Infocommunications and Radio Technologies Infocommunications and Radio Technologies ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ И РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 2587-9936 52913 Радиотехника и связь (05.12.00) RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATIONS (05.12.00) Радиотехника и связь (05.12.00) Wavlet-analysis of the structures of human biosystems Вейвлет-анализ структур биосистем человека Алдонин Геннадий Михайлович Aldonin Gennady M. galdonin@sfu-kras.ru Черепанов Василий Викторович Cherepanov Vasiliy V. Сибирский федеральный университет Красноярск Россия Siberian Federal University Krasnoyarsk Russian Federation Сибирский федеральный университет Красноярск Россия Siberian Federal University Krasnoyarsk Russian Federation 25 09 2020 25 09 2020 3 3 296 307 20 09 2020 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/52913/view

Показано, что актуальной задачей мониторинга состояния сердечно-сосудистой системы является создание эффективных алгоритмов компьютерных технологий обработки биосигналов на основе нелинейных динамических моделей. Поскольку биопроцессы имеют нелинейный характер и фрактальную структуру, рассмотрены актуальные нелинейные методы анализа состояния систем организма. Для этих развивающихся систем характерна структурная самоорганизация по принципу масштабно-инвариантного самоподобия. Исследована важная связь «систем коммуникации» организма, их организация в виде самоподобных фрактальных структур со скейлингом, близком к «золотому сечению». Примеры подобных структур - нервная, мышечная системы сердца и сосудистая и бронхиальная системы организма человека. Впервые предлагается получение детальной информации о состоянии биосетей организма человека. Предсказана возможность топической диагностики на основе вейвлет-анализа биосигналов («вейвлет-интроскопии» биосетей).

The actual task of monitoring the state the human body is the creation of effective algorithms for computer technologies for processing biosignals based on nonlinear dynamic models. The development of nonlinear methods for analyzing the state of body systems is important, since bioprocesses have a nonlinear nature and fractal structure, which, as for developing systems, are characterized by structural self-organization according to the principle of scale-invariant self-similarity. An important connection has been established between the “communication systems” of the organism, their organization in the form of self-similar fractal structures with scaling nearby to the “golden ratio”. Examples of such structures are the nervous, muscular systems of the heart and the vascular and bronchial systems of the human body. For the first time, it is proposed to obtain detailed information about the state of the bio-networks of the human body for topical diagnostics based on wavelet-analysis of biosignals (wavelet-introscopy).

 электрокардиограмма фотоплетизмограмма реограмма самоорганизация самоподобие фракталы скейлинг автоволны солитон n-мерный тор КАМ-теорема ФПУ-терема «возврата» вейвлет-интроскопия биосетей electrocardiogram photoplethysmogram rheogram self-organization self-similarity fractals scaling autowaves soliton n-dimensional torus KAM-theorem FPU-theorem of “return” wavelet-introscopy of bionets Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), проект № 19-37-90072.

