مقاله کامل پژوهشی
مهندسی عصبی عضلانی
سیده تهمینه ساداتی؛ محمدرضا دلیری
دوره 12، شماره 1 ، خرداد 1397، صفحه 1-10
چکیده
واسط مغز-کامپیوتر سیستمی است که بر اساس فعالیت عصبی تولید شده توسط مغز عمل میکند و در سالهای اخیر مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. این واسطها مستقل از مسیر خروجی متداول اعصاب محیطی و ماهیچهها بوده و به دلیل توانایی آنها در فراهم ساختن بعد جدیدی در ارتباطات و یا کنترل دستگاه برای افراد ناتوان، بسیار حائز اهمیت میباشند. ...
بیشتر
واسط مغز-کامپیوتر سیستمی است که بر اساس فعالیت عصبی تولید شده توسط مغز عمل میکند و در سالهای اخیر مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. این واسطها مستقل از مسیر خروجی متداول اعصاب محیطی و ماهیچهها بوده و به دلیل توانایی آنها در فراهم ساختن بعد جدیدی در ارتباطات و یا کنترل دستگاه برای افراد ناتوان، بسیار حائز اهمیت میباشند. فعالیت عصبی مورد استفاده در واسط مغز-کامپیوتر، میتواند توسط روشهای تهاجمی یا غیرتهاجمی مختلفی ثبت شده و توسط الگوریتمهای رمزگشایی متفاوتی به سیگنال مطلوب تبدیل گردند، که هر یک نیز کارایی متفاوتی از خود نشان میدهند. در این مطالعه، از 3 موش صحرایی (رت) برای انجام حرکتی شامل فشردن یک کلید و دریافت یک قطرهی آب توسط اهرم متحرک (در صورت انجام صحیح وظیفه) استفاده شده است. با کاشت یک آرایهی میکروالکترودی 16 کاناله در قشر حرکتی رتها (به روش تهاجمی)، سیگنال مرتبط با نیروی اعمالی توسط دست، از مغز آنها در حین انجام وظیفه ثبت شده و بهطور همزمان سیگنال نیروی دریافتی توسط سنسور نیز ذخیره گشته است. با انجام پیشپردازشهای لازم روی دادههای اسپایک و استخراج نرخهای آتش سیگنال، به عنوان بردار ویژگی، توسط لغزاندن یک پنجرهی گوسی روی قطارهای اسپایک، ورودیهای لازم برای الگوریتم رمزگشایی، که در اینجا رگرسیون خطی میباشد، به دست آمده است. از دو الگو به عنوان روشهای ارزیابی استفاده شده است. الگوی اول، بر مبنای در نظرگرفتن 60% اولیهی سیگنال به عنوان مجموعهی آموزشی و 40% انتهایی به عنوان مجموعهی آزمایشی استوار بوده و مبنای الگوی دوم، برعکس الگوی اول میباشد. از ضریب همبستگی بین بردار ویژگی و سیگنال آموزشی نیروی واقعی استفاده شده است، تا ویژگیهایی با ضریب همبستگی بیش از 3/0 به عنوان ویژگیهای مطلوب انتخاب گردند تا کارایی الگوریتم رمزگشایی با اعمال روش انتخاب ویژگی نیز بررسی شود. روشهای متعددی برای ارزیابی الگوریتم رمزگشایی وجود دارد، که در این پژوهش از معیار ضریب همبستگی و ضریب تعیین استفاده شده است که اندازهی آنها رابطهی مستقیمی با کارایی روش رمزگشایی دارد. در این مطالعه، همبستگی و ضریب تعیین بین سیگنال نیروی واقعی و سیگنال پیشبینی شده توسط روش رگرسیون خطی، به صورت میانگین در سه جلسه و سه رت، به ترتیب برابر با 56/0 و 2/0 برای الگوی اول و 55/0 و 30/0 برای الگوی دوم میباشد. این نتایج نشان میدهد که با استفاده از نرخ آتش نورونهای مغزی، میتوان متغیرهای حرکتی مانند نیرو را پیشبینی کرد. همچنین روش رگرسیون خطی روشی مناسب برای رمزگشایی سیگنال پیوستهی نیرو میباشد و سیگنال واقعی را به خوبی دنبال میکند.
