Применение метода вейвлет-кодирования для сжатия и реконструкции физиологической информации, передаваемой по каналу радиотелеметрии

курсовая работа

1.1 Общие представления об информационной организации структур организма

Человек, являющийся объектом медицины, представляет собой открытую нелинейную биологическую систему, существующую благодаря сбалансированному обмену с внешней средой веществом, энергией и информацией в виде "информационных потоков" с пространственно-временным распределением во внутренней среде.

Живыми организмами информация воспринимается, обрабатывается и потребляется посредством согласованного выполнения комплекса функций. Информационные потоки влияют на формирование и синхронизацию функций, что определяет эффективность жизнедеятельности организма, как целого. К информационному обмену имеют непосредственное отношение условия жизнедеятельности конкретных индивидуумов и их общественных образований; уровень их эмоционального и духовного развития; характер, выраженность и устойчивость связей с окружающим миром, происходящих на сознательном и подсознательном уровнях; отношения в семье и в трудовом коллективе; взаимные влияния естественных электромагнитных полей и многое другое.

Качественные и количественные особенности информационных воздействий внешней среды и последующих реакций биологических систем в виде трудовой активности, пищевой и половой мотивации, реализации инстинкта самосохранения и т.д. определяют, в конечном итоге, выживание и здоровье организма. Поэтому понятно, что информационные влияния внешней и внутренней среды могут быть как благоприятными, так и неблагоприятными по отношению к живой системе и, в частности, к здоровью человека, сопровождаясь адекватным или неадекватным функциональным ответом организма. Составляющие компоненты информационного обмена создают условия для реализации тех или иных известных этиологических факторов патологии.

Реакции организма, как целого, систем органов, отдельных органов, тканей, клеток и субклеточных структур являются естественным и закономерным ответом на информационные процессы. Эти реакции представлены многообразными биологическими сигналами, отражающими сложную иерархию внутриорганизменных коммуникационных связей.

Выделено несколько типов информационной коммуникации в биологических системах: химический (иерархически организованные процессы нейро-гуморального контроля жизнедеятельности с участием первичных и вторичных мессенджеров - нейропептидов, иммуноглобулинов и т.д.); прямой - посредством мембранных контактов, рецепторных полей, клеточных иммунологических механизмов; и физический - путем взаимодействия с внешними и внутренними электромагнитными полями различных волновых характеристик. Существует тесное единство этих процессов, а разделение их на конкретные пути коммуникации условно. При этом электромагнитные колебания рассматриваются в качестве универсального координатора функций организма.

Информационные процессы обеспечивают функциональные или патологические реакции субклеточных структур, отдельных клеток или их групп, тканей, органов или систем органов, что в совокупности формирует определенный физиологический (или клинический) "портрет" организма в определенный момент времени. Следовательно, выявление внешних проявлений (признаков) этих реакций может быть использовано в диагностических целях, тем более, что реакции биологических систем фиксируются на определенное время в виде т.н. конформаций, обеспечивая "память" и более или менее продолжительное хранение клинико-биологической информации. Фиксация этой информации обеспечивается генными структурами - ДНК.

Функциональные реакции организма регистрируются различными клинико-физиологическими методами, что и составляет основу клинической диагностики в биологии и медицине.

В здоровом организме эти реакции имеют в своей основе изменения преимущественно в молекулярно-энергетических и регуляторных процессах и обычно не выходят за границы представлений о норме.

Интенсивность и продолжительность комплекса внешних воздействий с одной стороны, и особенности полисистемного (полиорганного) функционального ответа организма - с другой, определяют направление патологического процесса (сердечно-сосудистая система, органы пищеварения), вид патологии (гипертоническая болезнь или инфаркт миокарда, язвенная болезнь или рак желудка), а также скорость клинической манифестации и исхода заболевания. Следовательно, становится очевидным существование особой начальной стадии болезни, которая может быть условно определена как информационная стадия, которая в последующем трансформируется в доклиническую и затем в клиническую стадии.

Доклиническая стадия характеризуется тем, что у человека отсутствуют субъективные и объективные признаки того или иного заболевания, но при использовании биохимических, иммунологических, серологических, иммуногенетических тестов и т.д. могут быть обнаружены отклонения от нормы соответствующих функций или показателей. В ряде случаев это могут быть т.н. функциональные или латентные органические изменения, прогностически неблагоприятные и говорящие о риске развития той или иной патологии. Но и во многих случаях на этой стадии могут быть обнаружены признаки уже существующих патологических состояний (например, неактивный хронический вирусный гепатит, скрытый сахарный диабет, «немая» язва желудка, доброкачественные или злокачественные опухоли и т.д.), которые клинически себя еще не проявили.

Для практической медицины доклиническая стадия патологии крайне важна. Ранняя диагностика и прогноз заболевания позволяют избежать развития грубых необратимых изменений и их осложнений, благодаря назначению, организации выполнения и контролю исполнения лечебно-профилактических мероприятий. Например, рекомендации пациентам, склонных к сахарному диабету, употреблять меньше сахара и мучного, снизить массу тела и больше двигаться, позволяют избежать с одной стороны, затрат на лекарства, а с другой - служат способом профилактики развернутого сахарного диабета и его осложнений. Но для контроля эффективности данных мероприятий требуется измерение уровня сахара в крови, АД, массы тела и т.д.

Клиническая стадия патологии, с которой преимущественно имеет дело традиционная медицина, отличается развернутой клинической картиной, жалобами больных (чаще всего на боли), наличием признаков (симптомов) того или иного заболевания. На данной стадии, как правило, в основе любой болезни уже лежат более или менее выраженные органические изменения (ишемия, воспаление, атрофические, дистрофические, фиброзные изменения, нарушения регенерации тканей). Фактически это стадия декомпенсации функций и необратимых изменений органа или системы органов. Можно ли излечить больного человека на этой стадии? Практически нет. Можно добиться той или иной компенсации нарушенных функций и обеспечить клиническую ремиссию заболевания, сохраняя этим трудоспособность больного или лишь сохраняя возможность самообслуживания и поддерживая на некоторое время его жизнь. И это несмотря на то, что современная медицинская наука способна улучшить качество и увеличить продолжительность жизни больных путем совершенствования способов диагностики, методов лечения и реабилитации. Однако наука пока не в состоянии устранить те патологические конформации, которые образуются в организме человека в ответ на многочисленные патогенные воздействия на доклинической и, тем более, клинической стадиях развития болезни.

Иными словами, диагностические задачи клинической медицины, решаемые традиционными методами исследований, нацелены на уже существующий материальный (органический) - клинический или субклинический субстрат заболеваний.

Правда, многие, используемые на практике, методы чаще всего не позволяют достоверно судить об органической или функциональной природе выявляемых изменений в организме, что могло бы дать основание для суждения о существующей патологии или о риске ее развития. Здесь, конечно, речь не идет о методах эндоскопический, ультразвуковой и рентгенологический диагностики, биохимических и иммунологических тестах и т.д., многие из которых нацелены на верификацию уже существующей патологии. Но понятно, что любая патология, зарождаясь задолго до появления органических изменений в организме, проходит доклинические (функциональные) этапы своего развития. И потому научные исследования, посвященные теоретическим и методическим основам диагностики патологии на этих этапах, представляются наиболее перспективными для современной клинической и профилактической медицины. Современное лечение в большинстве случаев потому недостаточно превентивно, потому что диагностика является запоздалой: это говорят классики нашей медицины.

Делись добром ;)