مقاله کامل پژوهشی
الگوبرداری زیستی / زیست‌تقلیدی
یاسمن امیری؛ بهمن وحیدی
دوره 15، شماره 2 ، تابستان 1400، صفحه 101-110
چکیده
ریزسوزن‌ها نوعی سوزن با ابعاد میکرونی هستند که بعد از تحویل دارویی از طریق دهانی و تزریقی سومین سیستم تحویل پرکاربرد هستند. باتوجه به هزینه‌ی بالای ساخت ریزسوزن، شبیه‌سازی عددی نفوذ ریزسوزن در پوست می‌تواند برای بررسی استحکام ریزسوزن و همچنین اثر آن روی پوست در حین نفوذ مفید باشد. در این پژوهش ابتدا یک روش شبیه‌سازی جدید در نرم‌افزار ...
بیشتر
ریزسوزن‌ها نوعی سوزن با ابعاد میکرونی هستند که بعد از تحویل دارویی از طریق دهانی و تزریقی سومین سیستم تحویل پرکاربرد هستند. باتوجه به هزینه‌ی بالای ساخت ریزسوزن، شبیه‌سازی عددی نفوذ ریزسوزن در پوست می‌تواند برای بررسی استحکام ریزسوزن و همچنین اثر آن روی پوست در حین نفوذ مفید باشد. در این پژوهش ابتدا یک روش شبیه‌سازی جدید در نرم‌افزار آباکوس با روش صریح، با استفاده از المان‌های کوهسیو برای بررسی نفوذ ریزسوزن در پوست ساعد دست انسان ارائه شد. پوست به‌صورت مدل هایپرالاستیک اوگدن و دولایه در نظر گرفته شد. ریزسوزن به‌عنوان جسم صلب در نظر گرفته شد و به آن سرعت ثابت 6/0 میلی‌متر بر ثانیه اعمال شد. ریزسوزن دارای بالک با عنوان‌های زیست‌الهام بررسی و پارامترهای مهم آن مانند ارتفاع، تیزی و زاویه بالک ارزیابی گردید. در انتها چند مدل پیشنهادی از ریزسوزن‌ها به‌همراه شیارهای طولی برای افزایش تمرکز تنش روی پوست و جلوگیری از اصطکاک ارائه شده است. مقایسه ریزسوزن بالک‌دار طراحی شده با ریزسوزن بدون بالک نشان می‌دهد که ریزسوزن بالک‌دار تمرکز تنش بیشتری حدود دوبرابر روی پوست ایجاد می‌کند، اما نیروی نفوذ را به‌اندازه‌ی 15 درصد کاهش می‌دهد، که در نتیجه‌ی آن راحت‌تر در پوست نفوذ می‌کند. نتایج حاصل بیان می‌کند شیارهای طولی کاهشی تا حدود 10 درصد تنش ایجاد شده در پوست را افزایش داده ولی تاثیر ناچیزی برروی نیروی نفوذ در پوست دارند. نتایج این پژوهش می‌تواند در زمینه دارورسانی، نمونه‌برداری، جوان‌سازی به‌وسیله ریزسوزن و همچنین برای ساخت چسب‌های پزشکی و ریزسوزنهای مورد استفاده در ثبت سیگنال زیستی مانند الکتروکاردیوگرافی، الکترومایوگرافی و الکتروانسفالوگرافی نیز مفید باشد.
مقاله کامل پژوهشی
علوم اعصاب محاسباتی
مریم مقدم؛ فرزاد توحیدخواه؛ گلناز بغدادی
دوره 15، شماره 2 ، تابستان 1400، صفحه 111-120
چکیده
در فیزیولوژی شناختی و علوم اعصاب، حافظه مکانی بخشی از حافظه است که مسئول ثبت و بازخوانی اطلاعات درباره‌ی اجزای محیط و جهت‌گیری و ناوبری است. اعمال شناختی مغز از جمله ناوبری، از طریق فعالیت‌های دارای همبستگی و دنباله‌ای نواحی مختلف مغز شکل گرفته و اجرا می‌شوند. طبق تحقیقات انجام شده، فرآیند ناوبری عمدتاً به عملکرد هیپوکمپ و بخش ...
