مقاله کامل پژوهشی
پردازش تصاویر پزشکی
درسا جعفرخواه صیقلانی؛ مهران یزدی؛ محمد فقیهی
دوره 14، شماره 4 ، بهمن 1399، صفحه 267-276
چکیده
امروزه سرطان یکی از شایع‌ترین بیماری‌ها بوده و سرطان مغز یکی از مهلک‌ترین و مرگ‌آورترین انواع سرطان است که تشخیص درست و به موقع آن تاثیر مهمی در زندگی بیمار دارد. پزشکان برای تشخیص این بیماری به تصویرهای ام‌آرآی و سی‌تی‌اسکن مغز نیاز دارند. تا کنون روشهای مختلفی برای تشخیص تومور مغزی با استفاده از تصاویر پزشکی ارائه شده است اما ...
بیشتر
امروزه سرطان یکی از شایع‌ترین بیماری‌ها بوده و سرطان مغز یکی از مهلک‌ترین و مرگ‌آورترین انواع سرطان است که تشخیص درست و به موقع آن تاثیر مهمی در زندگی بیمار دارد. پزشکان برای تشخیص این بیماری به تصویرهای ام‌آرآی و سی‌تی‌اسکن مغز نیاز دارند. تا کنون روشهای مختلفی برای تشخیص تومور مغزی با استفاده از تصاویر پزشکی ارائه شده است اما این روشها به دلیل شباهت زیاد بافت تومور و سایر بافت‌های مغز از دقت مناسبی برخوردار نیستند. در این مقاله روشی با استفاده از تلفیق تصاویر ام‌آرآی و سی‌تی‌اسکن برای تشخیص سه نوع شایع از تومورهای مغزی (گلیوما، منژیوما و تومور هیپوفیز) پیشنهاد شده است. در این روش از ساختاری بر مبنای یادگیری عمیق استفاده شده تا ویژگیهای متمایزکنندهی بافت مغز و تومور استخراج شود. تصویر تلفیقی به دست آمده دقت تشخیص نوع تومور را افزایش داده و نتایج به دست آمده با استفاده از روش پیشنهادی برتری این روش را نسبت به سایر روشها نشان میدهد.
مقاله کامل پژوهشی
رباتیک در پزشکی / بیورباتیک
الهه کفاشی؛ محمدعلی احمدی‌پژوه؛ فیروز بختیاری‌نژاد
دوره 14، شماره 4 ، بهمن 1399، صفحه 277-290
چکیده
با توجه به آمار بالای مبتلایان به بیماریهای عروق مغزی و سکته‌ی مغزی که منجر به فلج شدن اندام‌های یک سمت بدن از جمله دست شده و هم‌چنین محدودیت‌های روشهای سنتی توان‌بخشی، ساخت دستگاه‌هایی برای کمک به این افراد ضروری میباشد. در این پژوهش در ابتدا با توجه به چالش‌های موجود در طراحی یک برون‌پوش دست، طراحی اولیه‌ی یک مکانیسم برای ...
بیشتر
با توجه به آمار بالای مبتلایان به بیماریهای عروق مغزی و سکته‌ی مغزی که منجر به فلج شدن اندام‌های یک سمت بدن از جمله دست شده و هم‌چنین محدودیت‌های روشهای سنتی توان‌بخشی، ساخت دستگاه‌هایی برای کمک به این افراد ضروری میباشد. در این پژوهش در ابتدا با توجه به چالش‌های موجود در طراحی یک برون‌پوش دست، طراحی اولیه‌ی یک مکانیسم برای استفاده به صورت حرکت غیرفعال پیوسته برای توان‌بخشی انگشتان دست انجام شده است. این مکانیسم مبتنی بر تاندون بوده 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 به غیر از انگشت شست به روش لاگرانژ مدل‌سازی شده است. حرکت برون‌پوش در تعامل با انگشت به کمک نرم‌افزار سیم‌مکانیک متلب شبیه‌سازی شده است. در نهایت با استفاده از نتایج شبیه‌سازی و مدل‌سازی، طراحی نهایی با در نظر گرفتن نیروی 40 نیوتن در طول تاندون انجام شده و برون‌پوش برای انگشت اشاره ساخته شده است. هم‌چنین نتایج حاصل از مدل‌سازی تحلیلی و شبیه‌سازی مورد مقایسه قرار گرفته و میزان خطای مدل‌سازی برای تغییر زوایای مفاصل به دست آمده است. این مقدار در بیش‌ترین حالت برای مفصل اول و دوم انگشت برابر با 15% و برای مفصل سوم برابر با 20% محاسبه شده است.
