مقاله کامل پژوهشی
پردازش سیگنالهای حیاتی
حامد داننده حصار؛ مریم محبی
دوره 11، شماره 4 ، بهمن 1396، صفحه 275-289
چکیده
فیلتر ذرهای-حاشیهای کالمن گسترشیافته (MP-EKF)، از جمله روشهای نوین در پردازش سیگنال الکتروکاردیوگرام (ECG) است که با استفاده از مزیتهای دو نوع فیلتر بیزی ذرهای و کالمن گسترشیافته (EKF)، میتواند با محاسبات کمتری نسبت به فیلترهای ذرهای متداول، برای تخمین مدلهای دینامیکی غیرخطی ECG مورد استفاده قرار گیرد. برتری این روش در ...
بیشتر
فیلتر ذرهای-حاشیهای کالمن گسترشیافته (MP-EKF)، از جمله روشهای نوین در پردازش سیگنال الکتروکاردیوگرام (ECG) است که با استفاده از مزیتهای دو نوع فیلتر بیزی ذرهای و کالمن گسترشیافته (EKF)، میتواند با محاسبات کمتری نسبت به فیلترهای ذرهای متداول، برای تخمین مدلهای دینامیکی غیرخطی ECG مورد استفاده قرار گیرد. برتری این روش در حذف نویزهای ایستان و غیر ایستان، در مقایسه با سایر روشهای بیزی مدلپایه، همچون فیلترهای کالمن گسترشیافته و نرمکنندهی کالمن گسترشیافته (EKS)، اثبات شده است. فیلتر MP-EKF این ظرفیت را دارد که بتوان از آن در سایر مدلهای دینامیکی ECG که قبلا برای کاربردهایی همچون قطعهبندی سیگنال ECG بهکاررفتهاند، استفاده شود. اما وجود معادلات کالمن داخل این فیلتر، سبب میشود که مشکلات عددی و خطاهای گردسازی معادلات فیلتر کالمن در سیستمهایی که دقت و رزولوشن محاسباتی محدودی دارند، گریبانگیر MP-EKF نیز بشود. فیلترهای کالمن مجذور مربعات، در مقایسه با فیلترهای کالمن معمولی، مقاومت بیشتری نسبت به خطاهای گردسازی دارند. در این مقاله با الهام گرفتن از اینگونه فیلترها، برای بالا بردن مقاومت MP-EKF نسبت به خطاهای گردسازی و مشکلات عددی، پیشنهاد میشود که MP-EKF بهصورت مجذور مربعات پیاده شود. اما به دلیل وجود عملگرهای تفریق در برخی از معادلات MP-EKF، نمیتوان از روشهای متداول در پیادهسازی مجذور مربعات فیلتر کالمن برای فیلتر MP-EKF استفاده نمود. روشی که در این مقاله پیشنهاد میشود، روش جدیدی است که با الهام گرفتن از تجزیهی میتواند معادلات MP-EKF را بهصورت مجذور مربعات پیادهسازی کند.
مقاله کامل پژوهشی
مدلسازی رایانهای زیستی / شبیهسازی رایانهای زیستی
رضا وثوقی؛ آرمین اللهوردی؛ سجاد شفیعخانی؛ امیرهمایون جعفری
دوره 11، شماره 4 ، بهمن 1396، صفحه 291-301
چکیده
در دهههای اخیر، به علت افزایش شیوع بیماری دیابت و عوارض مزمن آن، اندازهگیری قند خون، مدلسازی سیستم انسولین-گلوکز و کنترل قند خون از اهمیت ویژهای برخوردار شده است. از آنجا که در دیابت نوع اول بدن انسولین ترشح نمیکند، سلولها گلوکز را جذب نمیکنند و بنابراین سطح گلوکز خون افزایش مییابد. برای کنترل قند خون، باید ...
