С точки зрения дистанционного зондирования биологические объекты имеют ряд принципиальных отличий от обычных физических объектов. Состояние биообъекта существенно нестационарно. По этой причине картину его физических полей можно изучать лишь путем привязки к быстро меняющемуся психофизиологическому состоянию организма, для чего одновременно с физическими измерениями физиологи должны регистрировать различные физиологические параметры биообъекта. Кроме того, любой биообъект - динамическая саморегулирующая система, поэтому в картине его физических полей должны существенно проявляться характеристики регуляторных систем гомеостаза, исследование которых также невозможно без тесного сотрудничества с физиологами.

Эти отличия выдвигают специфические требования к аппаратуре. Из-за нестационарности биообъектов необходимо регистрировать сигналы по многим каналам одновременно, включая электрофизиологический контроль. Для получении пространственной структуры поля в каждом канале необходимо использовать матричный или сканирующие антенны. Аппаратура должна быть достаточно быстродействующей, чтобы успевать регистрировать сигналы в динамике, т.е. быстрее, чем изменяется состояние объекта. Практически во всех каналах необходимо тщательное экранирование от помех.

Наша задача состоит не в разработке принципиально новой аппаратуры, а в применении современной техники дистанционного зондирования в целях исследования биологических объектов и, главное, в создании методики таких исследований. Как правило, технику приходится модернизировать с учетом особенностей биологического объекта, разрабатывать отдельные элементы и узлы. При этом используется богатый опыт, накопленный при разработке разнообразных датчиков физических полей (полупроводниковых, сверхпроводниковых, фотоэмиссионных и др.), а также аппаратуры для пассивного зондирования.

К настоящему времени создана аппаратура для исследования электрических полей биологического объекта. 13 электрически экранированной комнате (клетке Фарадея) дистанционно регистрируется электрокардиограмма. Для этого достаточно поднести руку к антенне - потенциальному зонду - на расстояние до 10 см.

Дистанционно (на расстояниях до 2 м) регистрируются так называемые баллистограммы. Работа внутренних органов (например, легких, сердца и др.) вызывает сотрясения поверхности грудной клетки, отражающие механические ритмы, свойственные этим органам. А поскольку на поверхности тела всегда есть статический заряд, то он, двигаясь вместе с грудной клеткой, приводит к появлению на потенциальном зонде значительных электрических сигналов.

Наша аппаратура дистанционно регистрирует и более тонкие сигналы - микротремор мышц (миограмму), вариации поля поверхностного заряда, связанные с изменениями электрических параметров кожи. Совместно с медиками начаты исследования возможностей использования этих сигналов для дистанционной медицинской диагностики.

На основе тепловизорной системы и специализированного микропроцессора для обработки изображений создан комплекс аппаратуры, регистрирующий инфракрасное излучение в диапазонах 3-5 и 8-14 мкм. Комплекс позволяет получать термограммы биообъекта с высокой чувствительностью (0,05 К).

Следует отметить, что в медицине тепловидение пока используется односторонне. Термограммы, как правило, сравнивают с некими установленными ранее нормалями и по наличию отклонений фиксируют патологию.

Мы подошли к делу иначе. Поскольку биологический объект, как уже говорилось, это прежде всего саморегулирующаяся система, изображение, получаемое по любому каналу, должно содержать информацию о регуляторных системах. Температура биологического объекта - это параметр, регулируемый системами гомеостаза. Поэтому была поставлена цель увидеть в пространственной структуре термограммы и ее временной динамике проявления этих систем и определить их характеристики. Мы ожидали, что после внешнего воздействия (нагрева или охлаждения участка тела) температура будет возвращаться к исходному значению с характерным для работы следящей системы перерегулированием. Разработаны программы цифровой обработки термограмм, позволяющие построить графики релаксации температуры для любой из 128х128 точек, описывающих термограмму, а также очертить области с одинаковой динамикой.

И действительно, удалось установить, что в термограмме человека наряду с областями, где температура релаксирует монотонно, есть также области, охваченные активным регулированием.

Такой подход позволяет уже на данном этапе oxарактеризовать точки или области точек, ведущие себя однотипно, некими функциональными параметрами, т.е. характерной постоянной времени, сигналом рассогласования.

Это важно для ранней диагностики, потому что она связана с контролем состояния регуляторных систем гомеостаза, в которых прежде всего должны появляться изменения, приводящие впоследствие к патологии.

По инфракрасному каналу в настоящее время дистанционно регистрируется целый ряд сигналов: колебания температуры кистей рук (с периодом приблизительно 2 мин), вариации температуры лица в ритме дыхания и др.

Коротко о других каналах.

Создана высокочувствительная аппаратура, позволяющая регистрировать сверхслабую биолюминесценцию в оптическом диапазоне. Это - система счета фотонов и экранированная от света камера. Регистрируется свечение полости рта, кожи лица, рук и т.д.

Для контроля изменений состава среды, связанных с метаболизмом, также используется инфракрасная термография. С помощью фильтра, пропускающего лишь излучение молекул углекислого газа, удается визуализировать облако выдыхаемого газа по его тепловому излучению. При смене фильтра в принципе возможна регистрация паров воды и других газов. Кроме того, создана аппаратура для регистрации изменений проводимости воздуха вокруг биологического объекта.

Испытываются макеты радиометрических систем па длинах волн 18, 10 и 3 см. При этом используются различные типы контактных антенн. Достигнута чувствительность к температуре 0,1 К. Эти системы позволяют регистрировать радиотепловое излучение внутренних органов человека (желудка и др.). Разрабатываются радиотепловизорные системы на других длинах волн - для получения термограмм тканей, расположенных на различной глубине.

Созданы макеты установок для регистрации акустических сигналов биообъектов в полосе частот до 100 кГц. Начат монтаж аппаратуры для исследования магнитных полей биологических объектов.

На базе ЭВМ, специализированных микропроцессоров и развитой сети периферийных устройств создается автоматизированная система управления экспериментом и обработки данных, в задачи которой входит сбор данных, выделение сигналов из шумов и помех, восстановление истинной структуры полой (т.е. устранение искажений, вносимых датчиками), анализ динамики формирования полей и корреляционных связей между каналами (прежде всего выявление корреляции между физическими каналами и электрофизиологическими показателями). Однако самая главная и сложная задача - исследование возможностей восстановления объемного изображения источников полей (тепловых, магнитных, электрических, акустических) по результатам измерений их пространственной структуры.