Технические и теоретические основы биорадиолокации.

Всероссийский научно-технический семинар
«Подповерхностная радиолокация и дистанционное зондирование»
Оценка поведения мелких
лабораторных животных с помощью
радиолокатора малой дальности
Докладчик: Л.Н. Анищенко1
Соавторы: А.С. Бугаев2, С.И. Ивашов1, И.А. Васильев1.
1 Московский
Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана.
2 Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН
Возможные области применения биорадиолокации









Cомнология - наблюдение за больными во время сна с целью
обнаружения нарушений дыхания;
Кардиореанимация, в тех случаях, когда применение
контактных сенсоров невозможно или затруднено (ожоговые
центры);
Функциональная диагностика - использование в качестве
диагностической обратной связи для оценки эффективности
проводимых терапевтических мероприятий на основе анализа
медленной вариабельности ЧСС и для исследования
взаимодействия дыхательных и сердечных ритмов;
Мониторинг перемещений космонавтов и оценка их
состояния в и вне космического корабля;
Оценка двигательной активности малых лабораторных
животных в ходе зоопсихологических экспериментов, а
также контроль дыхания при тестировании новых
лекарственных препаратов;
Бесконтактная оценка психоэмоционального состояния
человека, например, операторов сложных машинных
комплексов, выявление подозрительных лиц на транспорте;
Медицина катастроф – поиск пострадавших в результате
природных и техногенных катастроф под завалами
строительных конструкций
Антитеррористические
операции
–
определения
местоположения террористов и заложников за оптически
непрозрачными препятствиями, оценка психоэмоционального состояния пассажиров
в аэропортах.
Досмотр транспортных контейнеров –
обнаружение лиц, нелегально
пересекающих границу.
2
Дистанционная оценка состояния мелких
лабораторных животных
Биорадиолокация может быть использована в качестве метода оценки двигательной
активности и частоты дыхания малых лабораторных животных в:

фармакологии (при тестировании новых медицинских препаратов и отравляющих
веществ)

зоопсихологии (наблюдение за поведением животных по методу «открытого поля»).
3
Специализированная система видео-слежения
Ethovision XT
4
Стенд для изучения эффекта
биорадиолокации «БИОРАСКАН»
Характеристики:
- Частотный диапазон– 3.6 – 4.0 ГГц;
- Однозначная дальность– 15 м;
- Разрешение по дальности– 0.5 м;
- Полоса частот – 400 МГц;
- Количество частот- 16;
Оценка частоты дыхания животного
Некоторые характеристики организма
крыс:
длина тела:
20-30 см;
поперечный размер
грудной клетки:
4-6 см;
частота дыхания:
1,2-1,6 Гц;
частота пульса:
6,0-7,0 Гц.
6
Оценка частоты дыхания животного
7
Оценка параметров двигательной активности
лабораторного животного
8
Пример экспериментальных данных
1 – спокойное состояние, 2 – интенсивная двигательная
активность
9
Применение уголкового отражателя
Зависимость мощности принимаемого сигнала от перемещения
цели относительно вершины уголкового отражателя
Плотность потока мощности излучения вблизи приемной
антенны:
1
совмещенные приемно-передающие антенны: P~ 4 ,
1 x
«просветная» схема при наличии УО : P~
2
2
(l  x) (l  x)
х – расстояние от антенны до объекта локации
l - расстояние от радиолокатора до вершины УО
1 – совмещенные приемно-передающие антенны;
2 – «просветная» схема при наличии УО.
10
Спектры биорадиолокационного сигнала для различных
состояний животного
Активное движение
Умывание
Спокойное состояние
Сон
Специализированный биорадиолокатор с усовершенствованными
техническими характеристиками (разрабатывается в рамках
проекта НАТО «Быстрое определение жизненных параметров
человека для приложений в области обеспечения безопасности »):
частотный диапазон: 14 – 15 ГГц;
разрешение по дальности: 0,3 м;
11
Выводы:
1)
2)
3)
4)
5)
Метод биорадиолокации может быть использован для
оценки двигательной активности малых лабораторных
животных.
Оценка частоты дыхания возможна при ограничении
подвижности животного или в состоянии сна.
Применение уголкового отражателя позволяет снизить
влияние расстояния между антенным блоком и животным
на мощность принимаемого сигнала.
Возможно выделять различные типы движений и состояний
животного (активное движение, спокойное состояние, сон,
умывание) без проведения каких-либо дополнительных
процедур.
В настоящий момент проводятся эксперименты по
распознаванию вертикальной и горизонтальной активности
животного.
12
Работа выполнена в рамках гранта №2.1.2.700, полученного
по аналитической ведомственной целевой программе
«Развитие научного потенциала высшей школы»
Министерства образования и науки РФ,
грантов РФФИ № 09-07-00038-а, 09-07-00085-а.
13
Спасибо за внимание!