Digital Spectral Analysis on the Plane of Complex Frequencies of Transients of the Heart Rhythm at Schoolchildren at Performing a Proof Test

Autor: A. M. Usynin, V.F. Telezhkin, B.B. Saidov, A.D. Pletenkova, L.Ya. Dotsoev, A.N. Ragozin
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Bulletin of the South Ural State University. Ser. Computer Technologies, Automatic Control & Radioelectronics. 20:161-170
ISSN: 2409-6571
1991-976X
DOI: 10.14529/ctcr200116
Popis: A.N. Ragozin1, ragozinan@susu.ru, V.F. Telezhkin1, telezhkinvf@susu.ru, A.M. Usynin2, dgb1@uzag74.ru, L.Yа. Dotsoev3, dozoevl@mail.ru, A.D. Pletenkova1, nastya.pletenkova@mail.ru, B.B. Saidov1, 4, matem.1994@mail.ru 1 South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, 2 South Ural State Medical University, Chelyabinsk, Russian Federation, 3 South Ural State Humanitarian Pedagogical University, Chelyabinsk, Russian Federation, 4 Tajik Technical University named after academician M.S. Osimi, Dushanbe, Republic of Tajikistan. Рагозин Андрей Николаевич, канд. техн. наук, доцент кафедры инфокоммуникационных технологий, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; ragozinan@susu.ru. Тележкин Владимир Федорович, д-р техн. наук, профессор кафедры инфокоммуникационных технологий, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; telezhkinvf@ susu.ru. Усынин Анатолий Михайлович, врач высшей категории, проблемная научно-исследовательская лаборатория медленных процессов гемодинамики кафедры анестезиологии и реанимации, Южно-Уральский государственный медицинский университет, г. Челябинск; dgb1@uzag74.ru. Доцоев Леонид Яковлевич, канд. мед. наук, доцент, Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет, г. Челябинск; docoev@cspu.ru. Плетенкова Анастасия Дмитриевна, студент кафедры защиты информации, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; nastya.pletenkova@mail.ru. Саидов Бехруз Бадридинович, аспирант кафедры инфокоммуникационных технологий, Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск; Таджикский технический университет имени академика М.С. Осими, г. Душанбе, Республика Таджикистан; matem.1994@mail.ru. Introduction. The method of processing experimental data obtained in the form of a timevarying non-stationary signal is described. In the experimental study of transients associated with changes in the heart rate of schoolchildren during a proof-reading test, it became necessary to develop a new effective method for processing the results of dynamic measurements. Purpose of the study. Consider the main points of this methodology, which is based on the Prony method, and the possibility of its use in the field of studies of changes in heart rate variability (HRV) in response to various functional test influences. Materials and methods. Traditional approaches related to the calculation of power spectral density (PSD) and based on classical spectral methods are currently very widespread. The model of constant rhythm is not applicable for non-stationary dependencies of HRV. For spectral analysis of time dependences of HRV reflecting transient processes (nonstationary processes) it is proposed to apply spectral analysis on the plane of complex frequencies (PCF). PCF is a generalization of the usual spectrum. The calculation of the PCF is based on the Prony procedure, based on parametric modeling. Results. PCF reflects the frequency structure of oscillations of unsteady physiological signals, therefore, can be used to classify them. It is shown that the use of spectral analysis on the plane of complex frequencies for transient processes of the heart rhythm makes it possible (according to the parameters of the PCF) to calculate, for diagnostic purposes, the numerical values of the parameters characterizing the reactions of various regulatory mechanisms of the heart rhythm in response to various functional test influences. Conclusion. The best results, as compared with the methods of classical spectral analysis, for the analysis of transients in the form of a HRV signal were given by approaches based on the use of spectral analysis on the plane of complex frequencies. Введение. Изложена методика обработки экспериментальных данных, полученных в виде изменяющегося во времени нестационарного сигнала. При экспериментальном изучении переходных процессов, связанных с изменением сердечного ритма у школьников, при проведении корректурной пробы возникла необходимость в разработке новой эффективной методики обработки результатов динамических измерений. Цель исследования. Рассмотреть основные положения указанной методики, в основе которой лежит метод Прони, и возможности ее использования в области исследований изменений вариабельности сердечного ритма (ВСР) в ответ на различные функциональные пробные воздействия. Материалы и методы. Традиционные подходы, связанные с вычислением спектральной плотности мощности (СПМ) и основанные на классических спектральных методах, получили в настоящее время очень широкое распространение. Для нестационарных зависимостей ВСР модель постоянных ритмов неприменима. Для спектрального анализа временных зависимостей ВСР, отражающих переходные процессы (нестационарные процессы), предлагается применять спектральный анализ на плоскости комплексных частот (СКЧ). СКЧ является обобщением обычного спектра. В основе расчета СКЧ лежит процедура Прони, основанная на параметрическом моделировании. Результаты. СКЧ отражает частотную структуру колебаний нестационарных физиологических сигналов, поэтому может использоваться для их классификации. Показано, что применение спектрального анализа на плоскости комплексных частот для переходных процессов сердечного ритма делает возможным (по параметрам СКЧ) расчет в целях диагностики, числовых значений параметров, характеризующих реакции различных регуляторных механизмов ритма сердца в ответ на различные функциональные пробные воздействия. Заключение. Лучшие результаты, по сравнению с методами классического спектрального анализа, для анализа переходных процессов в виде сигнала ВСР дали подходы, основанные на использовании спектрального анализа на плоскости комплексных частот.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: