I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o I n fo r m ati c s   an d   C o mmu n i c ati o n   Te c h n o l o gy  (I J - I C T)   V o l .   6,   N o .   2 ,   A ugus t   201 7,   pp .   1 17~ 1 22   IS S N :   2252 - 8776 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j i c t . v 6i 2 . pp1 17 - 122             117       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i ae s j o ur nal . c om / on l i n e / i nde x . php/ IJ ICT   A   N o v e l   A p p r o a c h   t o   S t u d y   t h e   E f f e c t o f   A n e st h e s i a   o n   R e sp i r a t o r y   S i g n a l s b y   u s i n g   t h e   E E G Si g n a l s       M o h d   S u h ai b   K i d w ai * ,   S .   H as an   S ae e d   D e pa r t m e n t   o f   E l e c t r o ni c s   a nd   C o m m uni c a t i o n   E ng i ne e r i ng ,   I nt e g r a l   U ni v e r s i t y ,   I ndi a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e F e b   20,   2 017   R e v i s e J un   27 ,   2017   A c c e pt e J ul   2 0,   2017       G e ne r a l   a ne s t he s i a   pl a y s   a   c r uc i a l   r o l e   i n   m a ny   s ur g i c a l   pr o c e dur e s I t   i s   a   dr ug - i nduc e d ,   r e v e r s i bl e   s t a t e   c ha r a c t e r i z e d   by   unc o ns c i o us ne s s ,   a n t i - no c i c e pt i o o r   a na l g e s i a ,   i m m o bi l i t y   a nd  a m ne s i a .   O n   r a r e   o c c a s i o ns ,   ho w e v e r ,   t he   p a t i e n t   c a r e m a i n   unc o ns c i o us   l o ng e r   t ha i n t e n de d,   o r   m a y   r e g a i n   a w a r e ne s s   dur i ng   s ur g e r y .   T he r e   a r e   no   pr e c i s e   m e a s ur e s   f o r   ma i n t a i ni ng   t h e   c o r r e c t   do s e   o f   a ne s t he t i c ,   a n t he r e   i s   c ur r e nt l y   n o   f ul l y   r e l i a bl e   i n s t r um e n t   t o   m o ni t o r   d e p t h   o f   a ne s t h e s i a .   A l t ho ug a   n um be r   o f   de v i c e s   f o r   m o ni t o r i ng   br a i f unc t i o o r   s y m pa t he t i c   o ut pu t   a r e   c om m e r c i a l l y   a v a i l a b l e ,   t he   a n e s t he t i s t   a l s o   r e l i e s   o n   c l i ni c a l   a s s e s s m e nt   a nd   e xpe r i e nc e   t o   j u dg e   a n e s t he t i c   de p t h .   T he   und e s i r a bl e   c o ns e q ue nc e s   o f   o v e r do s e   o r   uni n t e n de a w a r e ne s s   m i g ht   i p r i nc i pl e   b e   a m e l i o r a t e by   i m pr o v e c o nt r o l   i f   w e   c o ul un de r s t a nd   be t t e r   t he   c ha ng e s   i f un c t i o t h a t   o c c ur   dur i ng   g e ne r a l   a ne s t h e s i a C o up l i ng   f unc t i o ns   pr e s c r i be   t h e   phy s i c a l   r ul e   s pe c i f y i ng   ho w   t he   i n t e r - o s c i l l a t o r   i nt e r a c t i o ns   o c c ur .   T h e y   de t e r m i ne   t he   po s s i bi l i t y   o f   qua l i t a t i v e   t r a n s i t i o ns   be t w e e t h e   o s c i l l a t i o ns ,   e . g .   r o ut e s   i nt o   a nd   o ut   o f   pha s e   s y nc hr o n i z a t i o n.   T h e i r   de c o m po s i t i o c a n   de s c r i be   t he   f unc t i o na l   c o nt r i bu t i o n   f r o m   e a c s e p a r a t e   s ub s y s t e m   w i t hi n   a   s i ng l e   c o upl i ng   r e l a t i o ns hi p .   I t h i s   w a y ,   c o upl i ng   f unc t i o ns   o f f e r   a   un i q ue   m e a n s   o f   de s c r i b i ng   m e c ha n i s m s   i a   uni f i e d   a n m a t h e m a t i c a l l y   pr e c i s e   w a y .   I t   i s   a   f a s t   g r o w i ng   f i e l d   o f   r e s e a r c h ,   w i t h   m uc r e c e nt   p r o g r e s s   o t he   t he o r y   a nd  e s pe c i a l l y   t o w a r ds   b e i ng   a bl e   t o   e xt r a c t   a nd  r e c o ns t r uc t   t he   c o upl i ng   f unc t i o ns   b e t w e e n   i nt e r a c t i ng   o s c i l l a t i o ns   f r o m   d a t a ,   l e a di ng   t o   us e f ul   a ppl i c a t i o ns   i n   c a r d i o   r e s p i r a t o r y   i nt e r a c t i o ns .   I t hi s   pa p e r ,   a   no v e l   a p pr o a c ha s   be e n   pr o po s e d   f o r   de t e c t i ng   t h e   c ha ng e s   i n   s y nc hr o ni s m   o f   br a i s i g na l s ,   t a ke f r o m   E E G   m a c hi ne .   D u r i ng   t he   e f f e c t   o f   a ne s t h e s i a ,   t h e r e   a r e   c e r t a i c ha ng e s   i t he   E E G   s i g na l s .   T ho s e   s i g na l s   s ho w   c ha ng e s   i t he i r   s y nc hr o ni s m .   