Научная деятельность
Первые шесть лет после открытия кафедры научная работа преимущественно велась в направлении разработки методов и средств‑экспресс диагностики и оценки функционального состояния организма. Исследования посвящались построению моделей биологических систем и их применению в компьютерной диагностике. Основные темы работ: функциональное моделирование биотехнической системы с биологической обратной связью; информация в контуре биоуправления и её терапевтическое применение; информационный ресурс биосистемы, его роль в жизнедеятельности организма и диагностическая оценка; информационно-функциональные аспекты адаптации человека; информационная модель общего патологического процесса, её диагностическое и прогностическое значение; компьютерное воспроизведение, анализ и интерпретация импеданса головного мозга; интегральная оценка и интерпретация данных кардиоинтервалометрии с применением ЭВМ. Основные результаты этого периода представлены в статьях Я.С. Пеккера, Т.В. Новиковой и В.А. Фокина, опубликованных в центральных изданиях, и кандидатских диссертациях: «Гематологический комплекс для безреактивного определения биофизических параметров в микропробе крови» (О.С. Уманский, «Оценка функционального состояния головного мозга человека на основе совместной одновременной регистрации импеданса и ЭЭГ» (К.С. Бразовский), «Адаптивное биоуправление на основе биологической обратной связи по динамике параметров сердечного ритма человека» (Н.Г. Бразовская). Ряд сотрудников под руководством Я.С. Пеккера получили патенты на изобретения.
В период формирования лаборатории сертификации и тестирования специалистов (1997 г.) оформилось научное направление по созданию информационно‑программных систем для обучения и тестирования специалистов в медицине. Тематика исследований: разработка обучающих моделей физиологических систем; моделирование процессов обу-чения и усвоения знаний в медицине; разработка программ компьютерного тестирования; исследование структуры знаний в слабо формализованных областях медицины. Основные результаты работ в данном направлении опубликованы в докторской диссертации С.И. Карася «Методология исследования структуры знаний в слабо формализованных областях медицины», кандидатской диссертации О.В. Воробейчиковой «Компьютерная технология адаптивного тестирования в образовании», статьях И.Ю. Землякова.
После защиты С.И. Карасём докторской диссертации сформировалось и получило развитие научное направление, посвященное исследованию структуры медицинских знаний и разработке систем поддержки принятия решений. Методологическую основу исследований составляют системный и когнитивный подходы в построении моделей различных предметных областей. Тематика исследований: когнитологические подходы к созданию компьютерного методического обеспечения в медицине; системное проектирование непрерывного образования врачей в области медицинской информатики; системная когнитология как способ познания. Основные результаты представлены в работах С.И. Карася и Т.В. Новиковой, опубликованных в монографиях, рецензируемых журналах и сборниках научных трудов.
Особенно активно научная работа ведётся с 2001 года. Сотрудники кафедры участвуют в региональных и федеральных целевых программах, работают по грантам администрации Томской области, зарубежных некоммерческих организаций, совместно с НИИ кардиологии СО РАМН, Институтом оптики атмосферы СО РАН, Томским государственным университетом, Томским политехническим университетом, другими подразделениями СибГМУ. Полученные результаты имеют фундаментальное и прикладное значение. В направлении разработки средств функциональной диагностики и биоуправления созданы впервые в мире: методика исследования структуры и функций головного мозга на основе импедансной томографии; биотехническая система для оценки содержания воды в организме и распределения ее по секторам; методика неинвазивной экспресс‑диагностики туберкулеза с использованием многоволнового лазерного газоанализатора; способ повышения эффективности учебного процесса младших школьников в разноуровневом классе с учетом индивидуальных особенностей детей и их адаптационных возможностей; система мониторирования состояния беременной и плода с возможностью передачи данных по радиоканалу, записью на flesh-память и предназначенная для оценки степени риска развития гипоксии плода; система биоуправления с биологической обратной связью по концентрации СО2 в выдыхаемом воздухе. Впервые в России: разработаны методика и система мониторирования состояния беременных на основе кардиоинтервалометрии с фетальных электродов и модели кровообращения; созданы приборная база и учебно-методическое обеспечение по применению методов лазерной спектроскопии в клинических и лабораторных исследованиях анализа состава выдыхаемого воздуха; составлена организационная схема обследования студентов с целью выявления их психофизиологической дезадаптации; доказана возможность оценки реологических свойств крови в капельной микропробе оптическими методами; оборудована лаборатория биоуправления с биологической обратной связью для коррекции психоэмоционального напряжения у детей школьного возраста и взрослых; созданы высокоточные источники зондирующего тока для системы одновременной регистрации собственной электрической активности головного мозга, измерения электрического импеданса и реконструкции изображения его распределения; исследовано взаимодействие физических полей с биологическими средами. Также впервые в России на базе лаборатории АРМ медицинских специалистов, оборудованной средствами доступа к кластеру параллельных вычислений и выходом на централизованный суперкомпьютер и банки данных, получены научные результаты по интегральной оценке состояний, моделированию биосистем и реконструкции трехмерных изображений биологических объектов. Защищены докторские диссертации: «Автономные электронные стимуляторы органов и тканей» (С.