مقاله کامل پژوهشی
الگوبرداری زیستی / زیست‌تقلیدی
یاسمن امیری؛ بهمن وحیدی
دوره 15، شماره 2 ، شهریور 1400، صفحه 99-110
چکیده
ریزسوزن‌ها نوعی سوزن با ابعاد میکرونی بوده که پس از تحویل دارویی از طریق دهانی و تزریقی سومین سیستم تحویل پرکاربرد هستند. با توجه 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 نفوذ ریزسون‌های زیست‌الهام بر اساس ...
بیشتر
ریزسوزن‌ها نوعی سوزن با ابعاد میکرونی بوده که پس از تحویل دارویی از طریق دهانی و تزریقی سومین سیستم تحویل پرکاربرد هستند. با توجه 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 نفوذ ریزسون‌های زیست‌الهام بر اساس نیش زنبور عسل در پوست با استفاده از المان‌های کوهسیو در حالت سه‌بعدی در نرم‌افزار آباکوس شبیه‌سازی شده است. هم‌چنین مدل پوست بر اساس داده‌های آزمایشگاهی و بر اساس مدل اوگدن انتخاب شده است. ریزسوزن به عنوان جسم صلب در نظر گرفته شده و به آن سرعت ثابت 6/0 میلی‌متربرثانیه اعمال شده است. ریزسوزن دارای بالک با عنوان زیست‌الهام بررسی شده و پارامترهای مهم آن مانند ارتفاع، تیزی و زاویه‌ی بالک ارزیابی شده است. در انتها چند مدل پیشنهادی از ریزسوزن‌ها به همراه شیارهای طولی برای افزایش تمرکز تنش روی پوست و جلوگیری از اصطکاک ارائه شده است. مقایسه‌ی ریزسوزن بالک‌دار طراحی شده با ریزسوزن بدون بالک نشان داده که ریزسوزن بالک‌دار تمرکز تنش بیش‌تری (حدود دو برابر) روی پوست ایجاد کرده اما نیروی نفوذ را به اندازه‌ی 15% کاهش داده که در نتیجه راحت‌تر در پوست نفوذ میکند. نتایج حاصل بیان میکند که شیارهای طولی کاهشی تا حدود 10% تنش ایجاد شده در پوست را افزایش داده اما تاثیر ناچیزی روی نیروی نفوذ در پوست دارد. نتایج این پژوهش میتواند در زمینه‌ی دارورسانی، نمونه‌برداری، جوان‌سازی به وسیله‌ی ریزسوزن و هم‌چنین برای ساخت چسب‌های پزشکی و ریزسوزن‌های مورد استفاده در ثبت سیگنال زیستی مانند الکتروکاردیوگرافی، الکترومایوگرافی و الکتروانسفالوگرافی مفید باشد.
مقاله کامل پژوهشی
علوم اعصاب محاسباتی
مریم مقدم؛ فرزاد توحیدخواه؛ گلناز بغدادی
دوره 15، شماره 2 ، شهریور 1400، صفحه 111-125
چکیده
در فیزیولوژی شناختی و علوم اعصاب، حافظه‌ی مکانی بخشی از حافظه بوده که مسئول ثبت و بازخوانی اطلاعات دربارهی اجزای محیط، 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، فرایند ناوبری عمدتا به عمل‌کرد هیپوکمپ ...
بیشتر
در فیزیولوژی شناختی و علوم اعصاب، حافظه‌ی مکانی بخشی از حافظه بوده که مسئول ثبت و بازخوانی اطلاعات دربارهی اجزای محیط، 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، فرایند ناوبری عمدتا به عمل‌کرد هیپوکمپ و بخش گیج‌گاهی میانی مرتبط است و بازیابی حافظه‌ی مکانی از این نواحی تحت کنترل ناحیهی پیشانی و مشخصا قشر پیشپیشانی میانی انجام میشود. با توجه به عدم وجود یک مدل شناختی و محاسباتی جامع از فرایند ناوبری در مسیر یاد گرفته شده، مبهم بودن اطلاعات انتقالی بین واحدها و هم‌چنین دور بودن بسیاری از مدلهای ارائه شده با واقعیت اتفاق افتاده در تبادل اطلاعات در این فرایند شناختی مغز، در این مقاله سعی شده است تا مدلی شناختی از این فرایند بر اساس رویکردهایی از مفاهیم محاسباتی و با تمرکز بر تعامل دوطرفه بین HPC و mPFC ارائه شود. مدل پیشنهادی در بر گیرنده‌ی مهم‌ترین نواحی مغزی فعال در ناوبری با استفاده از نقشه‌ی شناختی بوده و بر اساس نحوه‌ی 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، ایده‌ی استفاده از مجموعههای نورونی وندرپل و پایگاه قواعد کنترلی مطرح شده است. هم‌چنین با تحلیل و ارائه‌ی شواهد نشان داده شده است 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 ، شهریور 1400، صفحه 127-139
چکیده
بیماری کرونا ویروس یا کووید 19 یک بیماری واگیردار بوده که توسط ویروس کرونا ایجاد شده 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 غیردارویی هم‌چنان به عنوان یک استراتژی مهم و اساسی برای کنترل شیوع این ویروس در کشور‌های جهان در حال اجرا می‌باشد. هم اکنون ...
