بیوالکتریک
امیر سلیمانخانی؛ وحید شالچیان
دوره 12، شماره 2 ، شهریور 1397، صفحه 85-96
چکیده
ثبت خارجسلولی فعالیت تکنورونهای مغزی به عنوان روشی پرطرفدار در تحقیقات حوزهی علوم اعصاب و مهندسی توانبخشی عصبی شناخته میشود. این ثبتها شامل فعالیت تمام نورونهای اطراف الکترود میشود که برای استفادهی بهتر از آنها باید با روشهای طبقهبندی اسپایک به فعالیت تکنورونها رسید. بر اساس ویژگیهای ساختاری نورون، مانند ...
بیشتر
ثبت خارجسلولی فعالیت تکنورونهای مغزی به عنوان روشی پرطرفدار در تحقیقات حوزهی علوم اعصاب و مهندسی توانبخشی عصبی شناخته میشود. این ثبتها شامل فعالیت تمام نورونهای اطراف الکترود میشود که برای استفادهی بهتر از آنها باید با روشهای طبقهبندی اسپایک به فعالیت تکنورونها رسید. بر اساس ویژگیهای ساختاری نورون، مانند درخت دندریتی آن و فاصله و جهت ثابتی که نسبت به الکترود ثبت دارد، میتوان نتیجه گرفت که شکل اسپایک تولیدی آن منحصر به فرد و ثابت است. با این حال انجام طبقهبندی پتانسیل عملها در مقادیر نسبت سیگنال به نویز پایین، همواره با چالشهایی همراه است. طبقهبندی اسپایکهای نورونی معمولا شامل سه بخش آشکارسازی، استخراج ویژگی و طبقهبندی میشود. در این مقاله، روشی بر مبنای بهینهسازی ضرایب ویولت پیوسته در مرحلهی استخراج ویژگیها ارائه شده که در مقادیر نسبت سیگنال به نویز پایین نیز کارایی خوبی دارد. در روش پیشنهادی، بعد از محاسبهی ضرایب ویولت پارامتریشده، با استفاده از معیارهای فاصلهی اقلیدسی و سطح زیر منحنی مشخصهی عملگر گیرنده در طبقهبندی دو گروه، بهترین پارامترها برای افزایش تفکیکپذیری ویژگیها انتخاب میشوند، به طوری که ابتدا مقیاس مناسب با معیار فاصلهی اقلیدسی پیدا شده و در نهایت انتقال زمانی با معیار دوم انتخاب میشود. در این پژوهش برای خوشهبندی از الگوریتم ساده و در عین حال کارامد k-means استفاده شده است. برای بررسی و ارزیابی روش پیشنهادی از سه مجموعه دادهی شبیهسازیشده استفاده گردید که در 9 حالت مختلف نسبت سیگنال به نویز و با مدلسازی نویز زمینه از نویز حقیقی ثبتشده تهیه شده بودند. نتایج به دست آمده از مرتبسازی دادههای شبیهسازیشده نشان داد که بهینهسازی پارامترهای تبدیل ویولت پیوسته با روش پیشنهادی میتواند در ارتقای کارایی طبقهبندی اسپایکها نسبت به روش آنالیز اجزای اصلی، موثر واقع شود.
سیستمهای واسط مغز-رایانه
فاطمه قمی؛ امین مهنام؛ محمدرضا یزدچی
دوره 12، شماره 2 ، شهریور 1397، صفحه 97-109
چکیده
در چند دههی اخیر، رابط مغز-رایانهی مبتنی بر تصور حرکت به صورت گسترده برای کمک به افراد مبتلا به اختلال حرکتی، مورد توجه قرار گرفته است. مزیت این نوع رابط، به عنوان سیستمی درونزاد، عدم نیازبه تحریک خارجی و کنترل طبیعی میباشد. یکی از مشکلات اصلی در کاربردیکردن این سیستم، نیاز به نصب تعداد زیادی الکترود روی سر است که سبب ...
