مقاله کامل پژوهشی
پردازش تصاویر پزشکی
درسا جعفرخواه صیقلانی؛ مهران یزدی؛ محمد فقیهی
دوره 14، شماره 4 ، زمستان 1399، صفحه 300-310
چکیده
سرطان یکی از شایع‌ترین بیماری‌های امروزه محسوب می‌شود. سرطان مغز یکی از مهلک و مرگ‌آورترین انواع سرطان به شمار می‌آید که تشخیص درست و به‌موقع آن تأثیر اساسی در زندگی بیمار خواهد داشت. برای تشخیص این بیماری، پزشک به تصویرهای ام‌آرآی و سی‌تی‌اسکن مغز احتیاج دارد. تاکنون روش‌های مختلفی برای تشخیص تومور مغزی از تصاویر پزشکی ارائه‌شده ...
بیشتر
سرطان یکی از شایع‌ترین بیماری‌های امروزه محسوب می‌شود. سرطان مغز یکی از مهلک و مرگ‌آورترین انواع سرطان به شمار می‌آید که تشخیص درست و به‌موقع آن تأثیر اساسی در زندگی بیمار خواهد داشت. برای تشخیص این بیماری، پزشک به تصویرهای ام‌آرآی و سی‌تی‌اسکن مغز احتیاج دارد. تاکنون روش‌های مختلفی برای تشخیص تومور مغزی از تصاویر پزشکی ارائه‌شده است اما به خاطر شباهت زیاد بافت تومور به بافت‌های دیگر مغز دقت مناسبی به دست نیامده است. در این مقاله روشی با استفاده از تلفیق تصاویر ام آر آی و سی تی اسکن برای تشخیص سه نوع شایع از تومورهای مغزی (گلیوما، منژیوما و تومور هیپوفیز) پیشنهاد شده است. در روش پیشنهادی از ساختاری بر اساس یادگیری عمیق استفاده می‌گردد تا ویژگیهایی که امکان تمایز بین بافت مغز و تومور را فراهم می‌کند، استخراج گردد. نتایج بهدستآمده با استفاده از روش پیشنهادی برتری این روش را نسبت به روش‌های مرتبط نشان می‌دهد.
مقاله کامل پژوهشی
رباتیک در پزشکی / بیورباتیک
الهه کفاشی؛ محمد علی احمدی پژوه؛ فیروز بختیاری نژاد
دوره 14، شماره 4 ، زمستان 1399، صفحه 311-320
چکیده
با توجه به آمار بالای مبتلایان به بیماری‌های عروق مغزی و سکته مغزی که نتیجه‌ی آن فلج شدن اندام‌های یک سمت بدن از جمله دست می‌باشد و همچنین محدودیت‌هایی که در روش‌های سنتی توانبخشی وجود دارد، نیاز به ساخت دستگاه‌هایی برای کمک به این افراد ضروری می‌باشد. در این پژوهش، در ابتدا با توجه به چالش‌هایی که در طراحی یک برون‌پوش دست وجود ...
بیشتر
با توجه به آمار بالای مبتلایان به بیماری‌های عروق مغزی و سکته مغزی که نتیجه‌ی آن فلج شدن اندام‌های یک سمت بدن از جمله دست می‌باشد و همچنین محدودیت‌هایی که در روش‌های سنتی توانبخشی وجود دارد، نیاز به ساخت دستگاه‌هایی برای کمک به این افراد ضروری می‌باشد. در این پژوهش، در ابتدا با توجه به چالش‌هایی که در طراحی یک برون‌پوش دست وجود داشت، طراحی اولیه مکانیزمی برای استفاده به صورت حرکت غیرفعال پیوسته برای توانبخشی انگشتان دست صورت گرفت. این مکانیزم مبتنی بر تاندون می‌باشد و هر دو حرکت باز و بسته شدن انگشتان را پوشش می‌دهد. به این منظور در برون‌پوش از دو عملگر فعال و غیرفعال به ترتیب جهت بستن و باز کردن انگشتان دست استفاده شده است. ویژگی بارز این طراحی، سبک و کم‌حجم بودن آن، قابلیت تنظیم برای دست‌های متفاوت و سازگاری و راحتی آن برای بیمار می‌باشد. همچنین، روابط سینماتیکی و دینامیکی برون‌پوش برای انگشتان دست بغیر از انگشت شست به روش لاگرانژ مدلسازی شده است. حرکت برون‌پوش در تعامل با انگشت به کمک نرم افزار سیم‌مکانیک متلب شبیه‌سازی شد. در نهایت با استفاده از نتایج شبیه‌سازی و مدلسازی، طراحی نهایی با در نظر گرفتن نیروی 40 نیوتون در طول تاندون انجام و برون‌پوش برای انگشت اشاره ساخته شد. همچنین نتایج حاصل از مدلسازی تحلیلی و شبیه‌سازی مقایسه شد و میزان خطای مدلسازی برای تغییر زوایای مفاصل به دست آمد. این مقدار در بدترین حالت برای مفصل اول و دوم انگشت 15 درصد و برای مفصل سوم 20 درصد محاسبه شد.
