per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2016-01-21
9
4
317
326
10.22041/ijbme.2017.40066.1117
23858
Full Research Paper
تأثیر تخریب مصنوعی ناشی از سوراخ سوزن سرنگ بر رفتار وابسته به زمان دیسک بین مهرهای
Effect of Artificial Degeneration Induced by Needle Puncture on Time-Dependent Response of Intervertebral Disc.
محمد نیکخو
m_nikkhoo@hotmail.com
1
سجاد نجف زاده
sajad.najafzadeh90@gmail.com
2
رومینا کارگر
romina.kargar.d@gmail.com
3
استادیار، گروه تخصصی بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران
دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران
دانشآموخته کارشناسی، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران
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.
Understanding the mechanism of artificial disc degeneration using animal models is useful to study the regenerative techniques in hope of finding potential therapeutic strategies. For any type of potential therapeutic techniques, first we need to have the degenerated model. Disc degeneration can be mimicked in animal studies using needle puncture. However, the detailed mechanical response of the artificial degenerated disc using needle puncture under physiological diurnal activities has not been analyzed well.Hence, reverse finite element analyses combined with in-vitro experiments were used in this study to find the mechanical properties of intact (N=8) and injured discs using needle puncture (N=8). Afterward, specimen-specific FE models for 16 discs were simulated during physiological diurnal activity. The results showed that the variation of axial displacement, intradiscal pressure, and total fluid exchangein intact discs were significantly higher than the injured ones after 24h. But the maximum axial stress within disc was significantly higher in injured group. The achieved results are correlated with previous human cadaver data for natural disc degeneration. Therefore, it is concluded that the G-16needle puncture injury is a simple and cost-effective methodology which can be used to mimic the degeneration mechanism in animal models.
https://www.ijbme.org/article_23858_cb682d92d9166aa9403b1b67d4f2c9b8.pdf
دیسک بینمهرهای
تخریب دیسک
تست آزمایشگاهی
روش اجزاء محدود
بهینهسازی
بارگذاری دینامیکی روزانه
intervertebral disc
disc degeneration
In-Vitro Experiment
finite element method
Optimization
Daily Dynamic Loading
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2016-01-21
9
4
327
339
10.22041/ijbme.2017.45503.1137
24362
Full Research Paper
تنظیم گلوکز خون با استفاده از کنترل مدلغزشی مرتبه کسری تطبیقی در بیماران دیابتی نوع 1
Blood Glucose Regulation using Fractional Order Sliding Mode Control for Type 1 Diabetes Patients
حمید حیدری نژاد
control1stu@gmail.com
1
هادی دلاوری
hdelavary@gmail.com
2
دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی برق، گروه کنترل، دانشگاه صنعتی همدان، همدان
استادیار، گروه کنترل، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی همدان، همدان
بیماران دیابت نوع 1 نیاز به کنترل پیوسته و دقیق گلوکز خون دارند زیرا تولید و مصرف انسولین در بدن آنها دچار اختلال شده و در نتیجه سطح گلوکز خون افزایش می یابد. در این مقاله کنترل کننده های مدلغزشی مرتبه کسری و مدلغزشی مرتبه کسری تطبیقی برای پایداری مقاوم سطح گلوکز خون در بیماران دیابتی نوع 1 در حضور اغتشاشات متعدد و نامعینی های پارامتری پیشنهاد شده است. کنترل کننده های پیشنهادی بر اساس مدل مینیمال برگمن طراحی شده اند. ساختار کنترل کننده پیشنهادی برای ساخت پمپ های تزریق انسولین در کنترل حلقه بسته دیابت مناسب است و همچنین اثر چترینگ را حذف می کند. کنترل کننده مدلغزشی تطبیقی، کنترل کننده را در مقابل اغتشاشات و نامعینی ها حفاظت می کند و حسابان مرتبه کسری عملکرد مقاوم را فراهم می نماید. در نهایت نتایج با برخی روشهای دیگر از جمله کنترل کننده های مدلغزشی پسگام، مدلغزشی پسگام مرتبه کسری و نوعی دیگر از کنترل کننده مدلغزشی مرتبه کسری تطبیقی مقایسه می شود. شبیه سازی ها نشان می دهد که کنترل کننده پیشنهادی در حذف نامعینی ها و اغتشاشات موفق بوده و سیگنال کنترل با حذف چترینگ همراه است.
