ПРОБЛЕМА ИДЕНТИФИКАЦИИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА ПО НЕИНВАЗИВНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ ЕГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Титомир Л. И.
Институт проблем передачи информации РАН, Москва
Существенным преимуществом методов исследования живого организма, основанных на биоэлектрических и биомагнитных измерениях, является возможность неинвазивной оценки состояния электрогенных органов (сердца, мозга и др.). При таких исследованиях важное значение имеет интерпретация полученных данных непосредственно в форме собственных физиологических характеристик изучаемого объекта с привязкой к его анатомической структуре; необходимым первым этапом этой интерпретации является решение обратной электродинамической задачи для системы ''биоэлектрический генератор - пассивная физическая среда'', т.е. определение электрического генератора, порождаемого исследуемым электрофизиологическим процессом, по электрическим и (или) магнитным измерениям в области, внешней по отношению к генератору. Решение обратной задачи в общем случае неоднозначно, вследствие чего для практических исследований требуется формулировка математических моделей генератора - эквивалентных генераторов, обеспечивающих возможность решения обратной задачи и обладающие достаточно содержательными характеристиками, допускающими биофизическую и электрофизиологическую трактовку. Учитывая физические свойства реальных объектов и условия измерения, целесообразно описать исследуемую электродинамическую систему в терминах электродинамики стационарных токов; тогда взаимосвязь между измеряемыми биоэлектрическим и биомагнитным полями проявляется значительно слабее, чем в общем случае, хотя эти поля остаются взаимосвязанными через посредство собственной конфигурации генератора и содержат информацию об этой конфигурации. В предлагаемом докладе обсуждаются новые подходы к оценке информативности биоэлектрических и биомагнитных измерений на основе электродинамики стационарных токов и скалярного мультипольного разложения, формулируемого отдельно для электрического и магнитного полей и дающего исчерпывающее описание характеристик генератора, доступных при неинвазивном исследовании. Наряду с конфигурацией генератора общего вида рассмотрены конкретные модели, широко используемые при решении прикладных задач, - генераторы типа двойного слоя, конечной нити и точечного диполя. По результатам проведенных теоретических исследований дана общая оценка ''наблюдаемости'' биоэлектрического генератора по измерениям его полей в зависимости от следующих факторов: структура (модель) генератора, структура (модель) физической среды и вид исходных измерений (электрические, магнитные или и те, и другие). В частности, показано, что для конфигураций генератора общего вида и типа конечной нити магнитные измерения выявляют свойства генератора, не наблюдаемые по электрическим измерениям, тогда как для генераторов типа двойного слоя и диполя магнитные измерения содержат ту же информацию о генераторе, что и электрические. Представленные закономерности следует учитывать при разработке измерительно-вычислительных систем и компьютерных алгоритмов для медицинской (в частности, электрокардиологической) диагностики.