per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2018-11-22
12
3
173
187
10.22041/ijbme.2018.87566.1358
33132
Full Research Paper
تشخیص خودکار هویت انسان بر اساس ویژگی دندانهای خلفی و قدامی
Automatic Human Dental Identification based on Posterior and Anterior Teeth
فرایین آیینی
f.aeini@iausari.ac.ir
1
علیرضا غنودی
ghonodi@iausari.ac.ir
2
راشین آیینی
aeini.rashin@gmail.com
3
مربی، گروه مهندسی کامپیوتر، واحد ساری، دانشگاه آزاد اسلامی، ساری
مربی، گروه مهندسی کامپیوتر، واحد ساری، دانشگاه آزاد اسلامی، ساری
کارشناسی ارشد، گروه مهندسی کامپیوتر ، واحد ساری، دانشگاه آزاد اسلامی، ساری
دندانپزشکی قانونی، شاخهای از پزشکی قانونی است که به تشخیص هویت انسان بر اساس ویژگیهای دندان میپردازد. در این مقاله، سیستم خودکار تشخیص هویت انسان بر اساس ویژگیهای دندان ارائه شده است. هدف از این سیستم، شناسایی منطبقترین تصاویر رادیوگرافی پایگاه داده با تصویر پرسوجوی پس از مرگ فرد مورد نظر میباشد. چارچوب کاری پیشنهاد شده، شامل دو مرحلهی اصلی است، که مرحلهی اول، مربوط به دستهبندی و شمارهگذاری دندانها و مرحلهی دوم، مربوط به بازشناسی دندانها میباشد. در این پژوهش، ویژگیهای جدیدی برای هر مرحله پیشنهاد شده است که از آن جمله میتوان به روابط جدید میان عرض مزیودسیتال طوق و طول تاج آناتومیک برای مرحلهی اول و بردار ویژگی مبتنی بر فاصلهی ژئودزیک بین نقاط مهم خط محیطی دندان برای مرحلهی دوم اشاره کرد. روش پیشنهادی قادر است مشکلاتی نظیر تشخیص دندانهای خلفی و قدامی، دستهبندی دندانهای خلفی و قدامی، و تشخیص تعداد و نوع دندانهای کشیده شده، که در کارهای گذشته نادیده گرفته شده و یا با فرضهای ساده کنار گذاشته شدهاند را به طور اصولی و خودکار حل نماید. برای ارزیابی روشهای پیشنهادی، آزمایشهایی روی مجموعهی تصاویر بایتوینگ و پریاپیکال انجام شده است. نتایج عملی، بهبود کارایی دستهبندی دندانها را که ناشی از بازشناسی دندانهای قدامی است و نیز افزایش 12درصدی در طبقهی اول بازشناسی دندان در مقایسه با روشهای پیشین را نشان میدهند.
Forensic dentistry is the subdivision of forensics that determines the identity of the victim based on dental features. In this paper, we propose a framework for human identification based on dental. The proposed framework consists of two main stages: the first stage is teeth classification and numbering, and the second stage is human recognition. In this study, a new feature has been proposed for each of these two stages: Crown mesiodistal neck and anatomic crown length for the first and a feature vector based on the geodesic distance between important points of teeth contours for the second. The proposed method is capable of solving principally, and automatically problems such as diagnosis of posterior and also anterior teeth, posterior and anterior teeth classification, diagnosis of number and kind of all kind pulled teeth from, which are overlooked or have been left with the simple premises in previous works. To evaluate the proposed method, we experiment on a set of bitewings, periapical and panoramic images. The practical results show an improvement in accuracy of classification with discovering anterior teeth, and also 9% improvement in the first rank of the accuracy of teeth recognition, in comparison with the previous works.