The patients with Type 1 diabetes need strict blood glucose level control because the body’s production and use of insulin are impaired and hence this increases the blood glucose level. In this paper, a fractional order sliding mode control and an adaptive fractional order sliding mode control are proposed to regulate the blood glucose in the presence of the parameter variations and meal disturbance. The Bergman minimal model is used to design the proposed controllers. The proposed controllers are appropriate for making the insulin delivery pumps in closed loop control of diabetes. The proposed controllers attenuate the effect of chattering. The fractional adaptive sliding mode control makes the controller immune to disturbance and uncertainties and the fractional calculus provides robustness performance. Finally the results are compared with some other methods such as backstepping sliding mode control and fractional order sliding mode control methods. Simulation results show that the proposed controllers are able to reject both uncertainties and disturbance with a chattering free control law.
https://www.ijbme.org/article_24362_2d185a254c399af7505b1d4f6f8bbc55.pdf
تنظیم گلوکز خون
مدل مینیمال برگمن
حسابان مرتبه کسری
کنترل مدلغزشی
تئوری پایداری لیاپانوف تعمیم یافته
کنترل تطبیقی
Blood glucose regulation
Bergman minimal model
Fractional calculus
sliding mode control
Lyapunov stability Theorem
Adaptive control
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2016-01-21
9
4
341
350
10.22041/ijbme.2017.22453
22453
Full Research Paper
مقایسة تغییر ابعاد عضلة مولتیفیدوس گردنی در طی فعالیتهای مفصل شانه با استفاده از مدلهای پیشبینیکننده
Comparison of the Cervical Multifidus Muscle Dimansions Change During the Shoulder Joint Activities using of Predictive Models
شراره کیان بستان اباد
sh_kian@sut.ac.ir
1
محمود رضا آذغانی
azghani@sut.ac.ir
2
لیلا رهنما
l.rahnama@uswr.ac.ir
3
کارشناس ارشد مهندسی پزشکی- بیومکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران
دانشیار گروه مهندسی پزشکی- بیومکانیک، دکترای تخصصی بیومکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران
استادیار گروه فیزیوتراپی، دکترای تخصصی فیزیوتراپی، دانشگاه علوم بهزیستی و توانبخشی، تهران، ایران
عضلة مولتیفیدوس گردنی، یکی از عضلههای عمقی اکستنسور گردن است که اختلال در عملکرد آن در افراد مبتلا به گردندرد گزارششده است. با توجه به وجود محدودیتها در ثبت الکترومایوگرافی این عضله، در سالهای اخیر از اولتراسوند برای درک چگونگی فعالیت آن استفادهشده است. هدف این مطالعه، ارزیابی چگونگی تغییر ابعاد این عضله در شش جهت حرکتی مفصل شانه در افراد سالم و مبتلا به گردندرد مزمن و همچنین ارائة مدلهای پیشبینیکننده است. برای این منظور، رابطة نیروی مفصل شانه در طول انقباض با تغییر بُعد قدامی-خلفی، بُعد جانبی، اندازه و نسبت شکل عضلة مولتیفیدوس در ابتدا برای افراد و فعالیتها و سپس با بلاک کردن افراد در فعالیتها بهصورت مجزا (مکان ویرگول ابهام دارد: آیا برای افراد در فعالیت های مجزا است یا اینکه جدا از هم ارزیابی شدند؟) با استفاده از روش رویة پاسخ ارزیابی شد. درنهایت با تقسیمبندی دادهها، مدلهای پیشبینیکننده برای فعالیت ابداکشن در نیروی 50-0درصد از بیشترین انقباض ارادی فرد در افراد سالم و نیروی 100-50درصد در افراد مبتلا ارائه شدند. بُعد قدامی-خلفی عضله، همبستگی بیشتری از سایر عاملها با نیروی ایجادشده نشان داد. مقدار «R2» برای بُعد قدامی-خلفی عضله قبل و بعد از تقسیمبندی داده در افراد سالم، بهترتیب برابر با 552/0 و 66/0 و در افراد مبتلا، بهترتیب برابر با 339/0 و 505/0 است. با توجه به ضریب همبستگی مدلها و افزایش آن با تقسیمبندی دادهها، بهنظر میرسد بررسی تغییر بُعد قدامی-خلفی این عضله در طی ابداکشن ایزومتریک شانه با نیروی 50-0 درصد از بیشترین انقباض ارادی فرد برای افراد سالم و 100-50 درصد برای افراد مبتلا به گردندرد مزمن میتواند اطلاعات مفیدتری از چگونگی عملکرد آن ارائه دهد.
