بیومکانیک قلب و عروق
سارا براتی؛ ناصر فتورائی؛ ملیکه نبئی
دوره 15، شماره 4 ، اسفند 1400، ، صفحه 355-366
چکیده
دریچه‌های کاتتری آئورت به عنوان درمان استاندارد برای بیماران دچار تنگی شدید دریچه‌ی آئورت که ریسک بالای جراحی دارند تبدیل شده است. با توجه به این که در مقایسه با جراحی قلب باز، این روش پیوند دریچه نیمهتهاجمی بوده و عوارض جراحی کم‌تری به همراه دارد میتواند به عنوان روش جایگزین مناسبی برای پیوند دریچه تبدیل شود. با این وجود ...
بیشتر
دریچه‌های کاتتری آئورت به عنوان درمان استاندارد برای بیماران دچار تنگی شدید دریچه‌ی آئورت که ریسک بالای جراحی دارند تبدیل شده است. با توجه به این که در مقایسه با جراحی قلب باز، این روش پیوند دریچه نیمهتهاجمی بوده و عوارض جراحی کم‌تری به همراه دارد میتواند به عنوان روش جایگزین مناسبی برای پیوند دریچه تبدیل شود. با این وجود عوارض پس از پیوند و اشکالات ساختاری این نوع از دریچهها مانع رسیدن به چنین هدفی شده است. بهینه‌سازی طراحی استنت این پروتزها گام مهمی در راستای بهبود عملکرد و گسترش کاربرد آنها است. از آن‌جا که تمام پروتزها قبل از پیوند فشرده شده و در کاتتر قرار میگیرند، استحکام استنت در این بارگذاری و عدم بروز خستگی ماده اهمیت ویژهای در عملکرد آن دارد. در این مطالعه چارچوبی ساده و کم‌هزینه برای بهینه‌سازی ساختاری استنت دریچه‌ی کاتتری با پارامترهای طراحی هندسی شامل فرم کلی استنت، اندازه‌ی سلولها، تعداد سلولها و الگوهای تکرار شونده و هم‌چنین سطح مقطع استرات مورد استفاده قرار گرفته است. تابع هدف در این بهینه‌سازی بیشینه‌ی کرنشی است که حین فشرده ساختن استنت برای قرارگیری در کاتتر، در آن ایجاد می‌شود. نتایج این بهینه‌سازی با مدلهای سه‌بعدی مقایسه شده و دقت مناسب نتایج مدل ساده شده تایید شده است. نتایج نشان میدهد که ارتفاع سلولهای میانی، عرض استرات و تعداد سلولها مهمترین عوامل موثر بر میزان بیشینه‌ی کرنش فشردگی هستند. استنت بهینه با کرنش بیشینه‌ی 52/0 دارای 3 سلول، 15 الگو، عرض استرات 2/0 میلی‌متر، ضخامت استرات 3/0 میلی‌متر و نسبت شعاعی 05/1 است. با استفاده از این چارچوب بهینه‌سازی میتوان پارامترهای طراحی انواع مختلف استنت را بهینه کرده و هزینهی طراحی استنتها را تا حد بسیار زیادی کاهش داد.
فاطمه غفوری؛ محمدهادی هنرور؛ محمدمهدی جلیلی
دوره 14، شماره 1 ، اردیبهشت 1399، ، صفحه 1-11
چکیده
کمینه کردن مقدار انرژی مصرفی و وزن سازه در ربات‌های راه رونده‌ی دوپا اهمیت ویژهای دارد. در این پژوهش، به منظور برآورده کردن این دو خواسته، یک کنترل کننده‌ی غیرفعال متداول که از ترکیب فنر و میراگر خطی تشکیل شده به یک راه رونده‌ی دوپا اضافه شده است. ویژگی مهم راه رونده‌ی مورد بررسی، دارا بودن عضوی مستقل به عنوان کف پا در هر عضو حرکتی ...
