I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   6 Dec em b er   201 7 ,   p p .   3 3 1 3 ~ 3 3 1 7   I SS N:  2088 - 8708 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ec e. v 7 i 6 . pp 3 3 1 3 - 3317           3313       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   A Nov el App ro a ch t o   S t udy  t h E f f ects of  A nest hesia  on  R espira tory   S ig n a ls by   U sing  t he  E EG  S ig na ls       M o hd   Su ha ib K idw a i 1 ,   S.  H a s a n Sa ee d 2   De p a rte m e n o f   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   E n g in e e rin g ,   In teg ra Un iv e rsit y       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   1 1 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Ma y   7 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   J u n   3 ,   2 0 1 7       G e n e r a a n e sth e sia   p lay a   c ru c ial  ro le  i n   m a n y   su rg ica p ro c e d u re s,  a n d   it   th e re f o re   h a a n   e n o rm o u i m p a c o n   h u m a n   h e a lt h .   T h e re   a re   n o   p re c ise   m e a su re f o m a in tain in g   th e   c o rr e c d o se   o f   a n e sth e ti c ,   a n d   th e re   i s cu rre n tl y   n o   f u ll y   r e li a b le  in stru m e n to   m o n it o d e p t h   o f   a n e sth e sia .   In   th is  p a p e r,   a   n o v e a p p r o a c h   h a b e e n   p ro p o se d   f o d e tec ti n g   t h e   c h a n g e in   sy n c h ro n ism   o f   b ra in   sig n a ls,   tak e n   f ro m   EE G   m a c h in e .   Du rin g   th e   e f fe c o a n e sth e sia ,   th e re   a re   c e rtain   c h a n g e in   t h e   E EG   sig n a ls.   T h o se   sig n a l sh o w   c h a n g e in   th e ir  s y n c h ro n ism .   T h is  p h e n o m e n o n   o f   s y n c h ro n ism   c a n   b e   u ti li z e d   to   stu d y   th e   e ff e c o f   a n e sth e sia   o n   re sp irato ry   p a ra m e ters   li k e   re sp iratio n   ra te etc ,   a n d   h e n c e   th e   q u a n ti ty   o f   a n e sth e sia   c a n   b e   re g u late d ,   a n d   if   a n y   p ro b lem   o c c u rs  in   b re a th i n g   d u rin g   th e   e f f e c o f   a n e sth e sia   o n   p a ti e n t ,   th a c a n   a lso   b e   m o n it o re d .   K ey w o r d :   R ec u r r en ce   Or d er   p atter n s   S y n ch r o n izatio n   i n d ex   E E m ac h i n e   An est h e s ia   Co p y rig h ©   2 0 1 7   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mo h d   Su h aib   Kid w a i,    Dep ar t m en t o f   E lectr o n ics a n d   C o m m u n icat io n   E n g i n ee r in g ,   I n teg r al  U n i v er s it y ,   L u ck n o w ,   U. P ,   I n d ia .   E m ail: d an _ k d w @ r ed i f f m ail. c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   E v er y   f u n ct io n   o f   th h u m an   b o d y   is   b ein g   co n tr o lled   b y   b r ain ,   an d   a s   s u c h   t h er is   ce r t ain   k in d   o f   s y n ch r o n is m   b et w ee n   b r ain   a n d   v ar io u s   v o l u n tar y   a n d   in v o l u n tar y   p r o ce s s es   o f   b o d y .   W h en   t h is   s y n c h r o n i s m   is   lo s it  b ec o m e s   d is o r d er ,   f o r   ex am p le  ep ilep tic  f it s ,   b r ea th les s n e s s   etc.   [ 1 ] I n   th is   p ap e r   f o cu s   is   th er e,   o n   u n d er s ta n d in g   t h s y n c h r o n is m   b et w ee n   th b r ain   a n d   r esp ir ato r y   b io m ed ical  s i g n al s   an d   h en ce   tr y in g   to   u n d er s ta n d   w h a t e f f ec t d o es a n est h esia d eli v er y   h as , o n   t h p atien t s   r esp ir ato r y   r ate.   