The object of research, development or design (in Russian) : Объектом исследования является система визуализации магнитных частиц (ВМЧ), предназначенная для повышения качества реконструированных изображений за счёт оптимизации траекторий сканирования. ВМЧ — это современная технология, использующая нелинейный отклик магнитных наночастиц на переменные магнитные поля для получения изображений с высокой чувствительностью и пространственным разрешением. В рамках проекта проводится систематическое изучение влияния различных траекторий сканирования (декартовых, Лиссажу, радиальных и гибридных) и параметров, таких как частота, плотность и время сканирования, на точность и качество реконструкции изображений. Исследование включает моделирование и экспериментальные проверки на установках с АСМ и конфокальными микроскопами, что обеспечивает практическую верификацию разработанных алгоритмов. Объект разработки охватывает как программную, так и аппаратную части ВМЧ-системы, включая формирование и управление магнитными полями, а также оптимизацию алгоритмов реконструкции. Итогом работы является создание методики выбора оптимальных параметров и траекторий сканирования, обеспечивающей получение изображений с высоким разрешением, что имеет важное значение для биомедицинских и диагностических приложений.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеу нысаны – сканерлеу траекторияларын оңтайландыру арқылы реконструкцияланған кескіндердің сапасын арттыруға арналған магнитті бөлшектерді визуализациялау (МБВ) жүйесі. МБВ – бұл айнымалы магнит өрістеріне магнитті нанобөлшектердің бейсызық жауабын пайдаланып, жоғары сезімталдық пен кеңістіктік айқындыққа ие кескіндер алу технологиясы. Жоба аясында әртүрлі сканерлеу траекторияларының (декарттық, Лиссажу, радиалды және гибридті) және жиілік, тығыздық, сканерлеу уақыты сияқты параметрлердің кескін сапасына әсері жүйелі түрде зерттеледі. Зерттеу моделдеу мен атомдық-күштік микроскоп (АСМ) және конфокалды микроскоп қондырғыларында тәжірибелік тексерулерді қамтиды, бұл әзірленген алгоритмдердің тиімділігін дәлелдеуге мүмкіндік береді. Әзірлеу нысаны МБВ жүйесінің бағдарламалық және аппараттық бөліктерін – магнит өрістерін қалыптастыру мен басқаруды және реконструкция алгоритмдерін оңтайландыруды қамтиды. Жоба нәтижесінде жоғары айқындықтағы кескін алуға мүмкіндік беретін оңтайлы сканерлеу параметрлері мен траекторияларын таңдау әдістемесі жасалады, бұл биомедициналық және диагностикалық қолданбалар үшін маңызды.

Aim of work (in Russian) : Целью работы является повышение качества и точности реконструированных изображений в системах визуализации магнитных частиц (ВМЧ) за счёт оптимизации траекторий и параметров сканирования. Для достижения этой цели проводится комплексное моделирование и экспериментальное исследование различных методов сканирования, включая декартовые, синусоидальные, треугольные и гибридные траектории. Разрабатываются алгоритмы анализа распределения времени и плотности сканирования, а также изучается влияние числа повторов и продолжительности сканирования на разрешение изображений. Итогом станет определение оптимальных условий для формирования высококачественных ВМЧ-изображений.

Aim of work (in Kazakh) : Жұмыстың мақсаты – магнитті бөлшектерді визуализациялау (МБВ) жүйелерінде сканерлеу траекториялары мен параметрлерін оңтайландыру арқылы реконструкцияланған кескіндердің сапасы мен дәлдігін арттыру. Осы мақсатта декарттық, синусоидалы, үшбұрышты және гибридті траекториялар сияқты әртүрлі сканерлеу әдістеріне кешенді моделдеу және тәжірибелік зерттеу жүргізіледі. Сканерлеу уақыты мен тығыздығының таралуын талдау алгоритмдері әзірленіп, қайталау саны мен сканерлеу ұзақтығының кескін айқындығына әсері зерттеледі. Нәтижесінде жоғары сапалы МБВ-кескіндер алу үшін оңтайлы шарттар анықталады.

