Comparison of speed and accuracy of ractal methods of determined chaos applied to recognition of sleep phases
Abstract
The article presents the results of use of various fractal methods and their author modifications applied to the automated recognition of sleep phases by computer electroencephalograms. The results of the application of the Grassberger-Procaccia method, Hurst rescaled range method, the author's modification of the method of false nearest neighbors and. the method of approximating entropy for recognition of sleep phases at polysomnography are presented in the work and. compared by relative rate and. accuracy. Brief description of peculiarities of used fractal methods is given in the article. It was showed that use of fractal methods of determinate chaos in synergic approach allows to realize differentiation of sleep stages with relatively high accuracy at significantly reduced time limits with use of only one canal of encephalogram. Reliability of obtained results was estimated. by comparison with the results obtained by certified neurophysiological specialists
Keywords
About the Authors
O. I. Antipov
ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
Russian Federation
Russian Federation
A. V. Zakharov
ГБОУ ВПО «Самарский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения
Russian Federation
Russian Federation
V. A. Neganov
ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Антипов О.И., Добрянин А.В., Неганова Е.В., Неганов В.А. Фрактальный анализ динамики цен на нефть // Экономические науки. - 2010. -№ 5 (66). - С. 260-271.
2. Антипов О.И., Захаров В.А., Неганов В.А. Особенности применения фрактальных мер детерминированного хаоса к автоматизированному распознанию стадий сна при полисомнографии // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2012. - Т. 15, № 3. - С. 101-109.
3. Антипов О.И., Захаров А.В., Неганов В.А. Устройство для выявления стадий сна при полисомнографии: Заявка на патент № 2012100807/14 (001144) от 11.01.2012 г.
4. Антипов О.И., Захаров В.А., Повереннова И.Е., Неганов В.А. и др. Возможности различных методов автоматического распознавания стадий сна // Саратовский научно-медицинский журнал. - 2012. - Т. 8, № 2, Прил. (Нервные болезни). - С. 374 - 379.
5. Антипов О.И., Ивахник В.В., Неганова Е.В., Неганов В.А. Фрактальный анализ динамики цен на драгоценные металлы // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2011. - Т. 14, № 2. - С. 110-116.
6. Антипов О.И., Куляс М.О., Нагорная М.Ю., Неганов В.А. и др. Результаты применения фрактальных методов анализа к электрогастроэнтерографическим сигналам // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2011. -Т. 14, № 4. - С. 113-119.
7. Антипов О.И., Нагорная М.Ю. Показатель Херста биоэлектрических сигналов // Инфокоммуникационные технологии. - 2011. - № 1 (9). -С. 75 - 77.
8. Антипов О.И., Нагорная М.Ю. Фрактальный анализ электрогастроэнтерографического сигнала // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2010. -№ 10. - С. 40 - 44.
9. Антипов О.И., Неганов В.А. Анализ и предсказание поведения временных рядов самоорганизованных экономических и биологических систем с помощью фрактальных мер // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2011. -Т. 14, № 3. - С. 78 - 89.
10. Антипов О.И., Неганов В.А. Анализ и прогнозирование поведения временных рядов: бифуркации, катастрофы, синергетика, фракталы и нейронные сети. - М.: Радиотехника, 2011. - 350 с.
11. Антипов О.И., Неганов В.А. Применение метода нормированного размаха Хёрста к анализу стохастических временных рядов в импульсных стабилизаторах напряжения // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2009. -Т. 12, № 3. - С. 78 - 85.
12. Антипов О.И., Неганов В.А. Прогнозирование и фрактальный анализ хаотических процессов дискретно-нелинейных процессов с помощью нейронных сетей // Доклады Академии наук. -2011. - Т. 436, № 1. - С. 34 - 37.
13. Антипов О.И., Неганов В.А. Фрактальный анализ дискретно-нелинейных систем на примере импульсного стабилизатора, работающего в хаотическом режиме, и построение на его основе прогнозирующих нейронных сетей // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2010. - Т. 13, № 2. - С. 7 - 23.
14. Антипов О.И., Неганов В.А. Фрактальный анализ нелинейных систем и построение на его основе прогнозирующих нейронных сетей // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2010. - Т. 13, № 3. - С. 54 - 63.
15. Антипов О.И., Неганов В.А., Потапов А.А. Детерминированный хаос и фракталы в дискретнонелинейных системах / Под ред. и с предисловием акад. Ю.В. Гуляева и чл.-корр. РАН С.А. Никитова. - М.: Радиотехника, 2009. - 235 с.
16. Антипов О.И., Повереннова И.Е., Неганов В.А., Захаров А.В. Программа автоматического распознавания стадий сна: Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012614865 от 31.05.2012 г.