T h s ig n al s   ar tak e n   f r o m   E E m ac h i n a n d   ar s tu d ie d   f o r   th c o r r esp o n d in g   r esp i r ato r y   r ate  ch an g es  d u r i n g   d is s e m i n atio n   o f   an est h esia  to   th p atien d u r in g   s u r g er ies.  T h is   w o r k   m ai n l y   p r o p o s es  an   alg o r ith m ,   w h ich   u til izes  t h e   co n ce p o f   r ec u r r en ce   to   an al y ze   th s y n c h r o n is m   b et w ee n   t h b r ain   an d   b r ea th in g   p h en o m en o n .   T h alg o r ith m   u s es  th co n ce p o f   r ec u r r en ce   an d   tells   t h d eg r ee   o f   co u p lin g   o r   s y n ch r o n is m   b et w ee n   t h b r ain   s i g n als  ( E E s ig n al s )   an d   r esp ir atio n   r ate.   Hen ce ,   it   w ill  h elp   th a n es th et is t   to   m o n ito r   t h e f f ec o f   an e s th esia  o n   t h p atie n t s   v ita p ar a m eter s   a n d   it  ca n   al s o   b u s ed   to   s tu d y   ab o u t h e   q u an tit y   o f   an e s th e s ia  th at   ca n   b g i v e n   to   th e   p atie n t [ 2 ] .   B u t b ef o r p r o ce ed in g   to   t h m ai n   w o r k ,   let s   f o c u s   o n   th v ar io u s   o th er   m et h o d s .   T h ey   ar as  f o llo w s :     1 . 1 .   Dec o m po s it io n M o del ( B a s ed  o n Co up lin g )   T h f o r m   o f   co u p lin g   f u n cti o n   d ep en d s   o n   th d if f er i n g   c o n tr ib u tio n s   f r o m   in d i v id u al  o s cillatio n s .   C h a n g es  i n   f o r m   m a y   d ep en d   p r ed o m in a n tl y   o n   o n l y   o n o f   th p h a s es  ( alo n g   o n e - a x is ) ,   o r   th e y   m a y   d ep en d   o n   b o th   p h ases ,   o f ten   r es u lti n g   in   co m p lica ted   an d   in t u iti v el y   u n clea r   d ep en d en ce .   T h is   d e m o n s tr ates  t h e   n ee d   f o r   m o d el  ab le  to   d i s ti n g u i s h   th e   i n d iv id u al  f u n ctio n al  co n tr ib u tio n s   to   co u p li n g .   T h is   m o d el  m ai n l y   tak es  p h a s in to   co n s id er ati o n ,   th o u g h   a m p l itu d d y n a m ics  ca n   also   b tak en   in to   co n s id er at io n .   T h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   201 7   :   3 3 1 3     3 3 1 7   3314   co u p lin g   b et w ee n   th v ar io u s   s ig n al s   o r   th r ec u r r en ce s   is   f o u n d   o u an d   d is o r d er s   ar d ia g n o s ed   o n   t h b asis   o f   co u p lin g   s tr e n g th   [ 3 ] - [ 6 ]   P r ev io u s   co u p lin g   tr ea t m en ts ,   in cl u d in g   th cr o s s - f r eq u e n c y   co u p lin g   in   n eu r o s cie n ce ,   h a v f o cu s ed   o n   th n et  co u p li n g   i n   o n d ir ec tio n .   I n   th is   m o d el,   w d ec o m p o s t h n et  co u p li n g   i n t o   t w o   co m p o n e n t s   d ep en d in g   o n   t h eir   f u n c tio n a r o les:   th d ir ec an d   th in d ir ec co u p lin g s .   Dir ec t - co u p lin g   d escr ib es  th e   in f lu e n ce   o f   th e   d ir ec ( u n id ir ec tio n al)   d r iv i n g   t h at   o n o s ci llato r   ex er ts   o n   th e   o th er .   A r g u ab l y ,   it  i s   t h e   m o s s tu d ied   in ter ac tio n   i n   p h y s io l o g y ,   o f te n   li n k ed   to   m o d u lati o n   m ec h an i s m s . T h s ec o n d   c o m p o n en t,  i n d ir ec t - co u p lin g ,   o f te n   ca lled   co m m o n - co u p li n g ,   an d   d ep en d s   o n   th s h ar ed   co n tr ib u tio n s   o f   t h t w o   o s cillatio n s .   T h in d ir ec co u p lin g   also   i n clu d e s   th d i f f u s iv co u p li n g   g i v en   w i th   t h p h a s d if f er en ce   ter m s .   