per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2013-11-22
7
3
187
200
10.22041/ijbme.2013.13203
13203
Full Research Paper
ارائه مدلی کمینه با دو متغیر حالت برای پتانسیل عمل سلول بطنی انسان
A minimal two state variables model for action potential in human ventricular cell
سید حجت سبزپوشان
sabzposh@iust.ac.ir
1
زهرا دانش پرور
zdaneshparvar@gmail.com
2
استادیار، دپارتمان مهندسی پزشکی، دانشکده برق، دانشگاه علم و صنعت ایران
دانشجوی کارشناسی ارشد، دپارتمان مهندسی پزشکی، دانشکده برق، دانشگاه علم و صنعت ایران
مطالعة آریتمیهای قلبی به جلوگیری و درمان یکی از مهمترین عوامل مرگ انسانها کمک میکند. برای مطالعه آریتمیهای قلبی نیاز به مدلی از پتانسیل عمل سلولی است که علاوه بر نمایش فعالیت الکتریکی طبیعی سلول، قادر به نمایش رفتارهای غیر طبیعی آن نیز باشد. مدلهایی که تاکنون در این زمینه ارائه شده دارای جزئیات و حجم محاسباتی زیادی هستند و این موضوع سبب کاهش سرعت شبیهسازی آنها شده است. در این مقاله مدل کمینهای با دو متغیر حالت ارائه شده است. این مدل علاوه بر نمایش خصوصیات طبیعی سلول بطنی مانند تحریکپذیری، شکل ظاهری پتانسیل عمل، خاصیت جبران و نمایش اثر محدود کردن جریانهای غشا، میتواند رفتار غیر طبیعی (EAD)را نیز شبیهسازی کند. این مدل ساختاری هدایتی (کندوکتانسی) دارد و شامل دو جریان برایند است که یکی نماینده کل جریانهای ورودی و دیگری نماینده کل جریانهای خروجی از سلول است. تنظیم پارامترهای مدل، با استفاده از الگوریتم تکرار شونده و معیار کمینه مجموع مربعات خطا انجام شده و گسترههای مستعد پارامترها برای بروز رفتار غیرطبیعی EADبا استفاده از روشهای تحلیل سیستمهای دینامیکی غیرخطی تعیین شده است. نتایج به دست آمده منطبق با یافتههای الکتروفیزیولوژیک است. سرعت شبیهسازی مدل مذکور در آرایهای تکبعدی از ده سلول، در مقایسه با مدلهای الکتروفیزیولوژیک، بین 34 تا 112 بار سریعتر تخمین زده شده است.
The study of cardiac arrhythmia is a great help for prevention of the major reason of human death. To study the arrhythmias, we need cell models that not only mimic AP’s normal behavior, but also show their abnormal activity. The usual electrophysiological models contain a lot of details and hence complicate mathematics which lowers the computational efficiency. In this paper, a minimal 2-state variables model is presented that not only simulates normal characteristics of human ventricular cells like excitability, AP morphology, restitution and effects of currents block, but also replicates early after depolarization (EAD) which is an abnormal activity of cardiac cells. The presented model is a conductance based one, incorporating two currents; inward and outward that delighting all the membrane inward and outward currents respectively. The adjustment and regulation of parameters were performed using an iterative algorithm that minimizes mean squares error between model responses and real APs. The effective range of parameters for initiation of the EAD is determined by the use of dynamical system analysis theory. The simulation results are in agreement with electrophysiological realities. The computing time of the model for an one-dimensional array of 10 cells is estimated to be between 34 to 112 times faster than some well-known electrophysiological models.