17. Белов А.М. Анализ процесса сна при полисомнографии. - М.: ТГТПС, 2000. - 81 с.
18. Головко В.А. Нейросетевые методы обработки хаотических процессов // VII Всероссийская научно-техническая конференция «Нейроинформатика 2005»: Лекции по нейроинформатике. - М.: МИФИ, 2005. - С. 43 - 91.
19. Гусев Е.И., Коновалов А.Н., Скворцова В.И., Гехт А.Б. Неврология. Национальное руководство. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. - 1035 с.
20. Дорошенков Л.Г. Методы и алгоритмы обработки электрофизиологических сигналов для автоматического распознавания стадий сна: автореф. дис.. канд. техн. наук. - М., 2009. 29 с.
21. Дорошенков Л.Г., Конышев В.А., Селищев С.В. Исследование фаз сна по ЭЭГ человека на основе скрытых моделей Маркова // Медицинская техника. - 2007. - № 1. - C. 24 - 28.
22. Захаров Е.С. Автоматизированное распознание стадий сна // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2008. - № 5. - С. 117-120.
23. Захаров Е.С. Разработка метода и алгоритмов автоматического распознавания стадий сна и построения гипнораммы: автореф. дис. канд. техн. наук. - Таганрог, 2008. - 19 с.
24. Захаров Е.С., Кравченко П.П., Скоморохов А.А. Метод автоматизированного построения гипнограммы // Известия ТПУ. - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2007. - Т. 311, № 5. - С. 136-139.
25. Захаров Е.С., Кравченко П.П., Скоморохов А.А. О решении задачи классификации стадий сна // Вест. компьютерных и информационных технологий. - М.: Машиностроение, 2000. -№ 5. - С. 48 - 53.
26. Зенков Л.Р. Клиническая электроэнцефалография с элементами эпилептологии. - М. : МЕДпресс-информ, 2004. - 187 с.
27. Семенова Н.Ю., Захаров В.С. Анализ корреляционной размерности данных ЭЭГ при эпилепсии у детей // Нелинейный мир. - 2010. - № 3, Т. 8. - С. 180-188.
28. Скоморохов А.А., Захаров Е.С. Полисомнографические исследования и задача автоматизированного построения гипнограммы // Известия ТРТУ. Тематический выпуск. «Медицинские информационные системы». - Таганрог: ТРТУ, 2006. - № 11 (66). - С. 135-138.
29. Хакен Г. Принципы работы головного мозга: Синергетичнский подход к активности мозга, поведению и когнитивности деятельности. - М.: ПЕР СЭ, 2001. - 351 с.
30. Acharya U.R., Faust O., Kannathal N., Chua T. et al. Non-linear analysis of EEG signals at various sleep stages // Computer Methods and Programs in Biomedicine. - 2005. - Vol. 80 (1). - P. 37 - 45.
31. Antipov O.I., Neganov V.A. Neural network prediction and fractal analysis of the chaotic processes in discrete nonlinear systems // Doklady Physics. - 2011. - Vol. 56, N 1. - P. 7 - 9.
32. Burioka N., Kaplan D. et al. Approximate entropy of human respiratory movement during eye-closed wake and different sleep stages // Chest. -2003. - Vol. 123 (1). - P. 80 - 86.
33. Burioka N., Miyata M., Cornelissen G., Halberg F. et al. Approximate entropy in the electroencephalogram during wake and sleep // J. Clin. EEG & Neuroscience. - 2005. - Vol. 36 (1). - P. 21-24.
34. Kobayashi T., Madokoro S., Ota T., Ihara H. et al. Analysis of the human sleep electroencephalogram by the correlation dimension // Psychiatry Clin. Neurosci. - 2000. - Vol. 54 (3). - P. 278 - 279.
35. Kugiumtzis D. State space reconstruction parameters in the analysis of chaotic time series - the role of the time window length. - 1996.
36. Madaeva I., Shevyrtaova O., Dolgikh V., Kolesnikova L. Obstructive sleep apnea/hypopnea syndrome in adolescents with essential hypertension // Sleep Medicine. - 2009. - Vol. 10 (10). - P. 1167-1168.
37. Roschke J., Aldenhoff J. The dimensionality of human's electroencephalogram during sleep // Biol. Cybern. - 1991. - N 64 (4). - P. 307 - 313.
Review
For citations:
Antipov O.I., Zakharov A.V., Neganov V.A. Comparison of speed and accuracy of ractal methods of determined chaos applied to recognition of sleep phases. Acta Biomedica Scientifica. 2013;(2(1)):9-14. (In Russ.)
Views:
490
Email this article 