مقاله کامل پژوهشی
نانوبیومتریال
محمد نظری؛ راضیه سلگی؛ غزاله گرایلی؛ سید ربیع مهدوی؛ علیرضا شیرازی
دوره 12، شماره 1 ، خرداد 1397، صفحه 11-23
چکیده
در مطالعات کلینیکی، مشخص کردن توزیع دما درون بافت سالم و بافت تومورال در هنگام درمان هایپرترمی دشوار است. از آنجا که با حسگرهای مرسوم، دما تنها در تعداد مکان محدودی اندازهگیری میشود، مطالعات شبیهسازی کمک میکند تا پزشکان به درک بهتری از این روش درمانی دست پیدا کنند. در این مطالعه، سه مدل تومور دوبعدی بر اساس تصاویر توزیعهای ...
بیشتر
در مطالعات کلینیکی، مشخص کردن توزیع دما درون بافت سالم و بافت تومورال در هنگام درمان هایپرترمی دشوار است. از آنجا که با حسگرهای مرسوم، دما تنها در تعداد مکان محدودی اندازهگیری میشود، مطالعات شبیهسازی کمک میکند تا پزشکان به درک بهتری از این روش درمانی دست پیدا کنند. در این مطالعه، سه مدل تومور دوبعدی بر اساس تصاویر توزیعهای نانوذره در تومورهای 3PC، 145DU و 4LAPC در محیط کامسول بازسازی شده است. تصاویر، پیش از وارد شدن در کامسول در متلب پیشپردازش میشوند. مدل توزیع یکنواخت به عنوان گروه کنترل اضافه میشود. توزیع دما، دمای ماکزیمم، زمان رسیدن به حالت ثابت، 43CEM، دوز هم اثر و شار گرما در مرز بافت-تومور برای ارزیابی اثر توزیع نانوذره بر درمان هایپرترمی آنالیز شده است. نتایج نشان میدهند که در توان گرمایی بالا، توزیع چگالتر نانوذره اثر بهتری از توزیع یکنواخت در آسیب به بافت ناسالم دارد اما در توانهای گرمایی پایین توزیع یکنواخت عملکرد بهتری نسبت به توزیع چگال دارد. برای توزیعهای چگال نانوذره، در محلی که نانوذرات متمرکز میشوند، روی پارامترهای گرمایی، از جمله شار گرما در مرز بین تومور-بافت سالم، تاثیر میگذارد. هر چه تمرکز نانوذرات به مرکز تومور نزدیکتر باشد، اثربخشی درمان بیشتر خواهد بود.
مقاله کامل پژوهشی
پردازش سیگنالهای حیاتی
راحله داودی؛ محمدحسن مرادی
دوره 12، شماره 1 ، خرداد 1397، صفحه 25-39
چکیده
افسردگی یکی از شایعترین اختلالات روانی عصر حاضر است که تشخیص زودهنگام شدت آن میتواند در روند درمان مفید باشد. یکی از روشهای تشخیص این بیماری، تحلیل اطلاعات حاصل از سیگنالهای الکتریکی مغزی میباشد. در این مقاله، به دنبال تمایز میان سطوح افسردگی با استفاده از تحلیل سیگنال مغزی هستیم. مدل پیشنهادی، سیستم عمیق مبتنی بر قاعده با ...