T h i s   ph e no m e no o f   s y nc hr o ni s m   c a b e   ut i l i z e t o   s t u dy   t he   e f f e c t   o f   a ne s t he s i a   o r e s p i r a t o r y   pa r a m e t e r s   l i ke   r e s pi r a t i o n   r a t e   e t c ,   a nd   he nc e   t he   qua nt i t y   o f   a ne s t he s i a   c a n   be   r e g ul a t e d,   a nd  i f   a ny   pr o bl e m   o c c ur s   i br e a t hi ng   du r i ng   t he   e f f e c t   o f   a ne s t h e s i a   o pa t i e n t ,   t ha t   c a a l s o   be   m o ni t o r e d   Ke y w or d s :   A n e s t h e s i a   E E G   M a c h i n e   O r de r   pa t t e rn s   R e c urr e n c e   S y n c hr o ni z a t i o I n de x     C opy r i gh t   ©   201 7   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e   A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   M o h S u ha i b   K i dw a i     D e pa rt m e n t   o f   E l e c t r o n i c s   a n Co m m u ni c a t i o E n g i n e e ri n g ,   Int e g r a l   U ni v e r s i t y ,   L uc kn o w , U . P ,   I n d i a   E m a i l :   da n_kdw @ r e di f f m a i l . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N     E v e r y   f un c t i o o f   t h e   h u m a b o d y   i s   b e i ng   c o n t r o l l e d   by   b r a i n ,   a n d   a s   s uc t h e r e   i s   a   c e rt a i ki nd  o s y n c hr o ni s m   b e t w e e n   b r a i a nd  v a r i o us   v o l un t a r y   a n d   i n v o l unt a r y   pr o c e s s e s   of   b o d y .   W h e t hi s   s y n c hr o ni s m   i s   l o s t   i t   b e c o m e s   a   di s o r de r,   f o r   e xa m p l e   e pi l e pt i c   f i t s ,   b r e a t hl e s s n e s s   e t c   [1] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2252 - 8776   IJ - ICT    V o l .   6 ,   N o .   2,     A u gus t   2017 :     117     122   118   In  t h i s   p a pe f oc us   i s   t h e r e ,   o u nde r s t a n d i n g   t h e   s y n c hr o ni s m   b e t w e e n   t h e   b r a i a nd   r e s pi r a t o r y   b i o m e di c a l   s i g na l s   a n d   h e n c e   t r y i n g   t o   u n de r s t a nd   w h a t   e ff e c t   do e s   a n e s t h e s i a   de l i v e r y   h a s ,   o t h e   p a t i e nt ’s   r e s pi ra t o r y   ra t e . T h e   s i g na l s   a r e   t a ke f r o m   E E G   m a c hi n e   a n d   a r e   s t udi e d   f o r   t h e   c o r r e s po n d i n r e s pi ra t o r y   ra t e   c h a nge s   du r i n g   di s s e m i n a t i o o f   a n e s t h e s i a   t o   t h e   p a t i e nt   du ri n s u rge ri e s .   T h i s   w o r m a i n l y   pr o po s e s   a n   a l go ri t hm ,   w hi c ut i l i z e s   t h e   c o n c e pt   o f   r e c urr e n c e   t o   a na l y z e   t h e   s y n c hr o n i s m   b e t w e e n   t h e   b r a i n   a n d   b r e a t h i ng  p h e n o m e n o n.   T h e   a l go ri t hm   us e s   t h e   c o n c e pt   o f   r e c urr e n c e   a nd  t e l l s   t h e   de g r e e   o f   c o upl i n g   o r   s y n c hr o n i s m   b e t w e e n   t h e   b r a i n   s i g na l s   ( E E G   s i g na l s a n r e s pi ra t i o n   ra t e .   H e n c e ,   i t   w i l l   h e l t h e   a n e s t h e t i s t   t o   m o n i t o r   t h e   e ffe c t   of   a n e s t h e s i a   o t h e   p a t i e nt ’s   v i t a l   pa ra m e t e r s   a n d   i t   c a a l s o   b e   us e t o   s t ud y   a bo ut   t h e   qu a nt i t y   of  a n e s t h e s i a   t h a t   c a n   b e   gi v e t o   t h e   pa t i e n t .   B ut   b e fo r e   p r o c e e di n g   t o   t h e   m a i n   w o r k,   l e t ’s   f oc us   o n   t h e   v a r i o us   o t h e m e t h o ds .   T h e y   a r e   a s   fo l l ow s :     1. 1   D e c o m p o s i ti o n   M o d e l   ( B as e d   o n   C ou p l i n g)   T h e   f o r m   o f   a   c o upl i n g   f un c t i o n   de pe n ds   o t h e   d i f fe r i n g   c ont r i b ut i o n s   f r o m   i ndi v i du a l   o s c i l l a t i o n s .   Cha n ge s   i f o r m   m a y   de pe n p r e do m i n a nt l y   o n   o nl y   o n e   o f   t h e   p h a s e s   ( a l o ng  o n e - a xi s ) ,   o t h e y   m a y   de pe n o n   b o t h   p h a s e s ,   o f t e n   r e s ul t i ng  i a   c o m pl i c a t e d   a nd  i n t u i t i v e l y   un c l e a de pe nde n c e .   T hi s   de m o n s t r a t e s   t h e   n e e f o r   a   m o de l   a b l e   t o   di s t i n g ui s t h e   i n di v i du a l   f un c t i o na l   c o n t r i b ut i o n s   t o   a   c o upl i n g.     T h i s   m o de l   m a i nl y   t a ke s   p ha s e   i nt o   c o n s i de r a t i o n,   t h o ug a m p l i t ude   dy n a m i c s   c a a l s o   b e   t a ke i n t o   c o n s i de ra t i o n.   