T h m ec h a n i s m   b eh i n d   th i s   co u p li n g   co m p o n en o r   p r o ce s s ,   alth o u g h   w p r ese n t h m o d el  i n   r elatio n   to   p h a s e   d y n a m ics,  a   s i m ilar   f u n ct io n al   d ec o m p o s it io n   o f   t h co u p li n g s   ca n   al s o   b ap p lied   to   a m p l itu d d y n a m ics.   I n   ter m s   o f   t h g e n er al  th eo r y   o f   p h ase  d y n a m ic s   an d   eq u atio n ,   th co u p lin g   f u n ct io n   q 1 ( ϕ 1 , ϕ 2 )   ca n   b ex p r ess ed   as th p r o d u ct  o f   t w o   f u n ctio n s     q 1 ( ϕ 1 , ϕ 2 )   =P 1   1) P 2 ( ϕ 2     w h er P 1 ( ϕ 1 )   is   th e   p h ase   r esp o n s c u r v e   ( P R C )   o f   t h f ir s o s cillato r   an d   s h o w s   h o w   it   r e s p o n d s   to   e x ter n a p er tu r b atio n s ,   w h ile   P 2 ( ϕ 2 )   is   th p er tu r b atio n   f u n ctio n   t h r o u g h   w h ic h   th e   s ec o n d   o s cillat o r   ac ts   o n   th e   f ir s t   o n e   [ 7 ] , [ 8 ] .     1 . 2 .   Sig na l pro ce s s i ng   a nd   s t a t is t ica l a na ly s is   T h s ig n als   w er f ir s in s p ec ted   v is u all y ,   f o llo w ed   b y   a u to m ated   ar ti f ac r e m o v al  b y   i n t er p o latio n .   Data   f r o m   s u b j ec ts   w h o s s i g n als   h ad   m a n y   ar ti f ac ts   w er d is r eg ar d ed   an d   n o t a n al y ze d .   T h cr o s s - f r eq u en c y   in ter v a ls   w er esti m ated   b y   s t an d ar d   d ig ital  f ilter i n g   p r o ce d u r es,  in cl u d in g   FIR  f i lter   f o llo w ed   b y   ze r o - p h ase  d ig ital  f ilter i n g   p r o ce d u r to   en s u r th a n o   ti m o r   p h ase  lag s   w er i n tr o d u c ed   b y   t h f ilter in g .   T h b o u n d ar ies  o f   t h in ter v al s   ex tr ac ted   f r o m   th E E s ig n al  w er e   δ =0 . 8 4 Hz,   θ =4 7 . 5 Hz,   α = 7 . 5 1 4 Hz,   β =1 4 2 2 Hz  an d   γ =2 2 1 0 0 Hz;  th in ter v al  ex tr ac ted   f r o m   t h r esp ir atio n   s i g n a w a s   r =0 . 1 4 5 0 . 6 Hz;   an d   th ex tr ac tio n   o f   th h ea r t   ac tiv it y   f r o m   t h E C s i g n a l   w as   h =0 . 6 2 Hz.   W av elet  p o w er   an d   co h er en ce   an al y s es,  to g et h er   w it h   f u r th e r   clin ical   in ter p r etatio n ,   w ill   b p r esen ted   else w h er e.   Fo r   th E E o s cillatio n s   s p ec ial  ca r w a s   ta k e n   i n   d ea lin g   w i th   f r eq u en c y   s p illa g b et w ee n   i n ter v als,  h ea r ar ti f a cts  a n d   p o w er   li n e   ar tif ac ts   [ 7 ] , [ 8 ] T h en   t h co u p lin g   b et w ee n   th e s o b tain ed   E C s ig n al s   a n d   t h o s o b tain ed   f r o m   E E G   m ac h in is   s tu d ied   an d   co m p ar ed   w it h   th s ta n d ar d   v alu es  o f   v ar io u s   s ta tis t ical  p ar am eter s ,   w h ich   ar o b tain ed   f r o m   t h h ea lt h y   p er s o n .   Fo llo w i n g   p ar a m e ter s   ca n   b u s ed   to   s t u d y   th e   r ec u r r en ce   p atter n   i n   t h e   b io m ed ical  s ig n al s :   a.   Dete r m i n is m ( DE T ) :   T h ese  m ea s u r es  ar b ased   o n   th h i s to g r a m   P ( l o f   d iag o n a lin es  o f   len g t h   l P r o ce s s es  w it h   u n co r r elate d   o r   w ea k l y   co r r elate d ,   s to ch ast ic   o r   ch ao tic  b eh av io r   ca u s n o n o r   v er y   s h o r d iag o n als,  w h er ea s   d eter m i n i s tic  p r o ce s s es  ca u s lo n g er   d iag o n al s   an d   les s   s i n g le,   i s o lated   r ec u r r en ce   p o in ts   .   T h er ef o r e,   th e   r atio   o f   r ec u r r en ce   p o in ts   th at   f o r m   d iag o n al  s tr u c tu r es   ( o f   m in i m u m   le n g th   l m i n to   all  r ec u r r en ce   p o in ts   is   i n tr o d u ce d   as a   m ea s u r f o r   d eter m in is m   ( o r   p r ed ictab ilit y )   o f   t h e   s y s te m :     DE T =  ( ) .  ( ) = 1   b.   A   d ia g o n al  li n o f   len g t h   m ea n s   t h at  s e g m e n o f   t h tr aj ec to r y   is   r at h er   clo s d u r in g   1   ti m s tep   to   an o th er   s e g m en o f   t h tr aj ec to r y   at  d i f f er en ti m e;  th u s ,   t h ese  li n es  ar r elate d   to   t h d iv er g e n ce   o f   t h e   tr aj ec to r y   s e g m e n t s .   T h av e r ag d iag o n a li n le n g th   is   th a v er ag t i m e   t h at  t w o   s eg m e n t s   o f   th e   tr aj ec to r y   ar clo s to   ea ch   o th er ,   an d   ca n   b in ter p r eted   as th m ea n   p r ed ictio n   ti m e. [ 9 ] [ 1 0 ]     L=  ( ) . ( ) .   c.   Me asu r es  b ased   o n   v er tical  l i n es T h ese  m ea s u r es  ar b as ed   o n   th h is to g r a m   P ( v o f   v er tical  li n es  o f   len g th   v .   T h r atio   b et w ee n   t h r ec u r r en ce   p o in t s   f o r m in g   th v er tical  s tr u c tu r es  a n d   t h en t ir s et  o f   r ec u r r e n ce   p o in ts   i s   ca lled   la m in ar it y   [ 1 0 ] , [ 1 1 ] .     L A M =  ( ) .  ( ) = 1       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       A   N o ve l A p p r o a ch   to   S tu d th E ffects o f A n esth esia   o n   R esp ir a to r S ig n a ls   . . . .   ( Mo h d   S u h a ib   K id w a i)   3315   T h co m p u tatio n   o f   L A is   r ea lized   f o r   t h o s t h at  e x c ee d   m i n i m al   len g t h   v m i n   i n   o r d er   to   d ec r ea s th i n f l u e n ce   o f   t h e   tan g en tia m o tio n .   L A r ep r esen ts   th o cc u r r en ce   o f   la m i n ar   s tate s   in   th e   s y s te m   w i th o u d escr ib in g   t h len g t h   o f   th e s la m i n ar   p h ases .   I w ill  d ec r ea s if   t h R P   co n s is ts   o f   m o r e   s in g le  r ec u r r en ce   p o in ts   th a n   v er tical  s tr u ct u r es.   T h a v er a g le n g th   o f   v er tical   s tr u ctu r e s   is   ca lled   tr ap p in g   ti m ( T T )     L A M =  ( ) . ( ) .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   T h m at h e m a tical  co n ce p o f   r ec u r r en ce   i s   t h cr u x   o f   th e   a lg o r ith m .   T h E E G   s i g n als   f r o m   v ar io u s   ch an n el s   o f   E E m ac h in e   ar tak e n   a s   a n   i n p u t   w h ic h   will  b u s ed   b y   t h p r o g r a m   i n   M A T L A B .   T h is   p r o g r am   w ill  b b ased   o n   t h p r o p o s ed   alg o r ith m   an d   b asic all y   co m p ar es   th s y n c h r o n i s m   b et w ee n   t h E E G   s ig n al s   o f   an y   t w o   c h an n el s .   T h i s   co m p ar is o n   is   d o n b y   u s in g   th co n ce p o f   r ec u r r en ce .   Seco n d   th in g   is   to   f i n d   th d eg r ee   o f   r ec u r r en ce   w h ic h   is   f o u n d   o u t b y   u s i n g   t h f o r m u l o f   s y n c h r o n iza tio n   i n d ex   ρ π   [ 1 3 ] , [ 1 4 ] .   T h ad v an tag o f   u s i n g   s y n c h r o n izatio n   in d e x   in   t h i s   alg o r it h m   i s   th a it  s er v e s   t w o   p u r p o s es,  f ir s tl y   it  h elp s   i n   u n d er s ta n d in g   t h s y n ch r o n izatio n   b et w ee n   th e   t w o   s i g n al s   f r o m   E E G   ch a n n els  a n d   s ec o n d l y   it   allo w s   t h u s er   to   f i n d   t h e   d eg r ee   o f   s y n ch r o n iza tio n .   Usi n g   t h p lo co m m a n d   o f   M A T L A B ,   th i s   s y n ch r o n izatio n   i n d ex   ca n   b s h o w n   in   f o r m   o f   g r ap h s   . I f   t h e   g r ap h   s h o w s   in cr ea s in g   p a tter n ,   it  s h o w s   h ig h   a m o u n o f   s y n c h r o n izat io n   b et w ee n   t h t w o   s i g n als  e l s th lo w   s y n c h r o n izat io n .   