https://www.ijbme.org/article_13203_c98c395cb88116e5e77ca59aede1abfa.pdf
مدل سلول بطنی
مدل کمینه
پتانسیل عمل قلبی
Early after depolarization
Ventricular cell modeling
minimal model
cardiac action potential
Early after depolarization
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2013-11-22
7
3
201
207
10.22041/ijbme.2013.13204
13204
Full Research Paper
سنتز ترکیبات دو فازی تری کلسیم فسفات – هیدروکسی آپاتیت به روش واکنش حالت جامد: بررسی اثر درجه حرارت و نسبت Ca/P مواد واکنشگر بر نوع و مقدار فازهای تشکیل یافته
Synthesis of TCP-HA biphasic compositions: Evaluation of temperature and Ca/P ratio on the type and amount of phases
سعید حصارکی
s-hesaraki@merc.ac.ir
1
مسعود حافظی اردکانی
mhafezi@merc.ac.ir
2
کلثوم رجبی منور
rajabi.mforugh@gmail.com
3
حسین محمدی
hosseinmohican@gmail.com
4
دانشیار، پژوهشکده فناوری نانو و مواد پیشرفته، پژوهشگاه مواد و انرژی
استادیار، پژوهشکده فناوری نانو و مواد پیشرفته، پژوهشگاه مواد و انرژی
دانش آموخته کارشناسی، سرامیک، شرکت پردیس پژوهش فناوران، مرکز بیوتکنولوژی پارک علم و فناوری یزد
دانش آموخته کارشناسی ارشد، بیومواد، شرکت پردیس پژوهش فناوران، مرکز بیوتکنولوژی پارک علم و فناوری یزد
در این تحقیق اثر درجه حرارت و همچنین نسبت کلسیم به فسفر مواد اولیه بر نوع و مقدار فازهای تشکیل شده از روش سنتز به صورت واکنش حالت جامد بررسی شده است. کربنات کلسیم و دی کلسیم فسفات به عنوان مواد اولیه تهیه و با نسبتهای مختلف طوری مخلوط شدند که نسبت نهایی کلسیم به فسفر در بچ های مختلف بین 1.50 تا 1.67 بود. سپس هر یک از این مخلوطها در دمای 800 تا 1200 درجه سانتیگراد به مدت 3 ساعت حرارت دهی شدند. شناسایی فازها با روش XRD و ارزیابی کمی فازهای موجود در هر نمونه با روش RIR و استفاده از رابطه چانگ Chung انجام شد. نتایج نشان داد که در تمام نسبتها و دماهای مورد ارزیابی کمتر از 1100 درجه سانتی گراد بتا تری کلسیم فسفات فاز غالب است و هیدروکسی آپاتیت به عنوان فاز دوم در ترکیب حضور دارد. در نمونه هایی که در دمای 1200 درجه سانتیگراد حرارتدهی شدند فاز بتا تری کلسیم فسفات به مقدار قابل توجهی به آلفا تبدیل میشود و در نمونههایی که نسبت Ca/P در آنها 1.62 و1.67 است هیدروکسی آپاتیت فاز اصلی تشکیلدهنده ماده سنتز شده در این دما است.
In this research, effect of temperature and calcium to phosphorus (Ca/P) ratio of raw materials on the type and the amounts of formed phases were investigated by solid state method. Calcium carbonate and dicalcium phosphate were provided as raw materials and mixed with different percentages in a way that final (Ca/P) ratio was between 1.50 to 1.67 in different batches. Then each of these mixtures was heated at temperatures of 800 to 1200 ° C for 3 hours. Phases were identified with XRD technique and quantitative assessment of phases was evaluated by RIR method and Chung relation. Results showed that in all relations and desired temperatures sintered below 1100 ° C beta tri-calcium phosphate is the dominant phase and hydroxyapatite present as second phase in the composition. In samples which sintered at 1200° C, beta TCP is transferred significantly to alpha TCP. In samples with Ca/p ratio: 1.62, 1.67, hydroxyapatite is dominant phase at 1200° C.
https://www.ijbme.org/article_13204_0ee59b4820d3af32eb2a5408a35f6378.pdf
بیوسرامیکها
تری کلسیم فسفات
هیدروکسی آپاتیت
استخوان
نسبت کلسیم به فسفر
Bioceramics
Tricalcium phosphate
Hydroxyapatite
bone
Ca/P ratio
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2013-11-22
7
3
209
217
10.22041/ijbme.2013.13205
13205
Full Research Paper
کاهش آرتیفکت حرکتی ریه در تصاویر PET با استفاده از الگوی حرکتی بدست آمده از مدل موجک
Respiratory Motion Compensation in PET Based on Wavelet Transform Model
نیکتا جلایر
nikta.j8111@yahoo.com
1
مجید باقری
m.bagheri@marcopacs.com
2
مجید پولادیان
pouladian@srbiau.ac.ir
3
دانشجوی کارشناسی ارشد، پرتوپزشکی، دانشکده مهندسی پرتوپزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات
دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکاترونیک، دانشکده مهندسی کامپیوتر، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات
دانشیار، پرتوپزشکی، دانشکده مهندسی پرتوپزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات
پیشرفتهای اخیر در سیستمهای سهبعدی PETموجب شده قدرت تفکیک مکانی به مقدار 2-5 میلیمتری پهنای کامل نصف ماکسیمم (FWHM)برسد. با چنین رشدی در قدرت تفکیک فضایی حتی مقدار کمی از حرکت در تصویربرداری PETمنبعی مهم برای کاهش قدرت تفکیک به شمار میرود.در این پژوهش در سطحی وسیع به بازنگری و بحث الگوهای اصلاحی پیشرفته برای نمونههایی از حرکات ناخواسته بیماران، حرکت بواسطه چرخههای قلبی و حرکت بواسطه چرخههای تنفسی پرداخته شده است. در ادامه با استفاده از NCATدو فانتوم زن و مرد طراحی شد. هدف از طراحی دو فانتوم مرد و زن مقایسه نتایج به دست آمده برای هر یک از آنها با توجه به ساختار متفاوتشان بود. سپس با واسطه نرمافزار Sim SETتصاویر PETبا در نظر گرفتن حرکت قفسه سینه و بدون در نظر گرفتن آن، برای چرخه تنفسی 4 ، 5 و6 ثانیه و برای هر دو فانتوم به طور جداگانه به دست آورده شد و در انتها مدل حرکتی بر مبنای چرخه تنفسی 5 ثانیه، با تبدیل موجک استخراج شد که حرکت ناشی از چرخه تنفسی و در نتیجه آرتیفکت ایجاد شده در تصویر را میتواند به نوعی اصلاح کند. نتایج حاصل از این پژوهش نشان میدهد در فریمهای زمانی ابتدایی و انتهایی چرخه تنفسی، با توجه به اختلاف بسیار ناچیز بین تصاویر بدون حرکت و تصاویر دارای حرکت تنفسی، میرساند که مدل نتیجه بهتری را دربرنداشته است؛ حال آنکه در فریمهای زمانی دیگر مدل توانسته است تخمین مناسبی از حرکت را ارائه کند. تصاویر حاصل از مدل که منجر به حذف حرکت تنفسی شده، توانسته است در مقایسه با تصاویر دارای حرکت تنفسی شباهت بیشتری را چه از نظر مجموعه مربعات خطا و چه از نظر ضرایب همبستگی به تصویر بدون حرکت ارائه کند. در مقایسه با سایر روشهای موجود میتوان مشاهده کرد که مدل یاد شده علاوه بر ارائه تخمینی مناسب برای حرکت، از خطاهای ناشی از الصاق نشانگر و نیز به کار بردن سخت افزارهای پایش مبری است.
Recent developments in three-dimensional (3D) PET systems have enabled the spatial resolution to reach the 2- to 5-mm full-width-at-half-maximum (FWHM) range. With such improvements in spatial resolution, even small amounts of motion during PET imaging become a significant source of resolution degradation. In other words, increased spending on new-generation scanners can be fully justified only when appropriate motion correction methods are considered, to achieve the true resolution of the scanner. Motion correction methods developed for single photon emission CT (SPECT) are not necessarily applicable to PET because they may rely on the time-dependence of projections in SPECT (due to a rotating head or heads), which is not the case in PET. Nevertheless, a number of other methods implemented in SPECT are equally applicable to PET. In this work has been broadly categorized into the review and discussion of advanced correction methods for the cases of unwanted patient motion, motion due to cardiac cycles, and motion due to respiratory cycles. After reviewing some current methods, the model is introduced which was developed with the help of NCAT phantom and Sim SET. Two phantoms were extracted, male and female, from NCAT to see the differences between the results with the changes in the anatomy of these two phantoms. Then PET images were produced using Sim SET for all the phantoms available (with respiratory motion and without respiratory motion and for respiratory cycles of 4, 5 and 6 seconds for both male and female phantoms). The new model is introduced which is designed based on the respiratory cycle 5 seconds, using wavelet transforms. This model can track and compensate motion due to respiration. The results show that for the first frame and the last one because of very smooth and slight motions the images with motion are not that different from the images without motion, so the proposed model is not responding better than the images with motion. However, for the rest of the frames the model provides better images compare to the images with motion. Comparing to other methods, this model not only provides a good estimation for motion but also it doesn’t include the errors caused by markers and monitoring systems.