The cervical multifidus muscle is known as one of the deep neck extensor muscles that its dysfunction have been reported in people with neck pain.With regard to the limits on the evaluation of this muscle activity using electromyography, ultrasound was used to find out its function recently. The aim of this study is evaluation of this muscle dimansions change during six shoulder joint activities in healthy subjects and people with chronic neck pain and providing predictive models. So The relationship between strength of shoulder joint during contraction with the changes of anterior-posterior dimension, lateral dimension, shape ratio and size of the cervical multifidus muscle were assessed using of Response Surface Method in the first step for subjects and activities and then for activities with subject blocking. Finally, predictive models were provided for abduction activity in 0-50% of maximum voluntary contraction (MVC) for healthy subjects and 50-100% for patients with data clustering. The anterior-posterior dimension showed a higher correlation with the shoulder joint strength than other factors. R2 values for this dimension in healthy subjects before and after data clustering is 0.552 and 0.66 and in patients is 0.339 and 0.505 respectively. Given the models correlation coefficient and its enhance by data clustering, it seems that evaluation of anterior-posterior dimension of this muscle during isometric abduction activiy of shoulder joint with the sttrength of 0-50% MVC for healthy subjects and 50-100% for patients with neck pain can be provide useful information about its function.
https://www.ijbme.org/article_22453_2d12d0fb9368d44e0069a8fe093221c1.pdf
اولتراسوند
عضلة مولتیفیدوس گردنی
ابعاد عضله
مدلهای پیشبینیکننده
روش رویة پاسخ
Ultrasound
cervical multifidus muscle
muscle dimensions
predictive models
Response surface methodology
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2016-01-21
9
4
351
360
10.22041/ijbme.2017.47702.1148
25534
Full Research Paper
تجزیه و تحلیل دوشاخگی در نوسانات زود هنگام سلول عضله بطنی
Bifurcation Analysis of Early Afterdepolarizations in a Ventricular Cell Model
سید حجت سبزپوشان
sabzposh@iust.ac.ir
1
نیلوفر شهیدی
niloofarshahidi@outlook.com
2
آزاده قجرجزی
a_ghajarjazy@iust.ac.ir
3
استادیار،گروه مهندسی پزشکی،دانشکده مهندسی برق،دانشگاه علم و صنعت ایران،تهران
دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی پزشکی،دانشکده مهندسی برق،دانشگاه علم و صنعت ایران،تهران
دانشجوی دکتری، گروه مهندسی پزشکی،دانشکده مهندسی برق،دانشگاه علم و صنعت ایران،تهران
