Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2022, № 7 · BIOMEDICAL RADIO ELECTRONICS

Investigation of the dynamics of pulse signals phase portraits

V.V. Boronoev1, V.D. Ompokov1

1 Institute of Physical Materials Science of the RAS, Ulan-Ude, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2022.7.11 UDC 51-7:537.86 EDN HBDFYN

Abstract

The article proposes a method of phase representation of dynamic systems for the analysis of pulse waves. A phase portrait is constructed, which is a set of phase trajectories obtained over a certain period of time. The technique of quantitative assessment of the blood ejection intensity in the rapid ejection phase of the cardiac cycle by a pulse wave is substantiated. It establishes quantitative criteria for the blood ejection intensity parameter in chronic and acute forms of diseases. Phase portraits of pulse waves are investigated. It is shown that the contour of the phase portrait mainly reflects the pulse wave amplitude parameters and intensity of the fast and slow ejection phases. The main qualitative regularities of various types of pulse waves are revealed. A quantitative indicator characterizing the geometry of the phase portrait is introduced and experimentally investigated. It allows you to differentiate pulse waves for their compliance with acute or chronic diseases. It is shown that the feature of the phase representation is that it demonstrates the dynamic properties of the system in a compact form. It can be used to evaluate the velocity characteristics of the process, its stationarity.

  • pulse wave
  • phase portraits
  • cardiac cycle
Аннотация (на русском)

Исследование динамики фазовых портретов пульсовых сигналов

Для анализа пульсовых сигналов предложено использовать метод фазового представления динамических систем, фазовый портрет которых представляет собой совокупность фазовых траекторий, полученных за некоторый период времени. Обоснована методика количественной оценки показателя интенсивности выброса крови в фазе быстрого изгнания сердечного цикла по пульсограмме. Установлены количественные критерии связи показателя интенсивности выброса при острых и хронических формах заболевания. Проведено исследование фазовых портретов пульсовых сигналов. Показано, что общий контур фазового портрета отражает в основном амплитудные показатели и интенсивность фаз быстрого и медленного изгнания (наполнения пульса). Выявлены основные качественные закономерности пульсовых сигналов различных типов. Введен и экспериментально исследован количественный показатель, характеризующий геометрию фазового портрета и позволяющий дифференцировать пульсы на их соответствие острым или хроническим заболеваниям. Показано, что особенность фазового представления заключается в том, что он в компактной форме отражает динамические свойства наблюдаемой системы. С его помощью можно оценить скоростные характеристики процесса, его стационарность.

For citation

Boronoev V.V., Ompokov V.D. Investigation of the dynamics of pulse signals phase portraits // Journal of Radio Electronics. – 2022. – No. 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.7.11

References

  1. Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний. Санкт-Петербург, Лань. 2005. 440 с.
  2. Хаяси Т. Нелинейные колебания в физических системах. Москва, Мир. 1968. 432 с.
  3. Куракин В.Г., Куракин П.В. Фазовый портрет рассеянного сгустка заряженных частиц. Журнал технической физики. 2018. Т.88. №5. С.795-798. https://doi.org/10.21883/JTF.2018.05.45910.2342
  4. Усманова К.Р., Журавлев Ю.И., Рудаков К.В., Стрижов В.В. Аппроксимация фазовой траектории квазипериодических сигналов методом сферической регрессии. Вестник Московского университета. 2020. №4. С.40-46.
  5. Chikhachev A.S. Dynamics of the Phase Portrait of an Ellipsoidal Charged Bunch in a Nonuniform Magnetic Field. Journal of Communications Technology and Electronics. 2017. V.62. №12. P.1408-1413. https://doi.org/10.1134/S1064226917110031
  6. Минина Е.Н., Файнзильберг Л.С. Анализ функционального состояния сердечно-сосудистой системы по совокупности признаков фазового портрета одноканальной ЭКГ. Российский кардиологический журнал. 2015. Т.20. №12. С.7-13. https://doi.org/10.15829/1560-4071-2015-12-7-13
  7. Басараб М.А., Коннова Н.С., Митрохин В.Н. и др. Диагностика состояний сердечно-сосудистой системы методами нелинейной цифровой обработки сигналов доплеровских измерителей скорости кровотока. Биомедицинская радиоэлектроника. 2017. №5. С.3-12.
  8. Гришутина Е.А., Баландин В.А. Модель и фазовый портрет Т-зубца ЭКГ при ишемической болезни сердца. Инновационные технологии в электронике и приборостроении: сборник докладов Российской научно-технической конференции с международным участием Физико-технологического института РТУ МИРЭА. Москва. 2020. С.269-272.
  9. Goldberger A.L., Rigney D.R., West B.J. Chaos and fractals in human physiology. Sci Am. 1990. №4. https://doi.org/10.1038/scientificamerican0290-42
  10. Chun T.Lee, Ling G.Wey. Spectrum analysis of Human Pulse. IEEE Transmission on Biomedical Engineering. 1983. №6. P.348-352.
  11. Омпоков В.Д., Бороноев В.В. Частотно-временной анализ пульсовых сигналов на основе преобразования Гильберта-Хуанга. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. №8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.8.4
  12. Boronoev V.V., Ompokov V.D., Pupysheva N.V., Naguslaeva I.V. Variability of the frequency spectrum of a pulse signal under exposure to optical radiation. Proceedings of SPIE. 2021. https://doi.org/10.1117/12.2603256