مقاله کامل پژوهشی
پردازش تصاویر پزشکی
گلاره ولی‌زاده؛ فرشید باباپور مفرد؛ احمد شالباف
دوره 14، شماره 4 ، بهمن 1399، صفحه 291-306
چکیده
مدل‌سازی شکل آماری به طور گسترده در کاربردهای مربوط به تصاویر قلبی مورد استفاده قرار گرفته و مطالعات متعددی با هدف ساخت این مدل‌ها به طور بهینه انجام شده است. در این مقاله به ارزیابی مدل‌های سه‌بعدی مختلف از اندوکاردیوم که در نتیجه‌ی به کارگیری استراتژی‌های متفاوت هم‌راستاسازی پوسته‌ها به وجود آمده پرداخته شده است. با کمک 20 داده‌ی ...
بیشتر
مدل‌سازی شکل آماری به طور گسترده در کاربردهای مربوط به تصاویر قلبی مورد استفاده قرار گرفته و مطالعات متعددی با هدف ساخت این مدل‌ها به طور بهینه انجام شده است. در این مقاله به ارزیابی مدل‌های سه‌بعدی مختلف از اندوکاردیوم که در نتیجه‌ی به کارگیری استراتژی‌های متفاوت هم‌راستاسازی پوسته‌ها به وجود آمده پرداخته شده است. با کمک 20 داده‌ی نرمال، سه مدل سه‌بعدی مختلف اندوکاردیوم در فاز انتهای سیستول از طریق روشهای هم‌راستاسازی متفاوت با استفاده از نقاط مرکز راس (CoA)، مرکز جرم (CoM) و مرکز قاعده‌ی (CoB) اندوکاردیوم ساخته شده است. آنالیز مولفه‌ی اصلی به منظور تشریح اختلافات آماری مدل‌ها انجام شده و کارایی مدل‌ها توسط معیارهای فشردگی، قابلیت تعمیم و اختصاصی بودن مورد ارزیابی قرار گرفته است. هم‌چنین فاصله‌ی هاسدرف به عنوان شاخصی جهت بررسی عمل‌کرد هر مدل در کاربرد بخش‌بندی از طریق تکینیک مدل شکل فعال مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج به دست آمده 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 این که در یک تعداد مد معین، خطای بازسازی نمونه‌ها در هر سه مدل تقریبا یک‌سان بوده اما هم‌راستاسازی بر مبنای CoB منجر به ساخت مدلی شده که منحصر به فردتر از دو مدل دیگر است. در نهایت مقایسه‌ی نتایج هاسدرف نشان داده که بخش‌بندی اندوکاردیوم با استفاده از مدل مبتنی بر CoB دارای دقت بیش‌تری نسبت به دو مدل دیگر است. آنالیز کمی نتایج نشان داده که تغییر روش هم‌راستاسازی در ساخت مدل شکل آماری موثر بوده به طوری که میزان شاخص اختصاصی بودن و دقت بخش‌بندی با استفاده از مدل ساخته شده بر مبنای CoB نسبت به روش مرسوم CoM کاملا بهبود یافته است.
مقاله کامل پژوهشی
شبکه عصبی / شبکه عصبی بیولوژیکی و مصنوعی
سیده صدف رضوی نژاد؛ امیرمحمد فلاح؛ سیدابوالقاسم میرروشندل
دوره 14، شماره 4 ، بهمن 1399، صفحه 307-320
چکیده
دیابت یک بیماری شایع در سراسر جهان است. این بیماری، سخت، غیر‌قابل علاج و در عین حال قابل کنترل بوده و از این رو کنترل و پیش‌گیری از عوارض آن امری مهم است. به همین دلیل استفاده از روشهای هوشمند با خطای پایین برای پیش‌بینی میزان قند خون و از همه مهم‌تر جلوگیری از عوارض خطرناک آن یک مساله‌ی مهم در کنترل بهتر این بیماری است. با توجه به ...
