Ошибки и искажения в биотелеметрии

Процесс измерения любого физиологического параметра в реальных условиях сопровождается обычно различного рода ошибками, которые можно разделить на систематические и случайные. Систематическая ошибка остается постоянной (во всяком случае, за период, существенно превышающий время измерения) и может быть скомпенсирована с помощью соответствующих методов калибровки. В биотелеметрии обязательной калибровке в процессе работы БТМС подвергаются усилители биопотенциалов путем поочередного подключения к каждому из каналов вместо электродов генератора калибровочного напряжения, а также некоторые типы датчиков [35]. Так как калибровка позволяет обеспечить точность телеметрической системы до е = 0,5%, то основными источниками систематических ошибок являются датчики.

Случайные ошибки принципиально неустранимы, и для их уменьшения необходимо исключать причины, вызывающие эти ошибки. Появление случайных ошибок на выходе БТМС обычно происходит вследствие различного рода искажений и помех, а также изменений внешних условий функционирования системы: температуры, влажности, условий распространения сигнала в канале связи и т. д.

Большое влияние на помехоустойчивость БТМС оказывают специфические помехи, действующие в различных трактах системы. К помехам этого типа относятся физиологические и артефактные помехи.

Физиологические помехи возникают в результате мешающего воздействия различных органов и тканей организма, создающих поля помех, которые накладываются на поле исследуемого источника. Характерно, что влияние поля помех тех или иных источников зависит от физиологического состояния, нейрогуморальных влияний, условий функционирования других подсистем организма, внешних воздействий и не поддается систематическому учету. Более того, само понятие «физиологическая помеха» в определенной мере условно, поскольку как исследуемая система, так и мешающие источники вследствие многосвязности организма являются зависимыми. Поэтому различить поле биопотенциалов, генерируемых различными структурами, часто оказывается очень сложной задачей, особенно при использовании линейных сечений (см. гл. 2). В то же время идентификация физиологических полей совершенно необходима не только для корректной постановки и решения обратных задач (1.1) и (1.2), ио и для организации эффективной борьбы с физиологическими помехами. Ясно, что успешное решение этой проблемы в полной мере возможно лишь на пути использования характеристик полноразмерных реализаций поля.

Артефактные помехи обусловлены целым комплексом причин [35, 36, 158, 170]: флуктуацией межэлектродного сопротивления, накоплением заряда электричества при трении, возникновением кожно-гальванической ЭДС, изменением условий излучения сигнала при движении, перекрестными искажениями, вызванными относительно высокой проводимостью тканей организма, внешними рассеянными полями, наведенными на биообъект, и др. Действует артефактная помеха обычно на входе БТМС и по своему характеру может быть как аддитивной, так и мультипликативной. Более подробно источники возникновения и характеристики специфических помех будут рассмотрены в § 9.1.

Кроме специфических в БТМС действуют различного рода помехи и искажения внешнего и внутреннего происхождения, присущие всякой системе передачи информации. Так, на БТМС могут действовать разнообразные внешние помехи, вызванные атмосферными явлениями, работой радиостанций и промышленных установок, высокочастотной аппаратурой и т. д. К внутренним помехам относятся разнообразные шумы и искажения, возникающие в отдельных узлах БТМС вследствие неидеальности их амплитуднои фазочастотных характеристик. Например, в многоканальных БТМС весьма типичны переходные помехи и перекрестные искажения (см. гл. 4). Существенные искажения сигнала могут возникать в линии связи в процессе его распространения от передатчика к приемнику (см. гл. 5).

По своему характеру помехи третьей группы могут носить как флуктуационный, так и сосредоточенный (по частоте и времени) характер. Выявление статистических свойств этих помех составляет содержание теории связи [83, 84], хотя в биотелеметрии они также имеют определенную специфику. Более подробно источники возникновения, характер помех и методы борьбы с ними будут рассмотрены в последующих главах.

Действие всех указанных выше искажений и помех, как было уже отмечено выше, приводит к тому, что в операторном уравнении (1.2) правая часть оказывается измеренной лишь приближенно, т. е. вместо точного А. мы в результате измерений имеем приближенное его значение Х,_:. Кроме того, в силу большой априорной неопределенности пространственно-временной оператор А оказывается известным также лишь приближенно А₆. Таким образом, вместо точных данных задачи {А, X} мы имеем приближенные данные типа (1.5). Близость приближенных данных к точным характеризуется парой неотрицательных чисел (е, 8), вид которых определяется метрикой пространства. При выборе методов биотелеметрии точность БТМС должна быть согласована с ошибками, определяемыми парой (е, 8).

Следует также иметь в виду, что даже при безошибочных измерениях и точно известном операторе А существующие методы решения обратных задач [159] приводят к ошибкам в оценке х, которые также необходимо учитывать при обосновании требований к точности БТМС (ошибки регуляризации см. § 2.9).