https://www.ijbme.org/article_13205_096b08554b7f29e4d8b71e54db3ee79d.pdf
آرتیفکت حرکتی
مدل حرکت ریوی
تبدیل موجک
بازسازی تصاویر
Motion Artifact
Respiratory Motion Model
Wavelet Tramnsform
Image reconstruction
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2013-11-22
7
3
219
236
10.22041/ijbme.2013.13206
13206
Full Research Paper
استخراج و تحلیل نیمهخودکار تومورهای مغزی GBM از تصاویر چندپارامتری تشدید مغناطیسی
Semi-automatic segmentation and analysis of GBM brain tumors in magnetic resonance images
ندا بهزادفر
behzadfar_neda@yahoo.com
1
حمید سلطانیانزاده
hszadeh@ut.ac.ir
2
دانشجوی کارشناسی ارشد، قطب علمی و کنترل پردازش هوشمند، دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه تهران
استاد، گروه بیوالکتریک، قطب علمی و کنترل پردازش هوشمند، دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه تهران
تحلیل تومورهای مغزی در تصاویر چندپارامتری تشدید مغناطیسی امری مهم است. اگر کاربر این کار به صورت دستی انجام دهد، علاوه بر اتلاف زمان زیاد، سبب کاهش دقت و قابلیت تکرارپذیری تحلیل میشود. خودکار کردن این تحلیل به دلیل تنوع زیاد در ظاهر بافت توموری بیماران مختلف، ساختار پیچیده بافتهای توموری و همچنین شباهت بافتهای توموری و سالم امری چالشبرانگیز است. در این مقاله راهکاری برای به حداقل رساندن نقش کاربر در تحلیل تصاویر تشدید مغناطیسی به منظور استخراج تومورهای مغزی Glioblastoma Multiform (GBM)- که از بدخیمترین انواع تومورهای مغزی هستند- ارائه شده است. در این مقاله، از 12 بیمار دارای تومور GBM تصویربرداری به عمل آمد. سپس با استفاده از روشی مستقل از کاربر و بدون نیاز به پارامترهای ابتدایی، ناحیة توموری از تصاویر با وزن T1 بعد از تزیق ماده حاجب Gd، با دقت زیادی استخراج شد. در روش ارائه شده در هیچ مرحلهای به حضور کاربر نیاز نیست و تمام پیکسلهای ناحیة روشن ((Gd-enhanced بدون توجه به محل ابتدایی آنها استخراج میشوند. مقایسة ناحیة Gd-enhanced استخراج شده در این روش با ناحیة انتخاب شده توسط فردی ماهر نشاندهندة کارایی زیاد روش است (R2= 0.97). به منظور ارزیابی روش پیشنهادی در کاربردی عملی، از آن در پیشبینی آثار درمان تومورهای مغزی GBM با استفاده از بواسیزوماب استفاده شد. بواسیزوماب (Bevacizumab) یکی از داروهایی است که به دلیل توانایی زیاد در متوقف کردن رشد تومور و حتی کاهش اندازه تومور به آن بسیار توجه شده است. در این راستا از 12 بیمار دارای تومور GBM در مرحله قبل و مدتی پس از درمان تصویربرداری به عمل آمد. میزان کاهش نسبی حجم ناحیة Gd-enhanced استخراج شده در تصاویر با وزن T1 بعد از تزیق ماده حاجب Gd، معیاری از پاسخ بیماران به دارو در نظر گرفته شد. سپس با استفاده از طبقهبندیکننده KNN تصاویر سری اول به اجزای ماده سفید، ماده خاکستری و مایع مغزی- نخاعی تجزیه شدند و از آنها برای تشکیل تصاویر ویژه استفاده شد. این کار سبب حذف نقش کاربر در تشکیل تصاویر ویژه و افزایش قابلیت تکرارپذیری روش شد. در ادامه با استفاده از تحلیل هیستوگرام، ویژگیهای مناسب از ناحیة Gd-enhanced استخراج شدند؛ سپس معادلات پیشگویی پاسخ بیماران به داروی مذکور برحسب ویژگیهای به دست آمده در قسمت قبل محاسبه شدند. در بهترین حالت ضریب همبستگی 0.91 به دست آمد که نشاندهندة امکان پیشبینی نتیجة درمان بواسیزوماب برای بیماران دارای GBM با استفاده از تصاویر تشدید مغناطیسی در روشی با حداقل نقش کاربر است. مقایسة نتایج به دست آمده در این روش با پژوهشهای قبلی نشاندهندة کارایی زیاد روش در کنار مستقل بودن آن از کاربر است.
