مقاله کامل پژوهشی
مدلسازی رایانهای زیستی / شبیهسازی رایانهای زیستی
فاطمه پورحسن زاده؛ سید حجت سبزپوشان؛ علی محمد علیزاده؛ ابراهیم عصمتی
دوره 10، شماره 2 ، شهریور 1395، صفحه 99-112
چکیده
سرطان پس از بیماریهای قلبی و تصادفات، سومین عامل اصلی مرگ در ایران است. مدلهای ریاضی و محاسباتی، کمک بزرگی به مطالعة پدیدههای مرتبط با رشد سرطان میکنند. این مدلها، حتی می توانند به بهبود درمانهای فعلی و معرفی روشهای درمانی جدید، منجر شوند. در این مقاله، با استفاده از مفهوم اتوماتای سلولی و با تکیه بر اثر ریزمحیط اطراف ...
بیشتر
سرطان پس از بیماریهای قلبی و تصادفات، سومین عامل اصلی مرگ در ایران است. مدلهای ریاضی و محاسباتی، کمک بزرگی به مطالعة پدیدههای مرتبط با رشد سرطان میکنند. این مدلها، حتی می توانند به بهبود درمانهای فعلی و معرفی روشهای درمانی جدید، منجر شوند. در این مقاله، با استفاده از مفهوم اتوماتای سلولی و با تکیه بر اثر ریزمحیط اطراف تومور، مدلی چندمقیاسه از رشد سرطان معرفی شد. دو شبکة مربعی مجزا، شامل شبکة متابولیک و شبکة سلولی، درنظرگرفته شد. شبکة سلولی دارای چهار حالت سلولی سرطانی تکثیرشونده، سرطانی غیرتکثیرشونده، نکروتیک و سلول سالم میباشد. تغییر حالت سلولها و رشد تومور، در این شبکه انجام میشود. تولید، مصرف و انتشار مواد غذایی، شامل اکسیژن، گلوکز و مواد زائد، شامل اسید لاکتیک، در شبکة متابولیک انجام میشود. در این تحقیق، قوانین تغییر حالات هر سلول با استفاده از مدلی تصادفی و برمبنای سطح غلظت مواد غذایی و زائد، تعیین شده است. در این مقاله، علاوهبر نمایش گرافیکی دوبعدی رشد تومور، پارامترهای کسر رشد و کسر نکروتیک، بهعنوان خروجیهای مدل، درنظرگرفته شدهاند. تغییرات سطح مواد غذایی و زائد در شبکة متابولیک و اثر اسیدیتة محیط بر رشد تومور، در این مقاله گزارش شده است. مدل پیشنهادی در این مقاله، با استفاده از دادههای تجربی in vivoاعتبارسنجی شده است. نتایج، حاکی از توانایی مدل برای شبیهسازی رشد تومور در شرایط خواستهشده میباشد.
مقاله کامل پژوهشی
بیومکانیک
مهران اشرفی؛ فرزان قالیچی؛ بهنام میرزاکوچکی
دوره 10، شماره 2 ، شهریور 1395، صفحه 113-121
چکیده
امروزه، استفاده از ایمپلنتهای دندانی در افراد مبتلا به پوکی استخوان در حال افزایش است. پوکی استخوان میتواند تأثیر مهمی در عدم موفقیت وسایل استئوسنتز، پروتزها و ایمپلنتهای دندانی داشته باشد. استفاده از بیفسفناتها، با کاهش سوختوساز استخوان بر بازسازی استخوان تأثیر میگذارد. این اثر میتواند به افزایش استخوانسازی منجر ...