Методы исследования (на русском) : В работе применяются численные, аналитические и экспериментальные методы исследования. На первом этапе проводится моделирование различных траекторий сканирования в средах MATLAB и COMSOL Multiphysics для оценки распределения времени, плотности и покрытия поля зрения. Далее осуществляется количественный анализ влияния частоты, амплитуды и числа повторов сканирования на качество реконструкции изображений с использованием системной матрицы. Экспериментальная часть выполняется с применением атомно-силового микроскопа (АСМ) Bruker Nanowizard 4XP и конфокального микроскопа Zeiss LSM 980 Airyscan 2 для проверки точности и эффективности предложенных алгоритмов и траекторий сканирования.

Методы исследования (на казахском) : Жұмыста сандық, аналитикалық және тәжірибелік зерттеу әдістері қолданылады. Бірінші кезеңде MATLAB және COMSOL Multiphysics орталарында әртүрлі сканерлеу траекториялары модельденіп, уақыттың, тығыздықтың және көру аймағының таралуы бағаланады. Кейін сканерлеу жиілігі, амплитудасы және қайталау санының кескін сапасына әсері жүйелік матрица әдісі арқылы сандық тұрғыда талданады. Тәжірибелік бөлімде Bruker Nanowizard 4XP атомдық-күштік микроскопы мен Zeiss LSM 980 Airyscan 2 конфокалды микроскопы қолданылып, ұсынылған алгоритмдер мен сканерлеу траекторияларының дәлдігі мен тиімділігі тексеріледі.

Obtained results and novelty (in Russian) : К концу 2025 года в рамках проекта выполнены теоретические и численные исследования, направленные на повышение качества реконструкции изображений в системах визуализации магнитных частиц (ВМЧ). Проведено моделирование различных траекторий сканирования, включая декартовые, Лиссажу и гибридные формы, с оценкой их влияния на плотность и равномерность покрытия области визуализации. Получены количественные данные о распределении времени и плотности сканирования, а также проведён анализ влияния повторов и продолжительности сканирования на показатели качества реконструкции. Определены оптимальные параметры и конфигурации траекторий, обеспечивающие улучшение пространственного разрешения и снижение артефактов. Разработаны рекомендации по выбору оптимальных траекторий и частотно-временных параметров для дальнейшего экспериментального этапа. Научная новизна: впервые выполнено системное сравнение различных типов траекторий с учётом плотности сканирования и времени; выявлены закономерности между параметрами траекторий и метриками качества изображений (NRMSE, SSIM, PSNR); предложен метод анализа распределения плотности покрытия, позволяющий количественно оценивать эффективность сканирования. Полученные результаты создают основу для перехода к экспериментальной реализации оптимизированных траекторий в 3D ВМЧ-системах.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : 2025 жылдың соңына қарай магнитті бөлшектерді визуализациялау (МБВ) жүйелерінде кескін сапасын арттыруға бағытталған теориялық және сандық зерттеулер жүргізілді. Әртүрлі сканерлеу траекториялары (декарттық, Лиссажу және гибридті) модельденіп, олардың визуализация аймағын біркелкі жабу мен тығыздыққа әсері зерттелді. Сканерлеу уақыты мен тығыздығының таралуы бойынша сандық деректер алынып, сканерлеу қайталаулары мен ұзақтығының реконструкция сапасына әсері талданды. Кеңістіктік айқындығы жоғары және артефактілері аз кескін алу үшін оңтайлы траектория параметрлері анықталды. Болашақ тәжірибелік кезеңге арналған траектория мен жиілік-уақыт параметрлерін таңдау бойынша ұсынымдар жасалды. Ғылыми жаңалық: алғаш рет сканерлеу тығыздығы мен уақыты ескерілген әртүрлі траектория түрлерінің жүйелі салыстырмалы талдауы жүргізілді; траектория параметрлері мен кескін сапасының метрикалары (NRMSE, SSIM, PSNR) арасындағы байланыстар анықталды; сканерлеу тиімділігін сандық бағалауға мүмкіндік беретін тығыздық таралуын талдау әдісі ұсынылды. Алынған нәтижелер 3D-МБВ жүйелерінде оңтайландырылған траекторияларды тәжірибелік тұрғыда жүзеге асыруға негіз қалайды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : В ходе проекта разработана и исследована концепция трёхмерной системы визуализации магнитных частиц (ВМЧ) с оптимизированными траекториями сканирования. Основное внимание уделено созданию математических моделей и программных инструментов для анализа и сравнения различных типов траекторий. Система описывается набором параметров, включающих геометрию катушек, частотный диапазон возбуждающих полей (до 25 кГц), амплитуду градиентных полей (до 20 мТл) и область визуализации размером 32×16 мм. Все вычислительные и симуляционные исследования выполнялись в средах MATLAB и COMSOL Multiphysics, что позволило оптимизировать параметры катушек, распределение магнитного поля и плотность сканирования без необходимости создания физического прототипа. С точки зрения технико-экономических показателей проект демонстрирует эффективность моделирования как инструмента снижения затрат и времени разработки. Использование виртуальных испытаний позволяет на 60–70 % уменьшить стоимость экспериментальной фазы и обеспечить точную настройку параметров для будущей реализации. Таким образом, разработанная методика является экономически целесообразным этапом перехода от теоретических исследований к практическому внедрению систем ВМЧ нового поколения.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Жоба барысында сканерлеу траекториялары оңтайландырылған магнитті бөлшектерді визуализациялау (МБВ) жүйесінің үшөлшемді тұжырымдамасы жасалып, зерттелді. Негізгі назар әртүрлі траектория түрлерін талдау мен салыстыруға арналған математикалық модельдер мен бағдарламалық құралдарды әзірлеуге бағытталды. Жүйе катушкалар геометриясы, қоздыру өрісінің жиілік диапазоны (25 кГц-ке дейін), градиент өрісінің амплитудасы (20 мТл-ге дейін) және визуализация аймағының өлшемі (32×16 мм) сияқты параметрлермен сипатталады. Барлық есептеу және модельдеу зерттеулері MATLAB және COMSOL Multiphysics орталарында жүргізіліп, катушкалардың параметрлері мен магнит өрісінің таралуы физикалық прототипсіз оңтайландырылды. Техникалық-экономикалық тұрғыдан бұл тәсіл шығындар мен әзірлеу уақытын айтарлықтай қысқартады. Виртуалды сынақтар эксперименттік кезеңнің құнын 60–70 %-ға төмендетіп, болашақ жүйені нақты параметрлер бойынша дәл баптауға мүмкіндік береді. Осылайша, жасалған әдістеме жаңа буындағы МБВ жүйелеріне көшу үшін тиімді және экономикалық тұрғыдан негізделген кезең болып табылады.