بیشتر
در دهههای اخیر، به علت افزایش شیوع بیماری دیابت و عوارض مزمن آن، اندازهگیری قند خون، مدلسازی سیستم انسولین-گلوکز و کنترل قند خون از اهمیت ویژهای برخوردار شده است. از آنجا که در دیابت نوع اول بدن انسولین ترشح نمیکند، سلولها گلوکز را جذب نمیکنند و بنابراین سطح گلوکز خون افزایش مییابد. برای کنترل قند خون، باید انسولین بهصورت زیرپوستی و در شرایط پیچیدهی کنترل شدهی محیطی، به بدن تزریق شود. اگر سطح انسولین از محدودهی فیزیولوژیکی طبیعی بالاتر رود، احتمال مرگ وجود دارد. درمانهای مختلفی برای بیماری دیابت وجود دارد، که درمان اصلی آن انسولین-درمانی است. پایش سطح قند خون بیمار بهطور پیوسته در طول شبانهروز، راهکار درمانی بسیار مناسبی است از جهت آنکه با کمترین میزان تزریق انسولین در زمانهای مورد نیاز، مقدار قند خون بیمار را در محدودهی ایمن تحت کنترل قرار میدهد. این امر از هایپرگلاسمی (مقدار قند خون بیشتر از 120mg/dl ) و هیپوگلاسمی (مقدار قند خون کمتر از mg/dl 65) بیمار جلوگیری میکند. برای دستیابی به این هدف، یک مدل دوتاخیری موجود، به منظور مدلسازی تغییرات سطح قند خون به طور پیوسته در طول شبانهروز، توسعه داده شده است. برخی از پارامترهای این مدل با استفاده از الگوریتم ژنتیک جهت دستیابی به بیشترین تطبیق بین دینامیک حاصل از مدل با دیتاهای اخذ شده در این مطالعه، تخمین زده شدهاند. در نتیجه، مدل توسعه داده شده در این پژوهش، قادر است دینامیک قند خون را بهطور پیوسته در طول شبانهروز به دست آورد و به تبع آن، دینامیک انسولین مورد نیاز جهت تزریق به بیمار برای تحت کنترل قرار دادن میزان قند خون در محدودهی مجاز را پیشبینی کند. بنابراین، این سیستم کنترلی قادر است از هیپوگلاسمی و هایپرگلاسمی شدن بیمار جلوگیری کند.
مقاله کامل پژوهشی
مدلسازی رایانهای زیستی / شبیهسازی رایانهای زیستی
عباس غلامی؛ امیر شاملو
دوره 11، شماره 4 ، بهمن 1396، صفحه 303-311
چکیده
در مطالعات اخیر، PASylation به عنوان یک روش موثر به منظور افزایش نیمهعمر داروهای پروتئینی و جایگزینی مناسب برای PEGylation مطرح شده است. در این روش، یک رشتهی به مراتب زیستسازگارتر و متشکل از پلیمرهای طبیعی، شامل پرولین، آلانین و سرین، که به اختصار به آن رشتهی PAS گفته میشود، برای بهبود مشخصههای دارو مورد استفاده قرار میگیرد. در ...
بیشتر
در مطالعات اخیر، PASylation به عنوان یک روش موثر به منظور افزایش نیمهعمر داروهای پروتئینی و جایگزینی مناسب برای PEGylation مطرح شده است. در این روش، یک رشتهی به مراتب زیستسازگارتر و متشکل از پلیمرهای طبیعی، شامل پرولین، آلانین و سرین، که به اختصار به آن رشتهی PAS گفته میشود، برای بهبود مشخصههای دارو مورد استفاده قرار میگیرد. در این مقاله، برخی از مشخصههای داروی G-CSF، نظیر میانگین توانی فاصلهی اتمی (RMSD)، حجم هیدرودینامیکی، انرژی کل و میزان آبدوستی پروتئین مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، خواص مختلف داروی پروتئینی متصل به رشتهی PAS برای سه طول مختلف رشتهی مورد نظر (طولهای 210، 420 و 630) مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده بیانگر این نکته است که با اتصال رشتهی PAS به داروی پروتئینی، حجم هیدرودینامیکی آن افزایش یافته و به واسطهی آن نیمهعمر دارو نیز افزایش مییابد. در نهایت، با در نظر داشتن نتایج به دست آمده در این قسمت، یک توالی اصلاحشده برای رشتهی PAS مورد نظر پیشنهاد شده است.
مقاله کامل پژوهشی
بیوالکتریک
سبحان شیخیوند؛ توحید یوسفی رضایی؛ زهره موسوی؛ سعید مشگینی
دوره 11، شماره 4 ، بهمن 1396، صفحه 313-325
چکیده
در سالهای اخیر، استفاده از روشی هوشمند برای تشخیص خودکار مراحل خواب در کاربردهای پزشکی، برای کاهش حجم کار پزشکان در تجزیه و تحلیل دادههای خواب از طریق بازرسی بصری، یکی از چالشهای مهم به حساب میآید. در این مقاله، الگوریتمی مبتنی بر EEG تککاناله برای شناسایی خودکار مراحل خواب، با استفاده از تبدیل موجک گسسته و مدل ترکیبی الگوریتم ...