بیشتر
کمینه کردن مقدار انرژی مصرفی و وزن سازه در ربات‌های راه رونده‌ی دوپا اهمیت ویژهای دارد. در این پژوهش، به منظور برآورده کردن این دو خواسته، یک کنترل کننده‌ی غیرفعال متداول که از ترکیب فنر و میراگر خطی تشکیل شده به یک راه رونده‌ی دوپا اضافه شده است. ویژگی مهم راه رونده‌ی مورد بررسی، دارا بودن عضوی مستقل به عنوان کف پا در هر عضو حرکتی بوده که بدون محرک به اندام مفصل شده و دارای تماس نقطهای با زمین است. نقطه‌ی تماس روی این منحنی دل‌خواه متغیر است. برای کاهش پیچیدگیهای دینامیکی این سیستم از رویکرد جرم نقطهای استفاده شده است. در این پژوهش رفتار دینامیکی این راه رونده‌ی کم تحریک، قبل و بعد از افزودن کنترل کننده مورد تحلیل قرار گرفته است. در گام اول، مدلی مبتنی بر جرم متمرکز توسعه یافته با اضافه نمودن دو منحنی محدب صلب به عنوان کف پا و مفصل لولایی غیرفعال به عنوان مچ پا ارائه شده است. برای ایجاد تغییر طول مورد نیاز پا در هنگام گام‌برداری، از عامل دینامیکی فعال استفاده شده است. در مرحله‌ی بعد، کنترل کننده و یا عامل دینامیکی غیرفعال در کنار عامل دینامیکی فعال به کار گرفته شده تا از میزان دخالت عامل فعال در طول حرکت کاسته شود. برای به حداقل رساندن این میزان دخالت، بهینه‌سازی پارامترهای طراحی عامل دینامیکی غیرفعال به روش ازدحام ذرات انجام شده و مقدار بهینه‌ی آنها به دست آمده است. نتایج نشان میدهد که با ترکیب عامل دینامیکی فعال و غیرفعال بهینه، مقدار مصرف انرژی بسیار کاهش پیدا کرده و در نتیجه میتوان از محرک فعال بسیار کوچک‌تر و با توان کم‌تر برای پیمودن مسیر مورد نظر استفاده نمود. هم‌چنین استفاده از عامل دینامیکی غیرفعال در عمل کمک قابل توجهی به بهبود شرایط مکانیکی سازه از جمله ابعاد و وزن می‌کند و در مجموع سادگی استفاده برای کاربر را بهبود می‌بخشد.
بیوالکتریک
امیر سلیمان‌خانی؛ وحید شالچیان
دوره 12، شماره 2 ، شهریور 1397، ، صفحه 85-96
چکیده
ثبت خارج‌سلولی فعالیت تک‌نورون‌های مغزی به عنوان روشی پرطرفدار در تحقیقات حوزه‌ی علوم اعصاب و مهندسی توان‌بخشی عصبی شناخته می‌شود. این ثبت‌ها شامل فعالیت تمام نورون‌های اطراف الکترود می‌شود که برای استفاده‌ی بهتر از آنها باید با روشهای طبقه‌بندی اسپایک به فعالیت تک‌نورون‌ها رسید. بر اساس ویژگی‌های ساختاری نورون، مانند ...
بیشتر
ثبت خارج‌سلولی فعالیت تک‌نورون‌های مغزی به عنوان روشی پرطرفدار در تحقیقات حوزه‌ی علوم اعصاب و مهندسی توان‌بخشی عصبی شناخته می‌شود. این ثبت‌ها شامل فعالیت تمام نورون‌های اطراف الکترود می‌شود که برای استفاده‌ی بهتر از آنها باید با روشهای طبقه‌بندی اسپایک به فعالیت تک‌نورون‌ها رسید. بر اساس ویژگی‌های ساختاری نورون، مانند درخت دندریتی آن و فاصله و جهت ثابتی که نسبت به الکترود ثبت دارد، میتوان نتیجه گرفت که شکل اسپایک تولیدی آن منحصر به فرد و ثابت است. با این حال انجام طبقه‌بندی پتانسیل عمل‌ها در مقادیر نسبت سیگنال به نویز پایین، همواره با چالش‌هایی همراه است. طبقه‌بندی اسپایک‌های نورونی معمولا شامل سه بخش آشکارسازی، استخراج ویژگی و طبقه‌بندی می‌شود. در این مقاله، روشی بر مبنای بهینه‌سازی ضرایب ویولت پیوسته در مرحله‌ی استخراج ویژگیها ارائه شده که در مقادیر نسبت سیگنال به نویز پایین نیز کارایی خوبی دارد. در روش پیشنهادی، بعد از محاسبه‌ی ضرایب ویولت پارامتری‌شده، با استفاده از معیارهای فاصله‌ی اقلیدسی و سطح زیر منحنی مشخصه‌ی عمل‌گر گیرنده در طبقه‌بندی دو گروه، بهترین پارامترها برای افزایش تفکیک‌پذیری ویژگیها انتخاب می‌شوند، به طوری که ابتدا مقیاس مناسب با معیار فاصله‌ی اقلیدسی پیدا شده و در نهایت انتقال زمانی با معیار دوم انتخاب می‌شود. در این پژوهش برای خوشه‌بندی از الگوریتم ساده و در عین حال کارامد k-means استفاده شده است. برای بررسی و ارزیابی روش پیشنهادی از سه مجموعه داده‌ی شبیه‌سازی‌شده استفاده گردید که در 9 حالت مختلف نسبت سیگنال به نویز و با مدل‌سازی نویز زمینه از نویز حقیقی ثبت‌شده تهیه شده بودند. نتایج به دست آمده از مرتب‌سازی دادههای شبیه‌سازی‌شده نشان داد که بهینه‌سازی پارامترهای تبدیل ویولت پیوسته با روش پیشنهادی میتواند در ارتقای کارایی طبقه‌بندی اسپایک‌ها نسبت به روش آنالیز اجزای اصلی، موثر واقع شود.