https://www.ijbme.org/article_33132_447b5f8ac4453ff5765a89cb08115cd1.pdf
تشخیص هویت
بازشناسی دندانها
دستهبندی و شمارهگذاری دندانها
دندان خلفی
دندان قدامی
فاصلهی ژئودزیک
Human Identification
Teeth Contours
Classification and Numbering
Posterior Teeth
Anterior Teeth
Geodesic Distance
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2018-11-22
12
3
189
198
10.22041/ijbme.2018.89372.1366
33223
Full Research Paper
اثر تطبیقپذیری بر دقت رمزگشایی فرکانسهای صدا در قشر شنوایی موش صحرایی
The Effect of Adaptation on Decoding Accuracy of Sound Frequencies in Rat Auditory Cortex
فرناز صابرپور
farnaz_saberpour@yahoo.com
1
محسن پرتو دزفولی
moh3enparto@gmail.com
2
وحید شالچیان
shalchyan@iust.ac.ir
3
محمدرضا دلیری
daliri@iust.ac.ir
4
دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی پزشکی بیوالکتریک، دانشکدهی مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
دانشجوی دکتری، گروه مهندسی پزشکی بیوالکتریک، دانشکدهی مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
استادیار، گروه مهندسی پزشکی بیوالکتریک، دانشکدهی مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
استاد، گروه مهندسی پزشکی بیوالکتریک، دانشکدهی مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
تشخیص و تفکیک فرکانسهای مختلف صدا، یکی از مکانیسمهای مهم مغز انسان و سایر جانداران است. از سوی دیگر، یکی از قابلیتهای مهم مغز، که بار محاسباتی آن را در برابر محرکهای تکراری کم میکند، پدیدهی تطبیقپذیری است. هدف اصلی این مقاله، رمزگشایی فرکانسهای صوتی از پاسخ نورونی ناحیهی شنوایی مغز و بررسی تاثیر تطبیقپذیری بر دقت رمزگشایی فرکانسهای صوت میباشد. برای این منظور، فرکانسهای مختلف از تنهای صوتی در دو دنبالهی صدا (معمول و تطبیقی) پخش شده و سیگنالهای پتانسیل محلی از ناحیهی اولیهی شنوایی پانزده موش صحرایی در حالت بیهوشی، ثبت گردیده است. دنبالهی معمول، شامل محرکهای صوتی از ترکیب فرکانس-دامنهی مختلفی از صدا به طول 50 میلیثانیه و با فاصلهی بین محرکی 300 میلیثانیه بوده که به صورت تصادفی پخش شدند. دنبالهی تطبیقی، همانند دنبالهی معمول در نظر گرفته شد، با این تفاوت که در این دنباله، یک محرک در اطراف فرکانس مشخص، به عنوان محرک تطبیق، بین محرکهای اصلی و با توزیع تصادفی، در نظر گرفته شد که 80% از دنبالهی تطبیقی را به خود اختصاص میداد. در ابتدا، با در نظر گرفتن ویژگی طیف توان در شش باند فرکانسی و طبقهبند LDA، میانگین قدرت رمزگشایی جفت فرکانسهای صوتی در دنبالهی معمول محاسبه گردید. در قدم بعد، قدرت رمزگشایی جفت فرکانسها در دنبالهی تطبیقی در باندهای فرکانسی تعیین شده، محاسبه و با نتایج رمزگشایی در دنبالهی معمول مقایسه گردید. نتایج حاکی از آن است که رمزگشایی محرکهای صوتی با فرکانسهای مختلف در باندهای بتا و گاما (>12 هرتز) از سیگنالهای پتانسیل محلی با دقتی در حدود 80% انجام میشود. همچنین، پخش یک محرک، به عنوان محرک تطبیقپذیری که مانند یک پیشزمینه در دنبالهی صدا قرار دارد، باعث کاهش دقت تفکیکپذیری فرکانسهای مجاور صدا میشود. این اثر در فعالیتهای فرکانس بالای (گاما و گامای بالا) سیگنالهای پتانسیل محلی، به صورت معناداری مشاهده شد.
Neural adaptation is a brain ability which reduces the neural activities in response to a repeated stimulus. In this study, we examined the effect of adaptation on neural decoding. For this purpose, pure tones with different frequency-amplitude combinations were presented randomly in two sequences (usual and adaptive). During the task, local field potential (LFP) signals were recorded from the primary auditory cortex of fifteen anesthetized rats. In the usual sequence, the stimuli were presented randomly with 50 ms duration and 300 ms interstimulus interval (ISI). Each combination was presented about 25 times. In the adaptive sequence, same as the usual one, stimuli were presented with this difference that one specific frequency (adapter) with the probability of 80% was presented frequently in this sequence. Comparison between decoding accuracy of two sequences allows us to study the effect of adaptation to a specific frequency on neural decoding. First, considering the power spectrum feature in six frequency bands and using LDA (linear discrimination analysis) classifier, the average decoding accuracy of all frequency-pairs were calculated in the usual sequence. Subsequently, the decoding accuracy of frequency-pairs in the adaptive sequence was calculated and compared with the usual sequence. Results show a significant decoding accuracy between different frequency-pairs in beta, gamma, and high-gamma bands (>12 Hz) of local field potential with an accuracy of about 80%. Moreover, we found that adaptation to one frequency of sound decreases the decoding accuracy of neighbor frequencies. This signature was observed in high-frequency gamma and high-gamma activities (30-120 Hz) of LFPs.