بیشتر
در سالهای اخیر، استفاده از روشی هوشمند برای تشخیص خودکار مراحل خواب در کاربردهای پزشکی، برای کاهش حجم کار پزشکان در تجزیه و تحلیل دادههای خواب از طریق بازرسی بصری، یکی از چالشهای مهم به حساب میآید. در این مقاله، الگوریتمی مبتنی بر EEG تککاناله برای شناسایی خودکار مراحل خواب، با استفاده از تبدیل موجک گسسته و مدل ترکیبی الگوریتم تبرید و شبکهی عصبی ارائه میشود. سیگنال با استفاده از تبدیل موجک گسسته به 7 سطح تجزیه شده و ویژگیهای آماری از هر یک از سطوح تجزیه شده، استخراج میگردد. جهت بهینهسازی و کاهش ابعاد بردارهای ویژگی، از یک مدل ترکیبی الگوریتم تبرید و شبکهی عصبی چندلایهی پس انتشار خطا استفاده شده، و سپس از آزمون ANOVA برای تائید صحت ویژگیهای بهینه استفاده میشود. طبقهبندی نهایی روی این ویژگیهای بهینهشده توسط یک شبکهی عصبی پرسپترون با یکلایهی پنهان انجام میشود، که به طور میانگین برای طبقهبندی 2-کلاس تا 6-کلاس مراحل مختلف خواب دقت بالای 90% را فراهم کرده و نشان میدهد که روش پیشنهادی درصد موفقیت بالاتری در طبقهبندی مراحل خواب نسبت به پژوهشهای پیشین دارد.
مقاله کامل پژوهشی
بیومکانیک ستون مهرهها
ایرج دهقان هامانی؛ نوید ارجمند
دوره 11، شماره 4 ، بهمن 1396، صفحه 327-335
چکیده
اهمیت ستون مهرههای بدن به عنوان پیچیدهترین عضو از لحاظ تحمل بارهای مکانیکی بر کسی پوشیده نیست. سالانه میلیونها دلار در دنیا صرف درمان و هزینههای ناشی از آسیب ستون مهرهها میگردد. از اینرو، مدلهای المان محدود، نقش مهمی در مطالعات بیومکانیکی ستون مهرهها دارند. در شبیهسازی یک فرایند مکانیکی در ستون مهرهها، دانستن نیروهای ...
بیشتر
اهمیت ستون مهرههای بدن به عنوان پیچیدهترین عضو از لحاظ تحمل بارهای مکانیکی بر کسی پوشیده نیست. سالانه میلیونها دلار در دنیا صرف درمان و هزینههای ناشی از آسیب ستون مهرهها میگردد. از اینرو، مدلهای المان محدود، نقش مهمی در مطالعات بیومکانیکی ستون مهرهها دارند. در شبیهسازی یک فرایند مکانیکی در ستون مهرهها، دانستن نیروهای عضلات متصل به ستون مهره امری ضروری است. یافتن این نیروها به کمک آزمایشهای تجربی روی انسان، امری مخرب بوده و تخمین این نیروها نیز به کمک روشهای بهینهسازی و یا الکترومایوگرافی، از دقت کافی برخوردار نمیباشد. لذا، در این پژوهش به کمک ارائهی یک مدل المان محدود برای ناحیهی کمری ستون مهرهها با هندسهی دقیق برای بافتهای غیرفعال (دیسکها و مفاصل خلفی) و همچنین استخراج میزان چرخش و جابهجایی مهرههای ناحیهی کمری ستون مهرهها (به جای تخمین نیروهها) از تصاویر پزشکی برای سه شخص مختلف، و در نهایت، اعمال جابهجاییها و چرخش مهرهها به مدل، به عنوان شرایط مرزی، سه حالت خم شدن به جلو برای ناحیهی کمری ستون مهرهها شبیهسازی گردیده است. به طور مثال، فشار وارد بر مهرهی L4-L5 در حالت خم شدن حدود 60 درجهای به جلو، برابر با 4/2 مگاپاسکال و برای چرخش حدود 40 درجهای، 9/1 مگاپاسکال ارزیابی شده است که با اندازهگیریهای آزمایشگاهی تطابق خوبی دارد.
مقاله کامل پژوهشی
الگوبرداری زیستی / زیستتقلیدی
هیوا صوفی کریمی؛ کریم محمدی
دوره 11، شماره 4 ، بهمن 1396، صفحه 337-349
چکیده
در این مقاله سعی شده است تا با الگو برداری از سامانهی بینایی انسان، یک روش مقاوم و تکرارپذیر برای بازشناسی اشیا ارائه شود. یکی از معروفترین مدلهای ارائه شده مبتنی بر بینایی انسان، مدل HMAX میباشد که عملکرد مناسبی در بازشناسی اشیا از خود نشان داده است. اما تفاوتهایی نیز بین این مدل و بینایی انسان وجود دارد، به طوری که رویهی ...