بیشتر
در فیزیولوژی شناختی و علوم اعصاب، حافظه مکانی بخشی از حافظه است که مسئول ثبت و بازخوانی اطلاعات درباره‌ی اجزای محیط و جهت‌گیری و ناوبری است. اعمال شناختی مغز از جمله ناوبری، از طریق فعالیت‌های دارای همبستگی و دنباله‌ای نواحی مختلف مغز شکل گرفته و اجرا می‌شوند. طبق تحقیقات انجام شده، فرآیند ناوبری عمدتاً به عملکرد هیپوکمپ و بخش گیجگاهی میانی مرتبط است و بازیابی حافظه مکانی از این نواحی تحت کنترل ناحیه پیشانی و مشخصاً قشر پیش‌پیشانی میانی انجام می‌شود. با توجه به خلأ وجود یک مدل شناختی و محاسباتی جامع از فرآیند ناوبری در مسیر یاد گرفته شده و مبهم بودن اطلاعات انتقالی بین واحدها و همچنین دور بودن بسیاری از مدل‌های ارائه شده با واقعیت آنچه در تبادل اطلاعات در این فرآیند شناختی در مغز اتفاق می‌افتد، در این مقاله تلاش ما بر ارائه مدلی شناختی از این فرایند بر اساس رویکردهایی از مفاهیم محاسباتی و با تمرکز بر تعامل دوطرفه بین HPC و mPFC بوده است. مدل پیشنهادی مهم‌ترین نواحی مغزی فعال در ناوبری با استفاده از نقشه شناختی را در خود دارد و بر اساس نحوه عملکرد و تعاملات بین نواحی مختلف مغزی، توصیف‌هایی را بر مبنای مفاهیم سنکرونی بین نوسانگرها ارائه می‌کند. در این مدل بر اساس فرایند سنکرونی در انتقال اطلاعات و ماهیت عملکرد مبتنی بر قواعد واحد mPFC در کنترل واحدهای گیجگاهی میانی، ایده استفاده از مجموعه‌های نورونی وندرپل و پایگاه قواعد کنترلی را مطرح نموده‌ایم. همچنین با تحلیل و ارائه شواهد نشان داده‌ایم که این مدل در راستای توجیه اختلالات عملکردی و شناختی در ناوبری و طراحی و پیش‌بینی اثر پروتکل‌های درمانی و توان‌بخشی در بیماری‌های مرتبط با این عملکرد شناختی نظیر آلزایمر می‌تواند مفید و کاربردی باشد.
مقاله کامل پژوهشی
کنترل سیستم‌های زیستی / کنترل زیستی
امیر ویسی؛ هادی دلاوری
دوره 15، شماره 2 ، تابستان 1400، صفحه 121-130
چکیده
بیماری کرونا ویروس، یا کووید 19 یک بیماری واگیردار است، که توسط ویروس کرونا ایجاد شده است و یک تهدید و نگرانی برای سلامت و اقتصاد کشورها است. اگرچه تولید و توزیع واکسن این بیماری هم اکنون در حال انجام است، اما مداخلات غیر دارویی همچنان به عنوان یک استراتژی مهم و اساسی برای کنترل شیوع این ویروس در کشور‌های جهان در حال اجراست. هم اکنون ...
بیشتر
بیماری کرونا ویروس، یا کووید 19 یک بیماری واگیردار است، که توسط ویروس کرونا ایجاد شده است و یک تهدید و نگرانی برای سلامت و اقتصاد کشورها است. اگرچه تولید و توزیع واکسن این بیماری هم اکنون در حال انجام است، اما مداخلات غیر دارویی همچنان به عنوان یک استراتژی مهم و اساسی برای کنترل شیوع این ویروس در کشور‌های جهان در حال اجراست. هم اکنون با توجه به شرایط موجود، داشتن یک مدل دینامیکی مناسب از این بیماری، اطلاعاتی را در مورد نحوه رفتار، شیوع، سرعت انتقال و سایر پارامتر‌ها را در اختیار مسئولان ذی ربط قرار خواهد داد. روش‌های مختلف مدل‌سازی ریاضی برای تجزیه و تحلیل الگوهای انتقال این بیماری جدید پیشنهاد شده است. در این مقاله، با استفاده از حسابان کسری، دینامیک کووید 19 مورد بررسی قرار خواهد گرفت. یکی از مزیت‌های مهم حسابان کسری که در مدل سازی و کنترل بیماری‌های همه‌گیر می‌تواند بسیار کارآمد باشد، داشتن حافظه بلند مدت است. با داشتن مدل دینامیکی انتقال و شیوع ویروس، تمرکز بر یک استراتژی کنترلی بر اساس مداخلات غیر دارویی می‌تواند حائز اهمیت باشد. در این مقاله یک روش کنترل مدلغزشی مرتبه کسری تطبیقی جدید جهت اتخاذ تصمیمات غیر دارویی پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی در این مقاله جهت کنترل مداخلات غیر دارویی، یک کنترل کننده مدلغزشی فعال مرتبه کسری تطبیقی جدید است، که به علت مقاوم بودن در برابرنامعینی‌های پارامتری و اغتشاشات سیستم می‌تواند عملکرد مناسبی را داشته باشد.