T h e   c o upl i n g   b e t w e e n   t h e   v a ri o us   s i gna l s   o r   t h e   r e c urr e n c e s   i s   f o un o ut   a n d   di s o rde r s   a r e   di a g n o s e o t h e   b a s i s   o f   c o upl i ng  s t r e n g t [3 - 6] .   P r e v i o us   c o upl i n t r e a t m e nt s ,   i n c l ud i n g   t h e   c r o s s - f r e que n c y   c o upl i n g   i n e ur o s c i e n c e ,   ha v e   fo c u s e d   o n   t h e   n e t   c o upl i n g   i n   o n e   di r e c t i o n.   I t hi s   m o de l ,   w e   de c o m pos e   t h e   n e t   c o upl i n i n t o   t w o   c o m po n e n t s   de pe n di n g   o t h e i r   f u n c t i o n a l   r o l e s :   t h e   d i r e c t   a nd  t h e   i ndi r e c t   c o upl i n gs .   D i r e c t - c o upl i n g   de s c r i b e s   t h e   i n f l ue n c e   o f   t h e   di r e c t   (u ni di r e c t i o na l d ri v i n g   t ha t   o n e   o s c i l l a t o e xe r t s   o n   t h e   o t h e r .   A r gua b l y ,   i t   i s   t h e   m o s t   s t udi e i n t e r a c t i o i p h y s i o l o g y ,   of t e n   l i n ke t o   m o dul a t i o m e c h a ni s m s . T h e   s e c o n c o m po n e n t ,   i n di r e c t - c o upl i n g ,   o f t e n   c a l l e d   c o m m o n - c o upl i n g ,   a n d   de pe n ds   o t h e   s h a r e d   c o n t ri b ut i o n s   o f   t h e   t w o   o s c i l l a t i o n s .   T h e   i n di r e c t   c o upl i n g   a l s o   i n c l ude s   t h e   di f f us i v e   c o upl i ng  g i v e w i t t h e   p ha s e   d i f fe r e n c e   t e rm s .   T h e   m e c h a ni s m   b e hi n d   t hi s   c o upl i n g   c o m po n e nt   o p r o c e s s ,   a l t h o ug w e   p r e s e n t   t h e   m o de l   i r e l a t i o t o   p ha s e   d y n a m i c s ,   a   s i m i l a r   f u n c t i o n a l   de c o m po s i t i o n   o f   t h e   c o upl i n g s   c a n   a l s o   b e   a ppl i e t o   a m p l i t ude   dy n a m i c s .   In  t e r m s   o f   t h e   ge n e ra l   t h e o r y   of   ph a s e   dy n a m i c s   a nd  e qua t i o n ,   t h e   c o upl i ng  f un c t i o n   q 1(ϕ1 , ϕ2)  c a b e   e xpr e s s e a s   t h e   p r o duc t   o f   t w o   f un c t i o n s     q1(ϕ1, ϕ 2)  = P ( ϕ1)P 2(ϕ2)       w h e r e   P 1(ϕ1)  i s   t h e   p h a s e   r e s po n s e   c ur v e   (P R C)  of   t h e   f i r s t   o s c i l l a t o r   a n s h o w s   h ow   i t   r e s po n ds   t o   e xt e rn a l   pe r t u r b a t i o n s ,   w h i l e   P 2(ϕ2)   i s   t h e   pe r t u r b a t i o f u n c t i o t hr o ug h   w hi c h   t h e   s e c o n o s c i l l a t o a c t s   o t h e   f i r s t   o n e   [7 - 8] .       1. 2 .   S i gn al   p r o c e s s i n g   an d   s tat i s ti c al   an a l ys i s   T h e   s i g na l s   w e r e   f i r s t   i n s pe c t e v i s ua l l y ,   f o l l ow e by   a ut om a t e a r t i f a c t   r e m o v a l   b y   i nt e r po l a t i o n .   D a t a   f r o m   s ub j e c t s   w h o s e   s i gn a l s   ha d   m a n y   a r t i f a c t s   w e r e   di s r e ga r de a n d   n o t   a na l y z e d.   T h e   c r o s s - f r e que n c y   i n t e r v a l s   w e r e   e s t i m a t e by   s t a n d a r d   di g i t a l   f i l t e r i ng  p r o c e d ur e s ,   i n c l udi ng  a   F IR   f i l t e f o l l ow e by   a   z e r o - pha s e   di g i t a l   f i l t e ri n p r o c e dur e   t o   e n s u r e   t ha t   n o   t i m e   o r   pha s e   l a gs   w e r e   i nt r o duc e by   t h e   f i l t e r i n g .   T h e   bo un da ri e s   o f   t h e   i n t e r v a l s   e xt ra c t e f r o m   t h e   E E G   s i g na l   w e r e   δ = 0 . 8 4  H z ,   θ = 4 7. 5  H z ,   α = 7. 5 14  H z ,   β = 14 22  H z   a n γ = 22 10 0  H z ;   t h e   i nt e r v a l   e xt r a c t e f r o m   t he   r e s pi r a t i o n   s i g na l   w a s   r = 0. 1 45 0 . 6  H z ;   a n d   t h e   e xt ra c t i o o f   t h e   h e a r t   a c t i v i t y   f r o m   t h e   E CG   s i g na l   w a s   h= 0 . 6 2  H z .   W a v e l e t   pow e r   a n c o h e r e n c e   a na l y s e s ,   t o ge t h e r   w i t f ur t h e c l i ni c a l   i nt e r p r e t a t i o n,   w i l l   b e   p r e s e n t e e l s e w h e r e .   F o t h e   E E G   o s c i l l a t i o n s   s pe c i a l   c a r e   w a s   t a ke i de a l i ng   w i t f r e que n c y   s pi l l a ge   b e t w e e i n t e r v a l s ,   h e a rt   a rt i f a c t s   a nd   po w e r   l i n e   a rt i f a c t s   [7 - 8] .   T h e t h e   c o upl i n g   b e t w e e n   t h e s e   o b t a i n e E CG   s i g na l s   a nd  t h o s e   o b t a i n e d   f r o m   E E G   m a c h i n e   i s   s t udi e a nd  c o m pa r e w i t h   t h e   s t a n d a r v a l ue s   o f   v a r i o us   s t a t i s t i c a l   pa ra m e t e r s ,   w h i c h   a r e   o b t a i n e f r o m   t h e   h e a l t h y   pe r s o n .   