https://www.ijbme.org/article_33223_de6c01dd928615bd84f26bdb7fabe0b2.pdf
تطبیقپذیری
رمزگشایی نورونی
ناحیهی اولیهی شنوایی
تفکیک فرکانسی
پتانسیل میدان محلی
Adaptation
Neural Decoding
Primary Auditory Cortex
Frequency Discrimination
Local Field Potential
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2018-11-22
12
3
199
210
10.22041/ijbme.2018.90351.1378
32991
Full Research Paper
شناسایی کالریمتری نیتریت در بزاق با بهرهگیری از اختلاط بهینه
Nitrite Colorimetric Detection in Saliva using Optimal Mixing
الهام ملایی
e.mollaie27@gmail.com
1
ساسان آسیایی
asiaei@iust.ac.ir
2
مهدی مقیمی
moghimi@iust.ac.ir
3
علی زادهکافی
a_zadekafi@mecheng.iust.ac.ir
4
دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکدهی مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
استادیار، دانشکدهی مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
استادیار، دانشکدهی مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
دانشجوی دکتری، دانشکدهی مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
تولید و استفاده از وسایل تشخیصی-تحلیلی میکروسیالی، به ویژه وسایل تحلیلی میکروسیالی کاغذی (میکروپدها)، به دلیل مزایای فراوان آنها، از جمله هزینهی عملیاتی پایین، مصرف کم نمونه و عدم نیاز به مهارتی خاص برای استفاده و بازیافت یا دفع آسان، مورد استقبال زیادی قرار گرفته است. میکروپدها بدون نیاز به نیروی محرک خارجی، توانستهاند در تشخیص بسیاری از بیماریها موفق ظاهر شوند. هدف این مقاله، توسعهی یک میکرومیکسر برای تشخیص بر مبنای رنگسنجی نیتریت موجود در بزاق به کمک واکنش گریس و افزایش بازهی حد تشخیص دستگاه به کمک بهبود اختلاط میباشد. میکرومیکسرها پس از یک طراحی ساده، با برش لیزر ساخته شدند. در این کار، پنج هندسهی متفاوت، شامل ساده، مارپیچ، زیگزاگ، شکستهی قائم و شکستهی مایل، برای بخش اختلاط میکرومیکسر، به دو صورت تجربی و شبیهسازی، آزمایش و مقایسه شدهاند. شبیهسازی با مدل جریان دوفازی همگن در محیط متخلخل، در نرمافزار انسیس سیافاکس صورت گرفته است. نتایج نشان دادند که میکرومیکسر شکستهی مایل نسبت به میکرومیکسر ساده، با بهبود 24/44 درصدی، بهترین عملکرد را در آزمایش داشته، که حاصل آن محدودهی خطی تشخیص صفر تا 1000 molL-1μ و حد تشخیص 7/5 molL-1μ شده است. بدین ترتیب، با توجه به تاثیر فراوان میکرومیکسرها در میکروسیالات، به کمک اصلاحات هندسی ساده، کیفیت اختلاط و در نتیجه دقت وسیلهی اندازهگیری افزایش داده شد.
Microfluidic analytical/diagnostic tools, especially microfluidic paper-based analytical devices ( PADs) have attracted considerable attention due to their numerous advantages including their low operational costs, small analyte consumption, and limited required skills for use, and easy disposal/recycling. μPADs have been successful in detection of various diseases with no external deriving units. The aim of this study is to develop a micromixer for colorimetric detection of nitrite in saliva using Griess reaction and widening the limit of detection (LOD) by mixing improvement. Micromixers were fabricated using laser cut after a simple design. Five different geometries were examined and compared including straight, curved, zigzag, square wave and hexagonal, by numerical simulation and experimental tests for mixing part in micromixer. Simulations were performed in ANSYS CFX with homogeneous two-phase flow model in a porous media. As the result inclined hexagonal micromixer showed the best performance (in comparison with the straight one) exhibiting 44.24% of improvement which leads to a detection range and LOD of and , respectively. Considering the significant impact of micromixers in microfluidics, the quality of mixing and therefore the accuracy of the devices was improved by simple geometrical modifications.