مقاله کامل پژوهشی
آنالیز حرکت انسان
سید مهران آیتی نجف آبادی؛ علیرضا هاشمی اسکویی؛ سید مسعود رفیعایی
دوره 15، شماره 2 ، تابستان 1400، صفحه 131-140
چکیده
حفظ تعادل در حرکت های روزمره از جمله حرکت روی پله، یکی از مشکلات افراد دارای اختلاف طول پا است. این افراد برای جبران تفاوت طول دوپا، الگوی حرکت خود را از حالت عادی تغییر می‌دهند. در اثر تغییر الگوی حرکت، مختصات مرکزجرم بدن که یکی از عوامل مهم در حفظ تعادل است، تغییر می‌کند. برای تصحیح الگوی حرکت، استفاده از روش‌های اصلاحی مانند بکار ...
بیشتر
حفظ تعادل در حرکت های روزمره از جمله حرکت روی پله، یکی از مشکلات افراد دارای اختلاف طول پا است. این افراد برای جبران تفاوت طول دوپا، الگوی حرکت خود را از حالت عادی تغییر می‌دهند. در اثر تغییر الگوی حرکت، مختصات مرکزجرم بدن که یکی از عوامل مهم در حفظ تعادل است، تغییر می‌کند. برای تصحیح الگوی حرکت، استفاده از روش‌های اصلاحی مانند بکار بردن کفی جبران‌کننده تجویز می‌شود. هدف از این مطالعه بررسی تغییرات مرکز جرم، با و بدون استفاده از کفی در افراد دارای اختلاف طول پا در بالا رفتن از پله است. در این مطالعه، حرکت 20 شرکت‌کننده در هنگام بالا رفتن از پله در دو گروه افراد سالم و افراد دارای کوتاهی پا توسط سیستم سه بعدی آنالیز حرکت ثبت گردید. تغییرات زوایای مفاصل لگن، زانو و مچ‌پا با مدل 7 عضوی از روش اویلر محاسبه گردیدند. سپس ماتریس‌های دوران و انتقال اندام‌ها بدست آمدند و با استفاده از آن‌ها بازوی ممان‌های عضوها تعیین شدند. تغییرات مرکزجرم در سه جهت از روش مجموع ممان‌های کل بدن بدست آمدند. تغییرات بین گروه آزمون وکنترل با استفاده از آزمون آماری t مستقل و زوجی در سطح اطمینان 95% مقایسه شدند. نتایج نشان داد جابجایی مرکز جرم در هر سه جهت برای افراد دارای اختلاف طول پا از نظر آماری به طور معناداری متفاوت ازافراد سالم بود (p<0.05) تنها دامنه حرکتی مرکز جرم افراد دارای عارضه در محور عمودی تفاوت معنی‌داری از خود نشان نداد (p>0.05). بر اساس یافته‌های این تحقیق می‌توان نتیجه گرفت که در بالا رفتن از پله، استفاده از کفی جبران‌کننده توسط افراد دارای اختلاف طول پا به تنهایی نمی‌تواند تغییرات مرکزجرم به عنوان یکی از شاخصه‌های سنجش تعادل را مانند افراد عادی گرداند.