نوسانات غیر طبیعی پتانسیل عمل (AP)، موجب بروز بیماریهای قلبی در سلول عضله بطنی میشود. نوعی از این نوسانات که بها صطلاح پس دیپولاریزاسیون زود هنگام () نامیده میشود، موضوع تحقیقات گستردهای در زمینه تشخیص و درمان بیماریهای قلبی است. امروزه اگر چه مدلهای سلول بطنی بسیاری ارایه شده است؛ اما ویژگیهای دینامیکی همچنان از مسایل ناشناختهای است که نیاز به تحقیقات بیشتری دارد. در این تحقیق با استفاده از تجزیه و تحلیل صفحه فاز یک مدل کمینه سلول بطنی، نشان خواهیم داد که وقوع میتواند ناشی از وقوع دوشاخگیهای هاف همبستر باشد. همچنین نشان خواهیم داد که در طی یک دوره قلبی (سیکل قلبی)، در گذر از یک حالت بدون به یک حالت با، شواهدی از وقوع پدیده آشوب وجود دارد. این یافته، بیانی نو برای رفتاری غیرطبیعی در عضله قلبی است و دینامیک را مطابق با یافتههای تجربی توضیح میدهد. اگرچه این تحقیق روی سلول عضله بطنی انجام شده است؛ اما نتایج بهدست آمده میتواند بر دیگر سیستمهای تحریکپذیر نیز تعمیم داده شود و وقوع نوسانات در اثر تغییر پارامترهای سیستم را پیشبینی کند.
Abnormal oscillations of ventricular cell action potential can lead to cardiac arrhythmias. Early afterdepolarizations (EADs) is one kind of these oscillations that have been widely studied in the field of cardiac arrhythmias diagnosis and therapies. Nowadays although ventricular cell models have been developed, yet dynamical mechanisms of EADs remain unknown that need more researches. In this paper, using phase plane analysis of a minimal model of ventricular cell, we show that EADs are occurred as a result of Hopf and homoclinic bifurcations in ventricular cell. We also show that during period pacing, chaos happens at the transition from no EAD to EADs. This result provides a distinct explanation for the EAD behavior of the cardiac cells and also explains EADs dynamics in accordance with experiment results. While this research was performed for ventricular cells, but the achieved results can be extend to other excitable systems and used in the prediction of oscillation due to the changes of system parameters.
https://www.ijbme.org/article_25534_5ba37de393c5707555e7b302b9920d4b.pdf
مدل سلول بطنی
پس دیپولاریزاسیون زودهنگام
دوشاخگی
آشوب
Ventricular cell model
Early after depolarization
Bifurcation
chaos
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2016-01-21
9
4
361
374
10.22041/ijbme.2017.49111.1154
25498
Full Research Paper
تأثیر سرعت راه رفتن بر ویژگیهای حرکت در طول یک گام
The Effect of Speed on Motion Features During a Gait Cycle
غزاله سلیمانی
gh.soleimani_70@yahoo.com
1
مهران عمادی اندانی
emadi@eng.ui.ac.ir
2
حمید رضا مراتب
h.marateb@eng.ui.ac.ir
3
فریبا بهرامی
fbahrami@ut.ac.ir
4
دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان
استادیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان
استادیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان
دانشیار، آزمایشگاه کنترل حرکت و علوم اعصاب محاسباتی، قطب علمی پردازش هوشمند و کنترل، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، پردیس دانشکدههای فنی، دانشگاه تهران، تهران