https://www.ijbme.org/article_32991_811d88882298fc5cea1a69ee7555b52a.pdf
نیتریت
بزاق
واکنش گریس
وسایل تحلیلی میکروسیالی
میکرومیکسر کاغذی
Nitrite
Saliva
Griess method
Microfluidics analytical devices
Paper-based micromixers
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2018-11-22
12
3
211
220
10.22041/ijbme.2018.90842.1383
32972
Full Research Paper
اندازهگیری غیرتهاجمی میزان غلظت خون با استفاده از منابع نوری با طول موجهای مختلف
The Noninvasive Measurement of Hemoglobin by Light Sources in Various Wavelengths
سید حمیدرضا حیدری
seyedhamidrezaheidary71@gmail.com
1
محمدسجاد سکوت
sajadsokot@gmail.com
2
برهان بیگزاده
b_beigzadeh@iust.ac.ir
3
دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشکدهی مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشکدهی مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
استادیار، دانشکدهی مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
با توجه به رشد بیماریهای قلبی و عروقی در جهان، مانیتورینگ علایم حیاتی بدن، مانند ضربان قلب، درصد اکسیژن و فشار خون، به امری ضروری بدل شده است. در سالهای اخیر، استفاده از سیگنال فوتوپلتیسموگرافی تصویری برای اندازهگیری علایم حیاتی، همواره یکی از موضوعهای مورد علاقهی محققان بوده است. بیماری آنمی یا کمخونی یکی از بیماریهای شایع، به خصوص در میان زنان، به شمار میرود که ناشی از کاهش مقدار هموگلوبین خون میباشد. در این مقاله، با استفاده از روش فوتوپلتیسموگرافی تصویری، که روشی نوین برای شناخت انواع مختلف بیماریها است، میزان درصد هموگلوبین خون، با یک مقدار مطلوب، توسط بستر فیزیکی ساخته شده و اجرای الگوریتم پیشنهاد داده شده، تخمین زده میشود. در این روش، ابتدا از نبض قابل مشاهدهی نوک انگشت اشارهی انسان، به کمک منابع تامین کنندهی نور، با طول موجهای سفید، 520 و 980 نانومتر، فیلمبرداری شده است. در مرحلهی بعد، پس از به دست آوردن سیگنالهای نبض با توجه به منابع نوری با طول موج معین، عمل پیشپردازش روی سیگنالها انجام شده و بر اساس سیگنال فوتوپلتیسموگرافی به دست آمده از تصاویر، ویژگیهای زمانی مبتنی بر فیزیک مساله، استخراج شده است. در مرحلهی نهایی، به کمک برازش منحنی ماشین بردار پشتیبان، پیشبینی با دقت 82 درصد انجام شده که خود تاییدی بر صحت و درستی پیادهسازی الگوریتم پیشنهادی، با توجه به بستر فیزیکی ساخته شده، میباشد.
Monitoring human body vital signs like heart rate, oxygen saturation and blood pressure, has a profound influence on recognition of cardiovascular diseases which are growing at unprecedented rate all over the world. In recent years, using imaging photoplethysmography (IPPG) signals is one of the most interesting issues among researchers to measure the vital signs of the human body. Decreasing the values of hemoglobin in blood, which is called Anemia, and it's more common among women, can be detected through the processing of the IPPG signals. In this article, the magnitude of hemogolobin level is measured by a suggested approach applied on the IPPG signals taken by means of a physical setup. To make the signals, after capturing video from the fingertip pulse of index right finger with various light sources in wavelengths consisting of white, 520nm and 980nm; the IPPG signals will be accessible as a result of applying the proposed algorithm on the videos. In the next step, providing appropriate signals to the implementation of the regarded method, the signals are preprocessed. Considering physics-based models, the time domain features are extracted. In the final step, utilizing the support vector regression, accuracy of the prediction is 82%, which is shown reliability, repeatability, and reproducibility of the designed configuration.