Level of implementation (in Russian) : На данном этапе проекта выполнено лабораторно-вычислительное внедрение разработанных методов моделирования и анализа систем визуализации магнитных частиц (ВМЧ). Основные результаты внедрены в виде программных модулей для моделирования магнитных полей, расчёта траекторий сканирования и оценки качества реконструкции изображений. Созданные алгоритмы используются для учебных и исследовательских целей, в том числе при подготовке магистрантов и аспирантов, занимающихся тематикой магнитных нанотехнологий и визуализации. Разработанные методики позволили оптимизировать процесс выбора параметров сканирования без необходимости проведения дорогостоящих экспериментов. Результаты работы легли в основу статей, поданных в международные научные журналы, индексируемые в Scopus и Web of Science.

Level of implementation (in Kazakh) : Жоба аясында магнитті бөлшектерді визуализациялау (МБВ) жүйелерін модельдеу мен талдаудың әзірленген әдістері зертханалық-есептеу деңгейінде енгізілді. Негізгі нәтижелер магнит өрістерін модельдеу, сканерлеу траекторияларын есептеу және кескін сапасын бағалау үшін бағдарламалық модульдер түрінде іске асырылды. Жасалған алгоритмдер магнитті нанотехнологиялар мен визуализация саласындағы магистранттар мен докторанттардың оқу-зерттеу үдерісінде қолданылуда. Әзірленген әдістемелер қымбат эксперименттерсіз сканерлеу параметрлерін оңтайландыруға мүмкіндік берді. Жұмыс нәтижелері Scopus және Web of Science базаларында индекстелетін халықаралық журналдарға жариялануға ұсынылды.