بیشتر
در چند دههی اخیر، رابط مغز-رایانهی مبتنی بر تصور حرکت به صورت گسترده برای کمک به افراد مبتلا به اختلال حرکتی، مورد توجه قرار گرفته است. مزیت این نوع رابط، به عنوان سیستمی درونزاد، عدم نیازبه تحریک خارجی و کنترل طبیعی میباشد. یکی از مشکلات اصلی در کاربردیکردن این سیستم، نیاز به نصب تعداد زیادی الکترود روی سر است که سبب افزایش هزینهی تجهیزات، افزایش حجم محاسبات و همچنین دشوارتر شدن استفاده از آن برای کاربر، به دلیل زمانبر بودن نصب الکترودها، میشود. تحقیقات اخیر، در جهت کاهش تعداد الکترودهای مورد نیاز با حفظ کارایی سیستم بوده است. هدف از این پژوهش، بررسی ویژگیها و انتخاب ترکیبی مناسب برای تشخیص تصور حرکت با استفاده از تنها دو کانال (C3و C4) برای ثبت سیگنال مغز بوده است. به این منظور، از روش توان باند، پارامترهای حوزهی زمان و مدل خودبازگشتی تطبیقی، به عنوان ویژگی و از روش شناخته شده و سادهی آنالیز افتراقی خطی جهت طبقهبندی استفاده شد. نتایج نشان داد که ویژگیهایتوان باند، بیشترین سازگاری و اثربخشی را برای تفکیک دقیق وظایفتصور حرکتی چپ و راست دارند. همچنین، الگوریتم پیشنهادی به صورت ترکیب ویژگی توان باندبا پارامترهای حوزهی زمان ومدل خودبازگشتی تطبیقی، سبب بهبود عملکرد طبقهبندی گردید. نتایج روی دادههای سومین دورهی مسابقات رابط مغز-رایانه توانست جایگاه دوم را بین رقابتکنندگان اصلی مسابقه، با بیشینهی STMIبرابر 2582/0 به دست آورد. در پردازش نابرخط، وظایفتصور حرکتی دستچپ و راست با صحت متوسط برابر با 85 درصد و کاپای 70 درصد تشخیص داده شد، همچنین نتایج بیانگر انتقال اطلاعات خروجی گسستهی 39/0 و پیوستهی 45/0 و سطح زیرمنحنی عملیاتی دریافتکنندهی 91/0 بود. نتایج این مقاله نشان میدهد که ویژگیهای جدید، به طور برجسته در هنگام استفاده از ترکیب هر سه دستهی ویژگی، به بهبود عملکرد طبقهبندی سیستم واسط مغز-رایانهی دو کاناله منجر میشود و در ضمن، الگوریتم پیشنهادی برای افراد جدید نیز کارایی قابل مقایسهای را ارائه کرده است.
پردازش تصاویر پزشکی
سمیه ملکی بالاجو؛ داوود آسمانی؛ حمید سلطانیانزاده
دوره 12، شماره 2 ، شهریور 1397، صفحه 111-124
چکیده
اختلال در ارتباطات عملکردی مربوط به شبکهی حالت پیشفرض در مراحل اولیهی بیماری آلزایمر گزارش شده است. به تازگی، ویژگی غیرایستانی شبکههای مغزی، با توجه به اینکه ارتباطات عملکردی درون و مابین این شبکهها در طول زمان، حتی در شرایطی که مغز انسان در حالت استراحت است، تغییر میکند، مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. بنابراین، ...