بیشتر
دیابت یک بیماری شایع در سراسر جهان است. این بیماری، سخت، غیر‌قابل علاج و در عین حال قابل کنترل بوده و از این رو کنترل و پیش‌گیری از عوارض آن امری مهم است. به همین دلیل استفاده از روشهای هوشمند با خطای پایین برای پیش‌بینی میزان قند خون و از همه مهم‌تر جلوگیری از عوارض خطرناک آن یک مساله‌ی مهم در کنترل بهتر این بیماری است. با توجه به روشهای مختلف ارائه شده در این زمینه، در این مقاله نیز دو مدل با استفاده از ره‌یافت یادگیری عمیق ارائه شده که نتایج آن کارآمد و بهینه است. این دو مدل پیشنهادی از ترکیب‌های متفاوتی از شبکه‌های عصبی حافظه‌ی طولانی کوتاه‌مدت و پیش‌خور تشکیل شده و میزان قند خون آتی بیمار را با دقت و سرعت قابل توجهی پیش‌بینی می‌کنند. در این راستا از 81.200 داده‌ی میزان قند خون 203 بیمار به همراه 27 مشخصه‌ی موثر بر میزان قند خون استفاده شده است. هم‌چنین به منظور ارزیابی دقیق از روش اعتبارسنجی متقابل مناسب برای سری زمانی استفاده شده و نتایج حاصل از اجرای مدل‌ها نشان داده که مدل میانگین متحرک خودهمبسته‌ی یک‌پارچه با توجه به این حجم از داده و ضعف سخت‌افزاری سیستم پیاده‌سازی شده قادر به پیش‌بینی میزان قند خون نبوده در حالی که کارایی و سرعت عمل‌کرد مدل‌های مبتنی بر یادگیری عمیق قابل قبول است. هم‌چنین با توجه به نتایج به دست آمده مدل پیشنهادی دوم برای افق‌های پیش‌بینی 5، 10 و 15 دقیقه به ترتیب 8/13%، 16% و 9/18% بهتر از مدل پیشنهادی اول عمل کرده و مدل قابل اعتمادتری برای پیش‌بینی میزان قند خون است. از این رو مدل پیشنهادی دوم می‌تواند در سیستم‌های هوشمند هشداردهنده برای پیش‌گیری از وقوع هیپوگلیسمی که از عوارض خطرناک و شایع بیماری دیابت نوع یک است مورد استفاده قرار گیرد.
مقاله کامل پژوهشی
مدل‌سازی سیستم‌های بیولوژیکی
سیده فاطمه قریشیان؛ محمد پویان
دوره 14، شماره 4 ، بهمن 1399، صفحه 321-331
چکیده
بیماری پارکینسون یک اختلال عصبی است که به طور عمده بر نورونهای تولید کنندهی دوپامین تاثیر گذاشته و موجب اختلال در سیستم حرکتی میشود. بارزترین علایم این بیماری شامل لرزش، حرکت آهسته، سفتی و دشواری در راه رفتن است. راه رفتن بیماران پارکینسون با کندی در حرکت همراه است. در این مقاله با استفاده از روشهای ریاضی و کامپیوتری، راه ...
بیشتر
بیماری پارکینسون یک اختلال عصبی است که به طور عمده بر نورونهای تولید کنندهی دوپامین تاثیر گذاشته و موجب اختلال در سیستم حرکتی میشود. بارزترین علایم این بیماری شامل لرزش، حرکت آهسته، سفتی و دشواری در راه رفتن است. راه رفتن بیماران پارکینسون با کندی در حرکت همراه است. در این مقاله با استفاده از روشهای ریاضی و کامپیوتری، راه رفتن بیماران پارکینسون مدل‌سازی شده است. این مدل متشکل از ساختارهای درگیر در بیماری پارکینسون بوده که از مغز شروع شده و تا مفصل زانو ادامه دارد و شامل عقدههای قاعدهای، تالاموس، کورتکس، ناحیه‌ی موتوری تکمیلی (SMA)، عضله و مفصل میباشد. خروجی مدل به صورت سرعت راه رفتن در بیماران پارکینسون بوده و برابر با 83/0 m/s به دست آمده است که در محدودهی گزارش شده توسط نتایج کلینیکی (18/0 – 21/1 m/s) قرار دارد. در این مطالعه روشهایی برای افزایش سرعت راه رفتن در بیماران پارکینسون مورد بررسی قرار گرفته که شامل تحریک عمقی مغز، استفاده از دارو و تقویت عضله است. نتایج نشان میدهد که هر یک از این روشها موجب بهبود سرعت راه رفتن شده است. در واقع با به کارگیری این روشها روی مدل، مقدار خروجی افزایش یافته و به محدودهی سرعت راه رفتن در افراد سالم (30/1 – 36/1 m/s) نزدیک شده است. هم‌چنین اثر سفتی روی سرعت راه رفتن مورد مطالعه قرار گرفته و مشاهده شده است که سفتی عضلانی با سرعت رابطهی عکس دارد. در پایان نیز یک روش کنترلی برای بهبود سرعت پیشنهاد شده که با افزایش پاسخ سیستم حلقه بسته موجب افزایش سرعت راه رفتن شده است.