راه رفتن از پرکاربردترین حرکات انسانی است؛ از اینرو مطالعة عوامل اثرگذار بر این حرکت، همواره مورد توجه بوده است. از آن جا که سرعت بهعنوان یک اختلال فیزیکی بر ابعاد مختلف راه رفتن تاثیر میگذارد، هدف این مطالعه نیز بررسی و تحلیل اثر سرعت بر ویژگیهای فیزیکی و فیزیولوژیکی است. این تحلیل بر مبنای پردازش اطلاعات بهدستآمده از یک گام، قرار گرفته است. مطالعه روی 32 آزمودنی سالم با میانگین سنی 40/20 ± 56/27 سال، میانگین وزنی 59/20 ± 89/54 کیلوگرم و میانگین قدی 83/20 ± 19/158 سانتیمتر انجام شد، که %59 از آنها زن بودند. اطلاعات سینتیکی، سینماتیکی و الکترومایوگرافی هر یک از آزمودنیها در پنج سرعت مختلف ثبت شده است. هدف اصلی، بررسی تأثیر سرعت بر جنبههای مختلفی از سیستم کنترل حرکت، تعریف شده است. برای این منظور، اثر سرعت بر 46 ویژگیاز اطلاعات زمانی- مکانی، سینرژی عضلانی، نرمی حرکت، شکل حرکات مفاصل و همبستگی بین جابهجایی اندامهای تحتانی و همچنین همبستگی بین الگوی فعالیت الکتریکی عضلات بررسی شده است.در بین ویژگیهای معرفیشده در این مطالعه و نیز از مطالعات حوزة حرکت از ویژگیهای جدیدی نظیر سینرژی عضلانی، نرمی حرکت، همبستگی در اندامهای تحتانی و شکل حرکات تولیدی توسط مفاصل استفاده شد، که تاکنون در توصیف اثرگذاری سرعت بر راه رفتن افراد سالم استفاده نشده است؛ برای مثال، استفاده از مفهوم سینرژی نشان داد که سرعتهای بیشتر موجب افزایش انداذة فضای سینرژی میشود. همین امر میتواند بهعنوان نشانهای از راهکار پیچیدهتری باشد که توسط سیستم اعصاب مرکزی، گرفته شده است تا در شرایط ناپایدار، که در سرعتهای بالا رخ میدهد، در وضعیت مطلوبی باقی بماند. نتایج بهدستآمده نشان میدهد که سرعت، نقش مهمی در راه رفتن دارد. روشهای مورد بررسی در این مقاله را میتوان روی آزمودنیهای بیشتر و بیماران درگیر با نقص حرکتی نیز بررسی کرد.
Walking is one of the most widely used movements affecting life quality. Therefore, the study of factors affecting human gait has always been an important issue. Walking speed, as a physical perturbation, affects the quality of human walking. The purpose of this study is to estimate the effects of walking speed on the short-time gait parameters. Thirty-two healthy subjects(mean SD, age: 27.56 ± 20.4 years; body height: 158.19 ± 20.83 cm; body weight: 54.89 ± 20.59 kg;gender: 59% female)participated in this study.Kinetic, kinematic and electromyographic data were recorded at the following five walking speed categories: very slow, slow, medium, fast and very fast. The effect of speed on spatio-temporal parameters, muscle synergy space, walking smoothness, representation of joints displacement and the correlation between lower limb displacement and also correlation between muscles activation patterns were studied. Having being used physical perturbation, 46 predictors were extracted from one gait cycle information, some of which were proposed for the first time inthe literature for example size of muscle synergy, minimum angular jerk, lower limb contributions and skewness, kurtosis and curvature of joints movements . Using muscle synergies showed that increasing walking speed leads to increase the size of synergy space. It could be concluded that central nervous system tries to adopt more organaized strategy for recruiting muscles and remaining stable at fast speeds. Our results showed that, speed plays a crucial role in human gait characteristic. We can investigate our methods among more subjects and also patients with gait disorders. We can evaluate other indices like gait stability based on short-term data recording.