بیشتر
بیماری کرونا ویروس یا کووید 19 یک بیماری واگیردار بوده که توسط ویروس کرونا ایجاد شده 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 غیردارویی هم‌چنان به عنوان یک استراتژی مهم و اساسی برای کنترل شیوع این ویروس در کشور‌های جهان در حال اجرا می‌باشد. هم اکنون با توجه به شرایط موجود، داشتن یک مدل دینامیکی مناسب از این بیماری، اطلاعاتی را در مورد نحوه‌ی رفتار، شیوع، سرعت انتقال و سایر پارامتر‌ها در اختیار 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 گرفته است. یکی از مزیت‌های مهم حسابان کسری که میتواند در مدل‌سازی و کنترل بیماریهای همه‌گیر بسیار کارآمد باشد، داشتن حافظه‌ی بلندمدت است. با داشتن مدل دینامیکی انتقال و شیوع ویروس، تمرکز بر یک استراتژی کنترلی بر اساس مداخلات غیردارویی میتواند حائز اهمیت باشد. در این مقاله یک روش کنترل مد لغزشی مرتبه‌ی کسری تطبیقی جدید جهت اتخاذ تصمیمات غیردارویی پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی در این مقاله جهت کنترل مداخلات غیردارویی، یک کنترل کننده‌ی مد لغزشی فعال مرتبه‌ی کسری تطبیقی جدید است که به دلیل مقاوم بودن در برابر نامعینی‌های پارامتری و اغتشاشات سیستم میتواند عمل‌کرد مناسبی داشته باشد.
مقاله کامل پژوهشی
آنالیز حرکت انسان
سید مهران آیتی نجف‌آبادی؛ علیرضا هاشمی اسکویی؛ سید مسعود رفیعایی
دوره 15، شماره 2 ، شهریور 1400، صفحه 141-150
چکیده
حفظ تعادل در حرکت‌های روزمره از جمله حرکت روی پله، یکی از مشکلات افراد دارای اختلاف طول پا است. این افراد برای جبران تفاوت طول دو پا، الگوی حرکت خود را از حالت عادی تغییر میدهند. در اثر تغییر الگوی حرکت، مختصات مرکز جرم بدن که یکی از عوامل مهم در حفظ تعادل است، تغییر میکند. برای تصحیح الگوی حرکت، استفاده از روشهای اصلاحی مانند ...
بیشتر
حفظ تعادل در حرکت‌های روزمره از جمله حرکت روی پله، یکی از مشکلات افراد دارای اختلاف طول پا است. این افراد برای جبران تفاوت طول دو پا، الگوی حرکت خود را از حالت عادی تغییر میدهند. در اثر تغییر الگوی حرکت، مختصات مرکز جرم بدن که یکی از عوامل مهم در حفظ تعادل است، تغییر میکند. برای تصحیح الگوی حرکت، استفاده از روشهای اصلاحی مانند به کار بردن کفی جبران کننده تجویز میشود. هدف 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 شرکت کننده در هنگام بالا رفتن از پله در دو گروه افراد سالم و افراد دارای کوتاهی پا توسط سیستم سه‌بعدی آنالیز حرکت ثبت شده است. تغییرات زوایای مفاصل لگن، زانو و مچ پا با مدل 7 عضوی از روش اویلر محاسبه شده، سپس ماتریسهای دوران و انتقال اندامها به دست آمده و با استفاده از آنها بازوی ممانهای عضوها تعیین شده است. تغییرات مرکز جرم در سه جهت از روش مجموع ممانهای کل بدن به دست آمده است. تغییرات بین گروه آزمون و کنترل با استفاده از آزمون آماری t مستقل و زوجی در سطح اطمینان 95% مقایسه شده است. نتایج نشان داده که جابه‌جایی مرکز جرم در هر سه جهت برای افراد دارای اختلاف طول پا از نظر آماری به طور معناداری متفاوت از افراد سالم بوده (05/0p<) و تنها دامنه‌ی حرکتی مرکز جرم افراد دارای عارضه در محور عمودی تفاوت معنیداری از خود نشان نداده است (05/0p>). بر اساس یافتههای این تحقیق میتوان نتیجه گرفت که در بالا رفتن از پله، استفاده از کفی جبران کننده توسط افراد دارای اختلاف طول پا به تنهایی نمیتواند تغییرات مرکز جرم به عنوان یکی از شاخصه‌های سنجش تعادل را مانند افراد عادی بهبود بخشد.