بیشتر
امروزه، استفاده از ایمپلنتهای دندانی در افراد مبتلا به پوکی استخوان در حال افزایش است. پوکی استخوان میتواند تأثیر مهمی در عدم موفقیت وسایل استئوسنتز، پروتزها و ایمپلنتهای دندانی داشته باشد. استفاده از بیفسفناتها، با کاهش سوختوساز استخوان بر بازسازی استخوان تأثیر میگذارد. این اثر میتواند به افزایش استخوانسازی منجر شود. استفاده از این ماده میتواند راهکاری برای افزایش چگالی استخوان در بیماران مبتلا به پوکی استخوان باشد. در این مطالعه، اثر غلظتهای مختلف دارورسانی بیفسفناتها بر بازسازی استخوان بررسی میشود. با توسعة مدل بازسازی استخوان و درنظر گرفتن تأثیر غلظت دارو در جذب استخوان، میتوان آن را برای بررسی تأثیر دارورسانی بکار برد. برای این منظور، از 5، 10 و 20 میلیگرم آلندرونات برای هر ایمپلنت و نمونه کنترل بدون دارو و برای مدت 360 روز شبیهسازی انجام شد. با مقایسة نتایج بهدست آمده با نمونه کنترل، کاهش تنش و افزایش چگالی و درنتیجه افزایش مدول الاستیسیتة استخوان با بالا رفتن مقدار دوز دارو مشاهده شد.
مقاله کامل پژوهشی
بیومکانیک
امین رضا نقره آبادی؛ محمد حسین حیدرشناس؛ رضا باهوش کازرونی
دوره 10، شماره 2 ، شهریور 1395، صفحه 123-136
چکیده
مدل ریاضی دوبعدی میکرو بایوحسگر ساندویچی با لایههای حفرهدار و انتخابی، ارائه و تحلیل شده است. مدل بایوحسگر حاضر شامل حفرههایی در ابعاد میکرو یا نانومتر است، که بهصورت کامل یا بخشی از آنها توسط آنزیم پر شده است. این مدل براساس سیستم معادلات واکنش- نفوذ، ارائه شدهاست. معادلات حاکم بر بایوحسگر ساندویچی حفرهدار با ...
بیشتر
مدل ریاضی دوبعدی میکرو بایوحسگر ساندویچی با لایههای حفرهدار و انتخابی، ارائه و تحلیل شده است. مدل بایوحسگر حاضر شامل حفرههایی در ابعاد میکرو یا نانومتر است، که بهصورت کامل یا بخشی از آنها توسط آنزیم پر شده است. این مدل براساس سیستم معادلات واکنش- نفوذ، ارائه شدهاست. معادلات حاکم بر بایوحسگر ساندویچی حفرهدار با درنظر گرفتن واکنش آنزیمی میکائیلیس- منتن، استخراج شده است و جملات غیرخطی مربوط به این اثر درنظرگرفته شد. با استخراج معادلات حاکم، تأثیر هندسة حفره و سطح آنزیم در آن، بر پاسخ بایوحسگر بررسی شد. در ادامه، معادلات با معرفی پارامترهای بیبعد مناسب در حالت کلی بیبعدشده ارائه شدند. سپس، معادلات حاکم به همراه شرایط مرزی آنها، با استفاده از کد المان محدود در دو بعد حل شد. برای این منظور، سه هندسة متفاوت استوانهایی، مخروطی بالارونده و مخروطی پایینرونده برای حفرهها درنظرگرفته شد و تأثیر این هندسهها بر پاسخگویی بایوحسگر، در سطوح مختلف آنزیم مطالعه شد. پاسخ بایوحسگر، براساس تغییرات سطح آنزیم و تغییرات شیب مخروط استخراج شد. در بایوحسگر، با افزایش سطح آنزیم برای هرسه هندسه، جریان خروجی از بایوحسگر افزایش مییابد. در شرایط یکسان، حساسیت شناسایی آنزیم برای هندسة مخروطی بالارونده، از دو هندسة دیگر بیشتر است و با کاهش شیب مخروط، این حساسیت بیشتر میشود. در خواص آنزیمی یکسان، بایوحسگری با عدد بایوحسگر بزرگتر، حساسیت بیشتری دارد. درنهایت، با ارائه و محاسبة جریان بیبعد در بایوحسگر، مفهومی با عنوان جریان بیبعد کاهیده، برای مقایسه میان کارآیی بایوحسگرها معرفی شد.