https://www.ijbme.org/article_25498_7f4cceae0241e8a6fdf9f32e99e5799a.pdf
راه رفتن
سرعت
سینتیکی
سینماتیکی
الکترومایوگرافی
gait
Speed
kinetic
Kinematic
Electromyographic
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2016-01-21
9
4
375
386
10.22041/ijbme.2017.49393.1155
25496
Full Research Paper
استنتاج مجموعة پیشبینی کننده در شبکة تنظیم کنندة ژن مبتنی بر الگوریتمجستجوی گرانشی و تابع برازندگی میانگین آنتروپی شرطی
The Predictor Set Inference in Gene Regulatory Network Using Gravitational Search Algorithm and Mean Conditional Entropy Fitness Measure
مینا جعفری
m.jafari@eng.uk.ac.ir
1
بهنام قوامی
ghavami@uk.ac.ir
2
وحید ستاری نایینی
satari@uk.ac.ir
3
کارشناسی ارشد هوش مصنوعی، گروه مهندسی کامپیوتر، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید باهنر، کرمان
استادیار، گروه مهندسی کامپیوتر، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید باهنر، کرمان
استادیار، گروه مهندسی کامپیوتر، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید باهنر، کرمان
استنتاج شبکة تنظیمکنندة ژن (GRN) با استفاده از دادههای بیان ژن، برای درک وابستگی و نحوة تنظیم ژنها، درک فرآیندهای زیستشناسی، نحوة رخداد فرآیندها و همچنین جلوگیری از وقوع برخی فرآیندهای ناخواسته (بیماری)، حائز اهمیت است. ساخت صحیح GRN، نیازمند استنتاج صحیح مجموعة پیشبینیکننده است. بهطور کلی، مهمترین محدودیت برای استنتاج صحیح مجموعة پیشبینیکننده، حجم عظیم ژنها، کم بودن تعداد نمونهها و امکان نفوذ نویز در دادههای بیان ژن است؛ بنابراین، ارائة روشهایی کارا برای استنتاج پیشبینی کنندهها با قابلیت اطمینان بالا، یک نیاز جدی است. در این مقاله، با استفاده از الگوریتم جستجوی گرانشی(GSA)، یک روش کارا برای استنتاج مجموعة پیشبینیکننده ارائه شده است. بهازای هر ژن هدف، یک الگوریتم GSA برای استنتاج زیرمجموعة پیشبینی کنندة آن ژن استفاده شده است. در هر جمعیت، یک جرم نشان دهندة زیرمجموعة پیشبینی کنندة مرتبط با آن ژن هدف است. جمعیت اولیه بهازای هر ژن هدف، براساس ضریب همبستگی پیرسون تولید میشود. برای هدایت الگوریتم GSA، از معیار ارزیابی میانگین آنتروپی شرطی (MCE) استفاده شده است. نتایج تجربی حاصل از اعمال این روش روی دادههای زیستشناسی نشان میدهد که، روش پیشنهادی دقت بالایی برای استنتاج مجموعة پیشبینیکننده دارد. بهعلاوه، نتایج روی دادههای زیستشناسی با مقیاس کوچک و بزرگ نشان میدهند که، میزان دقت روش پیشنهادی برای استنتاج GRN بیشتر از روشهای مشابه است.
The inference of Gene Regulatory Network (GRN) using gene expression data is significantly important in order to understand gene dependencies, regulatory functions among genes, biological processes, way of process occurrence and avoiding some unplanned processes (disease). The accurate inference of GRN needs the accurate inference of predictor set. Generally, the main limitations of the predictor set inference are the small number of samples, the large number of genes and also the possibility influence of noise in gene expression data. Hence, providing efficient methods to infer predictor set with high reliability is a serious need. In this paper, an efficient method is proposed to infer predictor set using Gravitational Search Algorithm (GSA). A GSA is used for each target gene to infer the predictor subset of the gene. In a population, a mass represents a predictor subset of the associated gene. The initial population per target gene is generated by Pearson Correlation Coefficient (PCC). In order to guide the GSA, Mean Conditional Entropy (MCE) is used as the assessment criterion. Experimental results show that the proposed method has a good ability to infer the predictor set with high reliability. In addition, we also compared the proposed algorithm with a recent similar method based on genetic algorithm. Comparison results reveal the advantage of the proposed algorithm on biological datasets with small data volumes and large network scales.