F o l l ow i n p a ra m e t e r s   c a b e   us e t o   s t udy   t h e   r e c urr e n c e   pa t t e rn  i t h e   b i o m e di c a l   s i g n a l s :   1.   D e t e r m i n i s m (D E T ):   T h e s e   m e a s u r e s   a r e   b a s e o n   t h e   h i s t o gra m   P ( l o f   di a go na l   l i n e s   o f   l e n g t h   l P r o c e s s e s   w i t u n c o rr e l a t e o w e a kl y   c o r r e l a t e d,   s t o c ha s t i c   o c ha o t i c   b e h a v i o c a us e   n o n e   o v e r y   s h o r t   d i a go n a l s ,   w h e r e a s   de t e rm i ni s t i c   p r o c e s s e s   c a us e   l o n ge di a go na l s   a nd  l e s s   s i n g l e ,   i s o l a t e r e c urr e n c e   po i n t s   .   T h e r e f o r e ,   t h e   ra t i o   o f   r e c urr e n c e   po i n t s   t ha t   f o r m   d i a go n a l   s t ruc t u r e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - ICT     IS S N :   2252 - 8776       A   N ov e l   A ppr o ac h   t o   S t udy   t he   E f f e c t s   o f   A ne s t he s i o R e s p i r at or y   Si gnal s   by   . . .   ( Mohd   Suh ai b   Ki dw ai )   119   (of   m i ni m um   l e n g t l m i n )   t o   a l l   r e c urr e n c e   po i n t s   i s   i nt r o duc e a s   a   m e a s u r e   f o de t e rm i ni s m   (o pr e di c t a b i l i t y of   t h e   s y s t e m :     D E T =  ( ) .  ( ) = 1   2.   A   di a go n a l   l i n e   o f   l e n gt h   m e a n s   t ha t   a   s e gm e nt   o f   t h e   t ra j e c t o r y   i s   r a t h e r   c l o s e   dur i ng  t i m e   s t e p   t o   a n o t h e r   s e gm e n t   o f   t h e   t r a j e c t o r y   a t   a   di f f e r e n t   t i m e ;   t h us ,   t h e s e   l i n e s   a r e   r e l a t e t o   t h e   di v e r ge n c e   o f   t h e   t ra j e c t o r y   s e gm e n t s .   T h e   a v e ra ge   d i a go n a l   l i n e   l e ngt i s   t h e   a v e r a ge   t i m e   t h a t   t w o   s e gm e n t s   o f   t h e   t ra j e c t o r y   a r e   c l o s e   t o   e a c o t h e r,   a n c a n   b e   i nt e r p r e t e a s   t h e   m e a pr e di c t i o t i m e   [9 - 10] .     L=  ( ) . ( ) .     3.   M e a s ur e s   b a s e o n   v e r t i c a l   l i n e s :   T h e s e   m e a s u r e s   a r e   b a s e o n   t h e   h i s t o gra m   P (v o f   v e r t i c a l   l i n e s   of   l e n g t h   v .   T h e   ra t i o   b e t w e e n   t h e   r e c urr e n c e   po i n t s   f o r m i ng  t h e   v e rt i c a l   s t ruc t u r e s   a n d   t h e   e nt i r e   s e t   o f   r e c urr e n c e   po i n t s   i s   c a l l e d   l a m i n a ri t y   [10 - 11] .     L A M =  ( ) .  ( ) = 1     T h e   c o m put a t i o o f   L A M   i s   r e a l i z e d   f o r   t h o s e   t ha t   e xc e e a   m i n i m a l   l e n gt v m i i o r de t o   de c r e a s e   t h e   i n f l ue n c e   o f   t h e   t a n ge n t i a l   m o t i o n .   L A M   r e p r e s e n t s   t h e   o c c ur r e n c e   o f   l a m i na s t a t e s   i t h e   s y s t e m   w i t h o ut   de s c ri b i n t h e   l e n g t h   o f   t h e s e   l a m i na r   p ha s e s .   It   w i l l   de c r e a s e   i f   t h e   R P   c o n s i s t s   o f   m o r e   s i ngl e   r e c u rr e n c e   po i n t s   t ha v e r t i c a l   s t ruc t u r e s .   T h e   a v e ra ge   l e n g t h   o f   v e r t i c a l   s t r uc t u r e s   i s   c a l l e t ra ppi ng  t i m e   (T T )     L A M =  ( ) . ( ) .         2.   R ES EA R C H   M ET H O D     T h e   m a t h e m a t i c a l   c o n c e pt   o f   r e c urr e n c e   i s   t h e   c r ux  o f   t h e   a l go r i t hm .   T h e   E E G   s i g na l s   f r o m   v a ri o us   c h a nn e l s   o f   E E G   m a c hi n e   a r e   t a ke n   a s   a i nput   w h i c h   w i l l   b e   us e by   t h e   p r o gra m   i M A T L A B .   T hi s   pr o g r a m   w i l l   b e   b a s e o t h e   p r o po s e a l go r i t hm   a n d   b a s i c a l l y   c o m p a r e s   t h e   s y n c hr o n i s m   b e t w e e t h e   E E G   s i g n a l s   o f   a n y   t w o   c h a nn e l s .   T hi s   c o m pa ri s o n   i s   do n e   by   us i ng  t h e   c o n c e pt   o f   r e c urr e n c e .   S e c o n t h i ng  i s   t o   f i nd  t h e   de gr e e   o f   r e c u rr e n c e   w h i c h   i s   f o un o ut   by   us i ng  t h e   f o r m ul a   o s y n c hr o ni z a t i o n   i n de x   ρπ   [ 13 - 14] .   