مقاله کامل پژوهشی
پردازش تصاویر پزشکی
مریم باقری باغان؛ وحید آزادزاده؛ علی محمد لطیف
دوره 10، شماره 2 ، شهریور 1395، صفحه 137-148
چکیده
تشخیص بیماری از روی زبان، روشی رایج در طب سنتی چینی است. در این مقاله، روش غیرتهاجمی تصویر برداری از زبان، که پاپیلاهای سطح آن در اثر ابتلا به بیماری دیابت تغییر شکل میدهند، برای شناسایی بیماری دیابت استفاده میشود. تصاویر استفادهشده، از کلینیک تخصصی پارسیان شهر مشهد تهیه شد. در این نمونهبرداری، افراد مبتلا به دیابت، سالم و ...
بیشتر
تشخیص بیماری از روی زبان، روشی رایج در طب سنتی چینی است. در این مقاله، روش غیرتهاجمی تصویر برداری از زبان، که پاپیلاهای سطح آن در اثر ابتلا به بیماری دیابت تغییر شکل میدهند، برای شناسایی بیماری دیابت استفاده میشود. تصاویر استفادهشده، از کلینیک تخصصی پارسیان شهر مشهد تهیه شد. در این نمونهبرداری، افراد مبتلا به دیابت، سالم و مشکوک به دیابت با هر دو جنسیت در گروههای سنی مختلف آزمایش شدند. بعد از تصویر برداری، ناحیة زبان با استفاده از دو مدل مبتنی بر کانتور فعال، بخشبندی شد؛ سپس، ویژگیهای محلی توسعه یافته، ویژگی آماری بافت و گشتاورهای رنگ در فضاهای رنگی مختلف از ناحیة بخشبندی شده استخراج میشود. پس از استخراج ویژگی با استفاده از دستهبندی ماشین یادگیر بیشینه، افراد دیابتی، سالم و مشکوک شناسایی میشوند. در روش پینشهادی، دقت 7/97 درصد برای پایگاه دادة تهیهشده بهدست آمد. نتایج آزمایشها، کارآمدی روش ارائهشده را در دقت تشخیص و سرعت پاسخدهی مناسب نسبت به سایر روشهای غیرتهاجمی نشان میدهد.
مقاله کامل پژوهشی
ابزاردقیق پزشکی
رسول باغبانی؛ محمد حسن مرادی
دوره 10، شماره 2 ، شهریور 1395، صفحه 149-160
چکیده
در این مقاله، ایدة جدیدی برای طراحی سنسور بیوامپدانس الکتریکی مناسب و به شکل فورسپس نمونهبرداری برای اندازهگیری خواص الکتریکی، یعنی رسانندگی و گذردهی بافتهای داخلی بدن، پیشنهاد شده است. برای طراحی آن، ابتدا رابطة خواص الکتریکی بافت با جریان و ولتاژ در بافت گوهشکل داخل دهانة فورسپس بیوامپدانس، با تعیین پاسخ معادلة ...
بیشتر
در این مقاله، ایدة جدیدی برای طراحی سنسور بیوامپدانس الکتریکی مناسب و به شکل فورسپس نمونهبرداری برای اندازهگیری خواص الکتریکی، یعنی رسانندگی و گذردهی بافتهای داخلی بدن، پیشنهاد شده است. برای طراحی آن، ابتدا رابطة خواص الکتریکی بافت با جریان و ولتاژ در بافت گوهشکل داخل دهانة فورسپس بیوامپدانس، با تعیین پاسخ معادلة لاپلاس به روش منابع جریان تصویر، بهدست آمد. سپس برای ارزیابی فورسپس بیوامپدانس طراحیشده، مدلسازی به روش المان محدود و با استفاده از دادههای تجربی بهدست آمده برای بافتهای مختلف توسط محققین، انجام شد. نتایج مدلسازی نشان داد که ولتاژ بهدستآمده برای تمام نقاط بافت داخل دهانة فورسپس بیوامپدانس در فرکانسهای مختلف 50 هرتز تا 5 مگاهرتز، با مقادیر بهدستآمده به روش تحلیلی مطابقت دارد. در ادامه برای بررسی تأثیر زاویة دهانة فورسپس، اندازهگیریها بهازای زوایای مختلف دهانة فورسپس انجام شد و مشخص شد که هر چقدر زاویة دهانه کوچکتر باشد، اندازهگیری دقیقتر خواهد بود. اندازهگیریها با تغییر حجم و شکل بافت نیز انجام شدند و مشخص شد که فورسپس بیوامپدانس طراحیشده، حساسیتی به تغییر حجم و شکل بافت نداشته و مقاوم است. برای تأیید عملی، با ساخت آزمایشگاهی فورسپس بیوامپدانس و استفاده از امپدانسآنالایزر، رسانندگی محلول سالین در پهنای باند فرکانسی 50 کیلوهرتز تا 1 مگاهرتز و در غلظتهای مختلف اندازهگیری شد. برای بررسی صحت مقادیر اندازهگیری شده، روش واندرپو پیادهسازی شد و رسانندگی الکتریکی محلول سالین، دوباره با این روش اندازهگیری شد. نتایج، نشاندهندة صحت اندازهگیری رسانندگی محلول سالین با فورسپس بیوامپدانس پیشنهادی بود. از ویژگیهای این فورسپس بیوامپدانس، میتوان به قابلیت اندازهگیری غیرتهاجمی خواص الکتریکی بافتهای داخل بدن در مدت زمان کوتاه و ثابت نگهداشتن بافت هنگام اندازهگیری اشاره کرد.