Fo llo w i n g   i s   th e   d iag r a m m atic  r ep r esen ta tio n   o f   th p r o p o s ed   alg o r ith m   f o r   b etter   v is u aliza tio n   an d   u n d er s t an d in g           Fig u r e   1 .   T h b lo ck   d iag r am   o f   th p r o p o s ed   alg o r ith m       T h s tep s   o f     alg o r ith m , w h o s e   b lo ck   d iag r a m   is   d ep icted   as  Fig u r 1 ,   ca n   b d ef in ed   as f o l lo w s :   a.   T h s ig n al s   f r o m   t h ch a n n el s   o f   E E m ac h i n es  ar tak en   a n d   p u in   f o r m   o f   ar r a y   s o   th at  it  ca n   b u s ed   as a n   i n p u t.   b.   T h s ig n al s   f r o m   t h ch a n n el s   o f   E E m ac h i n es  ar tak en   a n d   p u in   f o r m   o f   ar r a y   s o   th at  it  ca n   b u s ed   as a n   i n p u t i n   M A T L A B   p r o g r a m   b ased   o n   th i s   alg o r it h m .     c.   p ie  x (   )   r ef er s   to   th o r d er   p atter n   an d   it  i s   f o u n d   o u b y   co m p ar i n g   s a m p les  b y   th eir   r esp ec tiv v alu e s   at  d if f er e n t i n ter v al s .   Si m ilar l y   p ie  y   ( π y   )   is   f o u n d .     d.   On ce   w e   h a v e   th e   v a lu e s   o f   p ie  x   a n d   p ie  y   i n   f o r m   o f   m atr ices  n ex t   s tep   is   to   f in d   o r d er   p atter n .   I is   f o u n d   as f o llo w s :     OR P ( t,  τ ) 1   if   π ( t) π ( t+τ )   0 ,   o th er w is e     Nex s tep   is   to   f i n d   o u th r ec u r r en ce   r ate  an d   its   n o r m alize d   v alu e.   T h is   is   d o n u s in g   th f o llo w i n g   f o r m u las:     R R ( τ ) = ( , )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  7 ,   No .   6 Dec em b er   201 7   :   3 3 1 3     3 3 1 7   3316   r r ( τ ) R R ( τ ) /∑ R R ( )     T h en   f i n all y   p ar a m eter   ca ll ed   s y n c h r o n izatio n   in d e x ”( ρ π )   is   f o u n d   an d   p lo tted .   T h f o r m u la  f o r   s y n ch r o n izatio n   i n d ex   i s   as  f o llo w s :     ρ π =1 - (  ( ) ln  ( )   ln ( m i n ) )     T h is   p ar a m eter   “ρ π ”,   w h e n   p lo tted   b et w ee n   its   t w o   c h a n n el s   u s i n g   M A T L A B ,   w i ll  s h o w   ei th er   h i g h ,   m o d er ate,   lo w   o r   n o   s y n ch r o n izatio n   b e t w ee n   th s i g n als  ta k en   f r o m   d if f er en ch a n n els  o f   M A T L A B .   B ased   o n   th v al u o f   s y n c h r o n izati o n   in d e x , o n ca n   co m p ar t h e   s y n ch r o n is m   b et w ee n   b r ain   s ig n a ls   t h at  co n tr o ls   th r esp ir ato r y   f u n ctio n s   o f   b o d y ,   to   t h v a lu o f   s y n ch r o n izatio n   i n d ex   o b tain ed   f r o m   t h h ea lt h y   p er s o n ( r ef er en ce   v al u e s ) .   T h is   w a y   it  w ill  b ec o m ea s i er   to   u n d er s tan d   h o w   an e s t h e s ia  d eliv er ed   to   p er s o n ,   is   a f f ec tin g   it s   r esp ir ato r y   f u n ctio n   an d   t h e   a m o u n t o f   d o s n ee d ed .   T h o n l y   p r ec au t io n   w h ic h   m a y   b r e q u ir ed   in   th is   e n tire   p r o ce s s   is   co r r ec p lace m en o f   E E elec tr o d e,   o n l y   at  th a p o s itio n   o f   b r ain ,   w h ic h   co n tr o ls   th r esp ir ato r y   s ig n al s .   T h ap p ea lin g   f ac to r   o f   th is   al g o r ith m   is   t h at  it  is   v er y   s i m p le  an d   th m et h o d   d ev elo p ed   u s in g   t h is   alg o r ith m   w ill  b u n i v er s al   m et h o d   w h ich   w ill  b h elp f u i n   s tu d y i n g ,   d etec t in g   o r   d iag n o s in g   a ll  t h o s n eu r o lo g ica l d is o r d er s ,   th at  m an i f est t h e m s el v es i n to   ch a n g e s   in   t h p atter n   o f   E E s i g n als .     