بیشتر
اختلال در ارتباطات عملکردی مربوط به شبکهی حالت پیشفرض در مراحل اولیهی بیماری آلزایمر گزارش شده است. به تازگی، ویژگی غیرایستانی شبکههای مغزی، با توجه به اینکه ارتباطات عملکردی درون و مابین این شبکهها در طول زمان، حتی در شرایطی که مغز انسان در حالت استراحت است، تغییر میکند، مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. بنابراین، برای مطالعهی کامل تغییرات ارتباطات عملکردی در بیماری آلزایمر، لازم است که تغییرات اساسی الگوی دینامیک آنها نیز بررسی شود. هدف از این مطالعه، بررسی الگوهای ارتباط عملکردی دینامیک درون شبکهی حالت پیشفرض در بیماران آلزایمر نسبت به افراد سالم میباشد. در این مطالعه، روشی مبتنی بر رگرسیون منطقی تنک، برای تخمین ماتریس ارتباطات عملکردی از دادههای تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی در حالت استراحت ۲۴ بیمار آلزایمری و ۳۷ فرد سالم استفاده میشود. برای تجزیه و تحلیل شبکهی ارتباطات عملکردی دینامیک، نمرهی تغییرات زمانی الگوی عملکردی برای هر ناحیهی مغزی تعریف میشود که میتواند چگونگی تغییرات الگوی عملکردی یک ناحیهی مغزی در طول زمان با استفاده از ارتباطات عملکردی دینامیک آن ناحیهی مغزی را کمیسازی نماید. نتایج مقایسهی گروهی نشان میدهد که نمرهی تغییرات زمانی الگوی عملکردی برخی از مناطق اصلی شبکهی حالت پیشفرض مانند قشر قدامی مغز میانی و قشر تمپورال جانبی در بیماران آلزایمری به طور قابل توجهی افزایش مییابد. همچنین تجزیه و تحلیل متعارف ارتباطات عملکردی استاتیک نشان میدهد که الگوی ارتباطات عملکردی این نواحی در اثر بیماری آلزایمر مختل میشود. این یافتهها نشان میدهند که نواحی قشر قدامی مغز میانی و قشر تمپورال جانبی در بیماران آلزایمری احتمالا به سازماندهی مجدد الگوی عملکردی خود در راستای جبران کاهش کارایی عملکردی ناشی از بیماری آلزایمر، تمایل دارند.
زهرا ملاحسینی؛ بهمن وحیدی
دوره 12، شماره 2 ، شهریور 1397، صفحه 125-136
چکیده
برای بیماران مبتلا به بیماریهای مزمن ریوی، ریهی مصنوعی (که بطن راست قلب جریان خون را به سمت آن پمپاژ میکند)، به عنوان یک مرحلهی مقدماتی پیش از پیوند ریه به شمار میآید. عملکرد این دستگاه با چندین معیار، از جمله کارآمدی دستگاه در تبادل گاز، عدم آسیبرسانی به سلولهای خونی و امپدانس پایین در مقایسه با ریهی طبیعی، سنجیده میشود. ...
بیشتر
برای بیماران مبتلا به بیماریهای مزمن ریوی، ریهی مصنوعی (که بطن راست قلب جریان خون را به سمت آن پمپاژ میکند)، به عنوان یک مرحلهی مقدماتی پیش از پیوند ریه به شمار میآید. عملکرد این دستگاه با چندین معیار، از جمله کارآمدی دستگاه در تبادل گاز، عدم آسیبرسانی به سلولهای خونی و امپدانس پایین در مقایسه با ریهی طبیعی، سنجیده میشود. در این مطالعه، بررسی عددی جریان خون غیرنیوتنی حول آرایههایی از فیبرهای توخالی، به عنوان مدلی از دستهفیبرهای موجود در ریهی مصنوعی، به روش حجم-محدود صورت گرفت. دو نوع آرایش مربعی و قطری برای فیبرها در نظر گرفته شد تا اثر آرایش، اثر سرعت ورودی روی توزیع جریان، تنش برشی و غلظت اکسیژن تبادلشده بین سطح فیبرها و جریان خون، بررسی شود. مشاهده شد که سرعت جریان و تنش برشی در آرایش قطری به مراتب بیشتر از آرایش مربعی است، به طوری که برای بیشینهی سرعت مورد بررسی (cm/s 87/10)، تنش برشی روی فیبرها در آرایش قطری حدود 5/3 برابر مقدار آن در آرایش مربعی است. همچنین، بین نتایج این تحلیل با نتایج مطالعات دیگری که در آنها از تبادل اکسیژن صرف نظر شده بود، اختلاف قابل توجهی دیده شد، که بیانگر اهمیت مدلسازی تبادل گاز میباشد. میزان دبی جرمی اکسیژن در خروجی دامنهی حل، به عنوان ملاک کارآمدی دستگاه (از دید تبادل گاز) مورد بررسی قرار گرفت. بر این اساس، آرایش قطری در تبادل اکسیژن بسیار کارآمدتر است. اما برای آرایش قطری، افت فشار بیشتری در عبور از دستهفیبرها، نسبت به آرایش مربعی مشاهده شد. نتایج این شبیهسازی میتواند نقطهی شروع مناسبی برای طراحی بهینهی ریهی مصنوعی باشد و در طراحی بهینهی آزمایشهای کلینیکی موثر واقع شود.
