مقاله کامل پژوهشی
ایمپلنت / طراحی و ساخت ایمپلنت
احسان محمدی مهموئی؛ بهروز سلامت؛ رضا لشگری
دوره 16، شماره 3 ، آذر 1401، صفحه 205-216
چکیده
بدن انسان دارای پنج حس اصلی بینایی، شنوایی، چشایی، بویایی و لامسه می‌باشد که هر یک از این حواس اطلاعات بخصوصی را از محیط پیرامون به ما می‌دهند. نقص عملکرد هریک از آنها موجب اقدام ما نسبت به رفع آن و استفاده از تکنولوژی می‌گردد. حس شنوایی نیز از این مقوله مستثنی نبوده و تلاش‌های متعدد و زیادی در بهبود آن انجام شده که منجر به طراحی ...
بیشتر
بدن انسان دارای پنج حس اصلی بینایی، شنوایی، چشایی، بویایی و لامسه می‌باشد که هر یک از این حواس اطلاعات بخصوصی را از محیط پیرامون به ما می‌دهند. نقص عملکرد هریک از آنها موجب اقدام ما نسبت به رفع آن و استفاده از تکنولوژی می‌گردد. حس شنوایی نیز از این مقوله مستثنی نبوده و تلاش‌های متعدد و زیادی در بهبود آن انجام شده که منجر به طراحی و ساخت ایمپلنت‌های گوناگونی شده‌است. در این پژوهش با هدف بررسی عملکرد ایمپلنت شنوایی ساقه مغز (Auditory Midbrain Implant - AMI)، به ایجاد دو نوع تحریک آکوستیک و الکتریک در سیستم شنوایی گربه پرداخته شده‌است. تحریک‌های الکتریک، حاصل تزریق جریان به بافت توسط AMI و تحریک‌های آکوستیک حاصل تولید موج تک-تن در گوش گربه می‌باشند. پس از انجام تحریک و ثبت پتانسیل‌های عمل محیطی از قشر اولیه شنوایی مغز گربه، ویژگی‌های زمانی استخراج شده و نهایتا به مدلسازی توسط شبکه عصبی، پرداخته شده‌است. بعد از ثبت و مقایسه بین داده‌ها، مشخص شد که AMI در تحریک هسته کولیکولوس تحتانی موفق عمل کرده‌است. اما این ایمپلنت کاهش تاخیر در زمان تحریک را احتیاج دارد. پس از مدلسازی مشخص شد که شبکه عصبی با مدل غیرخطی همراه با الگوریتم لونبرگ-مارکوارت و 10 نرون در لایه پنهان بهترین عملکرد را در بین باقی ساختارها با خطایی معادل 009/0 از خود ارائه کرده‌است. در مقایسه مدل الکتریک با مدل اعصاب شنوایی، هر دو مدل رفتار مشابهی در برابر تغییرات فرکانس از خود نشان داده‌اند، اما مدل الکتریک در یک فرکانس ثابت شدت بزرگتری از پاسخ را در خروجی نشان داده‌است. علاوه بر این موارد، فاصله زمانی انتقال پیام عصبی از هسته حلزونی تا کولیکولوس تحتانی، 9 میلی‌ثانیه محاسبه شده‌است.
مقاله کامل پژوهشی
آنالیز حرکت انسان
علی مالکی؛ الهام حسنی
دوره 16، شماره 3 ، آذر 1401، صفحه 217-228
چکیده
بیماری پارکینسون یک بیماری تخریب‌کننده عصبی است که باعث اختلالات حرکتی شدیدی از جمله برادی‌کینزی، سفتی و لرزش می‌شود. هیچ درمانی برای بیماری پارکینسون وجود ندارد و تنها می‌توان با علائم آن مقابله کرد. تشخیص بیماری پارکینسون با استفاده از مقیاس جهانی سطح‌بندی MDS-UPDRS صورت می‌گیرد. در این مقیاس، چهار سطح جزئی، خفیف، متوسط و شدید برای ...