https://www.ijbme.org/article_32972_6d09de1d83b49024b4932afe3a48b19c.pdf
علایم حیاتی
بیماریهای قلبی و عروقی
سیگنال فوتوپلتیسموگرافی تصویری
هموگلوبین
طول موج
vital signs
cardiovascular diseases
IPPG signals
hemoglobin
wavelengths
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2018-11-22
12
3
221
234
10.22041/ijbme.2018.91673.1393
32957
Full Research Paper
طراحی و شبیهسازی بخشهای بازیابی داده و توان القایی برای یک سیستم تحریک الکتریکی مورد استفاده در یک ایمپلنت مغزی
Design and Simulation of the Data and Power Recovery Blocks of an Inductively-Powered Microsystem Dedicated to a Brain Implant
زهراسادات فاطمی
zs_fatemi@yahoo.com
1
محمدمهدی احمدی
mmahmadi@aut.ac.ir
2
دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی، گروه بیوالکتریک، دانشکدهی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران
استادیار گروه بیوالکتریک، دانشکدهی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران
امروزه استفاده از ریزسامانههای قابل کاشت، برای شناسایی دقیقتر عملکرد مغز و تعامل نورونها با یکدیگر، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این ریزسامانهها، با بهرهگیری از الکترودهایی با ابعادی در حدود اندازهی یک نورون، قادر هستند تا عمل ثبت فعالیت یا تحریک یک نورون را با قدرت تفکیک بسیار بالایی انجام دهند. طراحی ریزسامانههای قابل کاشت تحریک الکتریکی، با چالشهای بسیاری روبهرو است که از آن جمله میتوان به نحوهی بازیابی توان با بازده بالا و بازیابی دادههای ارسالی با دقت بالا، اشاره کرد. در این مقاله، یک ساختار جدید برای بلوک بازیابی توان در یک ریزسامانهی تحریک الکتریکی مغز، ارائه شده است. در ریزسامانهی تحریک الکتریکی مورد نظر در این مقاله، لازم است تا دو سطح ولتاژ متفاوت تولید شود. ولتاژ اول، سطح پایینتری (8/1 وات) داشته و به عنوان منبع تغذیهی مدارهای داخلی (مانند مدارهای دیجیتال)، مورد استفاده قرار میگیرد. برای تولید این ولتاژ، از یک یکسوساز فعال استفاده شده است که با دریافت ولتاژ ورودی ۳ ولت، بازده توان 89% و افت ولتاژ ۱۵۰ میلیولت را دارد. ولتاژ دوم، که سطح بالاتری داشته و متغیر میباشد، توان لازم برای منابع جریان تحریککننده را تامین میکند. برای تولید این ولتاژ، از یک یکسوساز فعال کنترل شونده با فاز، استفاده میشود که ولتاژ خروجی آن، متناسب با میزان جریان تحریک، در بازهی ۸/۱ تا 5/2 ولت تغییر کرده و از این طریق، اتلاف توان در منابع جریان تحریک را کاهش و بازده سیستم تحریک را در مواردی تا حدود ۵۰% افزایش میدهد. همچنین در این مقاله، یک مدار دمدولاتور دامنه، جهت بازیابی دادههای ارسالی از خارج بدن و یک مدار برای بازیابی پالس ساعت مورد نیاز برای عملکرد ریزسامانهی تحریکی، طراحی شده و نتایج شبیهسازی آنها ارائه شده است. مدار دمدولاتور داده، قادر است تا دادهها را از ولتاژ ورودی با دامنهی ۳ تا ۵ ولت و با ضریب مدولاسیون متغیر بین ۵ تا ۲۵ درصد، استخراج کند.
The use of smart medical implants to study the human brain and the interaction of neurons with each other has recently gained much attention. These implants contain microelectrode arrays in which the size of an electrode is in the order of the size of a neuron; therefore they allow recording signals from single neuron or stimulating a single neuron with considerable precision. Design of such implants entails many challenges, one of which is the design of power and data recovery blocks. In this paper, we describe the design of a new power and data recovery unit for an implantable neural stimulating microsystem. The power recovery unit generates two supply voltages: a 1.8-V supply for the core circuits and a higher supply voltage for the stimulation front-end. An active rectifier is used to generate the 1.8-V supply. The active rectifier achives a 89% power conversion efficiency and 150mV voltage drop with a 3-V sinusoidal input voltage. In order to maximize the efficiency of the stimulation front-end, the supply voltage of that circuit should be adaptively adjusted according to the amplitude of the stimulation current. As a result, a phase-controlled active rectifier is utilized to generate the supply voltage for the neural stimulation front-end. The phase-controlled active rectifier can generate out voltages ranging from 1.8V to 2.5V. Using phase-controlled active rectifier can increase the power conversion efficiency up to 50%. In addition to power recovery, neuroelectrical stimulation microsystems should receive stimulation data from outside of the body. Hence, this paper also circuits required for clock and daterecovery. The data recovery block is able to demodulate the ASK-modulated signal with 3-V to 5-V amplitude and 5% to 25% modulation index.
