Введение. 
Медицинская электроника: основы биотелеметрии

В настоящее время большинство экспериментальных медико-биологических исследований на целом организме проводится в условиях различных форм фиксации, ограничивающей или полностью исключающей его движение. Такое ограничение подвижности исследуемого объекта изменяет течение естественного процесса его жизнедеятельности, что обусловливает нередко неадекватность получаемых экспериментальных данных действительным функциональным соотношениям, имеющим место в организме.

До тех пор, пока медико-биологическая наука оставалась на качественных позициях, такое положение можно было считать приемлемым. Однако с развитием биологии и медицины, с повышением требований к результатам экспериментальных исследований, все более широкое внедрение в биологию и медицину современных достижений математики, вычислительной техники, физики и радиоэлектроники поставило вопрос о соответствии получаемых экспериментальных данных истинным значениям исследуемых параметров. Ряд очень важных исследований в рамках старых методик, ограничивающих подвижность биообъекта, вообще невозможно было осуществить. Это относится прежде всего к медико-биологическим исследованиям в авиации и космонавтике, экологической физиологии, трудовой и спортивной деятельности человека.

Таким образом, главной методической задачей явилось освободить исследуемый объект от каких бы то ни было форм фиксации, восстановить естественные связи организма с внешней средой. Решение этой задачи стало возможным благодаря разработке и внедрению биотелеметрических методов.

Биотелеметрией называется специальное научно-техническое направление, разрабатывающее вопросы отбора, преобразования, хранения, передачи, приема, обработки и представления информации о биологических объектах, расположенных на расстоянии от регистрирующего устройства.

Комплекс аппаратуры, предназначенной для решения перечисленных выше задач, именуется биотелеметрической системой (БТМС). В более узком смысле под БТМС иногда понимают систему, осуществляющую только передачу на расстояние и прием результатов измерения биологических параметров. При таком определении БТМС, по существу, отождествляется со специальным видом системы связи.

В настоящее время биотелеметрия как метод медико-биологических исследований находит все большее применение в различных областях народного хозяйства. Использование методов биотелеметрии позволяет освободить исследуемый объект от тех или иных форм фиксации, восстановить естественные связи организма с окружающей средой, получить качественно новую информацию в условиях свободного поведения исследуемого.

Биотелеметрия как специальное научное направление возникла около 40 лет назад [134], хотя первые попытки дистанционной передачи физиологической информации были предприняты русскими учеными.

A. А. Ющенко и В. А. Чернавкиным еще в 1932 г. [182]. Однако только с развитием техники связи, микроэлектроники, вычислительной техники стали возможны широкое развитие и систематическое внедрение телеметрических методов в практику медико-биологического эксперимента.

В начале своего развития биотелеметрия наибольших успехов достигла в физиологии человека и животных в связи с разработкой физиологии деятельного организма [23, 133 134]. Большой вклад в это направление внес.

B. В. Розенблат и его сотрудники [133—135]. Были разработаны и испытаны первые радиобиотелеметрические системы для регистрации на расстоянии частоты пульса [136, 162], электрокардиограммы и частоты дыхания [91, 224]. В дальнейшем работы по созданию биотелеметритческих систем (БТМС) различного назначения получили большое развитие как в СССР, так и за рубежом. Были разработаны системы для регистрации электроэнцефалограммы [222, 243, 294], электромиограммы [16, 23, 127, 128], температуры [23, 89, 285], двигательной активности [47, 130, 162], пульсового давления [287] и ряд других [15, 46, 47, 122, 135, 164, 166, 185].

Широкое применение нашла биотелеметрия в экологической физиологии, в частности, она позволила впервые осуществить ряд исследований на диких животных: определение путей их миграции [192, 201, 235], изучение механизмов ориентации [226, 273, 274] и поведения [185, 196, 222, 296].

Телеметрические методы оказались незаменимыми при исследовании подопытных животных во вредных условиях [185, 196, 246], при решении задачи передачи физиологической информации в водной среде [6, 7, 212, 218, 220, 230, 288].

Использование биотелеметрии при эндозондировании открыло новое направление в экспериментальной и клинической гастроэнтерологии и физиологии [9, 234]. Значительный вклад в это направление внесли русские ученые академик Е. Б. Бабский и А. М. Сорин.

Начали активно разрабатываться вживляемые системы для передачи различных физиологических параметров [185, 234, 238, 251, 262, 277, 291].

Большое влияние на развитие биотелеметрии оказала космонавтика. Биотелеметрия явилась одним из основных методов врачебного контроля за состоянием космонавтов. Первые подобные исследования [1, 2], проведенные на космических кораблях «Восток», дали ценную медико-биологическую информацию. Работы академиков В. В. Парина, О. Г. Газенко, проф. Р. М. Баевского обеспечили приоритет российской науки в области космической биологии и медицины. Дальнейшее развитие получила биотелеметрия при полетах отечественных космических кораблей «Восход», «Союз», «Прогресс» [12, 13, 14] и американских серий «Джеминай» [213], «Аполлон» [260], «Дискавери», орбитальных станций «Салют» [51], «Мир» и «Скайлэб» и др. В процессе космических полетов осуществлялись непрерывный контроль и регистрация целого комплекса физиологических функций [12, 51, 75, 213, 214, 236, 260].

Широкая область использования биотелеметрии открывается при разработке систем биологического управления [51, 76, 126, 185]. Последнее обстоятельство приобретает особое значение в связи с разработкой космических станций с экологическими замкнутыми системами, включающими как составное звено и системы биотелеметрии.

Огромное значение приобретает биотелеметрия в связи с тенденцией создания сложных биотехнических комплексов, входящих в состав единых систем управления различными отраслями народного хозяйства: производством, транспортом, связью и др. [18, 24, 76, 85, 135, 276, 280].

Широкое внедрение биотелеметрических методов в практику медико-биологического эксперимента потребовало подготовки качественно новых специалистов. Среди дисциплины, составляющих основу базовой подготовки по направлению «Биотехнические системы и технологии» и ряд других важнейшее место отводится курсу «Биотелеметрия».

Содержание этой дисциплины составляет изложение основных принципов биотелеметрии, модели источников биоинформации, решение задач отбора и преобразования биосигналов, описание методов передачи, приема и обработки биотелеметрической информации, оптимизация биотелеметрических систем (БТМС).

Представленное учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Биотехнические системы и технологии» (бакалавр); она будет полезна также для магистров и аспирантов этого направления, а также специалистов по смежным направлениям и профилям.