بیشتر
در این مقاله سعی شده است تا با الگو برداری از سامانهی بینایی انسان، یک روش مقاوم و تکرارپذیر برای بازشناسی اشیا ارائه شود. یکی از معروفترین مدلهای ارائه شده مبتنی بر بینایی انسان، مدل HMAX میباشد که عملکرد مناسبی در بازشناسی اشیا از خود نشان داده است. اما تفاوتهایی نیز بین این مدل و بینایی انسان وجود دارد، به طوری که رویهی مغز به طور کامل مدل نشده است. از جمله نواقص این مدل میتوان به تکرارناپذیری (حتی در شرایط ثابت)، وجود افزونگی بسیار زیاد و در نتیجه حجم بالای محاسبات و کند بودن اشاره کرد. در این مقاله، سعی شده است تا با مدل کردن عملکرد بخش ثانویهی قشر بینایی و اضافه کردن آن به HMAX، مدل کاملتری از بینایی انسان ارائه گشته و نقاط ضعف مدل HMAX ، پوشش داده شود. بخش اضافه شده، مانند بخش ثانویهی قشر بینایی، با تمرکز روی ویژگیهای سطح بالاتر و انتخاب ویژگیهای متمایزکننده و البته تکرارپذیر، باعث بهبود یافتن عملکرد مدل خواهد شد. بخش اضافه شده، بار محاسباتی بسیار اندکی داشته به طوری که نهتنها باعث کند شدن مدل نمیشود، بلکه با انتخاب ویژگیهای مختصر و مفید، باعث افزایش سرعت نیز خواهد شد. روش پیشنهادی از لحاظ دقت و زمان پردازش با روش استاندارد مقایسه شده و برتری مدل پیشنهادی نشان داده شده است. علاوه بر آن، تاثیر تعداد ویژگیهای استخراج شده و تعداد تصاویر مورد استفاده جهت آموزش، مورد بررسی قرار گرفته است تا برتری روش پیشنهادی، به ویژه در زمانی که تعداد تصاویر اندکی در دست میباشد، نشان داده شود.
مقاله کامل پژوهشی
بیومکانیک ستون مهرهها
یوسف محمدی؛ رسول عابدی؛ نوید ارجمند؛ غلامرضا عطایی؛ ناصر فتورائی
دوره 11، شماره 4 ، بهمن 1396، صفحه 351-363
چکیده
شیوع کمردرد و ناهنجاریهای کمری در جوامع مختلف رو به افزایش است، به علاوه اندازهگیری مستقیم نیروی مربوط به عضلات و مهرههای ستون فقرات بسیار دشوار است. از اینرو، استفاده از مدلهای بیومکانیکی اسکلتی-عضلانی به عنوان یک ابزار جهت محاسبه و تخمین نیروهای وارده بر ستون فقرات در فعالیتهای مختلف کاربرد فراوانی پیدا کرده ...
بیشتر
شیوع کمردرد و ناهنجاریهای کمری در جوامع مختلف رو به افزایش است، به علاوه اندازهگیری مستقیم نیروی مربوط به عضلات و مهرههای ستون فقرات بسیار دشوار است. از اینرو، استفاده از مدلهای بیومکانیکی اسکلتی-عضلانی به عنوان یک ابزار جهت محاسبه و تخمین نیروهای وارده بر ستون فقرات در فعالیتهای مختلف کاربرد فراوانی پیدا کرده است. لذا هدف این پژوهش تخمین نیروهای مذکور به روشهای مختلف به خصوص در فعالیت باربرداری میباشد. بدین منظور از یک مدل اسکلتی-عضلانی آناتومیکی توسعه یافته شامل 6 مفصل سه درجهی آزادی و 76 فسیکل عضلانی استفاده شده است. به علت بیشتر بودن تعداد مجهولات (نیروی عضلات) از تعداد معادلات تعادل، سیستم دچار افزونگی بوده و مساله جهت حل، نامعین میباشند. بنابراین، از روشهای ترکیبی بهینهسازی و الکترومایوگرافی برای تخمین نیروی عضلات استفاده شده است. از آنجا که نیروهای عضلات حاصل از روش الکترومایوگرافی، معادلات تعادل را ارضا نمیکند، از یکسری ضرایب تصحیح جهت ارضای معادلات تعادل در تمام سطوح مفصلی کمری استفاده شده است. طبق نتایج به دست آمده برای یک فعالیت فیزیکی خاص، به علت استفاده از الگوریتمهای مختلف جهت یافتن نیروها، ضرایب تصحیح متفاوتی برای هر عضله در روشهای ترکیبی مختلف به دست میآید. مقادیر متفاوتی برای نیروی عضلات و میزان پایداری تخمینی توسط روشهای ترکیبی مختلف به دست آمد، اما نیروهای فشاری و برشی مفصلی در مدلهای ترکیبی به یکدیگر نزدیک میباشد. جهت صحتسنجی نتایج مدل، از دادههای مربوط به فشار دیسک چهارم و پنجم کمری در یک مطالعهی آزمایشگاهی استفاده شد، که هر دو مورد فشار را در محدودهی 3/0 - 8/1 مگاپاسکال گزارش کردهاند.