосредоточив свои исследовательские усилия на оптимизации схем измерения в EIT, он использовал компьютерные модели для моделирования распределений чувствительности для различных распространенных методов измерения в EIT, включая соседние, перекрестные, противоположные и адаптивные методы. Результаты его исследований показали, что перекрестные и противоположные методы обеспечивают самую высокую чувствительность, в то время как соседний метод является наименее чувствительным при рассмотрении отдельных измерений. ^{[23] [24]}

В сотрудничестве с Оути Вяйсяненом, Малмивуо представил новую технику многоэлектродных отведений для сигналов ЭЭГ, записанных со скальпа, продемонстрировав улучшенное соотношение сигнал/шум за счет специфического распределения чувствительности для глубоких источников мозга и пространственного усреднения шума на основе теоретического анализа, моделирования и экспериментальных измерений. ^[25] Более того, сосредоточив свои исследовательские усилия на диагностике сердечных заболеваний, он предоставил теоретические и клинические доказательства увеличения количества электрических и магнитных отведений в медицинской диагностике для улучшения диагностической эффективности. ^[26]

В 1980 году Мальмивуо провел сравнительный анализ магнитоэнцефалографии (МЭГ) и электроэнцефалографии (ЭЭГ) относительно их теории и практического применения в обнаружении биоэлектрической активности мозга, применяя принцип взаимности в рамках теории свинцового поля для улучшения конструкции и размещения детектора для повышения точности измерений. ^[27] Его исследование 1987 года с Юко Пуикконеном предположило, что многоканальные детекторы SQUID улучшают скорость и пространственные возможности магнитного обнаружения активности мозга (МЭГ), позволяя производить одновременную запись из нескольких мест и извлекать одномерную информацию с помощью комбинаций каналов. ^[28] Расширяя исторический спор между биоэлектрическими и биомагнитными измерениями, его исследование представило доказательства их взаимозависимости, сравнило пространственные разрешения ЭЭГ и МЭГ и пришло к выводу, что, хотя они не предлагают схожие пространственные разрешения, запись обоими методами может предоставить дополнительную информацию об активности мозга с уникальными свойствами для конкретных приложений. ^[29] Однако и МЭГ, и ЭЭГ фиксируют электрическую активность мозга схожим образом при использовании определенных типов датчиков. ^[18] 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 статье также подчеркивалась важность проведения измерений проводимости в реальном времени на живой ткани как средства улучшения как прямых, так и обратных решений и предлагалось тщательно регистрировать детали об измерительных установках, особенно в отношении уровней влажности и температуры. ^[30] В общей сложности он написал и был соавтором около 700 публикаций. ^{[9] [31]}

В 1970-х – 1980-х годах у Мальмивуо было несколько исследовательских проектов, имевших промышленный потенциал. Он предложил ректору TUT создать исследовательский центр по электронике и информатике рядом с TUT. Он повторил эту инициативу на семинаре по экономике в TUT в январе 1981 года. После этого была окончательно создана рабочая группа для строительства исследовательского центра Hermia рядом с TUT. Первое исследовательское здание было построено в 1986 году. Позже в этом районе было построено больше исследовательских зданий, составивших научный парк. ^[32]

В 1989 году Мальмивуо вместе со своим коллегой с медицинского факультета Университета Тампере выступил с инициативой к городу Тампере построить Исследовательский центр биомедицинской инженерии около Центральной больницы Университета Тампере. Здание, названное Finn-Medi, было завершено в 1995 году. Общее количество сотрудников в институте Мальмивуо составляло около 40 человек. Около половины из них переехали в Исследовательский центр Finn-Medi. Позже на территории больницы было построено больше исследовательских зданий, составивших научный парк. Сейчас там семь исследовательских зданий. ^{[33] [34]}

Мальмивуо начал заниматься вокалом и присоединился к хору оперы Тампере в 1976 году; в то же время он начал свою профессорскую работу в TUT. Он изучал пение в Финляндии и Германии. Он также участвовал в Оперной студии в Академии Сибелиуса в Хельсинки. Позже его пригласили петь в качестве солиста в Опере Тампере и других операх Финляндии. Его роли включали Командора (Моцарт: Дон Жуан ), Анджелотти (Пуччини: Тоска ), Брата (Верди: Дон Карлос ), Гремина (Чайковский: Евгений Онегин ), Бонзо (Пуччини: Мадам Баттерфляй ) и Зарастро (Моцарт: Волшебная флейта ). ^[35] Помимо оперных ролей, он также давал церковные концерты и пел на нескольких праздничных мероприятиях в Финляндии и за рубежом.

В 1992 году Мальмивуо начал продвигать профессора Рагнара Гранита как финского лауреата Нобелевской премии . Хотя он переехал в Каролинский институт в Стокгольме в 1941 году, он получил Нобелевскую премию в 1967 году по физиологии и медицине за работу, которую он проделал в Финляндии до переезда в Швецию. Он не мог получить премию раньше, так как был членом Нобелевского комитета до своей отставки. ^[36]

После смерти Рагнара Гранита Мальмивуо начал использовать название Институт Рагнара Гранита для своего Института биомедицинской инженерии. Он также основал Фонд Рагнара Гранита, основателями которого стали учреждения из Финляндии , Швеции , Великобритании и США , тесно связанные с делом жизни Рагнара Гранита. ^{[37] [36]}

• 1982 – Медаль Почета, Технологический университет Тампере
• 1996 – Финский консервативный клуб Тампере, «Ухо»
• 2003 – Плакетка, Международное общество биоэлектромагнетизма
• 2003 г. – действительный член Международной академии медицинской и биологической инженерии ^[4]
• 2008 – Почетный член Финского общества медицинской физики и медицинской инженерии ^[38]
• 2012 г. – Член-основатель Европейского альянса медицинской и биологической инженерии и науки ^[5]
• 2018 г. – пожизненный научный сотрудник Института инженеров электротехники и электроники

• 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

• Malmivuo, J., Suihko, V., & Eskola, H. (1997). Распределение чувствительности измерений ЭЭГ и МЭГ. Труды IEEE по биомедицинской инженерии, 44(3), 196–208.
• Puurtinen, MM, Komulainen, SM, Kauppinen, PK, Malmivuo, JA, & Hyttinen, JA (2006, август). Измерение шума и импеданса сухих и влажных текстильных электродов и текстильных электродов с гидрогелем. В 2006 году международная конференция IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (стр. 6012–6015). IEEE.
• Кауппинен, П., Хюттинен, Дж. и Малмивуо, Дж. (2006). Визуализация распределения чувствительности стратегий измерения импедансной томографии. Международный журнал биоэлектромагнетизма, 8(1), 1–9.
• Вендел К., Вяйсянен 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.
• Malmivuo, J. (2012). Сравнение свойств ЭЭГ и МЭГ при обнаружении электрической активности мозга. Топография мозга, 25, 1–19.