مقاله کامل پژوهشی
بیومکانیک دندان
پدرام اخلاقی؛ ستاره خورشیدپرست؛ غلامرضا روحی؛ حمیدرضا باریکانی
دوره 15، شماره 2 ، تابستان 1400، صفحه 141-150
چکیده
پایداری اولیه ایمپلنت عبارت است از درگیری اولیه مکانیکی میان ایمپلنت و استخوان، که یک پیش نیاز اساسی برای ارزیابی موفقیت ایمپلنت گذاری است. پایداری اولیه به‌صورت برون‌تنی با اندازه‌گیری سفتی و بار بیشینه سازه استخوان-ایمپلنت، قابل بررسی است. فرآیندهایی مانند ایمپلنت گذاری و اعمال بار بر روی ایمپلنت، سبب ایجاد آسیب در استخوان شده ...
بیشتر
پایداری اولیه ایمپلنت عبارت است از درگیری اولیه مکانیکی میان ایمپلنت و استخوان، که یک پیش نیاز اساسی برای ارزیابی موفقیت ایمپلنت گذاری است. پایداری اولیه به‌صورت برون‌تنی با اندازه‌گیری سفتی و بار بیشینه سازه استخوان-ایمپلنت، قابل بررسی است. فرآیندهایی مانند ایمپلنت گذاری و اعمال بار بر روی ایمپلنت، سبب ایجاد آسیب در استخوان شده و منجر به کاهش پایداری اولیه می‌شود. هدف این مطالعه، یافتن تاثیر آسیب‌های ایجاد شده در استخوان بر پایداری اولیه سازه استخوان-ایمپلنت در بارگذاری-باربردای فشاری دوره‌ای است. بدین منظور، پس از آماده‌سازی نمونه استخوان-ایمپلنت، آزمون مکانیکی بارگذاری-باربرداری فشاری دوره‌ای به صورت مرحله به مرحله و جابجایی کنترل بر روی سازه انجام و در هر مرحله، از نمونه تصاویر میکروسیتی ( µCT) گرفته شد. در نهایت سفتی سازه و بارنهایی از آزمون مکانیکی و توزیع کرنش پلاستیک در استخوان با مقایسه تصاویر µCT در هر مرحله با استفاده از روش همبستگی حجمی دیجیتال (DVC) محاسبه شدند. نتایج این تحقیق نشان داد، افزایش مرحله به مرحله‌ی دامنه بارگذاری از صفر تا 96/ 0 میلی‌متر، سبب کاهش %40 سفتی سازه نسبت به سفتی اولیه و افزایش کرنش پلاستیک در استخوان اطراف ایمپلنت می‌شود. از نتایج این تحقیق می‌توان در بهینه سازی طراحی ایمپلنت‌های دندانی با رویکرد افزایش پایداری اولیه استفاده کرد.
مقاله کامل پژوهشی
گیسو فتحی؛ پیوند قادریان
دوره 15، شماره 2 ، تابستان 1400، صفحه 151-160
چکیده
بیماری پارکینسون یکی از رایج‌ترین بیماری‌های پیش‌رونده‌ی تدریجی است که با تاثیر بر سیستم عصبی مرکزی، سبب بروز اختلالات راه رفتن می‌گردد. ازآنجایی‌که این بیماری قابل‌درمان نیست، تشخیص صحیح و به‌موقع آن، می‌تواند به آهسته کردن سیر پیشرفت بیماری، کاهش آسیب‌های جسمی و ارتقای کیفیت زندگی بیماران، کمک شایانی نماید. در این راستا ...