T h e   a dv a nt a ge   o f   us i n g   s y n c hr o ni z a t i o n   i n de i t hi s   a l go r i t hm   i s   t h a t   i t   s e r v e s   t w o   pur po s e s ,   f i r s t l y   i t   h e l ps   i u nde r s t a n d i n g   t h e   s y n c hr o ni z a t i o b e t w e e n   t h e   t w o   s i g n a l s   f r o m   E E G   c h a nn e l s   a nd   s e c o n dl y   i t   a l l o w s   t h e   us e t o   f i n t h e   de g r e e   o f   s y n c h r o n i z a t i o n .   U s i n t h e   pl o t   c o m m a n d   o f   M A T L A B ,   t hi s   s y n c hr o n i z a t i o i nde c a b e   s h o w n   i f o r m   o f   gra p h s   . If   t h e   g ra p h   s h o w s   i n c r e a s i n g   pa t t e rn ,   i t   s h o w s   h i g a m o u n t   o f   s y n c h r o ni z a t i o n   b e t w e e n   t h e   t w o   s i gna l s   e l s e   t h e   l o w   s y n c hr o n i z a t i o n .     F i gu r e   1   i s   t h e   d i a g ra m m a t i c   r e pr e s e nt a t i o o f   t h e   p r o po s e a l go r i t hm   f o r   b e t t e r   v i s ua l i z a t i o a n d   unde r s t a n d i n g:       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2252 - 8776   IJ - ICT    V o l .   6 ,   N o .   2,     A u gus t   2017 :     117     122   120       F i gu r e   1 .   T h e   b l o c di a g ra m   o f   t h e   p r o po s e a l go r i t hm       T h e   s t e ps   o f   a l go ri t hm ,   w h o s e   b l o c di a g r a m   i s   de pi c t e d   a s   F i gu r e   1 ,   c a b e   de f i n e a s   f o l l ow s :   a.   T h e   s i g na l s   f r o m   t h e   c h a nn e l s   o f   E E G   m a c h i n e s   a r e   t a ke a n d   put   i a   f o r m   o f   a rr a y   s o   t ha t   i t   c a b e   us e a s   a n   i n pu t .   b.   T h e   s i g na l s   f r o m   t h e   c h a nn e l s   o f   E E G   m a c h i n e s   a r e   t a ke a n d   put   i a   f o r m   o f   a rr a y   s o   t ha t   i t   c a b e   us e a s   a n   i n pu t   i n   M A T L A B   pr o g r a m   b a s e o n   t h i s   a l go ri t hm .     c.   pi e   x( r e f e r s   t o   t h e   o r de pa t t e rn  a nd  i t   i s   f o un o ut   by   c o m pa r i ng  s a m p l e s   by   t h e i r e s pe c t i v e   v a l ue s   a t   di f f e r e n t   i nt e r v a l s .   S i m i l a r l y   pi e   y   y i s   f o un d.     d.   O n c e   w e   h a v e   t h e   v a l ue s   o f   pi e   x   a n d   pi e   y   i f o r m   o f   m a t ri c e s   n e xt   s t e i s   t o   f i n d   o rde p a t t e rn.   I t   i s   fo un a s   f o l l o w s :     O R P (t ,   τ) =   1   i f   π (t ) = π (t + τ)                                         0 ,   o t h e r w i s e     N e xt   s t e i s   t o   f i nd  o ut   t h e   r e c urr e n c e   r a t e   a n d   i t s   n o r m a l i z e d   v a l ue .   T h i s   i s   do n e   us i ng  t h e   f o l l ow i n fo r m u l a s     RR ( τ )= ( , )     rr ( τ )=   R R ( τ )/ ∑R R ( )     T h e f i na l l y   a   p a r a m e t e c a l l e d   s y n c hr o ni z a t i o i nde x”   π )   i s   f o un a n d   p l o t t e d.   T h e   f o r m u l a   f o r   s y n c hr o ni z a t i o n   i n de x   i s   a s   f o l l ow s :     ρ π =1 - (  ( ) ln  ( ) ln ( m i n ) )     T h i s   pa ra m e t e ρ π ,   w h e n   pl o t t e b e t w e e n   i t s   t w o   c h a nn e l s   us i n g   M A T L A B ,   w i l l   s h o w   e i t h e h i g h,   m o de r a t e ,   l o w   o r   n o   s y n c hr o ni z a t i o b e t w e e n   t h e   s i g na l s   t a k e n   f r o m   di f f e r e n t   c h a nn e l s   o f   M A T L A B .   B a s e o n   t h e   v a l ue   o f   s y n c h r o n i z a t i o i n de x ,   o n e   c a c om pa r e   t h e   s y n c hr o n i s m   b e t w e e n   b r a i s i g n a l s   t h a t   c o n t r o l s   t h e   r e s pi ra t o r y   f un c t i o n s   o f   b o d y ,   t o   t he   v a l ue   o f   s y n c hr o ni z a t i o i nde o b t a i n e d   f r o m   t h e   h e a l t h y   pe r s o n ( r e f e r e n c e   v a l ue s ).   T h i s   w a y   i t   w i l l   b e c o m e   e a s i e r   t o   u n de r s t a nd  h o w   a n e s t h e s i a   de l i v e r e t o   a   pe r s o n,   i s   a f fe c t i n i t s   r e s pi ra t o r y   f un c t i o a nd  t h e   a m o u n t   o f   do s e   n e e de d.   T h e   o nl y   pr e c a ut i o w hi c m a y   b e   r e qui r e d   i t h i s   e n t i r e   p r o c e s s   i s   c o rr e c t   p l a c e m e n t   o f   E E G   e l e c t r o de ,   o n l y   a t   t ha t   po s i t i o o f   b r a i n,   w h i c h   c o nt r o l s   t h e   r e s pi r a t o r y   s i gna l s .   