УДК: 621.396; 615.47

Радиоэлектронные и биотехнические технологии в учебной работе кафедры медицинской радиоэлектроники ГУАП и в научных исследованиях по адаптивной первичной обработке биоэлектрических сигналов

Л.А. Кулыгина

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

Radioelectronic and biotechnical technologies in the educational activities of the medical radioelectronics department in SUAI and in the scientific research on the adaptive primary processing of bioelectric signals

L.A. Kulygina

Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation

Аннотация. Статья посвящена учебным и научным технологиям в сфере современной биомедицинской радиоэлектроники, используемым на кафедре медицинской радиоэлектроники ГУАП. Обоснована целесообразность разработки и внедрения первой в России образовательной технологии в виде параллельного двойного высшего образования, объединяющего радиоэлектронику и биотехнические системы и технологии. Анализируются четыре направления современной радиоэлектроники для медицины. Излагаются задачи научных разработок по созданию метода и устройства адаптивной аналого-цифровой обработки сигналов биоэлектрической активности клеток, тканей и органов живых систем и пути их решения на основе применения в медицине методов помехозащищенной обработки сигналов в радиоэлектронных системах.

Abstract. The paper is devoted to the educational and scientific technologies in the field of modern biomedical radio electronics, applied in medical radioelectronics department of SUAI. On the basis of biomedical radioelectronics development achievements and progress analysis the necessity of application of the first Russian new educational technology has been shown – parallel double higher education, uniting radioelectronics and biotechnical systems and technologies. Four directions of modern radioelectronics have been analyzed for the medicine goals. The problems of scientific development regarding the method and device for adaptive analog-and-digital processing of signals of bioelectric activity of cells, tissues, and organs of the living systems as well as the ways of their decision on the basis of the radioelectronic signals antijamming processing methods application in medicine, have been listed.

Ключевые слова: биомедицинская радиоэлектроника, параллельное двойное высшее образование, электрокардиография сверхвысокого разрешения, адаптивная аналого-цифровая обработка, синхронный анализ, биоэлектрические сигналы.

Keywords: biomedical radioelectronics, parallel double higher education, electrocardiography of very high resolution, adaptive analog-digital processing, synchronous analysis, bioelectric signals.

Реферат

Статья посвящена учебным и научным технологиям современной биомедицинской радиоэлектроники.

В разделе 1 – «Введение» – обосновывается целесообразность введения параллельного двойного высшего образования, объединяющего радиоэлектронику и биотехнические системы и технологии.

В разделе 2 – «Области применения биомедицинской радиоэлектроники» – анализируются основные направления современной биомедицинской радиоэлектроники применительно к научным разработкам и учебным планам подготовки будущих специалистов в Санкт-Петербургском университете аэрокосмического приборостроения (ГУАП).

В разделе 3 – «Тематика медицинской радиоэлектроники в учебной работе кафедры медицинской радиоэлектроники и НОЦ БРЭЙ ГУАП» – приводится история научных разработок по тематике медицинского приборостроения в вузе и методика преподавания по учебным планам параллельного двойного образования.

В разделе 4 – «Научные исследования по адаптивной первичной обработке биоэлектрических сигналов» – излагаются цель, задачи и пути решения научной проблемы развития современной электронной элементной базы и информационных технологий. При этом необходимо учитывать широкие диапазоны изменения амплитудно-частотных характеристик обрабатываемых кардиосигналов у разных объектов исследований и наличие помех различной природы, связанных как с жизнедеятельностью биообъекта, так и с внешними источниками электромагнитных полей.

Summary

The paper is devoted to educational and scientific technologies of modern biomedical radioelectronics.

In division 1 – «Introduction» – the expediency of the parallel double higher education introduction, uniting radioelectronics and biotechnical systems and technologies, is grounded.

In division 2 – «Biomedical radioelectronics application areas» – the history of scientific researches in the university regarding the medical instrumentation as well as teaching methodology by education plan of future specialists teaching in Saint-Petersburg University of Aerospace Instrumentation (SUAI) have been considered.

In division 3 – «The subject of medical radioelectronics at the medical radioelectronics department of SUAI and at the Research and Education Center «Biomedical electronics and computer science» – the history of scientific developments in medical instrumentation in university as well as the teaching methodology by the education plans of parallel double education have been discussed.