پردازش تصاویر پزشکی
حامد فیاض؛ محسن سریانی؛ احساناله کوزهگر؛ تائو تن
دوره 12، شماره 2 ، شهریور 1397، صفحه 137-146
چکیده
سرطان پستان دومین عامل مرگ زنان در جهان است. هر چه این بیماری زودتر تشخیص داده شود، احتمال موفقیت در درمان آن بیشتر خواهد بود. امروزه به دلیل مشکلات تصویربرداری ماموگرافی، استفاده از تصاویر فراصوت برای تشخیص سرطان پستان در حال افزایش است. یکی از انواع سامانههای تصویربرداری پستان، ABUS است. این نوع تصویربرداری از مزایای زیادی ...
بیشتر
سرطان پستان دومین عامل مرگ زنان در جهان است. هر چه این بیماری زودتر تشخیص داده شود، احتمال موفقیت در درمان آن بیشتر خواهد بود. امروزه به دلیل مشکلات تصویربرداری ماموگرافی، استفاده از تصاویر فراصوت برای تشخیص سرطان پستان در حال افزایش است. یکی از انواع سامانههای تصویربرداری پستان، ABUS است. این نوع تصویربرداری از مزایای زیادی نسبت به ماموگرافی و سایر روشهای تصویربرداری فراصوت برخوردار میباشد. طراحی یک سامانهی تشخیص به کمک کامپیوتر برای تحلیل تصاویر فراصوت در کنار رایج شدن این نوع تصویربرداری ضروری است. این سامانهها معمولا دارای چهار بخش پیشپردازش، قطعهبندی، استخراج ویژگی و دستهبندی هستند. افزایش دقت قطعهبندی، باعث افزایش دقت عملکرد سامانه میشود. در پژوهشهای پیشین، از روشهای پویش حلزونی و کانتور فعال برای قطعهبندی تودهها در تصاویر سهبعدی استفاده شده است. در سالهای اخیر، استفاده از یادگیری ژرف در زمینههای مختلف، منجر به کسب نتایج قابل توجهی شده است که امکان دستیابی به این نتایج با روشهای سنتی پیشین وجود نداشت. در این پژوهش، با استفاده از یک شبکهی عصبی ژرف، که از معماری U-net 3Dبهره میبرد، تودههای سرطانی در تصاویر ABUS قطعهبندی شدهاند. در این روش، به منظور بهبود عملکرد شبکه، از یک رویکرد جدید برای پسپردازش استفاده شده است. مجموعهی دادگان مورد استفاده، از ۳۲ بیمار جمعآوری شده و شامل۵۰ توده (۳۸ تودهی بدخیم و ۱۲ تودهی خوشخیم) است. برای ارزیابی دقت قطعهبندی، از معیار ضریب Dice استفاده شده است. میانگین دقت به دست آمده روی مجموعهی دادگان مورد استفاده در این پژوهش، ۷۷/۰ است.
ابزاردقیق پزشکی
فرناز فهیمی هنزایی؛ محمدمهدی احمدی
دوره 12، شماره 2 ، شهریور 1397، صفحه 147-159
چکیده
در این مقاله، طراحی و شبیهسازی یک کنترل کنندهی دیجیتال برای استفاده در یک سیستم تحریک الکتریکی قابل کاشت در مغز ارائه شده است. کنترل کنندهی دیجیتال ارائه شده در این مقاله، دارای قابلیت تولید پالسهای تحریک مربعی با امکان برنامهریزی مقادیر عرض پالس، دامنهی پالس، تک فازی یا دو فازی بودن و تقدم فاز کاتدی بر آندی یا برعکس ...