Segmentation of tumors in magnetic resonance images is an important task. However, it is quite time consuming and has low accuracy and reproducibility when performed manually. Automating the process is challenging, due to high diversity in appearance of tumor tissue in different patients and in many cases, similarity between tumor and normal tissues. This paper presents semi-automatic approach for analysis of multi-parametric magnetic resonance images (MRI) to segment a highly malignant brain tumor called Glioblastoma multiform (GBM). MRI studies of 12 patients with GBM tumors are used. To show that the proposed method identifies Gd-enhanced tumor pixels from T1-post contrast images minimal user interactions. They are also used to illustrate that the segmentation results obtained by the proposed approach are close to those of an expert, by showing excellent correlations among them (R2=0.97). In order to evaluate the proposed method in practical applications, effects of treatment of GBM brain tumors using Bevacizumab are predicted. Bevacizumab is a recent therapy for stopping tumor growth and even shrinking tumor through inhibition of vascular development (angiogenesis). To this end, two image series of 12 patients before and after treatment and relative changes in the volumes of the Gd-enhanced regions in T1-post contrast images are used as measure of response. The proposed method applies signal decomposition with KNN classifier to minimize user interactions and increase reproducibility of the results. Then histogram analysis is applied to extract statistical features from Gd-enhanced regions of tumor and quantify its micro structural characteristics. Predictive models developed in this work have large regression coefficients (maximum R2=0.91) indicating their capability to predict response to therapy. The results obtained by the proposed approach are compared with those of previous work where excellent correlations are obtained.
https://www.ijbme.org/article_13206_49efd64a11340b395710c937e5bba14d.pdf
Gliablastoma Multiform
بخشبندی
بواسیزوماب
پیشبینی
پیشپردازش
تصاویر ویژه
هیستوگرام
رگرسیون
Gliablastoma Multiform)GBM)
Segmentation
Bevacizumab
prediction
Preprocess
Eigenimage
Histogram
Regression
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2013-11-22
7
3
237
254
10.22041/ijbme.2013.13207
13207
Full Research Paper
ارزیابی ردیابی حرکات دیواره قلب با استفاده از تطبیق غیرصلب تصاویر اکوکاردیوگرافی
Tracking of Cardiac Wall Motion using Nonrigid Registration of Echocardiographic Images
پدارم مسائلی
pedrammasaeli@yahoo.com
1
حمید بهنام
behnam@iust.ac.ir
2
زهرا علیزاده ثانی
zalizadeh@rajhos.ac.ir
3
احمد شالباف
a_shbme@yahoo.com
4
دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی، گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران
دانشیار، گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران
استادیار، مرکز آموزشی تحقیقاتی و درمانی شهید رجائی، دانشگاه علوم پزشکی ایران
استادبار، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی
بیماری عروق تغذیهکننده قلب (عروق کرونر) عامل بیش از نیمی از مرگهای ناشی از بیماریهای قلبی و عروقی و بزرگترین بیماری کشنده درجهان است. بدیهی است شناسایی اولیه، روشی عالی برای کنترل بیماری این عروق است که با اندازهگیری و امتیازبندی حرکت عمومی و ناحیهای بطن چپ قلب (عادی،کمحرکت و بیحرکت) تشخیص داده میشود. متداولترین روش تصویربرداری از قلب به کمک امواج فراصوت است که اکوکاردیوگرافی نامیده میشود. با استفاده از این روش میتوان نمایی دقیق را از دیوارههای قلبی ، دریچهها و ابتدای سرخرگهای بزرگ بدست آورد. به دلیل دوره آموزشی طولانی برای تفسیر این تصاویر، زمانبر بودن و ایجاد خطا در روشهای دستی، نیاز به یک روش تحلیل خودکار بسیار احساس میشود. به منظور دستیابی به این هدف، در این مقاله به محاسبه میدان جابهجایی حرکت قلبی در چرخهای از تصاویر دوبعدی اکوکاردیوگرافی پرداخته شده است. برای انجام این کار فریمی به عنوان مرجع انتخاب شد و سپس تمام تصاویر در یک چرخه با استفاده از معادلهای ریاضی به آن نگاشته شد و با استفاده از آن میدان جابهجایی حرکت قلبی در چرخه تخمین زده شد. ایده اصلی پیدا کردن مدل پارامتری مکانی-زمانی نیمه محلی برای تغییر شکل ایجاد شده در یک چرخه قلبی با تطبیق غیرصلب با استفاده از توابع بی اسپلاین، به عنوان یک مسأله بهینهسازی است که به طور مؤثر تفاوت ناشی از حرکت را با کمینه کردن تفاوت بین فریم جاری و فریم مرجع، تصحیح میکند. دقت تخمین حرکت با استفاده از فاکتور مجموع مربعات تفاضل اندازهگیری شد. از الگوریتم کاهش دهنده گرادیان شیب دار و روش چنددقتی نیز برای بدست آوردن ضرایب در مدل حرکتی استفاده شد. دقت روش مطرح شده با استفاده از یک توالی شبیهسازی شده چرخه قلبی واقع گرایانه با نرم افزار Field IIارزیابی شد. این الگوریتمبرای تحلیل ناحیهای بطن چپ به صورت بالینی به کار برده شد و پارامترهای جابهجایی و مقدار آستانه برای امتیازدهی هر بخش استخراج شد. این الگوریتم تفاوت قابل ملاحظهای را بین بخشی از قلب سالم و قلب دچار بیماری نشان میدهد که نشاندهنده کاربردهای بالینی روش ارائه شده است.