بیشتر
بیماری پارکینسون یک بیماری تخریب‌کننده عصبی است که باعث اختلالات حرکتی شدیدی از جمله برادی‌کینزی، سفتی و لرزش می‌شود. هیچ درمانی برای بیماری پارکینسون وجود ندارد و تنها می‌توان با علائم آن مقابله کرد. تشخیص بیماری پارکینسون با استفاده از مقیاس جهانی سطح‌بندی MDS-UPDRS صورت می‌گیرد. در این مقیاس، چهار سطح جزئی، خفیف، متوسط و شدید برای بیماری تعریف می‌شود که آزمون نواخت انگشتان یکی از موارد مقیاس سطح‌بندی است. نگاشت بازرخداد و ویژگی‌های RQA، ابزاری برای توصیف رفتار سامانه‌های آشوبناک و آشکار ساختن الگوهای پنهان در پویایی سامانه می‌باشند. در این مقاله، اثر پیشرفت سطح بیماری پارکینسون بر ویژگی‌های آشوبی RQA مورد مطالعه قرار گرفته است. به این منظور، از مجموعه دادگان شتاب‌سنج نصب شده روی دست حین انجام آزمون نواخت انگشت استفاده شده که شامل 67 داده سالم، 54 داده سطح یک، 66 داده سطح دو، 59 داده سطح سه و 14 داده سطح چهار بیماری است. پس از انجام پیش‌پردازش، نگاشت‌های بازرخداد دادگان رسم و ویژگی‌های RQA آنها محاسبه شد. الگوهای نگاشت‌های بازرخداد شامل نقاط بازرخداد مجزا، خطوط قطری، خطوط عمودی، مربع‌های سیاه رنگ و نوارهای سفید رنگ افقی و عمودی بررسی شدند. طبق نتایج به دست آمده، الگوهای نگاشت‌های بازرخداد دارای تفاوت‌های معناداری در بین سطوح مختلف بیماری پارکینسون بودند. بنابراین می‌توان از ویژگی‌های RQA برای تعیین خودکار سطح بیماری پارکینسون بهره برد.
مقاله کامل پژوهشی
سیستم‌های واسط مغز-رایانه
علی مالکی؛ مائده آزادی مقدم
دوره 16، شماره 3 ، آذر 1401، صفحه 229-240
چکیده
برای اینکه کاربرد رابط مغز-رایانه(BCI) مبتنی بر پتانسیل برانگیخته بینایی حالت ماندگار (SSVEP) از آزمایشگاه به زندگی واقعی منتقل شود، خستگی به عنوان یک چالش جدی مطرح است. اجرای طولانی‌مدت فرمان‌ها در یک سیستمBCI می‌تواند منجر به خستگی ذهنی سوژه و در نتیجه، ایجاد نارضایتی و کاهش کارآیی سیستم شود. اولین قدم برای کاهش اثرات نامطلوب خستگی، ...
بیشتر
برای اینکه کاربرد رابط مغز-رایانه(BCI) مبتنی بر پتانسیل برانگیخته بینایی حالت ماندگار (SSVEP) از آزمایشگاه به زندگی واقعی منتقل شود، خستگی به عنوان یک چالش جدی مطرح است. اجرای طولانی‌مدت فرمان‌ها در یک سیستمBCI می‌تواند منجر به خستگی ذهنی سوژه و در نتیجه، ایجاد نارضایتی و کاهش کارآیی سیستم شود. اولین قدم برای کاهش اثرات نامطلوب خستگی، داشتن شاخصی کمی برای خستگی است. اگرچه شاخص‌های فرکانسی جزء پرکاربردترین شاخص‌های ارزیابی خستگی بوده است ولی نتایج پژوهش‌های پیشین در این زمینه با یکدیگر همسو نیستند. از این رو، جای بررسی دقیق و جامعی برای چگونگی اثر خستگی بر شاخص‌های فرکانسی خالی است. در این مقاله تمام شاخص‌های فرکانسی خستگی معرفی شده در مطالعات گذشته و دامنه طیف زیرباندهای فرکانسی به طول 1هرتز، 2هرتز و 4 هرتز برای اولین بار به منظور بررسی دقیق‌تر، ارزیابی شده است. بدین منظور، تحریک بینایی با استفاده از 9 نشانه با فرکانس‌های مختلف برای سوژه‌ها نمایش داده شد و از آنها خواسته شد به نشانه هدف توجه کنند. تحریک بینایی به صورت پیوسته و بدون استراحت بوده تا از خسته‌شدن سوژه‌ها در انتهای آزمون اطمینان حاصل شود. به منظور ارزیابی خستگی، از شاخص‌های فرکانسی متوسط دامنه باندهای فرکانسی تتا، آلفا، بتا و بخش‌های باند فرکانسی 4-30هرتز با گام‌های 1 هرتز، 2 هرتز و 4 هرتز استفاده شد. نتایج نشان می‌دهد متوسط دامنه باند فرکانسی 9-8 هرتز شاخص مناسب‌تری برای ارزیابی خستگی است. این ویژگی به دلیل عدم تمرکز سوژه و تلاش ذهنی برای حفظ سطح هوشیاری بیشترین تغییرات را با خستگی دارد.