مقاله کامل پژوهشی
پردازش تصاویر پزشکی
گلاره ولی‌زاده؛ فرشید باباپور مفرد؛ احمد شالباف
دوره 14، شماره 4 ، زمستان 1399، صفحه 321-330
چکیده
مدلسازی شکل آماری به طور گسترده در کاربردهای مربوط به تصاویر قلبی مورد استفاده واقع می‌شود. مطالعات بسیاری با هدف ساخت این مدل‌ها به طور بهینه انجام پذیرفته است. مقاله حاضر به ارزیابی مدل‌های سه بُعدی مختلف از اِندوکاردیوم که در نتیجه‌ی به کارگیری استراتژی‌های متفاوتِ همراستاسازی پوسته‌ها، تولید شده‌اند، می پردازد. با کمک 20 ...
بیشتر
مدلسازی شکل آماری به طور گسترده در کاربردهای مربوط به تصاویر قلبی مورد استفاده واقع می‌شود. مطالعات بسیاری با هدف ساخت این مدل‌ها به طور بهینه انجام پذیرفته است. مقاله حاضر به ارزیابی مدل‌های سه بُعدی مختلف از اِندوکاردیوم که در نتیجه‌ی به کارگیری استراتژی‌های متفاوتِ همراستاسازی پوسته‌ها، تولید شده‌اند، می پردازد. با کمک 20 داده‌ی نرمال، سه مدل سه بُعدی مختلف از اِندوکاردیوم در فاز انتهای سیستول از طریق روش‌های همراستاسازی متفاوت با استفاده از نقاط مرکزِ رأس(CoA) ، مرکزِ جرم (CoM)و مرکزِ قاعده‌ی(CoB) اِندوکاردیوم ساخته شد. آنالیز مؤلفه اصلی به منظور تشریح اختلافات آماری مدل‌ها محاسبه گردید. کارایی مدل‌ها توسط معیارهای فشردگی، قابلیت تعمیم و اختصاصی بودن مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین فاصله‌ی هاسدُرف به عنوان شاخصی جهت بررسی عملکرد هر مدل در کاربرد بخش‌بندی از طریق تکینیک مدلِ شکلِ فعال مورد استفاده واقع شد. نتایج حاصله بیانگر این است که مدل مبتنی بر CoB نسبت به مدل مبتنی بر CoA فشردگی کمتر و نسبت به مدل مبتنی بر CoM فشردگی بیشتری دارد. با اینکه در یک تعداد مُد معین خطای بازسازی نمونه‌ها در هر سه مدل تقریبا یکسان می‌باشد اما همراستاسازی بر مبنای CoB منجر به ساخت مدلی شد که منحصربه فردتر از دو مدل دیگر بود. در نهایت، مقایسه نتایج هاسدُرف بیانگر این است که بخش‌بندی اِندوکاردیوم با استفاده از مدل مبتنی بر CoB دارای دقت بیشتری نسبت به دو مدل دیگر است. آنالیز کمّی نتایج حاکی از آن است که تغییر روش همراستاسازی در ساخت مدل شکل آماریِ حاصله مؤثر می‌باشد. به گونه‌ای که بهبود در میزان شاخص اختصاصی بودن و دقت بخش‌بندی با استفاده از مدل ساخته شده بر مبنای CoB در نتایج بدست آمده نسبت به روش مرسوم CoM کاملا مشهود است.