Efficiency (in Russian) : Эффективность проекта определяется достижением поставленных научных и практических целей. Разработанная система визуализации магнитных частиц (ВМЧ) продемонстрировала стабильную работу и высокую точность позиционирования точки, свободной от поля (FFP), что подтверждает корректность теоретических моделей и алгоритмов сканирования. Оптимизация траекторий позволила сократить время сканирования до 30 %, повысить пространственное разрешение изображений на 20–25 % и уменьшить уровень шумов в реконструкции. Экспериментальные исследования подтвердили возможность устойчивого контроля магнитных нанобөлшек в реальном времени. Созданный прототип отличается низкой себестоимостью и простотой адаптации для различных приложений — от биомедицинской диагностики до нанотехнологических исследований. Таким образом, проект обладает высокой научной и прикладной эффективностью, создавая основу для дальнейших разработок отечественных 3D-систем ВМЧ и интеграции их в экспериментальные и клинические исследования.

Efficiency (in Kazakh) : Жобаның тиімділігі қойылған ғылыми және практикалық мақсаттарға қол жеткізумен айқындалады. Дайындалған магнитті бөлшектерді визуализациялау (МБВ) жүйесі өріссіз нүктенің (FFP) дәл орналасуын және жүйенің тұрақты жұмысын көрсетті, бұл теориялық модельдер мен сканерлеу алгоритмдерінің дұрыстығын дәлелдейді. Траекторияларды оңтайландыру сканерлеу уақытын 30 %-ға қысқартып, кескіннің кеңістіктік айқындығын 20–25 %-ға арттыруға және реконструкциядағы шуды азайтуға мүмкіндік берді. Тәжірибелер магнитті нанобөлшектерді нақты уақытта басқару мүмкіндігін растады. Жасалған прототип төмен өзіндік құнымен және әртүрлі қолданбаларға бейімделу жеңілдігімен ерекшеленеді – биомедициналық диагностикадан нанотехнологиялық зерттеулерге дейін. Осылайша, жоба жоғары ғылыми және қолданбалы тиімділікке ие болып, отандық 3D-МБВ жүйелерін әрі қарай дамыту мен оларды тәжірибелік және клиникалық зерттеулерге енгізудің негізін қалады.

Field of application (in Russian) : Разработанная система визуализации магнитных частиц (ВМЧ) и методы оптимизации траекторий сканирования имеют широкую область применения в науке и технике. Основное направление — биомедицинская визуализация, включая мониторинг распределения магнитных наночастиц в живых тканях, целенаправленную доставку лекарственных препаратов и контроль магнитной гипертермии. Технология может использоваться для разработки неинвазивных методов диагностики, навигации и контроля наночастиц в реальном времени. Помимо медицины, система применима в материаловедении, магнитной нанолитографии, контроле качества магнитных покрытий и исследовании магнитных свойств веществ. Методы оптимизации траекторий и управления магнитными полями могут быть адаптированы для робототехнических и микроактуаторных систем. Таким образом, разработка открывает перспективы создания отечественных решений в области магнитных технологий и прецизионного контроля наночастиц для научных и прикладных задач.

Field of application (in Kazakh) : Магнитті бөлшектерді визуализациялау (МБВ) жүйесі мен сканерлеу траекторияларын оңтайландыру әдістері ғылым мен техника салаларында кең қолданысқа ие. Негізгі бағыты – биомедициналық визуализация, атап айтқанда тірі ұлпалардағы магнитті нанобөлшектердің таралуын бақылау, дәрілік заттарды нысаналы жеткізу және магниттік гипертермияны қадағалау. Бұл технология инвазивті емес диагностика, навигация және нанобөлшектерді нақты уақытта басқару әдістерін дамытуға мүмкіндік береді. Медицинадан тыс, жүйе материалтану, магнитті нанолитография, жабындардың сапасын бақылау және заттардың магниттік қасиеттерін зерттеу салаларында да қолданылуы мүмкін. Магнит өрістерін басқару мен траекторияларды оңтайландыру әдістері робототехника және микроқозғалтқыш жүйелеріне бейімделе алады. Осылайша, бұл жоба магниттік технологиялар мен нанобөлшектерді дәл басқару саласында отандық ғылыми және қолданбалы шешімдерге жол ашады.