بیشتر
در این مقاله، طراحی و شبیهسازی یک کنترل کنندهی دیجیتال برای استفاده در یک سیستم تحریک الکتریکی قابل کاشت در مغز ارائه شده است. کنترل کنندهی دیجیتال ارائه شده در این مقاله، دارای قابلیت تولید پالسهای تحریک مربعی با امکان برنامهریزی مقادیر عرض پالس، دامنهی پالس، تک فازی یا دو فازی بودن و تقدم فاز کاتدی بر آندی یا برعکس (در صورت دو فازی بودن آن) میباشد. همچنین، در این سیستم امکان کنترل 16 سایت تحریک و تحریک 4 تا از آنها به طور همزمان فراهم شده است. عرض پالسهای تحریک، بین 4 میکروثانیه تا 4 میلیثانیه و فاصلهی میان دو فاز، بین 4 تا 512 میکروثانیه قابل برنامهریزی است. همچنین، دامنهی پالسها میتواند مقادیری بین 4 میکروآمپر تا 1 میلیآمپر را اختیار کند. کنترل هر 4 سایت از 16 سایت موجود، توسط یک واحد تحریک کنندهی محلی (LDC) صورت میگیرد که دادههای خود را از واحد کنترل کنندهی سراسری (GDC) دریافت مینماید. صحت عملکرد کدهای VHDL مدار طراحی شده، ابتدا روی یک برد FPGA بررسی و سپس تراشهی ASIC آن با تکنولوژی CMOS 18/0 میکرومتر جانمایی گشته است. ابعاد هر یک از بخشهای تحریک کنندهی محلی در تراشهی طراحی شده برابر با 160/19 میکرومترمربع و ابعاد بخش تحریک کنندهی سراسری برابر با 246/4 میکرومترمربع میباشد. همچنین توان مصرفی بخشهای کنترل کنندههای محلی و سراسری به ترتیب برابر 12 و 2/8 میکرووات میباشد. به منظور سهولت در ارسال پارامترهای سیگنالهای تحریک توسط کاربر، یک واسط گرافیکی در محیط نرمافزار MATLAB طراحی شده است، که با ارسال متناوب دستور تولید پالس توسط آن، میتوان فرکانس پالسها و یا تعداد و فاصلهی آنها را در یک قطار پالس تحریکی برنامهریزی کرد.
سیستمهای واسط مغز-رایانه
سپیده خنیوه؛ علی مالکی
دوره 12، شماره 2 ، شهریور 1397، صفحه 161-171
چکیده
پتانسیل برانگیختهی حالت ماندگار حسهای تنی (SSSEP)، یکی از سیگنالهای کنترلی برای رابطهای مغز-رایانه (BCI) است که مبتنی بر انعکاس تحریک لرزشی پوست با فرکانسهای مشخص در سیگنالهای مغزی است. سیستمهای BCI مبتنی بر SSSEP در مقایسه با سیستمهای BCI مبتنی بر تحریک بینایی، خستگی بینایی ایجاد نمیکنند و به ویژه در بیمارهای با سندروم قفلشدگی ...
بیشتر
پتانسیل برانگیختهی حالت ماندگار حسهای تنی (SSSEP)، یکی از سیگنالهای کنترلی برای رابطهای مغز-رایانه (BCI) است که مبتنی بر انعکاس تحریک لرزشی پوست با فرکانسهای مشخص در سیگنالهای مغزی است. سیستمهای BCI مبتنی بر SSSEP در مقایسه با سیستمهای BCI مبتنی بر تحریک بینایی، خستگی بینایی ایجاد نمیکنند و به ویژه در بیمارهای با سندروم قفلشدگی یا اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) میتوانند مورد استفاده قرار گیرند. تاکنون مطالعات کمی در زمینهی SSSEP و کاربردهای آن در سیستمهای BCI صورت گرفته که دلیل آن چالش برانگیز بودن پیادهسازی سختافزار این سیستم است. در این مقاله، یک دستگاه ایجاد کنندهی تحریک لرزشی مبتنی بر عملگر موتور لرزشی، پیشنهاد و ساخته شده است. این دستگاه دارای دو کانال خروجی مجزا برای اعمال تحریک لرزشی به دو نقطهی متفاوت بدن است. فرکانسهای خروجی هر کانال در بازهی 35-15 هرتز با گام یک هرتز تنظیمپذیر هستند. برای جلوگیری از انتشار نویز الکترومغناطیس، عملگرهای لرزشی و تمامی اجزای دستگاه، شیلد شدهاند.