مقاله کامل پژوهشی
برهمکنش انسان و رایانه
هادی سلطانی زاده؛ پوریا شریفی؛ علی مالکی
دوره 16، شماره 3 ، آذر 1401، صفحه 241-255
چکیده
از دست دادن صدا و حنجره یک معضل بزرگ برای افراد با اختلالات گفتاری محسوب می‌شود. این اتفاق عواقب جدی و منفی بر کیفیت زندگی فردی و گروهی این اشخاص به ویژه در محیط‌های کاری ایجاد می‌کند. توسعه یک سیستم هوشمند بر پایه سیگنال‌های الکترومایوگرام با قابلیت تشخیص گفتار (بدون استفاده از صوت) می‌تواند دریچه امیدی برای افرادی که حنجره و ...
بیشتر
از دست دادن صدا و حنجره یک معضل بزرگ برای افراد با اختلالات گفتاری محسوب می‌شود. این اتفاق عواقب جدی و منفی بر کیفیت زندگی فردی و گروهی این اشخاص به ویژه در محیط‌های کاری ایجاد می‌کند. توسعه یک سیستم هوشمند بر پایه سیگنال‌های الکترومایوگرام با قابلیت تشخیص گفتار (بدون استفاده از صوت) می‌تواند دریچه امیدی برای افرادی که حنجره و صدای خود را بر اثر سرطان از دست داده‌اند باشد. اگرچه در این حوزه پژوهش‌هایی برای زبان‌های مختلف انجام شده است اما برای زبان فارسی پژوهشی صورت نگرفته است. در این مقاله برای اولین بار، بازشناسی واژگان فارسی با استفاده از الکترومایوگرام عضلات چهره انجام پذیرفت. بدین منظور، سیگنال‌های sEMG از هشت عضله چهره شش داوطلب هنگام بیان دوازده کلمه زبان فارسی جمع‌آوری شد. سپس ویژگی‌های MFL، VAR، DAMV، LTKE، IQR و Cardinality از هر کانال و هر پنجره از سیگنال استخراج گردید و 432 ویژگی حاصل از هر سیگنال با استفاده از روش تحلیل مؤلفه اصلی به 49 ویژگی تقلیل یافت. درنهایت به منظور بازشناسی دوازده کلمه زبان فارسی، ویژگی‌ها به طبقه‌بندهای SVM، KNN و RF داده شد. میانگین صحت طبقه‌بندی به ترتیب 16/83 %، 91/81 % و 97/78 % به دست آمد. ارزیابی نتایج این مقاله گویای آن است که با استفاده از سیگنال‌های EMG می‌توان کلمات محدود زبان فارسی را با صحت خوبی بازشناسی نمود.
مقاله کامل پژوهشی
بیوالکتریک
زهره مجیری؛ امیر اخوان؛ احسان روحانی
دوره 16، شماره 3 ، آذر 1401، صفحه 257-269
چکیده
تحریک الکتریکی عمقی مغز روشی است که به کمک آن می‌توان به تحریک نواحی عمقی مغز دست یافت و به دو صورت تهاجمی و غیرتهاجمی استفاده می‌شود. در تحریک عمقی مغز با رویکرد تهاجمی، برای دستیابی به عمق مورد نظر تحریک، الکترودها توسط عمل جراحی در داخل مغز کاشته می‌شوند. از شایع‌ترین عوارض این روش می‌توان به خونریزی داخل جمجمه اشاره کرد. یکی ...