T h e   a ppe a l i ng  f a c t o r   o f   t hi s   a l go ri t hm   i s   t ha t   i t   i s   v e r y   s i m pl e   a n t h e   m e t h o de v e l o pe us i n t h i s   a l go ri t hm   w i l l   b e   a   u ni v e r s a l   m e t h o w h i c w i l l   b e   h e l pf ul   i s t udy i n g ,   de t e c t i n g   o d i a g n o s i n g   a l l   t h o s e   n e u r o l o gi c a l   di s o r de r s ,   t ha t   m a ni f e s t   t h e m s e l v e s   i nt o   c h a nge s   i t h e   p a t t e rn  o f   E E G   s i g na l s .     M o r e ov e r ,   t hi s   a l go r i t h m   m a y   be   us e fo r   de t e c t i n g   d i s e a s e s   w h i c h   m a ni f e s t   t h e m s e l v e s   i n   c h a nge s   i E CG   a n d   E M G   s i g n a l s   a l s o ,   w i t s l i g h t   c h a nge s .   S o ,   i a   w a y   t h i s   p r o po s e a l go ri t hm   c a b e   us e a s   a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - ICT     IS S N :   2252 - 8776       A   N ov e l   A ppr o ac h   t o   S t udy   t he   E f f e c t s   o f   A ne s t he s i o R e s p i r at or y   Si gnal s   by   . . .   ( Mohd   Suh ai b   Ki dw ai )   121   b a s i c   f r a m e w o r w h i c h   w i l l   pa v e   t h e   w a y   fo r   s t udy i n g ,   a n d   d i a g n o s i n di s e a s e s   t h a t   m a ni f e s t   t h e m s e l v e s   i nt s o m e   fo r m   o f   b i o m e di c a l   s i g na l s ,   l i ke   E CG   a n d   E M G   s i g na l s .   N ow   t h e   p r o po s e a l go r i t hm   i s   c o m pr e w i t t h e   o t h e m e t ho ds   m e n t i o n e a b ov e ,   a s   f o l l ow s :   a.   C om p ar i s o n   w i th   th e   D e c o m p o s i ti o n   M o d e l :   D e c o m po s i t i o m o de l   m a i nl y   fo c us e s   o n   f i n di ng   t h e   s y n c hr o ni s m   b e t w e e n   t h e   t w o   o r   m o r e   s i g na l s   us i n t h e   p h a s e   , a s   a   pa ra m e t e r. N o w   t h e   pr o b l e m   w i t t hi s   m e t h o i s   t h a t   p ha s e   de c o m po s i t i o n   t e c hn i q ue s   a r e   c o m pl e a n o f t e n   r e qu i r e   a s s o c i a t e c i r c ui t r y   w h i c h   i n c r e a s e s   t h e   o v e r a l l   c o s t   of   t h e   de v i c e   o r   t h e   m a c h i n e   w h i c w i l l   us e   t h e   a l go r i t hm   b a s e o n   t h i s   m o de l . Co n t ra r y   t o   t h i s , t h e   a l go ri t hh e m   p r o po s e i n   t hi s   pa pe r, w i l l   f i n t h e   s y n c hr o n i s m   b e t w e e n   t h e   t w s i g n a l s   by   us i n t h e   s i m pl e   m a t h e m a t i c a l   c o n c e pt   o f   r e c urr e nc e s . T h e   p r o po s e a l go r i t h m   s i m pl y   us e s   t h e   ge n e ra l i z e d   f o r m ul a   o f   “S yn c h r o n i z ati o n   I n d e x ( ρ π )”.   T h i s   a pp r o a c e n s u r e s   t ha t   n o   a dd i t i o na l   c i r c ui t r y   i s   i n v o l v e a s   t h e r e   i s   n o   n e e t o   e xt ra c t   a n y   pha s e   r e l a t e d   i n f o r m a t i o n   f r o m   t h e   s i g na l . S o   t h i s   m e t h o i s   c os t   e ff e c t i v e   a n d   s i m pl e .   b.   C om p ar i s o n   w i th   m o d e l   b as e d   o n   s i gn al   p r o c e s s i n g   an d   s tati s ti c al   an a l ys i s :   T h e   v a r i o us   a pp r o a c h e s   w h i c us e   s i g na l   p r o c e s s i n m e t h o ds   ge n e ra l l y   us e   t h e   a l go ri t h m s   l i ke   K N N   a l go ri t hm   e t c   [15 - 1 6] .     T h e s e   a l go ri t hm s   a r e   v e r y   a ppl i c a t i o n   s pe c i f i c ,   s o   s uppos e   i f   t h e y   a r e   de s i g n e f o r   a   s pe c i f i c   a ppl i c a t i o n ,   l i ke   f o r   de t e c t i ng  e pi l e pt i c   s e i z u r e ,   t h e n   i f   t ha t   s a m e   m e t h o i s   us e f o r   f i n di ng  s a y ,   A l z h e i m e r ,   t h e l o t   o f   c h a n ge s   n e e ds   t o   b e   do n e   i s o u r c e   c o de   a n d   s o ur c e   p r o g r a m .   B ut   i f   w e   us e   t h e   s y n c hr o n i z a t i o i n de a s   a   p a r a m e t e r   t o   f i n d   t h e   n e u r o l o gi c a l   di s o r de r,   i t   w i l l   s e r v e   a s   a   u n i f o r m   a nd  ge n e r a l i z e m e t h o d ,   w h i c h   c a n   b e   u se t o   de t e c t   a n y   n e u r o l o gi c a l   d i s o r de t ha t   m a ni f e s t   i t s e l f   i t h e   s y n c hr o ni z a t i o n   o f   s i g n a l s .   