https://www.ijbme.org/article_25496_4d34c58e1c333c2d93b4534f86b6aa75.pdf
شبکة تنظیمکنندة ژن (GRN)
ژنومیک
میانگین آنتروپی شرطی (MCE)
الگوریتم جستجوی گرانشی (GSA)
ضریب همبستگی پیرسون
Gene Regulatory Network (GRN)
Genomics
Mean Conditional Entropy (MCE)
Gravitational Search Algorithm (GSA)
Pearson Correlation Coefficient
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2016-01-21
9
4
387
397
10.22041/ijbme.2017.51144.1161
24909
Full Research Paper
آشکارسازی مولفة P300 سیگنال مغزی با استفاده از الگوی زمانی مشترک وزندار
P300 Component Detection by using Weighted Common Temporal Pattern
فرشته سلیمیان ریزی
fereshteh.salimian44@gmail.com
1
وحید ابوطالبی
abootalebi@yazd.ac.ir
2
محمدتقی صادقی
m.sadeghi@yazd.ac.ir
3
دانشآموخته کارشناسی ارشد ، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه یزد، یزد
دانشیار، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه یزد، یزد
استادیار، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه یزد،یزد
آشکارسازی پتانسیلهای وابسته به رخداد، یک پیشنیاز مهم در سیستمهای واسط مغز و کامپیوتر (BCI) مبتنی بر ERP است. برای افزایش درصد صحت طبقهبندی در این سیستمها، از روشهای فیلترینگ مختلفی استفاده میشود تا نرخ سیگنال به نویز بهبود یابد و در نتیجه تشخیص و طبقهبندی پتانسیلهای وابسته به رخداد آسان شود. پیش از این، عملکرد فیلترهای الگوی مکانی مشترک (CSP) و الگوی زمانی مشترک (CTP) که بهترتیب فیلترهای مکانی و زمانی هستند، در آشکارسازی مولفة P300 بررسی شده است. در این روشها، فیلترها به صورتی آموزش داده میشوند که واریانس یک کلاس، بیشینه شده و واریانس کلاس دیگر بهطور همزمان کمینه شود. نتایج نشان داده است که در سیستم P300Speller، عملکرد فیلترهای زمانی CTP بهتر از فیلترهای مکانی CSP است. در این مطالعه برای بهبود عملکرد روش CTP، الگوریتم ترکیبی الگوی زمانی مشترک وزندار (WCTP) پیشنهاد شده است. در این روش به هر دسته ویژگی، وزنی متناسب با اهمیت مقادیر ویژه مربوطه داده میشود. در واقع در این روش، ویژگیهای تولیدی توسط فیلترهای ابتدایی و انتهایی CTP وزن بیشتری در تصمیمگیری دارند. در روش ترکیبی بهکار رفته در این الگوریتم، از طبقهبندی کنندههای LDA استفاده شده است. با توجه به آزمایشهای انجام شده روی دو نمونة مورد بررسی و با 5 ثبت میانگینگیری شده، دسته ویژگی بهدست آمده توسط WCTP با میانگین درصد صحت طبقهبندی 2/90 بهترین عملکرد را از خود نشان داد که نشانگر بهبود تقریباً 4 درصدی نسبت به CTP است.
Detection of Event Related Potentials (ERP) is an important prerequisite in the ERP-based Brain-Computer Interface (BCI) systems. In order to increase the classification accuracy in these systems, different filtering methods are used for improving the signal to noise ratio. This improvement facilitates the diagnosis and classification of the ERPs. In a number of studies, the performance of P300 detection systems which are based on common spatial pattern (CSP) and common temporal pattern (CTP) has been investigated. The former uses spatial filters while the latter is based on temporal filters. In these methods the filters are trained such that they maximize variance of one class and simultaneously minimize the other class variance. The associated results show that in P300 speller systems, the temporal filters outperform the spatial filters. In this study, in order to improve the performance of the CTP based systems, a Weighted Common Temporal Pattern (WCTP) algorithm which is a combined method is proposed. In this algorithm, each category of features has a weight based on the importance of its eigenvalues. In fact, the features produced by the initial and final CTP filters have more weight in the decision making process. In the combined method used in this algorithm, the LDA classifiers are used. It is shown that the set of features obtained by the WCTP method leads to an average classification accuracy of 90.2 percent which is about 4 percent better than the CTP method. The experiments are performed considering two different subjects on 5 trials.