بیشتر
تحریک الکتریکی عمقی مغز روشی است که به کمک آن می‌توان به تحریک نواحی عمقی مغز دست یافت و به دو صورت تهاجمی و غیرتهاجمی استفاده می‌شود. در تحریک عمقی مغز با رویکرد تهاجمی، برای دستیابی به عمق مورد نظر تحریک، الکترودها توسط عمل جراحی در داخل مغز کاشته می‌شوند. از شایع‌ترین عوارض این روش می‌توان به خونریزی داخل جمجمه اشاره کرد. یکی از تکنیک‌های جایگزین، استفاده از تحریک عمقی مغز با رویکرد غیرتهاجمی به روش تداخل زمانی است. در تحریک تداخل زمانی، تداخل سازنده دو میدان الکتریکی ایجاد شده توسط دو جریان سینوسی فرکانس بالا، باعث تقویت شدن تحریک در عمق مشخصی می‌شود. هدف این پژوهش، بررسی و تحلیل کیفی و کمی اثر تحریک تداخل زمانی بر روی قشر حرکتی اولیه مغز رت می‌باشد. برای نیل به این هدف، از یک دستگاه تحریک کننده 4 کاناله استفاده می‌شود. نحوه انجام آزمایش به این صورت است که پس از بیهوشی رت با ماده اورتان، تحریک به صورت فراجمجمه‌ای توسط پیچ اتصال الکترود که بر روی جمجمه قرار گرفته است، اعمال و نتایج آن به صورت کیفی و کمی در حوزه زمان، فرکانس و مکان ارزیابی می‌شود. برای کمی سازی نتایج از یک سنسور شتاب‌سنج سه محوره برای ثبت حرکات دست راست استفاده می‌شود. نتایج نشان داد که به ازای تغییر در پارامترهای تحریک (شدت جریان تحریک، اختلاف فرکانس و نسبت جریان‌های دو الکترود) ناحیه تحریک در داخل دو نیمکره مغز و به دنبال آن دامنه حرکت ایجاد شده در دست راست تغییر می‌کند. همچنین ارتباط میان اختلاف فرکانس تحریک زوج الکترود با دامنه حرکت ایجادشده در دست راست با استفاده از یک رگرسور چندجمله‌ای مرتبه 3 مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت.
مقاله کامل پژوهشی
پردازش سیگنال‌های حیاتی
پرستو صادقی نیا؛ حامد داننده حصار
دوره 16، شماره 3 ، آذر 1401، صفحه 271-287
چکیده
سیگنال‌های فونوکاردیوگرافی (PCG)، اطلاعات ارزشمندی را در مورد عملکرد دریچه‌های قلبی دارند. ازاین‌رو، این سیگنال‌ها در تشخیص زودهنگام بیماری‌های قلبی می‌توانند مفید واقع شوند. طبقه‌بندی خودکار صدای قلب، دارای پتانسیل امیدوارکننده‌ای در آسیب‌شناسی قلبی است. در این پژوهش، روشی خودکار برای تشخیص صداهای طبیعی از غیرطبیعی قلب پیشنهاد ...