In division 4 – «Scientific researches on the adaptive primary processing of bioelectric signals» – the goal, problems and ways to solve the scientific problem of modern electronic elementary base and information technologies development are listed. It is thus necessary to take into account the wide ranges of the processed cardiosignals amplitude-frequency characteristics variation for the different objects of researches, and the presence of jams of different nature, related both to the vital functions of bio-object and to ambient electromagnetic fields.

1. Введение

Радиоэлектроника в медицине и биологии с каждым годом укрепляет свои позиции. О широком использовании радиоэлектроники в медицине свидетельствуют международные конгрессы, выставки и научные конференции. Однако несмотря на огромные достижения биомедицинской радиоэлектроники, вклад ее в медицину должен быть увеличен. Быстрое расширение в последние десятилетия перечня электронных, радиоэлектронных и компьютеризированных медицинских технологий, номенклатуры медицинского оборудования и его усложнение потребовало своевременного совершенствования учебных программ подготовки квалифицированных специалистов в такой области техники, как биомедицинская компьютеризированная радиоэлектроника. Для выпускников такой радиоэлектронной специальности открывается широкое поле деятельности в медицине и биологии.

В 1992 году в ГУАП по инициативе д.т.н., проф. К.В. Зайченко в рамках специальности «Радиоэлектронные системы» была официально открыта специализация «Медико-биологические электронные компьютеризированные системы», которая частично решала задачу подготовки специалистов в области биомедицинской радиоэлектроники. Однако подготовить выпускника – всесторонне образованного специалиста в биомедицинской компьютерной радиоэлектронной инженерии – за счет дисциплин специализации учебного плана оказалось невозможно. Кто хоть немного знаком с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки «Биотехнические системы и технологии», понимает, что и здесь только за счет дисциплин специализации, невозможно дать студентам знания современных сложных радиоэлектронных медицинских систем. Решить задачу подготовки всесторонне образованных специалистов можно только объединив две эти учебные программы.

В 1993 году специально для реализации программы двойного образования силами Государственной академии аэрокосмического приборостроения (ГААП), так тогда назывался ГУАП, и Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова (СПбГМУ) было создано новое образовательное учреждение – Международный медико-технический университет, при организации которого ГААП и СПбГМУ выступили соучредителями. Позднее он был переименован в Санкт-Петербургский Медико-технический институт (МТИ) и явился полигоном для апробации инновационных технологий обучения при подготовке врачей с углубленным знанием современной медицинской техники и инженеров в области медицинской техники с усиленной медицинской подготовкой. В МТИ производился набор студентов по специальности 190500 «Биотехнические и медицинские аппараты и системы», причем на обучение принимались студенты, одновременно обучающиеся в ГУАП по специальности 201600 «Радиоэлектронные системы» с медицинской специализацией. Появилась новая образовательная технология – параллельное двойное высшее образование. С 2008 года такая подготовка специалистов параллельно по специальности «Радиоэлектронные системы» и бакалавров и магистров по направлению «Биомедицинская инженерия» велась непосредственно в ГУАП.

После введения в России новых Федеральных образовательных стандартов, с 2011 года кафедрой проводится подготовка специалистов по программе двойного образования, объединяющего специальность 210601 «Радиоэлектронные системы и комплексы», а также бакалавров и магистров по направлению 201000 «Биотехнические системы и технологии». Опыт и знания, накопленные за все эти годы, позволяют кафедре медицинской радиоэлектроники ГУАП готовить специалистов, знающих самую сложную современную зарубежную и отечественную электронную компьютеризированную биомедицинскую технику, способных заниматься ее разработкой, эксплуатацией и ремонтом в системе практического здравоохранения. Это направление учебного процесса кафедры взаимосвязано с двумя другими образовательными программами кафедры медицинской радиоэлектроники ГУАП [1, 2](нс)¹.

Постановка всех видов учебного процесса на кафедре всегда связана с проведением научных исследований. Это позволяет определить важнейшие научные проблемы применения радиоэлектроники в медицине, правильно ориентировать учебный процесс на потребности сегодняшнего здравоохранения. Подтверждением этого являются настоящие многочисленные научные разработки кафедры, посвященные помехозащищенной обработке биомедицинских сигналов, ряд из которых имеет статус фундаментальных. Кафедра имеет прочные связи с медицинскими вузами и лечебно-профилактическими учреждениями, с одной стороны, и производственными предприятиями, с другой. Это способствует постоянному совершенствованию учебного процесса.