Coronary artery diseases cause more than half of all deaths in the world. Obviously, early identification is an important way to control coronary artery disease that is diagnosed by measurement and scoring general and regional movement of left ventricle of heart (Normal, Hypokinetic and Akinetic). The most common method of imaging the heart using ultrasound is called echocardiography. Using this method accurate view of the heart walls, valves and beginning of main arteries can be obtainbed. Due to the difficulty for the interpretation of these images, time consumption and errors in manual analysis methods, an automated analysis method is required. In this paper we calculate the displacement field in a cycle of heart motion from two-dimensional echocardiography images. To do this, a frame is usually chosen as the reference frame and then all images in a cycle are mapped to it with a mathematical equation. The main idea is to find a semi-local spatiotemporal parametric model for deformation created in a cardiac cycle with nonrigid registration using B-spline functions; as an optimization problem that effectively corrects differences due to movements by minimizing the difference between current frame and a reference frame. Motion estimation accuracy is measured using the sum of squares differences. We use gradient-descend algorithm and multiresolution method to acquire the coefficients in the motion model. The accuracy of the proposed method is assessed using a synthesis sequence of cardiac cycles produced with the simulation software Field II. This algorithm can be applied for the clinical analysis of regional left ventricle then movement parameters and threshold values for the scoring of each section can be extracted. The algorithm represents significant difference between a part of the normal heart and unhealthy heart that shows potential of clinical applications of the proposed method.
https://www.ijbme.org/article_13207_8c1e13c12379c5e286443f7783dbb67e.pdf
اکوکاردیوگرافی
عروق کرونر
Field 2
توابع بیاسپلاین
مدل مکانی –زمانی
Echocardiography
Field II
B-Spline Functions
Registration
Spatiotemporal model
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2013-11-22
7
3
255
264
10.22041/ijbme.2013.13208
13208
Full Research Paper
مدلسازی جذب ذرات میکرونی در نسل دوم مجاری هوایی ریه انسان بر اساس مدل هورسفیلد
Computational Modeling of Micro-particle Deposition in the Second Generation of Bronchial tree (of Human Pulmonary System)
حسین قاسمی
ghasemi.hossein84@gmail.com
1
محمدسعید سعیدی
m.s.saidi@sharif.edu
2
بهار فیروزآبادی
firoozabadi@sharif.edu
3
دانش آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف
استاد،گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف
استاد،گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف
ساختار مجاری هوایی دستگاه تنفسی انسان پیچیده و در عین حال کاملاً متغیر است. بسیاری از مواد درمانی که به منظور درمان بیماریهای ریوی استفاده میشوند، بصورت ذرات ائروسل وارد مجاری هوایی ریه میشوند. چنین فرایند درمانی نیازمند حرکت و جذب ذرات در نواحی مشخصی از ریه است. در مطالعه حاضر، مدل شامل سه نسل اول از مجاری هوایی هدایتی دستگاه تنفسی انسان بر اساس اطلاعات مدل هورسفیلد، ساخته شده است. با استفاده از روش تولید شبکه ساختاریافته برای مدلهای پیچیده، به منظور افزایش دقت و کاهش هزینههای محاسباتی، برای این مدل -که مدلی نامتقارن و پیچیده است- شبکه ساختاریافته تولید شد. جریان آرام و سهبعدی به ازای دبی lit/s0.18 و lit/s0.41 در ورودی مدل مطالعه شد. این محدوده دبی به منظور آرام ماندن جریان انتخاب شد که مربوط به حالت استراحت تا فعالیت سبک انسان است. الگوی سرعت یکنواخت در حالت پایا شرط مرزی ورودی مسأله است. توزیع ذرات بر اساس الگوی سرعت اولیه ورودی با تعداد ذرات 18000 عدد استفاده شده است. به منظور مطالعه حرکت و جذب ذرات از عدد بی بعد استوکس استفاده شد. مسأله برای رینولدزهای 800، 1201، 1486 و 1800 و در اعداد استوکس مختلف 0.025، 0.051، 0.076 و 0.102 حل شد. به منظور کاهش آثار شرط مرزی بالادست و پاییندست، مطالعه برای نسل دوم مجاری انجام شد. برای حل میدان جریان از نرمافزار فلوئنت و برای ردیابی ذرات از کد ردیاب نوشته شده، استفاده شد. در نهایت رابطهای برای راندمان کلی جذب ذرات در نسل دوم مجاری بر اساس اعداد بی بعد رینولدز و استوکس به دست آمد.