بیومکانیک ستون مهره‌ها
یوسف محمدی؛ رسول عابدی؛ نوید ارجمند؛ غلامرضا عطایی؛ ناصر فتورائی
دوره 11، شماره 4 ، بهمن 1396، ، صفحه 351-363
چکیده
شیوع کمردرد و ناهنجاریهای کمری در جوامع مختلف رو به افزایش است، به علاوه اندازهگیری مستقیم نیروی مربوط به عضلات و مهرههای ستون فقرات بسیار دشوار است. از این‌رو، استفاده از مدلهای بیومکانیکی اسکلتی-عضلانی به عنوان یک ابزار جهت محاسبه و تخمین نیروهای وارده بر ستون فقرات در فعالیتهای مختلف کاربرد فراوانی پیدا کرده ...
بیشتر
شیوع کمردرد و ناهنجاریهای کمری در جوامع مختلف رو به افزایش است، به علاوه اندازهگیری مستقیم نیروی مربوط به عضلات و مهرههای ستون فقرات بسیار دشوار است. از این‌رو، استفاده از مدلهای بیومکانیکی اسکلتی-عضلانی به عنوان یک ابزار جهت محاسبه و تخمین نیروهای وارده بر ستون فقرات در فعالیتهای مختلف کاربرد فراوانی پیدا کرده است. لذا هدف این پژوهش تخمین نیروهای مذکور به روشهای مختلف به خصوص در فعالیت باربرداری میباشد. بدین منظور از یک مدل اسکلتی-عضلانی آناتومیکی توسعه یافته شامل 6 مفصل سه درجه‌ی آزادی و 76 فسیکل عضلانی استفاده شده است. به علت بیشتر بودن تعداد مجهولات (نیروی عضلات) از تعداد معادلات تعادل، سیستم دچار افزونگی بوده و مساله جهت حل، نامعین میباشند. بنابراین، از روشهای ترکیبی بهینه‌سازی و الکترومایوگرافی برای تخمین نیروی عضلات استفاده شده است. از آن‌جا که نیروهای عضلات حاصل از روش الکترومایوگرافی، معادلات تعادل را ارضا نمیکند، از یک‌سری ضرایب تصحیح جهت ارضای معادلات تعادل در تمام سطوح مفصلی کمری استفاده شده است. طبق نتایج به دست آمده برای یک فعالیت فیزیکی خاص، به علت استفاده از الگوریتمهای مختلف جهت یافتن نیروها، ضرایب تصحیح متفاوتی برای هر عضله در روشهای ترکیبی مختلف به دست میآید. مقادیر متفاوتی برای نیروی عضلات و میزان پایداری تخمینی توسط روشهای ترکیبی مختلف به دست آمد، اما نیروهای فشاری و برشی مفصلی در مدلهای ترکیبی به یک‌دیگر نزدیک میباشد. جهت صحت‌سنجی نتایج مدل، از دادههای مربوط به فشار دیسک چهارم و پنجم کمری در یک مطالعهی آزمایشگاهی استفاده شد، که هر دو مورد فشار را در محدوده‌ی 3/0 - 8/1 مگاپاسکال گزارش کردهاند.
بیومکانیک ستون مهره‌ها
محمد نیکخو؛ سجاد نجف زاده؛ رومینا کارگر
دوره 9، شماره 4 ، بهمن 1394، ، صفحه 317-326
چکیده
درک مکانیزم تخریب مصنوعی دیسک به‌کمک مدلهای حیوانی، میتواند در مطالعة روشهای احیایی و به امید یافتن راهکارهای درمانی، مفید باشد؛ زیرا برای احیای بافت در مدلهای حیوانی، ابتدا نیاز به مدل تخریب‌شدة بافت است. فرآیند تخریب دیسک میتواند در مدلهای حیوانی و به‌صورت ایجاد جراحت با سوزن سرنگ شبیهسازی شود. این در حالیاست ...