بیشتر
افسردگی یکی از شایعترین اختلالات روانی عصر حاضر است که تشخیص زودهنگام شدت آن میتواند در روند درمان مفید باشد. یکی از روشهای تشخیص این بیماری، تحلیل اطلاعات حاصل از سیگنالهای الکتریکی مغزی میباشد. در این مقاله، به دنبال تمایز میان سطوح افسردگی با استفاده از تحلیل سیگنال مغزی هستیم. مدل پیشنهادی، سیستم عمیق مبتنی بر قاعده با استفاده از قابلیت پشته است و تمرکز روی تفسیرپذیری قواعد در کنار دقت بالا میباشد. سیستمهای فازی قابلیت مناسبی را در طبقهبندی دادگان پزشکی با عدم قطعیت نشان دادهاند. افزون بر این، در سالهای اخیر یادگیری عمیق، توجه ویژهای را در حوزهی هوش مصنوعی کسب کرده است. در این مقاله به دنبال بهرهگیری از قابلیتهای هر دو رویکرد، در قالب یک سیستم فازی عمیق هستیم. سیستم پیشنهادی از یک رویکرد خوشهبندی مقاوم بهره میبرد که قادر است تعداد خوشههای بهینه برای هر لایه را به صورت بدون سرپرست تعیین نماید. در کنار آن، مدل پیشنهادی از یک ساختار سلسلهمراتبی پشتهای بهره میبرد، به این صورت که قواعد آموزشیافتهی تفسیرپذیر در لایهی اول را با برچسبهای زبانی یکسان برای تمام ورودیها، به صورت خروجی لایهی اول در کنار ورودی، به لایهی بعد منتقل نماید. وجود خروجی قواعد لایههای قبل در فضای ورودی لایههای بعد معادل قابلیت اطمینان در سیستم فازی با تالی خطی یا یک سیستم فازی با تالی غیرخطی میباشد. دادگان مورد استفاده پس از پیشپردازش، استخراج ویژگیهای زمانی، فرکانسی و غیرخطی نظیر بعد نگاشت بازگشتی و کاهش بعد، به سیستم پیشنهادی ارائه شد. سیستم پیشنهادی با طبقهبندهای متداول نظیر شبکهی عصبی، ماشین بردار پشتیبان، بیز ساده، درخت تصمیم و آنالیز افتراقی خطی مقایسه شد. نتایج صحت دادگان تست به دست آمده در 30 تکرار (۴۹.۰۱% در مقابل به ترتیب 32/41 %، 47/40%، 01/40%، 38/38% و 28/40%)، بیانگر قابلیت قابل توجه این مدل در تفکیک چهار سطح افسردگی میباشد.
مقاله کامل پژوهشی
ابزاردقیق پزشکی
رضا حسینی آراء؛ امیرحسین کرمرضایی؛ علی مختاریان
دوره 12، شماره 1 ، خرداد 1397، صفحه 41-49
چکیده
در این پژوهش، یک نانو زیستحسگر سیلیکونی بر پایهی مدل مکانیک محیطهای پیوستهی اصلاح شدهی تیر اویلر-برنولی ارائه شده است. اساس کار این نانوحسگر ارتعاشی یک سر گیردار، محاسبهی تغییر فرکانس تشدید به دلیل جذب سطحی ذرات بسیار کوچک مانند ویروسها و باکتریها میباشد. برای این منظور، سطح نانو زیستحسگرها را به یک مادهی بیولوژیک ...
بیشتر
در این پژوهش، یک نانو زیستحسگر سیلیکونی بر پایهی مدل مکانیک محیطهای پیوستهی اصلاح شدهی تیر اویلر-برنولی ارائه شده است. اساس کار این نانوحسگر ارتعاشی یک سر گیردار، محاسبهی تغییر فرکانس تشدید به دلیل جذب سطحی ذرات بسیار کوچک مانند ویروسها و باکتریها میباشد. برای این منظور، سطح نانو زیستحسگرها را به یک مادهی بیولوژیک مانند میوسین به عنوان لایهی جاذب آغشته میکنند. در بیشتر تحقیقهای انجام شده، از اثرهای جرم و سختی این لایهی جاذب و همچنین اثرهای غیرموضعی، چشمپوشی شده است. در حالی که این عوامل نقش زیادی در تغییر فرکانس تشدید و دقت نانو زیستحسگرهای مکانیکی در ابعاد نانو دارند. در این پژوهش با محاسبهی تمام اثرهای یاد شده، به بررسی و تحلیل دقیق یک نانو زیستحسگر سیلیکونی با پوشش کامل لایهی جاذب میوسین پرداخته شده است. نتایج به دست آمده نشان میدهد که محاسبهی اثرهای غیرموضعی باعث کاهش فرکانس ارتعاشی نانوحسگر میشود و این اثر در مقیاس نانو قابل چشمپوشی نمیباشد. همچنین مشاهده گردید که در نظر گرفتن اثرهای جرم و سختی لایهی جاذب، به تنهایی پاسخ دقیقی به همراه ندارد، بلکه برایند هر دو اثر باید لحاظ شود. در واقع در نظر گرفتن همزمان این اثرها، باعث کاهش فرکانس تشدید نانوحسگر میگردد که این مساله میتواند در طراحی و تحلیل نانو زیستحسگرهای سیلیکونی مکانیکی و افزایش دقت تشخیص آنها بسیار مفید باشد. همچنین به منظور اعتبارسنجی پژوهش، نتایج عددی به دست آمده با نتایج پژوهشهای دیگر در حالت پوشش کامل لایهی جاذب میوسین مقایسه گردید که تطابق کامل با آن را نشان داد.