Knowledge regarding particle deposition processes in the pulmonary system is important in aerosol therapy and inhalation toxicology applications. The present work describes a computational model of human lung airway consisting of the three-generation pathway from the trachea down to segmental bronchi. In order to more appropriately model human air passage, an asymmetric geometry (i.e. three generation airway) is extracted from the 1th to 3th branches of the Hoursfield model and on dealing with the complexities of simulations (e.g. computation time) structured mesh is developed which also leads to more accurate computations. The fully three-dimensional incompressible laminar Navier– Stokes equations and continuity equation have been solved using CFD home code on generated mesh. Computations are carried out in the Reynolds number range of 800–1800, corresponding to mouthair breathing rates ranging from 0.18 to 0.41 l/s, representative. The study leads to establishing relations for overall particle deposition efficiency in the second generation of bronchial tree as a function of two dimensionless groups of Reynolds and Stocks numbers. Furthermore, interpretation of correlations are enlightened the fact of that in the initial generations of bronchial trees, consideration of asymmetric geometry has a significant influence on the particle deposition pattern. The results of the paper are valuable in aerosol therapy and inhalation toxicology.
https://www.ijbme.org/article_13208_6d39ad47477ac3c868bd2ac5dfd8cbaa.pdf
مجاری ریه
مدل هورسفیلد
شبیهسازی عددی
شبکه ساختاریافته
انتقال و جذب ذرات
فلوئنت
Lung Airway
Horsfield model
CFD
Structured Mesh
particle deposition
Fluent
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2013-11-22
7
3
265
276
10.22041/ijbme.2013.13210
13210
Full Research Paper
کدینگ سیگنال ECG برای بهبود فشردهسازی به منظور استفاده در پزشکی از راه دور
ECG Coding for Compression Enhancement in Telemedicine
محسن محمد ولیئی
momova@gmail.com
1
علی محلوجیفر
mahlooji@modares.ac.ir
2
دانش آموخته کارشناسی ارشد،مهندسی پزشکی، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس
دانشیار،گروه مهندسی پزشکی، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس
همواره سرعت بخشیدن روند رساندن اطلاعات به کارگروه مراقبت پزشکی از مهمترین اهدافی است که به منظور افزایش بازده تشخیص و درمان دنبال میشود. امروزه با دستیابی به فناوریهای جدید انتقال اطلاعات و با توجه به وجود محدودیتهایی در روشهای قدیم، بکارگیری این فرایندها روز به روز در حال گسترش است. در این تحقیق پیشنهاد شده است برای انتقال سیگنال الکتروکاردیوگرام ابتدا سیگنال را به صورت دنبالهای از ضرایب کد کرده، سپس از بلوتوث برای انتقال این ضرایب از دستگاه مبدأ به دستگاه مقصد استفاده شود. کد کردن سیگنال در ذخیرهسازی و ارسال تأثیر بسزایی دارد. این دنباله ضرایب شامل تعداد نمونههای سیگنال،تعداد اختلافهای تأثیرگذار، محل وقوع و مقدار آنها، تعداد و نوع اکسترممها و نیز محل وقوع آنها است؛ که در این پژوهش برای اولین بار ارائه شده است. برای تکمیل عملیات از کدینگ حسابی به عنوان کدینگ مکمل استفاده شده، به طوری که ورودی آن دنباله ضرایب استخراج شده و خروجی آن کدهای حسابی دنباله است. برخلاف اکثر روشهای موجود، در روش پیشنهادی هر نمونه در خروجی تولید شده در یک بایت ذخیره و ارسال میشود که این موضوع در همگامسازی بستههای ارسالی با سختافزار مورد استفاده، تأثیر زیادی دارد. برای انتقال ضرایب کدینگ از ماژولهای بلوتوث SD-200 محصول شرکت سِنا، (از معتبرترین تولیدکنندگان ماژولهای بیسیم) استفاده شد. ضرایب استخراج شده از فرستنده ارسال، و با گیرنده دریافت شد؛ سپس سیگنال اولیه بازسازی شد. به منظور آزمون و ارزیابی روش، از بانک اطلاعاتMIT-BIH استفاده شد. با استفاده از روش پیشنهادی، برای میانگین خطای مجذور مربعات تفاضلی 5.93٪، میانگین نرخ فشردهسازی برابر 8.69 و میانگین همبستگی عرضی برابر 99.8٪ و برای میانگین خطای 10.21٪، میانگین نرخ فشردهسازی برابر 13.03 و میانگین همبستگی عرضی برابر 99.47٪ بود.