مقاله کامل پژوهشی
بیومکانیک دندان
پدرام اخلاقی؛ ستاره خورشیدپرست؛ غلامرضا روحی؛ حمیدرضا باریکانی
دوره 15، شماره 2 ، شهریور 1400، صفحه 151-159
چکیده
پایداری اولیه‌ی ایمپلنت عبارت است از اتصال اولیه‌ی مکانیکی میان ایمپلنت و استخوان که به صورت برونتنی با اندازهگیری سفتی و بار بیشینه‌ی ساختار استخوان-ایمپلنت قابل برآورد است. فرایندهایی مانند ایمپلنت‌گذاری و اعمال بار پس از ایمپلنت‌گذاری سبب ایجاد آسیب در استخوان اطراف ایمپلنت شده که منجر به کاهش پایداری اولیه میشود. ...
بیشتر
پایداری اولیه‌ی ایمپلنت عبارت است از اتصال اولیه‌ی مکانیکی میان ایمپلنت و استخوان که به صورت برونتنی با اندازهگیری سفتی و بار بیشینه‌ی ساختار استخوان-ایمپلنت قابل برآورد است. فرایندهایی مانند ایمپلنت‌گذاری و اعمال بار پس از ایمپلنت‌گذاری سبب ایجاد آسیب در استخوان اطراف ایمپلنت شده که منجر به کاهش پایداری اولیه میشود. هدف این مطالعه یافتن تاثیر آسیبهای ایجاد شده در استخوان بر پایداری اولیه‌ی ساختار استخوان-ایمپلنت در بارگذاری-باربردای فشاری دورهای است. بدین منظور ابتدا یک نمونهی استخوان اسفنجی استوانهای شکل از بخش پروگزیمال استخوان ساق پای گاو جدا شده است. پس از وارد کردن ایمپلنت و آمادهسازی نمونهی استخوان-ایمپلنت، آزمون مکانیکی بارگذاری-باربرداری فشاری دورهای به شکل شبه‌استاتیک با نرخ 0024/0 mm/s و به صورت جابه‌جایی-کنترل و مرحله به مرحله از دامنه‌ی 04/0 تا 28/1 mm به ساختار استخوان-ایمپلنت اعمال شده است. در هر مرحله از جابه‌جایی پس از باربرداری، از نمونهی استخوان-ایمپلنت تصاویر میکروسیتی (µCT) گرفته شده است. در نهایت سفتی ساختار در هر جابه‌جایی اعمالی و نیز بار نهایی آن از آزمون مکانیکی به دست آمده است. نحوه‌ی توزیع و مقدار کرنش پلاستیک در استخوان اسفنجی اطراف ایمپلنت نیز با مقایسه‌ی تصاویر µCT ساختار، پیش و پس از اعمال هر جابه‌جایی و با استفاده از روش همبستگی حجمی دیجیتال (DVC) محاسبه شده است. نتایج آزمون مکانیکی نشان داده که افزایش مرحله به مرحلهی دامنه‌ی بارگذاری از صفر تا 96/0 mm، سبب کاهش 40 درصدی سفتی ساختار استخوان-ایمپلنت نسبت به سفتی اولیه‌ی آن شده است. نتایج تحلیل DVC نشان داده که اولا بیشینه‌ی کرنش پلاستیک در استخوان اطراف ناحیهی گردنی ایمپلنت ایجاد شده و ثانیا افزایش دامنه‌ی بارگذاری از جابه‌جایی 64/0 تا 96/0 mm سبب افزایش 5/1 درصدی بیشینه‌ی کرنش پلاستیک شده است. امید است نتایج این گونه تحقیقات در بهینهسازی طراحی ایمپلنتهای دندانی با رویکرد افزایش پایداری آنها کمک نماید.