Mo r eo v er ,   th is   alg o r it h m   m a y   b u s ed   f o r   d etec tin g   d is ea s e s   w h ic h   m an i f e s th e m s el v es  i n   ch a n g es   in   E C an d   E MG   s i g n als  al s o ,   w it h   s lig h c h a n g e s .   So ,   i n   w a y   t h i s   p r o p o s ed   alg o r ith m   ca n   b u s ed   as  b asic f r a m e w o r k   w h ic h   w i ll p av t h w a y   f o r   s tu d y i n g ,   a n d   d iag n o s i n g   d is ea s es t h at  m a n i f est t h e m s el v es i n to   s o m f o r m   o f   b io m ed ical  s ig n als,  lik E C a n d   E MG   s ig n a ls .   No w   t h p r o p o s ed   alg o r ith m   is   co m p r ed   w it h   th o th er   m eth o d s   m en tio n ed   ab o v e,   as f o llo w s :   a.   Co m pa riso w it t he  Dec o m po s it io M o del: Dec o m p o s itio n   m o d el  m ain l y   f o cu s e s   o n   f i n d in g   th e   s y n ch r o n is m   b et w ee n   t h t w o   o r   m o r s ig n a ls   u s in g   t h p h ase  , as   p ar am eter . No w   t h p r o b lem   w it h   th i s   m et h o d   is   th at  p h ase  d ec o m p o s itio n   tech n iq u e s   ar co m p le x   an d   o f ten   r eq u ir ass o ciate d   cir cu itr y   w h ic h   in cr ea s es   th o v er all  co s o f   th d ev ice  o r   th m ac h in w h ic h   w ill   u s t h alg o r it h m   b ased   o n   t h i s   m o d el. C o n tr ar y   to   th is , t h al g o r ith h e m   p r o p o s ed   in   t h is   p ap er , w ill  f i n d   t h s y n ch r o n is m   b et w ee n   t h t w o   s ig n al s   b y   u s i n g   t h s i m p le  m ath e m atica co n ce p o f   r ec u r r en ce s . T h p r o p o s ed   alg o r ith m   s i m p l y   u s es  t h e   g en er alize d   f o r m u la  o f   Sy nc hro niza t io I nd e x (   ρ π ) . T h is   ap p r o ac h   en s u r es  t h at  n o   ad d itio n al  cir c u itr y   is   in v o lv ed   as  t h er is   n o   n ee d   to   ex tr ac an y   p h ase  r elate d   in f o r m atio n   f r o m   t h s i g n al. S o   th is   m et h o d   is   co s t e f f ec ti v an d   s i m p le.   b.   Co m pa riso w it m o del   ba s ed  o s ig na pro ce s s i ng   a nd   s t a t is t ica a na ly s is : T h v ar i o u s   ap p r o ac h es   w h ic h   u s s i g n al  p r o ce s s i n g   m et h o d s   g e n er all y   u s t h al g o r ith m s   lik KNN  al g o r ith m   etc. [ 1 5 ] , [ 1 6 ] T h ese  alg o r it h m s   ar e   v er y   ap p licatio n   s p ec if ic, s o   s u p p o s if   th e y   ar e   d esi g n ed   f o r   s p ec if ic   ap p licatio n , lik f o r   d etec tin g   ep ilep tic  s e izu r e, t h en   if   th at  s a m m eth o d   i s   u s ed   f o r   f i n d in g   s a y , A lz h ei m er , th e n   lo o f   c h a n g e s   n ee d s   to   b d o n i n   s o u r ce   co d an d   s o u r ce   p r o g r a m . B u i f   w u s e   th e   s y n ch r o n izatio n   in d e x   as   p ar a m eter   to   f in d   t h n e u r o lo g ical  d is o r d er , it  w ill  s er v e   as   u n i f o r m   a n d   g en er alize d   m et h o d , w h ic h   ca n   b u se d   to   d etec an y   n e u r o lo g ical  d is o r d er   th at  m a n i f est  its e lf   in   t h e   s y n ch r o n izatio n   o f   s i g n a ls . Si m ilar l y , if   w co m p ar t h p r o p o s ed   alg o r ith m   w it h   m et h o d s   b ased   o n   s tatis t ical  a n al y s is , w e   w ill  s e th at  m et h o d s   b ased   o n   s ta tis tical  a n al y s i s   u s v ar io u s   p ar am eter s   li k d eter m in i s m , la m in ar it y   etc   to   d eter m i n s y n ch r o n is m , w h il th p r o p o s ed   alg o r ith m   o n l y   u s e s   s in g le   p ar am eter   “s y n c h r o n izatio n   I n d ex ”, s o   o b v io u s l y   th e   latter   a p p r o ac h   is   s i m p ler   as  co m p ar ed   to   th f o r m e r   o n e.       3.