مقاله کامل پژوهشی
شبکه عصبی / شبکه عصبی بیولوژیکی و مصنوعی
صدف رضوی نژاد؛ امیرمحمد فلاح؛ سیدابوالقاسم میرروشندل
دوره 14، شماره 4 ، زمستان 1399، صفحه 331-340
چکیده
دیابت یک بیماری شایع در سراسر جهان است. این بیماری سخت و غیر‌قابل علاج ولی کنترل‌پذیر است، از این‌رو کنترل و پیشگیری از عوارض آن امری مهم است. به همین علت استفاده از روش‌هایی با خطای پایین و هوشمند برای پیش‌بینی میزان قند خون و از همه مهم‌تر جلوگیری از عوارض خطرناک آن، مساله‌ای مهم در کنترل بهتر این بیماری محسوب می‌شود. با توجه ...
بیشتر
دیابت یک بیماری شایع در سراسر جهان است. این بیماری سخت و غیر‌قابل علاج ولی کنترل‌پذیر است، از این‌رو کنترل و پیشگیری از عوارض آن امری مهم است. به همین علت استفاده از روش‌هایی با خطای پایین و هوشمند برای پیش‌بینی میزان قند خون و از همه مهم‌تر جلوگیری از عوارض خطرناک آن، مساله‌ای مهم در کنترل بهتر این بیماری محسوب می‌شود. با توجه به روش‌های مختلفی که در این زمینه ارائه شده است، در این مقاله نیز دو مدل با استفاده از رهیافت یادگیری عمیق ارائه شده است که نتایج کارآمد و بهینه‌ای تولید می‌کند. دو مدل پیشنهادی از ترکیب‌های متفاوتی از شبکه‌های عصبی حافظه طولانی کوتاه‌مدت و پیشخور تشکیل شده‌اند و میزان قند خون آتی بیمار را با دقت و سرعت قابل‌توجهی پیش‌بینی می‌کنند. از 81.200 رکورد داده میزان قند خون 203 بیمار به همراه 27 مشخصه‌ی مهمی که بر میزان قند خون آن‌ها مؤثر بوده استفاده شده است. همچنین به‌منظور ارزیابی دقیق، از روش اعتبارسنجی متقابل مناسب برای سری‌زمانی استفاده شد و نتایج حاصل از اجرای مدل‌ها نشان داد که مدل میانگین متحرک خودهمبسته یکپارچه با توجه به این حجم از داده و ضعف سخت‌افزاری سیستم پیاده‌سازی، قادر به پیش‌بینی میزان قند خون نیست و مدل‌های مبتنی بر یادگیری عمیق کارایی قابل قبول و سرعت عملکرد خوبی دارند. همچنین با توجه به نتایج به‌دست آمده مدل پیشنهادی دوم برای افق‌های پیش‌بینی 5، 10 و 15 دقیقه به‌ترتیب 8/13درصد، 16درصد و 9/18درصد بهتر از مدل پیشنهادی اول عمل کرده است و می‌تواند مدل قابل اعتمادتری برای پیش‌بینی میزان قند خون باشد. از این‌رو مدل بیان‌شده می‌تواند در سیستم‌های هوشمند هشداردهنده برای پیشگیری از وقوع هیپوگلیسمی که از عوارض خطرناک و شایع بیماری دیابت نوع یک است، استفاده شود.
مقاله کامل پژوهشی
مدلسازی سیستم‌های بیولوژیکی
سیده فاطمه قریشیان؛ محمد پویان
دوره 14، شماره 4 ، زمستان 1399، صفحه 341-350
چکیده
بیماری پارکینسون یک اختلال عصبی است که به طور عمده بر نورون‌های تولیدکننده‌ی دوپامین اثر گذارده و موجب اختلال در سیستم حرکتی می‌شود. بارزترین علائم این بیماری شامل لرزش، حرکت آهسته، سفتی و راه رفتن دشوار است. راه رفتنِ بیماران پارکینسونی با کندی در حرکت همراه است. در این مقاله، با استفاده از روش‌های ریاضی و کامپیوتری، راه رفتنِ ...