مقاله کامل پژوهشی
گیسو فتحی؛ پیوند قادریان
دوره 15، شماره 2 ، شهریور 1400، صفحه 161-174
چکیده
بیماری پارکینسون یکی از رایجترین بیماریهای پیشروندهی تدریجی است که با تاثیر بر سیستم عصبی مرکزی باعث بروز اختلالات راه رفتن میشود. از آن‌جا که این بیماری قابل‌درمان نیست، تشخیص صحیح و به موقع آن میتواند به آهسته کردن سیر پیش‌رفت بیماری، کاهش آسیبهای جسمی و ارتقای کیفیت زندگی بیماران کمک شایانی نماید. در این ...
بیشتر
بیماری پارکینسون یکی از رایجترین بیماریهای پیشروندهی تدریجی است که با تاثیر بر سیستم عصبی مرکزی باعث بروز اختلالات راه رفتن میشود. از آن‌جا که این بیماری قابل‌درمان نیست، تشخیص صحیح و به موقع 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 قابل اعتماد حائز اهمیت است. برای حل این مساله در این تحقیق یک روش تشخیصی با استفاده از سیگنال نیروی عکسالعمل عمودی زمین که یک شاخص غیرتهاجمی و مفید از نحوه‌ی کنترل حرکتی فراهم میکند، ارائه شده است. این روش تشخیصی بر اساس تجزیه‌ی تعمیمیافته‌ی مقدار تکین سیگنال و طبقهبندهای k-نزدیکترین همسایگی (KNN) و شبکه‌ی عصبی احتمالی (PNN) است. عمل‌کرد این الگوریتم با استفاده از سیگنال راه رفتن 93 بیمار پارکینسون و 73 فرد سالم مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان میدهد که ویژگی جدید متقارن ارائه شده قادر است بیماری پارکینسون را به کمک روش طبقهبندی k-نزدیکترین همسایگی و شبکه‌ی عصبی احتمالی به ترتیب با صحت 19/96% و 67/95%، حساسیت 02/97% و 35/93% و اختصاصیت 02/95% و 33/97% تشخیص دهد. از سوی دیگر این روش در تشخیص شدت بیماری نیز موفق به ارائه‌ی صحت 23/98% و 51/98%، حساسیت 5/93% و 100% و اختصاصیت 100% و 53/96% برای این دو طبقهبند شده است. صحت بالای نتایج به دست آمده نشان دهنده‌ی قابلیت مناسب روش غیرتهاجمی و کم‌هزینه‌ی ارائه شده در تشخیص بیماری پارکینسون و تفکیک شدت آن است که استفاده از آن را در کاربردهای کلینیکی ممکن میسازد.
مقاله کامل پژوهشی
مدل‌سازی سیستمهای بیولوژیکی
محسن کاملیان راد؛ محمدعلی احمدی پژوه؛ مهرداد ساویز
دوره 15، شماره 2 ، شهریور 1400، صفحه 175-186
چکیده
تحریک الکتریکی روی پوستی تارهای اعصاب محیطی، همواره یکی از زمینههای مهم پژوهشی بوده است. مطالعات زیادی قابلیت مسدودسازی هدایت تارهای عصبی توسط به کارگیری جریانهای متناوب فرکانس بالا (5 تا 20 کیلوهرتز) را نشان میدهند. با توجه به این که همواره تحریک تارهای باریکتر، با آتش کردن و همراهی تارهای قطورتر همراه است، در این پژوهش ...
بیشتر
تحریک الکتریکی روی پوستی تارهای اعصاب محیطی، همواره یکی از زمینههای مهم پژوهشی بوده است. مطالعات زیادی قابلیت مسدودسازی هدایت تارهای عصبی توسط به کارگیری جریانهای متناوب فرکانس بالا (5 تا 20 کیلوهرتز) را نشان میدهند. با توجه به این که 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 دسته‌ی 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 که مدل پمپ سدیم-پتاسیم نیز به آن افزوده شده و اثرات آن بررسی شده است. از یک الکترود تک‌قطبی 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 درجه‌ی 2 و 3 که بر فضای میانی آستانهی تحریک و انسداد هر تار عصبی برازش شده، به دست آمده است. هم‌چنین جریان تحریک برای تارهای Aδ از حدود 8/0 تا 8/1 میلیآمپر و برای تارهای Aβ از حدود 55/0 تا 95/0 میلیآمپر بسته به فرکانس متغیر است. در تمام شبیهسازیها از شکل موج سینوسی استفاده شده است.