بیشتر
درک مکانیزم تخریب مصنوعی دیسک به‌کمک مدلهای حیوانی، میتواند در مطالعة روشهای احیایی و به امید یافتن راهکارهای درمانی، مفید باشد؛ زیرا برای احیای بافت در مدلهای حیوانی، ابتدا نیاز به مدل تخریب‌شدة بافت است. فرآیند تخریب دیسک میتواند در مدلهای حیوانی و به‌صورت ایجاد جراحت با سوزن سرنگ شبیهسازی شود. این در حالیاست که تاکنون پاسخ مکانیکی دقیق دیسک تخریب‌شده به این روش تحت بارگذاری فیزیولوژیک روزانه، به‌خوبی در ادبیات تحقیق مطالعه نشده است. از این‌رو در این تحقیق، از تحلیل‌های اجزای محدود معکوس در ترکیب با تستهای آزمایشگاهی استفاده شد تا به کمک آنها، خصوصیات مکانیکی دیسکهای سالم (8 نمونه) و دیسکهای تخریب‌شده بهوسیلة سوزن سرنگ (8 نمونه) استخراج شود. پس از آن، مدلهای توسعه داده شده برای هر کدام از 16 نمونه تحت بارگذاری دینامیکی روزانه تحلیل شدند. براساس نتایج حاصل، تغییرات جابجایی محوری، فشار بین دیسکی و جابجایی کلی سیال بعد از 24 ساعت در گروه دیسکهای سالم بالاتر از دیسکهای تخریب‌شده بوده است؛ اما بیشینه استرس محوری داخل دیسک در گروه آسیب‌دیده بالاتر بوده است. نتایج به‌دست آمده، همبستگی مناسبی با نتایج دیسک تخریب‌شدة طبیعی جسد انسان دارد؛ درنتیجه تخریب دیسک بین مهرهای با سوزن سرنگ اندازة 16، روشی ساده و مقرون به صرفه است که میتواند در شبیهسازی مکانیزم تخریب دیسک در مدلهای حیوانی اعمال شود.
پردازش تصاویر پزشکی
علی کرمانی؛ احمد آیت الهی؛ سرور مهاجرانی
دوره 8، شماره 4 ، دی 1393، ، صفحه 325-337
چکیده
تصویربرداری اولتراسوند درون رگی یا IVUS روشیبا حداقلتهاجماستکهدر آن با تصویربرداری ازمقطعرگ،اطلاعاتدقیقی از درون آن بدست میآید. پردازش‌هاییکهرویاینتصاویریاسیگنالهایخامآن‌هاانجاممی‌پذیرد،میتواند اطلاعاتوسیعی در اختیار متخصصانوپزشکانقرار داده و برایتشخیصدقیق و اتخاذ شیوهی مناسب درمان کمککند. تفکیک مرزهای بافت موجود ...
بیشتر
تصویربرداری اولتراسوند درون رگی یا IVUS روشیبا حداقلتهاجماستکهدر آن با تصویربرداری ازمقطعرگ،اطلاعاتدقیقی از درون آن بدست میآید. پردازش‌هاییکهرویاینتصاویریاسیگنالهایخامآن‌هاانجاممی‌پذیرد،میتواند اطلاعاتوسیعی در اختیار متخصصانوپزشکانقرار داده و برایتشخیصدقیق و اتخاذ شیوهی مناسب درمان کمککند. تفکیک مرزهای بافت موجود در عروق خونی به عنوان اولین گام در این زمینه، یکیاز چالش‌های تحقیقات امروزی است.در این مقاله، روشی جدید برای استخراج مرز بافت ادونتیشیا در تصاویر اولتراسوند داخل رگی پیشنهاد شده است که براساس تکنیک کمینه/بیشینه و مؤلفه‌های همبند عمل می‌کند. بدین منظور، ابتدا با تکنیک کمینه/بیشینه بهبود یافته مرز اولیه استخراج شد. سپس، با به کارگیری مؤلفه‌های همبند در مرزهای اولیه، مرز نهایی با دقت بالا حاصل شد. برای ارزیابی عملکرد این روش، روی مجموعهای از دادگان واقعی آزمایش شد. از معیار مشابهت اندیس جاکارد و فاصله هاسدورف که نشان دهنده‌ی میزان همپوشانی ناحیهی بخش شده به وسیله روش پیشنهادی و تشخیص پزشک است بهره گرفته شد. نتایج به دست آمده نشان داد که روش پیشنهادی با معیار میانگین اندیس جاکارد 95% و میانگین فاصله هاسدورف 45/0 میلیمتری، مرزهای دقیقتری برای بافت ادونتیشیا نسبت به روشهای موجود بدست میآورد.