S i m i l a rl y ,   i f   w e   c o m pa r e   t h e   p r o po s e a l go ri t hm   w i t m e t ho ds   b a s e o n   s t a t i s t i c a l   a na l y s i s ,   w e   w i l l   s e e   t ha t   m e t h o ds   b a s e o n   s t a t i s t i c a l   a n a l y s i s   us e   v a r i o us   pa ra m e t e rs   l i ke   de t e rm i ni s m ,   l a m i na ri t y   e t c   t o   de t e r m i n e   s y n c hr o n i s m ,   w h i l e   t h e   p r o po s e a l go r i t h m   o n l y   us e s   a   s i n gl e   p a r a m e t e s y n c hr o ni z a t i o n   I nde x” ,   s ob v i o us l y   t h e   l a t t e a pp r o a c i s   s i m pl e r   a s   c o m pa r e d   t o   t h e   f o r m e r   o n e .       3.   R ES U LTS   A N D   A N A L Y S I S   S i m pl i c i t y   a n d   r o b us t n e s s   i s   t h e   c r ux   o f   t h e   p r o po s e a l go ri t hm . F r o m   t h e   c o m pa ri s o n   do n e   i n   t h e   pr e v i o us   s e c t i o n   w e   c a e a s i l y   m a ke   o ut   t h a t   t hi s   a l go r i t h m   ha s   a   ge n e ra l i z e d   a p p r o a c i de t e rm i ni n g   a n y   di s o r de w hi c m a ni f e s t s   i t s e l f   i n   a n y   ki nd  o f   s y n c hr o ni s m   i b i o m e di c a l   s i g na l s .   S i n c e   t h e   a l go r i t hm   h a s   a   ge n e r a l i z e a pp r o a c t o w a r ds   a n y   ki n d   n e u r o l o gi c a l   di s o rde r,   t h e   p r o g r a m   w h i c w i l l   b e   de v e l o pe b a s e o n   t hi s   a p p r o a c h   c a b e   us e f o r   de t e c t i ng  a n y   ki n d   o f   n e ur o l o gi c a l   d i s e a s e   t h a t   m a ni f e s t s   i t s e l f   i s y n c hr o n i z a t i o b e t w e e n   s i g na l s .       4.   C O N C LU S I O N   T h i s   a l go r i t h m   i s   s i m p l e   a n d   w i t h   s l i g ht   c h a n ge s ,   i t   c a b e   a ppl i e t o   di a g n o s e   di f f e r e n t   n e u r o l o gi c a l   di s o r de r s   l i ke   e pi l e ps y ,   a l z h e i m e r ’s   di s e a s e ,   p a r ki n s o n ’s   s y n dr o m e   e t c ,   s i n c e   m o s t   o f   t h e   n e u r o l o gi c a l   di s o r de r s   e x hi b i t   di s t u r b a n c e   i n   r e gu l a r,   s y n c hr o ni z e p a t t e rn s   o f   b i o m e di c a l   s i g n a l s   l i ke   E E G   a n E CG   s i g n a l s .   T h a t   d i s t u r b a n c e   o r   c h a nge   i n   t h e   s i g na l   pa t t e rn  c a b e   v i s ua l i z e us i n t h e   a b o ve   pr o po s e d   a l go ri t hm .   M o r e ov e r   t hi s   a l go ri t hm   a l s o   pa v e s   t h e   w a y   fo r   t h e   de v e l o pm e n t   o f   s o f t w a r e   b a s e t e c hni que s   w h i c c a l e a d   t o   t h e   s i m pl e   y e t   e ff e c t i v e   di a g n o s i s   o f   n e u ro l o gi c a l   di s o r de r s   a n d   a l s o   e xpl a i n s   t h e   c o m pl e r e c urr e n c e   p a t t e rn s   b e t w e e n   v a ri o us   a c t i v i t i e s   o f   t h e   h u m a n   b o d y .       R EF ER EN C ES     [ 1]   A .   B a h r a m i na s a b ,   F .   G ha s e m i ,   A .   S t e f a no v s ka ,   P . V . E .   M c C l i n t o c k,   H .   K a n t z ,   D i r e c t i o n   o f   C o upl i ng   f r o m   P ha s e s   o f   I nt e r a c t i ng   O s c i l l a t o r s :   A   P e r m ut a t i o I nf o r m a t i o A ppr o a c h ,   P H Y S I C A L   R E V I E W   L E T T E R S ,   1 00,   08 4101   ( 200 8) .   [ 2]   A ndr e a s   G r o t h,   V i s ua l i z a t i o o f   C o up l i ng   i n   T i m e   S e r i e s   by   O r de r   R e c ur r e nc e   P l o t s ,   P H Y S I C A L   R E V I E W   E   72 ,   04622 ( 200 5)   [ 3]   A .   P i ko v s k y ,   M .   R o s e nb l um ,   a nd   J .   K ur t h s ,   Sy nc h r on i z a t i on -   A   U ni v e r s a l   C on c e pt   i N o nl i ne ar   S c i e nc e s ,   C a m br i dg e   U n i v e r s i t y   P r e s s ,   C a m br i dg e ,   E ng l a nd ,   ( 20 01) .   [ 4]   A .   S t e f a no v s ka ,   H .   H a ke n ,   P .   V .   E .   M c C l i nt o c k,   M .   H o z i c ,   F .   B a j r o v i c ,   a n S .   R i ba r i c ,   R e v e r s i bl e   T r a n s i t i o ns   be t w e e n   S y nc hr o ni z a t i o S t a t e s   o f   t he   C a r d i o r e s p i r a t o r y   S y s t e m .   [ 5]   C a r d i o   r e s p i r a t o r y   S y s t e m   P hy s .   R e v .   L e t t . 85 ,   4 831 ( 200 0) . S a c r e d   H e a r t   H e a l t hC a r e   S y s t e m ,   A m bul a t o r y   E l e c t r o e nc e p ha l o g r a phy   ( E E G )   [ O nl i ne ] .   A v a i l a b l e : ht t p: / / w w w . s hh . o r g / ho s pi t a l - s e r v i c e s /   n e u r o di a g no s t i c - t e s t i ng / a m bu l a t o r y . a s p,   M a r .   22 ,   2014   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2252 - 8776   IJ - ICT    V o l .   6 ,   N o .   