One of the most important goals for increasing the recognition and treatment revenue is transmitting the vital data to medical care team, more quickly. Nowadays, use of new technologies for transmission of data is extending every day. In this research, for transmitting electrocardiogram, first we code the signal into a matrix of codes, then we will use bluetooth technology to transmit data from offset device to target device. Signal coding will affect in sending and storing data. This suite of codes that form for the first time in this method, include number and type of extermumes, time of occurring them, samples of signal and etc. We complete the coding, using arithmetic coding. The input of arithmetic coding is the extracted suite of coefficients and the output is arithmetic codes. We use SD-200 serial bluetooth modules produced by SENA™ in transmission of coding coefficients. The transmitter sends extracted coefficients and receptor receives them and reconstructs the primary signal. For testing and evaluating the method, we use MIT–BIH arrhythmia database. In our method, when average Percentage of Root Mean Square Differential (PRD) is equal to 5.93%, Compression Ratio (CR) and Cross Correlation (CC) is equal to 8.69 and 99.8%, respectively. Beside, when PRD is about 10.21%, CR and CC is 13.03 and 99.47%, respectively. The maximum standard deviation of compression ratio in two states is 4.17.
https://www.ijbme.org/article_13210_61f80a0037c6ba391e0f54eb9f371818.pdf
کدینگ
فشردهسازی
سیگنال الکتروکاردیوگرام
ارسال بیسیم
پزشکی از راه دور
Coding
compression
Electrocardiogram
Wireless data transmission
Bluetooth and Telemedicine
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2013-11-22
7
3
277
285
10.22041/ijbme.2013.13211
13211
Technical note
ثبت آهنگهای تنفس و ضربان قلب از طریق سیستم بیسیم برد کوتاه
Wireless Heart Beat and Respiratory Rate Monitoring Using a Short-range Wireless System
زهرا السادات حسینی
zsahel.hosseini@gmail.com
1
محدثه عربگری صومعه سفلی
moh_13661987@yahoo.com
2
علی فرمند
ali_farmad1364@yahoo.com
3
لیلی سادات گلدوزیان
l_goldoozian@yahoo.com
4
حمیدرضا مقاری
hmaghari@yahoo.com
5
سارا آقاجری
saghajari@gmail.com
6
ادموند زاهدی
zahedi@sharif.edu
7
دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی، گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شریف
دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی، گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شریف
دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی، گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شریف
دانشجوی دکتری مهندسی پزشکی، گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شریف
دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی، گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شریف
دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی، گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شریف
دانشیار، گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شریف. پروه الکترونیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه ملی مالزی
در این مقاله به شرح سیستمی پرداخته شده است که دستیابی به آهنگ تنفس و ضربان قلب بیماران به صورت بیسیم را میسر میکند. بدین منظور از سیگنال حجمنگار نوری (PPG) نوک انگشتی استفاده شده است. سیگنال PPG با استفاده از پروب متصل به انگشت بیمار ثبت شده؛ پس از عبور از بخش پردازشگر با فرستنده به صورت بیسیم به بخش گیرنده ارسال میشود. در مجموع 16 واحد فرستنده در آن واحد میتوانند دادههای خود را از طریق یک گیرنده مشترک به رایانه مرکزی ارسال کنند. رایانه مرکزی، آهنگهای ضربان قلب وتنفس هر بیمار را استخراج میکند و از طریق صفحه نمایش، نشان میدهد.
In this article a wireless patient monitoring system for vital signs (respiratory rate and heart beat) is presented. The recorded biosignal is the photoplethysmogram using a probe attached to the patient's finger. This signal is amplified, filtered and digitized by an on-board processor unit before finally being sent wirelessly via a transmitter. The capacity of the current system is 16 patients whose data can be received through a common receiver by a central server which measures and displays the heart beat and respiratory rate for each patient on the monitor.
https://www.ijbme.org/article_13211_50c166c2cdc25555d9f200eab0045f7e.pdf
بیسیم
حجمنگاری نوری (PPG)
ضربان قلب
آهنگ تنفس
Wireless
Photoplethysmogram
Heart Rate
Respiratory rate