Aldonin G. M. Autonomous Monitoring of the Main Set of Parameners of the Cardiovascular Sistem // Biomedical Engeeniring. 2013. Vol. 46. Iss. 6. P. 232-236. Aldonin G. M. Autonomous Monitoring of the Main Set of Parameners of the Cardiovascular Sistem // Biomedical Engeeniring. 2013. Vol. 46. Iss. 6. P. 232-236. Soldatov A. V., Aldonin G. M., Cherepanov V. V. Hardware-Program Complex on the Basis of Recorder MСM-11 // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2018. No. 11 (6). Р. 671-678. Soldatov A. V., Aldonin G. M., Cherepanov V. V. Hardware-Program Complex on the Basis of Recorder MSM-11 // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2018. No. 11 (6). R. 671-678. Wiener N, Rosenblueth A. The mathematical formula tion of the problem of conduction of impulses in a network of connected excitable elements, specifically in cardiac muscle // Arch. Inst. Cardiologia de Mexico. 1946. No. 16. P. 205-265. Wiener N, Rosenblueth A. The mathematical formula tion of the problem of conduction of impulses in a network of connected excitable elements, specifically in cardiac muscle // Arch. Inst. Cardiologia de Mexico. 1946. No. 16. P. 205-265. Клиническая аритмология / под ред. А. В. Ардашева. М. : ИД Медпрактика, 2009. 1220 с. Klinicheskaya aritmologiya / pod red. A. V. Ardasheva. M. : ID Medpraktika, 2009. 1220 s. Табор М. Хаос и интегрируемость в нелинейной динамике. М. :УРСС, 2001. 331 с. Tabor M. Haos i integriruemost' v nelineynoy dinamike. M. :URSS, 2001. 331 s. Шустер Г. Детерминированный хаос. Введение. М. : Мир, 1988. 240 с. Shuster G. Determinirovannyy haos. Vvedenie. M. : Mir, 1988. 240 s. Колмогоров А. Н. О сохранении условно-периодических решений при малом изменении функции Гамильтона // ДАН СССР. 1954. Т. 98, № 4. С. 527-530. Kolmogorov A. N. O sohranenii uslovno-periodicheskih resheniy pri malom izmenenii funkcii Gamil'tona // DAN SSSR. 1954. T. 98, № 4. S. 527-530. Арнольд В. И. Математические методы классической механики. М. : Наука, 1989. С. 320-335. Arnol'd V. I. Matematicheskie metody klassicheskoy mehaniki. M. : Nauka, 1989. S. 320-335. Мозер Ю. КАМ-теория и проблемы устойчивости. Ижевск : НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. 448 с. Mozer Yu. KAM-teoriya i problemy ustoychivosti. Izhevsk : NIC «Regulyarnaya i haoticheskaya dinamika», 2001. 448 s. Zhang H., Holden A. V., Boyett M. R. The pacemaking system of the heart : from coupled oscillanjr to nonliner waves // Nonliner Anal Theory Methods Appl. 1997. Vol. 30. P. 1019-1027. Zhang H., Holden A. V., Boyett M. R. The pacemaking system of the heart : from coupled oscillanjr to nonliner waves // Nonliner Anal Theory Methods Appl. 1997. Vol. 30. P. 1019-1027. Мазуров М. Е. Ритмогенез в синоатриальном узле сердца // Биофизика. 2006. Т. 51, № 6. С. 1092-1099. Mazurov M. E. Ritmogenez v sinoatrial'nom uzle serdca // Biofizika. 2006. T. 51, № 6. S. 1092-1099. Алдонин Г. М. Нелинейные динамические модели и структурный анализ проводящей системы сердца // Успехи современной радиоэлектроники. 2012. № 9. C. 46-50. Aldonin G. M. Nelineynye dinamicheskie modeli i strukturnyy analiz provodyaschey sistemy serdca // Uspehi sovremennoy radioelektroniki. 2012. № 9. C. 46-50. Алдонин Г. М., Черепанов В. В., Ярыгина О. Л. Самоорганизация в системе связанных нелинейных осцилляторов // Радиотехника. 2013. № 6. С. 50-54. Aldonin G. M., Cherepanov V. V., Yarygina O. L. Samoorganizaciya v sisteme svyazannyh nelineynyh oscillyatorov // Radiotehnika. 2013. № 6. S. 50-54. Мандельброт Б. Б. Фрактальная геометрия природы. М. : Институт компьютерных исследований, 2002. 660 с. Mandel'brot B. B. Fraktal'naya geometriya prirody. M. : Institut komp'yuternyh issledovaniy, 2002. 660 s. Goldberger A. L., Rigney P. R., West B. J. Chaos and fractals in human physiology // Sci. Am. 1990. Vol. 262. P. 42-49. Goldberger A. L., Rigney P. R., West B. J. Chaos and fractals in human physiology // Sci. Am. 1990. Vol. 262. P. 42-49. Гельмгольц Г. Скорость распространения нервного возбуждения. М. : ГИЗ, 1923. 91 с. Gel'mgol'c G. Skorost' rasprostraneniya nervnogo vozbuzhdeniya. M. : GIZ, 1923. 91 s. Zabusky N. J., Kruskal M. D. Interaction of “Solitons” in a Collisionless Plasma and the Recurrence of Initial States // Physical Review Letters. 1965. Vol. 15. P. 240-243. Zabusky N. J., Kruskal M. D. Interaction of “Solitons” in a Collisionless Plasma and the Recurrence of Initial States // Physical Review Letters. 1965. Vol. 15. P. 240-243. Soldatov A. V., Aldonin G. M., Cherepanov V. V. Wavelet Analysis of Cardiac Electrical Activity Signals // Biomedical Engineering. 2018. Vol. 52. Iss. 2. P. 120-124. Soldatov A. V., Aldonin G. M., Cherepanov V. V. Wavelet Analysis of Cardiac Electrical Activity Signals // Biomedical Engineering. 2018. Vol. 52. Iss. 2. P. 120-124. Алдонин Г. М., Черепанов В. В. Пат. 2723763 (РФ). Способ вейвлет-интроскопии сосудистой сети кровеносного русла. Опубл. в Б. И, 2020. № 17. Aldonin G. M., Cherepanov V. V. Pat. 2723763 (RF). Sposob veyvlet-introskopii sosudistoy seti krovenosnogo rusla. Opubl. v B. I, 2020. № 17.