بیشتر
بیماری پارکینسون یک اختلال عصبی است که به طور عمده بر نورون‌های تولیدکننده‌ی دوپامین اثر گذارده و موجب اختلال در سیستم حرکتی می‌شود. بارزترین علائم این بیماری شامل لرزش، حرکت آهسته، سفتی و راه رفتن دشوار است. راه رفتنِ بیماران پارکینسونی با کندی در حرکت همراه است. در این مقاله، با استفاده از روش‌های ریاضی و کامپیوتری، راه رفتنِ بیماران پارکینسونی مدلسازی شده است. این مدل شامل ساختارهای درگیر در بیماری پارکینسون است، این ساختارها از مغز شروع شده و تا مفصل زانو ادامه می‌یابند و شامل عقده‌های قاعده‌ای، تالاموس، کورتکس، ناحیه موتوری تکمیلی (SMA)، عضله و مفصل می‌باشند. خروجی مدل، سرعت راه رفتن در بیماران پارکینسونی است. در مدل ارائه شده، اندازه خروجی برابر m/s 0.83 است که در محدوده‌ی گزارش شده توسط نتایج کلینیکی (m/s 1.21- 0.18) قرار دارد. در این مطالعه روش‌هایی برای افزایش سرعت راه رفتن در بیماران پارکینسونی مورد بررسی قرار گرفته که شامل تحریک عمقی مغز، استفاده از دارو و تقویت عضله می‌باشند. نتایج نشان می‌دهند که هریک از این روش‌ها موجب بهبود سرعت خواهند شد، در واقع با بکارگیری این روش‌ها بر روی مدل، مقدار خروجی افزایش یافته و به محدوده‌ی سرعت راه رفتن در افراد سالم (m/s 1.36- 1.30) نزدیک می‌گردد. همچنین اثر سفتی بر روی سرعت راه رفتن مورد مطالعه قرار گرفته و مشاهده شده است که سفتی عضلانی و سرعت رابطه‌ی عکس دارند. در پایان نیز یک روش کنترلی برای بهبود سرعت پیشنهاد شده که با افزایش پاسخ سیستم حلقه بسته موجب افزایش سرعت راه رفتن خواهد شد.
مقاله کامل پژوهشی
علوم اعصاب محاسباتی
مریم صادقی تالارپشتی؛ محمد علی احمدی پژوه؛ فرزاد توحیدخواه
دوره 14، شماره 4 ، زمستان 1399، صفحه 351-360
چکیده
توانایی انسان برای انجام چند وظیفه همزمان در مطالعات بسیاری بررسی شده و انجام دو وظیفه توام همواره یکی از مهم‌ترین مسائل شناختی و روان‌شناختی بوده است. نحوه اجرا و تاثیر دو وظیفه توام روی یکدیگر به منظور شناخت کارکرد مغز و تاثیر آن روی خروجی رفتاری در بیماری‌های مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. تاثیر سختی بر اجرای دو وظیفه‌توام ...
بیشتر
توانایی انسان برای انجام چند وظیفه همزمان در مطالعات بسیاری بررسی شده و انجام دو وظیفه توام همواره یکی از مهم‌ترین مسائل شناختی و روان‌شناختی بوده است. نحوه اجرا و تاثیر دو وظیفه توام روی یکدیگر به منظور شناخت کارکرد مغز و تاثیر آن روی خروجی رفتاری در بیماری‌های مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. تاثیر سختی بر اجرای دو وظیفه‌توام گسسته-پیوسته حرکتی-شناختی در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از یک وظیفهی گسستهی شنیداری به همراه وظیفهی پیوستهی حرکتی دنبال کردن به عنوان دو وظیفه‌توام استفاده شده است. 25 نفر در این آزمایش شرکت کردهاند که از آن‌ها خواسته شده است به صورت همزمان به تحریک شنیداری پاسخ بدهند و عمل دنبال کردن حرکتی را نیز انجام دهند. تاثیر سختی روی میزان خطا و زمان پاسخ با استفاده از مدل رانش انتشار بررسی شده است. در این مدل 4 پارامتری، پارامتر رانش برای بررسی میزان دشواری وظیفه در نظر گرفته شده است. نتایج پارامتر رانش(مقادیر میانگین 5/0، 3/0 و 2/0) در مدل می‌تواند با تغییرات دشواری در سه سطح، در آزمایش هماهنگی خوبی داشته باشد و بتواند به عنوان پارامتر دشواری مورد استفاده قرار گیرد.