مقاله کامل پژوهشی
پردازش تصاویر پزشکی
مهدیه قاسمی
دوره 12، شماره 1 ، خرداد 1397، صفحه 51-61
چکیده
بیماری پارکینسون یک بیماری انحطاط عصبی پیشرونده است که با علائم بالینی ترمور، سفتی عضلات و کندی حرکت مشخص میشود. تغییرات عملکردی مربوط به درگیریهای پاتولوژیکی در بیماری پارکینسون، میتواند در شبکهای جهتدار از تقابلات بین نواحی مختلف مغز در حالت استراحت، که مغز دارای نوسانات خودبهخودی پایه است، نشان داده شود. در این مقاله ...
بیشتر
بیماری پارکینسون یک بیماری انحطاط عصبی پیشرونده است که با علائم بالینی ترمور، سفتی عضلات و کندی حرکت مشخص میشود. تغییرات عملکردی مربوط به درگیریهای پاتولوژیکی در بیماری پارکینسون، میتواند در شبکهای جهتدار از تقابلات بین نواحی مختلف مغز در حالت استراحت، که مغز دارای نوسانات خودبهخودی پایه است، نشان داده شود. در این مقاله برای ایجاد شبکهی جهتدار با استفاده از دادگان تصویربرداری تشدید مغناطیسی حالت استراحت (RS-fMRI)، روش تابع انتقال جهتدار (DTF) به همراه تئوری گراف در دو زیر باند فرکانسی بالا و پایین به کار رفته و ارتباطات درونگروهی و بین گروه سالم و بیمار، بر مبنای آنالیزهای آماری با هم مقایسه شده است. نتایج مقایسهی گروهی شبکهی ارتباطات تاثیری بین افراد سالم و بیماران پارکینسونی که روی دادگان RS-fMRI بیماری پارکینسون انجام شده است، نشان میدهد که در زیر باند فرکانسی پایین در هر دو گروه سالم و بیمار، ارتباطات معنادار بیشتری نسبت به زیرباند فرکانسی بالا وجود دارد. شبکههای ارتباطی معنادار نشان میدهند که ارتباط بین هستههای قاعدهای و نواحی حرکتی در بیماران پارکینسونی دچار اختلال میشود. همچنین برخی نواحی مغز مانند مخچهی چپ دارای بیشترین جریان اطلاعات در شبکهی گراف گروه سالم است که به عنوان ناحیهی اساسی توسط نواحی دیگر تحت تاثیر قرار میگیرد، در حالی که این مرکزیت در گروه بیماران به هم میخورد.
مقاله کامل پژوهشی
بیومکانیک ارتوپدی
سید محمدجواد مرتضوی؛ فرزام فرهمند؛ سعید بهزادیپور؛ علی یگانه
دوره 12، شماره 1 ، خرداد 1397، صفحه 63-74
چکیده
میلهگذاری دروناستخوانی روشی رایج در درمان شکستگیهای تنهی استخوان فمور میباشد. به علت تغییر شکل میله در فرایند جایگذاری درون کانال استخوان، بستن پیچ انتهایی میله برای جراحان چالش برانگیز و زمانبر است. تغییر شکل میله باعث میشود که استفاده از فیکسچرهای متصل به میله برای یافتن محل صحیح سوراخ انتهایی، کارآمد نباشد. ...