Ф. Глущук, научный консультатнт Я.С. Пеккер), «Модель согласования биомедицинских данных и комплекс программ для интегральной оценки состояния биосистем» (В.А. Фокин) и кандидатские: «Оптимизация ранней диагностики рака молочной железы на основе информационной системы» (О.А. Ананина, руководитель В.А. Фокин), «Биотехническая система экспресс‑оценки процесса оседания эритроцитов в микрообъектах» (А.А. Аристов, руководитель Я.С. Пеккер), «Роль высокочастотной электрической активности мозга – гамма‑ритма в процессах восприятия времени» (М.В. Светлик), «Методика и технические средства визуализации распределения электрического импеданса головного мозга» (А.В. Фокин), «Система мониторирования состояния матери и плода» (Е.Ю. Киселева), «Функциональные взаимоотношения системы "мать-плод" в третьем триместре беременности и раннем неонатальном периоде» (И.В. Толмачев). Изданы монографии: «Электроимпедансная томография», «Адаптационные характеристики и резервы здоровья человека», «Нелинейный анализ медико-биологических данных», «Применение методов лазерной спектроскопии и нелинейного анализа для исследования медикобиологических объектов», «Конструирование автономных электростимуляторов органов и тканей человека», «Высокочастотная электрическая активность мозга: связь с интеллектом и точностью восприятия времени», «Системная когнитология: трансдисциплинарный подход к познанию». Получены 24 патента, серебряная медаль VII Московского международного салона инноваций и инвестиций, диплом первой степени с вручением золотой медали и диплом второй степени с вручением серебряной медали Международной выставки конгресса «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции», 2 диплома за победу во Всероссийском конкурсе научно-инновационных проектов, три Почетных грамоты регионального уровня.
В прикладном аспекте разработаны программы и алгоритмы оценки психоэмоционального напряжения и инструментальная методика на основе устройства «ЭКГ-триггер». По заданию министерства образования РФ в рамках федеральной программы «Развитие единой образовательной информационной среды на 2001-2005 годы» в мае-августе 2003 года были проведены обследования выпускников школ г. Томска (230 чел.) и абитуриентов (250 чел.) в период экзаменационной сессии. Результаты оценки психоэмоционального состояния до и после экзаменов, проводимых по обычной технологии, и после экзаменов, проводимых по технологии ЕГЭ, докладывались на коллегии Министерства образования. Созданы опытные образцы и разработаны программы и алгоритмы реконструкции медицинских изображений в системе электроимпедансной томографии. Исследования проводились на базе института кардиологии СО РАМН. Разработана система для адаптивного биоуправления на основе биологической обратной связи по динамике параметров сердечного ритма человека. Исследована структура знаний в психиатрии, разработаны и зарегистрированы в Роспатенте РФ компьютерные программы поддержки решений. Разработана технология построения структуры усвоения учебного материала по результатам тестирования. В направлении создания тестирующих компьютерных систем и электронных учебников разработаны и внедрены: программный комплекс для организации и проведения компьютерного тестирования, комплекс программ инженерии знаний, электронные методические пособия «Руководство к практическим занятиям по теоретическим основам кибернетики» и «Руководство по системе «Статистика», электронный учебник по физиологии. Получены свидетельства о государственной регистрации компьютерных программ: «Интернет-ориентированная система сбора и интеграции медико‑биологических данных (“ИССИ БиоМед”)», «Программа для интегральной оценки состояния биосистем с использованием распараллеливания вычислений», «Диагностика "малых" форм рака молочной железы на фоне фиброзно-кистозной болезни», «Прогнозирование органной дисфункции», «Программное обеспечение аппаратной части получения бронхофонографических сигналов».
Научные исследования выполняются в специализированных лабораториях: визуализации биомедицинских изображений, сетевых технологий, биологической обратной связи, автоматизированных систем научных исследований, автоматизированных рабочих мест медицинских специалистов.
Преподаватели кафедры активно участвуют в образовательных проектах, работают в проблемных комиссиях, программных комитетах и научно‑образовательных центрах. Наиболее значительные из них: учебно-методический совет по биотехническим системам и технологиям УМО по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации МО РФ; комиссия по информатизации здравоохранения и телемедицине Департамента здравоохранения Томской области; проблемная комиссия по моделированию процессов и явлений в области естественных и медико-биологических наук. В рамках программы Госдепартамента США «Обучение и доступ в Интернет» (IATP), преподаватели курса приняли участие в разработке и проведении образовательных курсов «Интернет‑технологии в медицинском образовании» и «Поиск научно‑медицинской информации в Интернет». В Федеральной научно‑технической программе «Создание системы открытого образования» сотрудники кафедры принятии участие в проекте «Разработка методических принципов открытой образовательной среды, ее учебно-методического и технологического обеспечения в системе дополнительного образования».
Большинство преподавателей кафедры имеют ученую степень. В целом за период существования кафедры ими издано 15 монографий, опубликовано более 400 статей, из них около 100 – в центральной печати и журналах по перечню ВАК, принято участие более, чем в 220 научных форумах и выставках, получено 24 патента на изобретения и 12 сертификатов на программные средства для ЭВМ, выполнены 19 грантов, защищены 2 докторских и 8 кандидатских диссертации, получены 10 поощрений за НИР, почетных званий и наградных знаков. Они являются руководителями и научными консультантами 1 докторской и 11 кандидатских диссертаций.