https://www.ijbme.org/article_32957_1438a79e2987184182ee5889ec695b2a.pdf
ریزسامانهی قابل کاشت
تحریک الکتریکی
یکسوساز فعال
یکسوساز کنترلشونده با فاز
بازیابی داده و پالس ساعت
Implantable microsystems
electrical stimulation
wireless power transfer
active rectifier
phase controlled active rectifier
clock and data recovery
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2018-11-22
12
3
235
248
10.22041/ijbme.2018.91846.1396
33251
Full Research Paper
ارائهی یک روش سریع برای شکلدهی پرتوی وفقی چندپرتویی در تصویربرداری اولتراسوند
A New Fast Multi-Beam-Based Method for Adaptive Beamforming in Ultrasound Imaging
حنانه کیهانیان
hanna.keihan.93@gmail.com
1
سیدمحمود سخایی
smsakhaei@nit.ac.ir
2
کارشناس ارشد مهندسی پزشکی، گروه بیوالکتریک، دانشکدهی مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل
استادیار، گروه بیوالکتریک، دانشکدهی مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل
روش شکلدهی پرتو چندپرتویی، یک روش پیادهسازی شکلدهی پرتو کمترین واریانس، با پیچیدگی محاسباتی اندک است که در آن، به جای محاسبهی ماتریس کوواریانس برای هر یک از نقاط تصویر و معکوس کردن آن، تنها یک ماتریس برای تمام نقاط واقع در فاصلهی شعاعی یکسان از مرکز آرایه، محاسبه میشود. سپس برای کاهش بیشتر پیچیدگی، مسالهی شکلدهی در فضای پرتو حل میشود. در این مقاله، یک روش دومرحلهای جدید برای کاهش پیچیدگی شکلدهی پرتو کمترین واریانس، معرفی شده است که مخصوصا در حالت چندپرتویی، نسبت به روش فضای پرتو، دارای پیچیدگی محاسباتی کمتری میباشد. در مرحلهی اول این روش، به جای استفاده از سیگنالهای تمام عناصر آرایه در محاسبهی ماتریس کوواریانس، سیگنالهای بخشی از عناصر آرایه انتخاب میشود، به گونهای که ماتریس کوواریانس حاصل، تمام اطلاعات همبستگی سیگنالها را در بر گیرد. در مرحلهی دوم، وزنهای تمام عناصر آرایه، از طریق یک روش درونیابی وفقی تعیین میشود، به گونهای که ضمن حفظ ویژگی رزولوشن خوب، کنتراست تصویر نیز بهبود یابد. شبیهسازیها نشان میدهند که در حالت چندپرتویی، روش جدید از نظر رزولوشن، کنتراست و مقاوم بودن در مقابل خطاها، عملکردی مشابه با روش شکلدهی در فضای پرتو دارد، در حالی که نسبت به آن روش، بار محاسباتی را تا بیش از 3 برابر، کاهش میدهد.
The method of multi-beam beamforming is a low-computational adaptive beamforming method in which, instead of calculating the covariance matrix and inverting it for each point of the image, only one matrix is calculated for all points on the same radial distance. Then, to reduce the complexity of the inverse matrix calculation, the problem is solved in the beamspace domain. We introduce a new two-stage method to reduce the complexity of the minimum variance (MV) beamforming method, which outperforms the beamspace method in computational burden aspect in multi-beam method. In the first step, instead of using the signals of all array elements in calculating the covariance matrix, the signals of a decimated one are chosen such that the resulting covariance matrix contains all the correlation information of the signals. In the second stage, the weights of all elements of the array are determined by a proper interpolation method from the weights of the decimated array. According to the simulation results of point targets and cyst phantom, the new method has a performance similar to that of the beamspace multi-beam method in terms of resolution, contrast, and robustness against the errors with at least 3 times lower computational burden.