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S   Si m p lici t y   a n d   r o b u s tn es s   is   t h cr u x   o f   th p r o p o s ed   alg o r ith m . Fro m   t h co m p ar is o n   d o n in   t h e   p r ev io u s   s ec tio n   w e   ca n   ea s il y   m ak o u t h at  t h is   alg o r it h m   h as  g e n er alize d   ap p r o ac h   in   d eter m in i n g   a n y   d is o r d er   w h ich   m an i f e s ts   its e l f   i n   an y   k i n d   o f   s y n ch r o n is m   in   b io m ed ical  s ig n al s .   Si n ce   t h al g o r ith m   h a s   a   g en er alize d   ap p r o ac h   to w ar d s   an y   k in d       n e u r o lo g ical  d is o r d er ,   th p r o g r am   w h ich   w i ll  b d ev elo p ed   b ased   o n   th i s   ap p r o ac h   ca n   b u s ed   f o r   d etec tin g   an y   k i n d   o f   n e u r o lo g ical  d is ea s t h at  m an if e s ts   it s el f   i n   s y n ch r o n izatio n   b et w ee n   s i g n als.       4.   CO NCLU SI O N   T h is   alg o r it h m   i s   s i m p le  a n d   w it h   s li g h t c h an g es,  it c a n   b ap p lied   to   d iag n o s d i f f er e n n eu r o lo g ical  d is o r d er s   lik ep ilep s y ,   alzh ei m er s   d is ea s e,   p ar k i n s o n s   s y n d r o m etc,   s in ce   m o s o f   th n eu r o lo g ica l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       A   N o ve l A p p r o a ch   to   S tu d th E ffects o f A n esth esia   o n   R esp ir a to r S ig n a ls   . . . .   ( Mo h d   S u h a ib   K id w a i)   3317   d is o r d er s   ex h ib it  d is t u r b an ce   in   r eg u lar ,   s y n c h r o n ized   p atter n s   o f   b io m ed ical  s ig n al s   li k E E an d   E C G   s ig n al s .   T h at  d is t u r b an ce   o r   ch a n g e   i n   t h s i g n al   p atter n   ca n   b v is u alize d   u s in g   t h ab o v p r o p o s ed   alg o r ith m .   Mo r eo v er   th i s   al g o r ith m   al s o   p av es  t h w a y   f o r   th d ev elo p m e n o f   s o f t w ar b ased   tech n iq u es   w h ic h   ca n   lead   to   th s i m p le  y et  ef f ec ti v d iag n o s is   o f   n eu r o lo g ical  d is o r d er s   an d   also   e x p lain s   th co m p le x   r ec u r r en ce   p atter n s   b et w ee n   v ar io u s   ac tiv ities   o f   th h u m a n   b o d y .       RE F E R E NC E S   [1 ]   A .   Ba h ra m in a sa b ,   e a l. Dire c ti o n   o f   Co u p li n g   f ro m   P h a se o f   In tera c ti n g   Os c il lato rs:  A   P e r m u tatio n   I n f o rm a ti o n   A p p ro a c h ,   Ph y sic a Rev iew L e tt e rs v o l.   1 0 0 ,   2 0 0 8 .   [2 ]   A .   G ro th ,   Visu a li z a ti o n   o f   c o u p l in g   in   t im e   se rie s b y   o rd e re c u rre n c e   p lo ts ,   Ph y sic a Rev iew ,   v o l.   72,   2 0 0 5 .   [3 ]   A .   P ik o v sk y ,   e a l. ,   S y n c h ro n iza ti o n -   A   Un iv e r sa Co n c e p in   N o n li n e a S c ien c e s,   Ca m b rid g e   U n iv e rsity   P re ss ,   Ca m b rid g e ,   En g lan d ,   2 0 0 1 .   [4 ]   A .   S tefa n o v sk a ,   e a l. Re v e rsib le T ra n siti o n s b e tw e e n   S y n c h ro n iza ti o n   S tate s o f   th e   Ca rd i o re sp irat o ry   s y ste m .”   [5 ]   S a c re d   He a rt  He a lt h Ca re   S y ste m ,   Am b u lato ry   El e c tro e n c e p h a lo g ra p h y   (EE G ) ,”   C a rd io   re sp ira to ry   S y ste Ph y s.   Rev .   L e tt . v o l .   85 ,   p p .   4 8 3 1 2 0 0 0 .     [6 ]   M .   