مقاله کامل پژوهشی
سیستمهای تصویربرداری پزشکی
حسن عباسی؛ زهرا کاوه وش
دوره 10، شماره 2 ، شهریور 1395، صفحه 161-174
چکیده
در این مقاله، الگوریتمی جدید برمبنای حسگری فشرده برای بازسازی تصویر در سیستم تصویربرداری مقطعنگاری کامپیوتری (CT) ارائه شده است. هدف اصلی، کاهش زمان اسکن در تصویربرداری CT و بنابراین دوز اشعة تابشی، بدون کاهش کیفیت تصویر است. برای بهبود کیفیت تصویر بازسازی شده توسط تعداد نمونههای کم دریافتی، تابع هزینة جدیدی شامل ترکیب ...
بیشتر
در این مقاله، الگوریتمی جدید برمبنای حسگری فشرده برای بازسازی تصویر در سیستم تصویربرداری مقطعنگاری کامپیوتری (CT) ارائه شده است. هدف اصلی، کاهش زمان اسکن در تصویربرداری CT و بنابراین دوز اشعة تابشی، بدون کاهش کیفیت تصویر است. برای بهبود کیفیت تصویر بازسازی شده توسط تعداد نمونههای کم دریافتی، تابع هزینة جدیدی شامل ترکیب بهینهای از ضرایب تبدیل موجک و ضرایب تبدیل کسینوسی و واریانس مجموع، ارائه شده است. کیفیت تصاویر بهدستآمده با تصاویر حاصل از تکنیکهای پیشین حسگری فشرده، براساس معیارهای متوسط مربعات خطا (MSE)، بیشینه نسبت سیگنال به نویز (PSNR) و تشابه ساختار (SSIM)، بهصورت کمی مقایسه شده است. نتایج، نشاندهندة آن است که روش پیشنهادی قادر به تولید تصاویر با کیفیت بالاتر و حفظ بهتر لبه، در عین کاهش مصنوعات تصویر با استفاده از تعداد زوایای دید محدود، است. این نتایج، بهبود قابل ملاحظهای نسبت به نتایج الگوریتمهای فشردهسازی پیشین از دیدگاه کیفیت تصویر بازسازیشده دارند.
مقاله کامل پژوهشی
برهمکنش سیال و جامد در محیطهای زیستی
سعید بهرامی؛ محمود نوروزی
دوره 10، شماره 2 ، شهریور 1395، صفحه 175-186
چکیده
افزایش بیماریهای قلبی-عروقی سبب شده است که محققان، بیشتر از پیش به بررسی جریان در عروق خونی بپردازند. در این مقاله، اثر الاستیسیتة دیوارة شریان بر پارامترهای همودینامیکی با درنظر گرفتن تعامل خون و دیوارة رگ بررسی شد. تنش برشی روی دیواره در زمانهای متفاوت، تغییر میکند و به تنهایی قادر به بیان گرفتگی عروق نمیباشد؛ از اینرو ...