بیشتر
میلهگذاری دروناستخوانی روشی رایج در درمان شکستگیهای تنهی استخوان فمور میباشد. به علت تغییر شکل میله در فرایند جایگذاری درون کانال استخوان، بستن پیچ انتهایی میله برای جراحان چالش برانگیز و زمانبر است. تغییر شکل میله باعث میشود که استفاده از فیکسچرهای متصل به میله برای یافتن محل صحیح سوراخ انتهایی، کارآمد نباشد. در مطالعات پیشین برای تعیین موقعیت و راستای سوراخ انتهایی، اغلب تنها هندسهی قسمت انتهایی میله مورد توجه قرار گرفته است. هدف پژوهش حاضر بررسی فرضیهی امکان استفادهی ترکیبی از روشهای تحلیل مکانیکی میله و دادههای تصویری برای تعیین موقعیت سوراخ انتهایی میله میباشد. در روش پیشنهادی، رفتار میله با توجه به مشخصات هندسی آن (نسبت طول به قطر بین 25 تا 50) با استفاده از مدل تیر اویلر-برنولی شبیهسازی شده و الگوی تغییر شکل آن به دست میآید. سپس با انطباق الگوی تغییر شکل بر تصویر میله در صفحهی کناری و استفاده از الگوریتم تکراری نزدیکترین نقاط، تغییر شکل میله و موقعیت سوراخ انتهایی محاسبه میگردد. به منظور ارزیابی فرضیهی پژوهش و سنجش دقت محاسبهی موقعیت سوراخ انتهایی بر اساس روش پیشنهادی، آزمایش روی 5 نمونه از استخوان فمور جسد انسان صورت پذیرفت و موقعیت پیشبینی شده و واقعی سوراخ انتهایی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با استفاده از تحلیل مکانیکی و دادههای تصویری از انحنای میله، موقعیت سوراخهای انتهایی با خطای موثر میانگین 84/0 میلیمتر و خطای حداکثر 3/1 میلیمتر محاسبه میگردد. انتظار میرود که با ترکیب روش پیشنهادی با روشهای تصویری مبتنی بر شکل سوراخ، بتوان در آینده به خطای کمتر از میلیمتر در تعیین موقعیت سوراخ دست یافت.
مقاله کامل پژوهشی
بیومکانیک استخوان
ایمان ذوالجناحی اسکوئی
دوره 12، شماره 1 ، خرداد 1397، صفحه 75-84
چکیده
با افزایش سن، نگرانیهای بیشتری در رابطه با توانایی بافتهای سخت مانند دندان در برآورده کردن نیازهای روزمره به مدت طولانیتر وجود دارد. ویژگی قابل توجه میکروساختار عاج دندان در وجود لولههای استوانهای کوچک به نام لولههای عاجی است که تاثیر بهسزایی در رفتار و خصوصیات مکانیکی از جمله مکانیک شکست آن دارد. افزایش ...
بیشتر
با افزایش سن، نگرانیهای بیشتری در رابطه با توانایی بافتهای سخت مانند دندان در برآورده کردن نیازهای روزمره به مدت طولانیتر وجود دارد. ویژگی قابل توجه میکروساختار عاج دندان در وجود لولههای استوانهای کوچک به نام لولههای عاجی است که تاثیر بهسزایی در رفتار و خصوصیات مکانیکی از جمله مکانیک شکست آن دارد. افزایش سن منجر به پر شدن تدریجی لولههای عاجی میشود. در این مقاله با در نظر گرفتن میکروساختار عاج دندان به صورت مواد مرکب فیبری، به بررسی تاثیر میکروساختار و تاثیر تغییرات میکروساختاری ناشی از افزایش سن روی رفتار شکست و مسیر رشد ترک با استفاده از تئوری مکانیک شکست الاستیک خطی و روش تحلیل اجزای محدود پرداخته شده است. نتایج بیانگر آن است که مسیر رشد ترک علاوه بر هندسهی ریزساختار عاج دندان، به خواص مواد اجزای سازندهی آن و آرایش لولههای عاجی وابسته است. همچنین نتایج ما نشان دهندهی آن است که لولههای عاجی توپر ناشی از افزایش سن، نقش اساسی در مسیر رشد ترک ایفا میکنند و به عنوان دفع کنندهی رشد ترک محسوب میشوند.