https://www.ijbme.org/article_24909_4132e95ea318941cd80ef90d2f902817.pdf
مولفة P300
الگوی مکانی مشترک (CSP)
الگوی زمانی مشترک (CTP)
الگوی زمانی وزندار (WCTP)
P300 component
a common spatial pattern (CSP)
a common temporal pattern (CSP)
weighted common temporal pattern (WCTP)
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2016-01-21
9
4
399
410
10.22041/ijbme.2017.40697.1119
25104
Technical note
پیادهسازی سیستم آشکارساز افتادن سالمندان درتلفنهای همراه هوشمند با استفاده از حسگرهای شتابسنج و میکروفن
A Smartphone-based Fall Detection System using Accelerometer and Microphone
سعید شاکری
saeidsh@aut.ac.ir
1
دانشجوی دکتری مهندسی پزشکی، گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران
افتادن یکی از اصلیترین دلایل مصدومیت افراد مختلف، بهخصوص در سالمندان است. اطلاعرسانی سریع و دقیق از افتادن میتواند مقدار زیادی از خطرات آسیبدیدگی ناشی از آن را کاهش دهد. در این پژوهش، سعی شده است تا سیستمی معرفی و پیادهسازی شود که بتواند دو وظیفة اساسی را به درستی و در مدت زمان اندکی انجام دهد. در مرحلة اول، بتواند افتادن را از سایر فعالیتهای روزمره تشخیص دهد و به دنبال آن اطلاعات لازم و مؤثر از افتادن فرد را در اختیار دیگران بگذارد. سیستم مورد نظر در این پژوهش، قابلیت پیادهسازی روی تلفنهای همراه هوشمند را دارد. برای شناسایی افتادن، از حسگرهای شتابسنج و میکروفن موجود در تلفنهای همراه استفاده شده است. حسگر شتابسنج میتواند شتاب دستگاه را در سه جهت ثبت کند و میتوان از آن برای دریافت اطلاعات شتاب حرکت فرد استفاده کرد. علاوه بر این، عملکرد سیستم شناسایی با تحلیل صداهای محیط بهبود داده شده است. افتادن با استفاده از این دو حسگر، آشکارسازی شده و پیام هشدار، که شامل اطلاعات مکانی و زمانی افتادن فرد است، اطلاعرسانی میشود. برای ارزیابی سیستم طراحی شده، از دو معیار حساسیت و اختصاصیت استفاده شده که مقادیر آنها بهترتیب 96% و 77% بهدست آمده است.
Falls are one of the main reasons to injury, especially in the elderly people. These injuries can be reduced by quick and accurate response or reaction, but this is not possible often in elderly people because they usually live alone and after injury caused the falling, cannot call for help. This paper presents a fall detection system to do twomajor tasks properly and quickly; firstly, it shoulddetect fall from other daily activities andsecondly, transmit falling person’s necessary information to help. This system is implemented on Android-based smartphone and it used tri-axial accelerometer and microphone to fall detection. Everydayinteraction with the smartphone makes our system more familiarto the user. The accelerometer is used to record variations of acceleration in three directions.Thissystem isimproved with detecting the noise caused the falling, by analyzing environmental sounds. After fall detection, a warning text message that contains information about time and location of the falling will besent to the caregivers. A comprehensive evaluation with 18 volunteers shows that the proposed system has sensitivity of 96% and specificity of 77% for different types of fall in quiet and noisy environments.
https://www.ijbme.org/article_25104_2f49fa353ebcdb4cff1590b7454e6860.pdf
افتادن
آشکارساز افتادن
تلفن همراه هوشمند
شتاب سنج
میکروفن
موقعیتیابی
سالمندان
fall
fall detection
smartphone
acceleration
microphone
Elderly