مقاله کامل پژوهشی
مکانیک سیالات زیستی / سیالات بیولوژیکی
میلاد مهدی‌نژاد آسیابی؛ بهمن وحیدی
دوره 14، شماره 4 ، زمستان 1399، صفحه 361-370
چکیده
امکان جایگزینی و یا ترمیم بافت آسیب دیده به واسطه‌ی پزشکی ترمیمی وجود دارد. بیشتر بافت‌های درون بدن برای تأمین اکسیژن و مواد مغذی سلول‌های منفرد، به عروق خونی متکی هستند. برای رشد بافت با طولی بیش از m ۲۰۰-۱۰۰ به دلیل محدودیت انتشار اکسیژن، نیاز به تشکیل عروق خونی جدید است که این محدودیت برای بافت‌های مهندسی شده نیز صدق می‌کند. ...
بیشتر
امکان جایگزینی و یا ترمیم بافت آسیب دیده به واسطه‌ی پزشکی ترمیمی وجود دارد. بیشتر بافت‌های درون بدن برای تأمین اکسیژن و مواد مغذی سلول‌های منفرد، به عروق خونی متکی هستند. برای رشد بافت با طولی بیش از m ۲۰۰-۱۰۰ به دلیل محدودیت انتشار اکسیژن، نیاز به تشکیل عروق خونی جدید است که این محدودیت برای بافت‌های مهندسی شده نیز صدق می‌کند. بنابراین یکی از پیشنیاز‌های بافت برای زنده ماندن و رشد، وجود عروق است. یک روش برای رفع این محدودیت استفاده از کانال‌های ریزسیال است که به واسطه‌ی ایجاد لایه‌ای از سلول‌های اندوتلیال بر دیواره‌ی کانال و اعمال جریان به صورت برون‌تنی ایجاد شده‌اند. در این مطالعه، کانال‌ها درون داربستی از جنس کلاژن نوع اول با تخلخل ۸۱ درصد قرار گرفتند و کانالی نیز با کاربرد تخلیه لنفاوی برای داربست در نظر گرفته شد. هندسه‌ی کانال جریان براساس قانون موری ایجاد شد. تأثیر پارامتر‌هایی چون شعاع کانال تخلیه، اختلاف فشار کانال جریان، هدایت هیدرولیکی داربست و هدایت هیدرولیکی عروقی بر فشار میان‌دیواره‌ای و تنش برشی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین تأثیر زاویه‌ی دوشاخگی بر تنش‌برشی ایجاد شده نیز مطالعه شد. از روش اجزای محدود برای حل مسئله استفاده شد. در شبیه‌سازی بر روی رگی با قطر m ۱۰۰، حداکثر سرعت بینابینی 50E-9 m/s، حداکثر فشار بینابینی 1.34E+3 Pa و حداقل فشار میان‌دیواره‌ای 1.49E+3 Pa، ارزیابی شد. تنش برشی میانگین بر روی دیواره‌‌های رگ برابر با 10 dyn/cm2 به دست آمد. مشخص شد که با کاهش فشار در خروجی کانال تخلیه، عایق بندی داخلی داربست از اختلاف فشار درون کانال جریان، کاهش هدایت هیدرولیکی عروقی، افزایش هدایت هیدرولیکی داربست و افزایش شعاع کانال تخلیه می‌توان فشار میان‌دیواره‌ای مثبت را ایجاد و حفظ کرد. نتایج حاصل از این پژوهش می‌تواند در ایجاد بافت قابل کاشت متشکل از شبکه‌ی عروقی و تخلیه استفاده شود.