https://www.ijbme.org/article_33251_0e331ff2509d2528492469ec55b2c9d9.pdf
تصویربرداری اولتراسوند
شکلدهی پرتو
چندپرتویی
آرایهی لانهای
ultrasound imaging
beamforming
multi-beam
nested array
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2018-11-22
12
3
249
263
10.22041/ijbme.2018.92597.1399
33060
Full Research Paper
مدلسازی بیماری آپنهی انسدادی خواب (OSA) با استفاده از دیدگاه انتقال فاز دینامیکی
Modeling Obstructive Sleep Apnea using Dynamical Phase Transition
سمیه رئیسدانا
somayeh.rdana@gmail.com
1
استادیار، دانشکدهی مهندسی برق، پزشکی و مکاترونیک، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین
خواب، یکی از فرایندهای ضروری برای حفظ و بهبود فعالیتهای انسان میباشد، در حالی که هنوز بسیاری از جزئیات آن به درستی شناخته نشده است. خواب کاهش یافته یا بریده شده، یکی از ریسکهای سلامتی به شمار میآید که میتواند باعث وقوع بیماریهای قلبی یا دیابت و همچنین انحطاط هوشیاری و شناخت گردد. چند پارگی خواب، به پدیدهای گفته میشود که در آن محرومیت از خواب به طور کامل اتفاق نمیافتد، اما خواب فرد به طور متناوب با انگیختگیهایی که منشا آنها عوامل خارجی (نویز) یا عوامل داخلی (آپنه) است، آشفته میشود. مدلسازی ریاضی یک ابزار مناسب برای شناخت مکانیسمهای پیچیدهی بیولوژیکی است. در این مقاله، مدلی از پدیدههای اساسی تنظیم چرخهی خواب–بیداری، پیادهسازی شده، دینامیک آن مورد بررسی قرار گرفته و سپس عواملی که سبب بروز آپنهی انسدادی خواب میشوند، شناسایی و ارزیابی میگردند. این مدل شامل دو جمعیت نورونی اصلی میباشد: 1- سیستم تحریک صعودی مغز در ساقهی مغزی، که مسئول ایجاد بیداری است و 2- جمعیت نورونی VLPO از هیپوتالاموس، که خواب را شکل میدهد. این دو منطقه، در مهار متقابل قرار داده شده و انتقال بین دو حالت رفتاری خواب و بیداری را به صورت سوئیچی پدید میآورند. نتایج مدلسازی نشان میدهد که هیسترسیس موجود در انتقال بین خواب و بیداری، تحت تاثیر عواملی که باعث انگیختگی میشوند، کوچک و ناپایدار شده و به تبع آن، انتقالهای سریع پدید میآید. مدل ارائه شده در این تحقیق توانسته است برخی از نتایج آزمایشگاهی در خصوص خواب آپنهی انسدادی را بازتولید نماید.
Sleep is an essential process to maintain and improve human activities, while many details related to sleep are still not well understood. Decreased or fragmented sleep is a health risk that might result in heart disease or diabetes on one hand and degradation of consciousness and cognition on the other hand. Sleep fragmentation is a phenomenon in which an individual's sleep is intermittently disrupted by arousal caused by external factors (noise) or internal factors (apnea) although sleep deprivation does not completely occur. Computational modeling is a suitable framework for understanding complex biological mechanisms. In this paper, the fundamental phenomena underlying the sleep-wake transition was reviewed and simulated. The dynamical behavior of model was then investigated and afterwards the factors that might cause obstructive sleep apnea were implemented and evaluated. The model includes two main neuronal populations: the ascending arousal system in the brain stem that is responsible for awakening and a neuronal population in the hypothalamus, called VLPO, which mediates sleep. These populations have mutual inhibition on each other causing a flip-flop or switching behavior between sleep and wake. The results of modeling in this paper showed hysteresis in the sleep-wake cycle, the size of which is affected by factors causing arousal. In OSA, intermittent and unstable transitions as well as the shrinking of bistable zone is expected. The model could reproduce some experimental results related to obstructive apneas.
https://www.ijbme.org/article_33060_0b390294a44267a89a6d545a9392ce7d.pdf
مدلسازی خواب
دینامیک غیرخطی
آپنهی انسدادی خواب
انگیختگی
هیسترسیس
sleep modeling
dynamical phase transition
obstructive sleep apnea
arousal
hysteresis