2,     A u gus t   2017 :     117     122   122   [ 6]   M .   N i kna z a r ,   S .   R .   M o us a v i ,   B .   V o s o ug hi   V a hd a t ,   a n M .   S a y y a h,   A   N e w   F r a m e w o r B a s e o n   R e c ur r e nc e   Q ua nt i f i c a t i o A na l y s i s   f o r   E pi l e p t i c   S e i z ur e   D e t e c t i o n I E E E   J o ur na l   of   B i om e di c a l   and   H e al t h   I n f o r m at i c s vol 17( 3 ) ,   M a y   2013 .     [ 7]   J .   E ng e l ,   T .   P e d l e y ,   J .   A i c a r d i ,   M .   D i c ht e r ,   a n S .   M o s h E p i l e p s y :   C o m pr e he ns i v e   T e x t bo o k .   L i pp i nc o t t   W i l l i a m s   &   W i l ki ns ,   J a n   20 07.   [ 8]   B .   L i t t ,   A .   D A l e s s a nd r o ,   R .   E s t e l l e r ,   J .   E c ha uz ,   a n d   G .   V a c ht s e v a no s ,   T r a n s l a t i ng   S e i z ur e   D e t e c t i o n,   P r e di c t i o a nd  B r a i n   S t i m u l a t i o I nt o   I m pl a nt a b l e   D e v i c e s   f o r   E p i l e ps y ”,   I C onf e r e nc e   P r oc e e di ngs   i t he   1 s t   I nt e r n at i ona l   I E E E   E M B C onf e r e nc e   o N e ur a l   E ng i ne e r i ng ,   pa g e s   48   4 88,   F e 2003 .   [ 9]   B .   L i t t ,   a nd   K .   L e hne r t z ,   S e i z ur e   P r e di c t i o a n t he   P r e s e i z u r e   P e r i o d ”,   C u r r e nt   O p i n i on   i N e ur o l og y ,   1 5( 2 ) : 173 177,   A pr   2002 .   [ 10]   S .   S a n e i ,   a nd   J .   C ha m b e r s .   E E G   S i g na l   P r o c e s s i ng ”,   W i l e y - I nt e r s c i e nc e ,   2 007 .   [ 11]   B .   S c he l t e r ,   M .   W i nt e r h a l d e r ,   T .   M a i w a l d,   A .   B r a n dt ,   A .   S c ha d,   J .   T i m m e r ,   a n d   A .   S c hul z e - B o nha g e .   D o   F a l s e P r e d i c t i o ns   o f   S e i z ur e s   D e p e nd   o t he   S t a t e   o f   V i g i l a nc e ? ,   E pi l e ps i a ,   47 ( 12 ) : 20582070 ,   N o v   2006 .   [ 12]   R .   S c huy l e r ,   A .   W hi t e ,   K .   S t a l e y ,   a nd   K .   C i o s ,   E p i l e pt i c S e i z u r e   D e t e c t i o n ”,   E n gi ne e r i n i n   M e di c i ne   an B i o l og y   M ag az i ne ,   I E E E ,   26( 2) : 74     81 ,   M ar   200 7.   [ 13]   B .   S hne ke r ,   a nd   N .   F o un t a i n .   E pi l e ps y .   D i s e as e - a - M on t h ,   49( 7) : 426 478 ,   J u l   2 003 .   [ 14]   M   W i nt e r ha l de r ,   T   M a i w a l d ,   a n H   V o s s ,   T he   S e i z ur e   P r e di c t i o C h a r a c t e r i s t i c :   a   G e ne r a l   F r a m e w o r k   t o   A s s e s s   M a n C o m pa r e   S e i z u r e   P r e di c t i o M e t ho ds ”,   E pi l e ps y   an B e ha v i o r ,   J a 2003 .   [ 15]   M o ha m m a H o s s e i n   D o o s t   M o ha m m a d i ,   I m pr o v e D e no i s i ng   M e t ho f o r   U l t r a s o ni c   E c ho   w i t M o t he r   W a v e l e t   O pt i m i z a t i o a n B e s t   B a s i s   S e l e c t i o n ,   I J E C E ,   vol   i s s u e   6,   D e c e e m be r   20 16 .   [ 16]   N e e t h M o ha n ,   M o di f i e V a r i a t i o na l   M o de   D e c o m po s i t i o f o r   P o w e r   L i ne   I nt e r f e r e nc e   R e m o v a l   i E C G   S i g na l s I J E C E ,   v o l   6   no   1,   F e b r ua r y   2016.       BI O G R A P H I ES   O F   A U T H O R S         M o hd  S u ha i K i dw a i ,   i s   a   r e s e a r c h   s c ho l a r , i n   t he   D e pa r t m e nt   o f   E l e c t r o ni c s   a nd   C o m m uni c a t i o n, I nt e g r a l   U n i v e r s i t y . H e   ha s   i n t e r e s t   i n   D i g i t a l   E l e c t r o ni c s , S i g na l   P r o c e s s i ng   a nd   B i o m e di c a l   E l e c t r o ni c s           P r o f .   S . H a s a n   S a e e d   i s   c ur r e n t l y   w o r ki ng   a s   P r o f e s s o r   &   H e a d   o f   t he   D e pa r t m e nt   i n   E l e c t r o n i c s   &   C o m m uni c a t i o n   E ng i ne e r i ng   de p a r t m e n t ,   F a c ul t y   o f   E ng i ne e r i ng   a t   I nt e g r a l   U n i v e r s i t y .   H e   di h i s   B . T e c i n   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   f r o m   Z a k i r   H us s a i nC o l l e g e   o f   E ng i ne e r i ng   a nd   T e c hn o l o gy ,   c a m pus   c o l l e g e   o f   A l i g a r h   M us l i m   U n i v e r s i t y   ( A M U ) ,   A l i g a r h ,   U t t a r   P r a de s h   i n   y e a r   1992   a n r e c e i v e d   P hD   f r o m   I nt e g r a l   U ni v e r s i t y ,   L uc kno w   i y e a r   2010 .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.