بیشتر
سیگنال‌های فونوکاردیوگرافی (PCG)، اطلاعات ارزشمندی را در مورد عملکرد دریچه‌های قلبی دارند. ازاین‌رو، این سیگنال‌ها در تشخیص زودهنگام بیماری‌های قلبی می‌توانند مفید واقع شوند. طبقه‌بندی خودکار صدای قلب، دارای پتانسیل امیدوارکننده‌ای در آسیب‌شناسی قلبی است. در این پژوهش، روشی خودکار برای تشخیص صداهای طبیعی از غیرطبیعی قلب پیشنهاد گردیده است. در روش پیشنهادی ابتدا صداهای قلبی به چهار بخش صدای S1، S2، سیستول و دیاستول قطعه‌بندی می‌گردند. سپس ویژگی‌های زمانی آماری و زمانی فرکانسی از هرکدام از این بخش‌ها استخراج می‌گردد. قبل از عملیات طبقه‌بندی داده‌ها، از دو رهیافت برای انتخاب ویژگی‌های مؤثر استفاده‌شده است. در رهیافت اول، انتخاب ویژگی با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) و در رهیافت دوم با استفاده از جستجوی سلسله مراتبی (SFFS) انجام می‌گردد. روش پیشنهادی بر روی پایگاه داده چالش 2016 فیزیونت ارزیابی گردید و در نهایت عملکرد روش پیشنهادی با استفاده از روش اعتبارسنجی متقابل10لایه‌ای مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین، به علت نامتوازن بودن تعداد صداهای طبیعی نسبت به صداهای غیرطبیعی، از تکنیک بیش‌نمونه‌برداری اقلیت مصنوعی (SMOTE) برای تولید مجموعه داده‌های متعادل استفاده گردید. نتایج ارزیابی روی پایگاه داده فوق‌الذکر نشان دادند که روش پیشنهادی دارای صحت 03/98 درصد، حساسیت 64/97 درصد و اختصاصیت 43/98 درصد در تشخیص صداهای طبیعی از غیرطبیعی می‌باشد.
مقاله کامل پژوهشی
مهندسی بافت
سارا زادگان؛ بهمن وحیدی؛ نوشین حقیقی پور
دوره 16، شماره 3 ، آذر 1401، صفحه 289-299
چکیده
ترمیم آسیب های بافت استئوکندرال به دلیل پیچیدگی بسیار زیاد این بافت و توانایی محدود در خود ترمیمی بافت غضروف آن را با چالش بزرگی روبرو کرده است. در این راستا مهندسی بافت با ارائه داربستهای حاوی سلول های بنیادی همراه با اعمال تنش های مکانیکی به عنوان راهکار پیشنهادی جدید برای ترمیم این بافت مورد توجه محققان قرار گرفته است. این مطالعه ...
بیشتر
ترمیم آسیب های بافت استئوکندرال به دلیل پیچیدگی بسیار زیاد این بافت و توانایی محدود در خود ترمیمی بافت غضروف آن را با چالش بزرگی روبرو کرده است. در این راستا مهندسی بافت با ارائه داربستهای حاوی سلول های بنیادی همراه با اعمال تنش های مکانیکی به عنوان راهکار پیشنهادی جدید برای ترمیم این بافت مورد توجه محققان قرار گرفته است. این مطالعه در مرحله نخست شامل ساخت داربست سه لایه فیبرویین ابریشم- نانو الیاف فیبرویین به روش خشکایش انجمادی و پس از آن شبیه سازی محاسباتی تحریک مکانیکی داربست حاوی سلول های بنیادی در بیوراکتور پرفیوژن به روش اجزای محدود و برهمکنش سیال-سازه جهت طراحی بهینه آزمون های سلولی و در مرحله آخر شامل انجام آزمون های سلولی بود. آزمون های مشخصه یابی نشان داد که این داربست از به‌هم پیوستگی بسیار خوبی در بین لایه ها برخوردار است و اندازه متوسط تخلخل ها در لایه استخوان، لایه میانی و غضروف به ترتیب 76،152 و 102 میکرون بود. این داربست بیومیمتیک، مدول فشاری MPa 0/4 و حداکثر مقاومت کششی MPa 10 را در حالت مرطوب دارد. نتایج شبیه‌سازی حاصل از عبور جریان سیال از داربست نشان داد که چنان‌چه لایه‌ی استخوان در مسیر ورودی جریان قرار گیرد، دامنه توزیع تنش برشی در داربست یکنواخت تر بوده و باعث تسهیل تمایز استخوانی و غضروفی می شود. همچنین نتایج تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که پس از 14روز اعمال تنش مکانیکی، علاوه بر گسترش سلولی موجب نفوذ سلول ها به لایه های پایین ترداربست شده است. علاوه بر این اعمال جریان پرفیوژن به‌مدت 21 روز منجر به افزایش معنی‌دار بیان ژن‌های استخوان و غضروف توسط سلول‌های بنیادی بافت چربی خرگوش در لایه استخوان و غضروف داربست در مقایسه با کشت استاتیک شد.