بیشتر
افزایش بیماریهای قلبی-عروقی سبب شده است که محققان، بیشتر از پیش به بررسی جریان در عروق خونی بپردازند. در این مقاله، اثر الاستیسیتة دیوارة شریان بر پارامترهای همودینامیکی با درنظر گرفتن تعامل خون و دیوارة رگ بررسی شد. تنش برشی روی دیواره در زمانهای متفاوت، تغییر میکند و به تنهایی قادر به بیان گرفتگی عروق نمیباشد؛ از اینرو شاخص برش نوسانی، تنش برشی را بدون درنظر گرفتن میانگین زمانی بردار تنش برشی بیان میکند. در این مطالعه، یک مدل سهبعدی از دوشاخه شدن کرونر چپ همراه با چهار مدل دیواره، درنظرگرفته شد. نتایج در یک جریان ضربانی از سیال غیرنیوتنی به روش کوپلینگ دوطرفه و با استفاده از روش اویلر-لاگرانژی اختیاری محاسبه شد. مشاهدات حاکی از کاهش 13 درصدی پروفیلهای سرعت در محل دوشاخه شدن است، که در مدل هایپرالاستیک به بیشترین میزان اختلاف میرسد. همچنین با افزایش سفتی در دیواره، پروفیلهای سرعت و نوسانات تنش برشی روی دیواره افزایش یافت. تنش برشی متوسط در مدل صلب، اختلاف 28 درصدی را در مقایسه با مدل هایپرالاستیک نشان داد. مقایسة این نتایج با اطلاعات بالینی نشان داد که مناطقی با تنش برشی متوسط 1.10 Pa و کمتر از آن، در حضور شاخص برش نوسانی بیشتر از 0.3، میتواند از مناطق پرخطر در تشکیل پلاکهای آترواسکلروز، بهویژه در ناحیة خلفی بعد از انشعاب، باشد؛ در حالیکه در مدل هایپرالاستیک نسبت به دیگر مدلها، نتایج بهتری مشاهده شد.
یادداشت کوتاه پژوهشی
بیوالکتریک
مرضیه علیرضایی علویجه؛ علی مالکی
دوره 10، شماره 2 ، شهریور 1395، صفحه 187-196
چکیده
سیستم واسط مغز- کامپیوتر مبتنی بر پتانسیلهای برانگیختة بینایی حالت ماندگار، بهدلیل مزایایی چون سادگی راهاندازی و استفاده از سیستم، صحت کافی و همچنین نرخ تبادل اطلاعات قابلقبول، مورد توجه قرار گرفته است. علاوهبر این مزایا، برای داشتن سیستمی که در دنیای واقعی قابلاستفاده بوده و قابلیت کاربرد برخط را داشته باشد، زمان ...
بیشتر
سیستم واسط مغز- کامپیوتر مبتنی بر پتانسیلهای برانگیختة بینایی حالت ماندگار، بهدلیل مزایایی چون سادگی راهاندازی و استفاده از سیستم، صحت کافی و همچنین نرخ تبادل اطلاعات قابلقبول، مورد توجه قرار گرفته است. علاوهبر این مزایا، برای داشتن سیستمی که در دنیای واقعی قابلاستفاده بوده و قابلیت کاربرد برخط را داشته باشد، زمان پردازش کوتاه نیز معیاری مهم است. در این مقاله، با ارائة روشی برمبنای استفاده از معیار همبستگی، فرکانس تحریک در SSVEP بازشناسی شده است. روش پیشنهادی در دو مرحلة برونخط و برخط انجام میشود. در مرحلة برونخط، روش CCA استاندارد، بین ثبت SSVEP فرد و سیگنالهای مرجع سینوسی- کسینوسی اجرا شده و برای ساخت سیگنالهای الگو از وزنهای بهوجود آورندة بیشینة همبستگی استفاده میشود. در مرحلة برخط، با محاسبة همبستگی برای سیگنال آزمایش و سیگنالهای الگو و استفاده از بزرگترین مقدار همبستگی، فرکانس متناسب با آن بهعنوان فرکانس تحریک تعیین میشود. نتایج شبیهسازی، صحت بازشناسی فرکانس بیشتر و در عین حال، زمان محاسبات کمتر روش پیشنهادی را نسبت به روش CCA استاندارد، نشان میدهند.