بیشتر
بیماری پارکینسون یکی از رایج‌ترین بیماری‌های پیش‌رونده‌ی تدریجی است که با تاثیر بر سیستم عصبی مرکزی، سبب بروز اختلالات راه رفتن می‌گردد. ازآنجایی‌که این بیماری قابل‌درمان نیست، تشخیص صحیح و به‌موقع آن، می‌تواند به آهسته کردن سیر پیشرفت بیماری، کاهش آسیب‌های جسمی و ارتقای کیفیت زندگی بیماران، کمک شایانی نماید. در این راستا توسعه‌ی سیستم‌های تشخیصی با عملکرد سریع، کم‌هزینه و قابل‌اعتماد حائز اهمیت است. برای حل این مسئله در این تحقیق، یک روش تشخیصی با استفاده از سیگنال نیروی عکس‌العمل عمودی زمین که یک شاخص غیرتهاجمی و مفیدی از نحوه کنترل حرکتی فراهم می‌آورد، ارائه‌شده است. این روش تشخیصی، براساس تجزیه تعمیم‌یافته مقدار تکین سیگنال و طبقه‌بندهای k-نزدیکترین همسایگی (KNN) و شبکه عصبی احتمالی (PNN) است. عملکرد این الگوریتم با استفاده از سیگنال راه رفتن 93 بیمار پارکینسونی و 73 فرد سالم مورد ارزیابی قرارگرفته است. نتایج به‌دست‌آمده نشان می-دهد که ویژگی جدید متقارن ارائه‌شده، قادر است بیماری پارکینسون را به‌کمک روش طبقه‌بندی k-نزدیکترین همسایگی و شبکه عصبی احتمالی به ترتیب با صحت 96/19 درصد و 95/67 درصد، حساسیت 97/02، 93/35 و اختصاصیت 95/02، 97/33تشخیص دهد. از سوی دیگر این روش در تشخیص شدت بیماری نیز موفق به ارائه صحت 98/23 درصد و 98/51درصد، حساسیت 93/5 درصد و 100 درصد و اختصاصیت 100 درصد و 96/53 درصد برای این دو طبقه‌بند، شده است. نتایج با صحت بالای به‌دست‌آمده نشان از قابلیت مناسب روش غیرتهاجمی و کم‌هزینه ارائه‌شده در تشخیص بیماری پارکینسون و تفکیک شدت آن دارد که استفاده از آن را در کاربردهای کلینیکی ممکن می‌سازد.
مقاله کامل پژوهشی
مدل‌سازی سیستم‌های بیولوژیکی
محسن کاملیان راد؛ محمد علی احمدی پژوه؛ مهرداد ساویز
دوره 15، شماره 2 ، تابستان 1400، صفحه 161-170
چکیده
تحریک الکتریکی روی پوستی تارهای اعصاب محیطی، همواره یکی از زمینه‌های مهم پژوهشی بوده است. مطالعات زیادی قابلیت مسدودسازی هدایت تارهای عصبی توسط بکارگیری جریان-های متناوب فرکانس بالا (5 تا 20 کیلوهرتز) را نشان می‌دهند. با توجه به اینکه همواره تحریک تارهای باریک‌تر، با آتش کردن و همراهی تارهای قطورتر همراه است، در این پژوهش با الهام ...
بیشتر
تحریک الکتریکی روی پوستی تارهای اعصاب محیطی، همواره یکی از زمینه‌های مهم پژوهشی بوده است. مطالعات زیادی قابلیت مسدودسازی هدایت تارهای عصبی توسط بکارگیری جریان-های متناوب فرکانس بالا (5 تا 20 کیلوهرتز) را نشان می‌دهند. با توجه به اینکه همواره تحریک تارهای باریک‌تر، با آتش کردن و همراهی تارهای قطورتر همراه است، در این پژوهش با الهام گرفتن از این قابلیت، فضاهای جریانی برای تحریک انتخابی دسته تارهای مختلف عصبی، بدون فعال شدن دیگر تارها به دست آمده است. منظور از فضای تحریک، بخشی از نمودار شدت جریان-فرکانس است؛ که با انتخاب پارامترهای تحریک در این ناحیه، تنها تارهای به خصوصی تحریک می‌شوند. برای انجام شبیه‌سازی‌ها از مدل تار عصبی McIntyre استفاده شده است؛ که مدل پمپ سدیم-پتاسیم نیز به آن افزوده شده و اثرات آن بررسی شده‌اند. از یک الکترود تک قطبی که جریانی نقطه‌ای در فواصل مختلف از تارهای عصبی ایجاد می‌کند، استفاده شده است.ناحیه‌ی مناسب فرکانسی برای تحریک تارهای مختلف بالاتر از 5 کیلوهرتز بوده و جریان مناسب برای تحریک انتخابی تارهای Aδ و Aβ به ترتیب با دو معادله‌ی درجه 2 و 3 که بر فضای میانی آستانه‌ی تحریک و انسداد هر تار عصبی برازش شده‌اند، به دست می‌آید؛ همچنین جریان تحریک برای تارهای Aδ از حدود 0.8 تا 1.8 میلی‌آمپر و برای تارهای Aβ از حدود 0.55 تا 0.95 میلی‌آمپر بسته به فرکانس متغیر است. در تمامی شبیه‌سازی‌ها نیز از شکل‌موج سینوسی استفاده شده است.