مقاله کامل پژوهشی
علوم اعصاب محاسباتی
مریم صادقی تالارپشتی؛ محمدعلی احمدی پژوه؛ فرزاد توحیدخواه
دوره 14، شماره 4 ، بهمن 1399، صفحه 333-344
چکیده
توانایی انسان برای انجام چند وظیفه‌ی هم‌زمان در مطالعات بسیاری مورد بررسی قرار گرفته و انجام دو وظیفه‌ی توام همواره یکی از مهمترین مسایل شناختی و روانشناختی بوده است. نحوه‌ی اجرا و تاثیر دو وظیفه‌ی توام روی یک‌دیگر به منظور شناخت کارکرد مغز و تاثیر آن روی خروجی رفتاری در بیماریهای مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. در این ...
بیشتر
توانایی انسان برای انجام چند وظیفه‌ی هم‌زمان در مطالعات بسیاری مورد بررسی قرار گرفته و انجام دو وظیفه‌ی توام همواره یکی از مهمترین مسایل شناختی و روانشناختی بوده است. نحوه‌ی اجرا و تاثیر دو وظیفه‌ی توام روی یک‌دیگر به منظور شناخت کارکرد مغز و تاثیر آن روی خروجی رفتاری در بیماریهای مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مقاله تاثیر سختی بر اجرای دو وظیفه‌ی توام گسسته-پیوسته و حرکتی-شناختی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از یک وظیفه‌ی گسستهی شنیداری به همراه وظیفه‌ی پیوستهی حرکتی دنبال کردن به عنوان دو وظیفه‌ی توام استفاده شده است. تعداد 25 نفر در این آزمایش شرکت کرده و از آنها خواسته شده است تا به صورت هم‌زمان به تحریک شنیداری پاسخ داده 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 چهار 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 و 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 ، بهمن 1399، صفحه 345-355
چکیده
امکان جایگزینی و یا ترمیم بافت آسیب‌دیده به واسطه‌ی علم پزشکی ترمیمی وجود دارد. بیشتر بافت‌های درون بدن برای تامین اکسیژن و مواد مغذی سلول‌های منفرد، به عروق خونی متکی هستند. برای رشد بافت با طولی بیش از 100-200 mm به دلیل محدودیت انتشار اکسیژن، به تشکیل عروق خونی جدید نیاز است که این محدودیت برای بافت‌های مهندسی شده نیز صدق می‌کند. ...
بیشتر
امکان جایگزینی و یا ترمیم بافت آسیب‌دیده به واسطه‌ی علم پزشکی ترمیمی وجود دارد. بیشتر بافت‌های درون بدن برای تامین اکسیژن و مواد مغذی سلول‌های منفرد، به عروق خونی متکی هستند. برای رشد بافت با طولی بیش از 100-200 mm به دلیل محدودیت انتشار اکسیژن، به تشکیل عروق خونی جدید نیاز 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 میشود. در این مطالعه، کانال‌ها درون داربستی از جنس کلاژن نوع اول با تخلخل ۸۱% قرار گرفته و کانالی نیز با کاربرد تخلیه‌ی لنفاوی برای داربست در نظر گرفته شده است. هندسه‌ی کانال جریان بر اساس قانون موری ایجاد شده است. تاثیر 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 گرفته است. هم‌چنین تاثیر زاویه‌ی دوشاخگی بر تنش برشی ایجاد شده نیز مطالعه شده است. از روش اجزای محدود برای حل مساله استفاده شده است. در شبیه‌سازی روی یک رگ با قطر ۱۰۰ mm، حداکثر سرعت بینابینی برابر با 9-E50 m/s، حداکثر فشار بینابینی برابر با 3+E34/1 Pa و حداقل فشار میان‌دیواره‌ای برابر با 3+E49/1 Pa ارزیابی شده است. تنش برشی میانگین روی دیواره‌‌های رگ برابر با 10 dyn/cm2 به دست آمده است. هم‌چنین مشخص شده است که با کاهش فشار در خروجی کانال تخلیه، عایق‌بندی 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 مورد استفاده قرار گیرد.