Nik n a z a r,   e a l. A   Ne w   F ra m e w o rk   Ba s e d   o n   Re c u rre n c e   Qu a n ti f ica ti o n   A n a ly sis  f o Ep il e p ti c   S e izu re   De tec ti o n ,”   IEE J o u rn a o B io me d ica a n d   He a lt h   I n f o rm a ti c s v o l/ issu e :   1 7 (3 ) 2 0 1 3 .     [7 ]   J.  En g e l,   e a l. ,   E p il e p sy A   Co m p re h e n siv e   T e x tb o o k ,”   L ip p in c o t t   W il li a m s &   W il k in s,  2 0 0 7 .   [8 ]   B.   L it t,   e a l . ,   T ra n sla ti n g   S e izu re   De tec ti o n ,   P re d ictio n   a n d   Bra in   S ti m u latio n   In t o   Im p lan ta b le  De v ice f o Ep il e p sy ,”   i Co n fer e n c e   Pro c e e d in g in   th e   1 st  In ter n a ti o n a IE E EM BS   Co n fer e n c e   o n   Ne u ra E n g i n e e rin g ,   p p .   485 4 8 8 ,   2 0 0 3 .   [9 ]   B.   L it a n d   K.  Leh n e rtz ,   S e izu re   P re d icti o n   a n d   th e   P re se izu re   P e rio d ,”   Cu rr e n Op i n i o n   in   Ne u r o l o g y v o l/ issu e :   1 5 ( 2 ) ,   p p .   1 7 3 1 7 7 ,   2 0 0 2 .   [1 0 ]   S.  S a n e a n d   J.   Ch a m b e rs ,   EE G   S ig n a P ro c e ss in g ,”   W il e y - In ters c ien c e ,   2 0 0 7 .   [1 1 ]   B.   S c h e lt e r,   e a l . ,   Do   F a lse P r e d ictio n s   o f   S e izu re De p e n d   o n   t h e   S tate   o f   V ig il a n c e ?   Ep il e p sia v o l /i ss u e :   4 7 ( 1 2 ) ,   p p .   2 0 5 8 - 2 0 7 0 ,   2 0 0 6 .   [1 2 ]   R.   S c h u y ler,  e a l . ,   Ep il e p ti c S e izu re   De tec ti o n ,”   E n g i n e e rin g   in   M e d icin e   a n d   Bi o l o g y   M a g a zi n e ,   I EE E,   v o l/ iss u e :   2 6 ( 2 ) ,   p p .   74 8 1 ,   2 0 0 7 .   [1 3 ]   B.   S h n e k e a n d   N.  F o u n tai n ,   Ep i lep sy ,”   Dis e a se - a - M o n th v o l/ issu e 4 9 ( 7 ) ,   p p .   4 2 6 4 7 8 ,   2 0 0 3 .   [1 4 ]   M .   W in terh a ld e r,   e a l. ,   T h e   se iz u re   p re d icti o n   c h a ra c teristic:  a   g e n e ra f ra m e w o rk   to   a ss e ss   m a n d   c o m p a re   se i z u re   p re d ictio n   m e th o d s ,”   E p il e p sy   a n d   Beh a v io r ,   2 0 0 3 .   [1 5 ]   M .   H .   D .   M o h a m m a d i,   I m p ro v e d   De n o isi n g   M e th o d   f o Ultras o n ic  Ech o   w it h   M o t h e W a v e l e Op ti m iza ti o n   a n d   b e st b a sis se lec ti o n , ”  IJ ECE ,   v ol /i ss u e 6 ( 6 ) ,   2 0 1 6 .   [1 6 ]   N .   M o h a n ,   M o d if ied   V a riatio n a M o d e   De c o m p o siti o n   F o P o w e L in e   In terf e re n c e   Re m o v a in   ECG   S ig n a ls , ”  IJ ECE ,   v ol /i ss u e :   6 ( 1 ) ,   2 0 1 6 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       M o h d   S u h a i b   Ki d w a i,   is  a   re se a rc h   sc h o lar,   in   th e   De p a rtme n o f   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n ,   In teg ra Un iv e rs it y .   He   h a in tere st  in   Dig it a El e c tro n ics ,   S ig n a P r o c e ss in g   a n d   Bio m e d ica El e c tro n ics .     P r o f .   S . Ha sa n   S a e e d   is  c u rre n tl y   w o rk in g   a s   P ro f e ss o &   He a d   o f   th e   De p a rtme n in   El e c tro n ics   &   Co m m u n ica ti o n   E n g in e e rin g   d e p a rtme n t,   F a c u lt y   o f   En g in e e rin g   a In teg ra Un iv e rsit y .   He   d id   h is  B. T e c h   in   El e c tri c a l   En g in e e rin g   f ro m   Zak ir  Hu ss a in C o ll e g e   o f   En g in e e rin g   a n d   T e c h n o lo g y ,   c a m p u c o ll e g e   o f   A li g a rh   M u slim   Un iv e rsity   ( AMU),   A li g a rh ,   Uttar  P ra d e sh   i n   y e a 1 9 9 2   a n d   re c e iv e d   P h D f ro m   In teg ra Un iv e rsity ,   L u c k n o w   in   y e a 2 0 1 0 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.