مقاله کامل پژوهشی
پردازش تصاویر پزشکی
محمد رضا رضاییان
دوره 16، شماره 4 ، اسفند 1401، صفحه 300-310
چکیده
تبادل شیمیایی در اثر فرآیند انتقال اشباع از طریق اعمال پالس اشباع کننده الکترومغناطیسی به رشته پالس تصویربرداری اسکنر تشدید مغناطیسی اثر CEST نامیده میشود. اثر CEST عمدتا به زمان‌های استراحت، نرخ تبادل شیمیایی، غلظت عامل کنتراست و ویژگی‌های پالس اشباع‌کننده الکترومغناطیسی بستگی دارد. میزان وابستگی نرخ تبادل شیمیایی به برخی از شاخص‌‌های ...
بیشتر
تبادل شیمیایی در اثر فرآیند انتقال اشباع از طریق اعمال پالس اشباع کننده الکترومغناطیسی به رشته پالس تصویربرداری اسکنر تشدید مغناطیسی اثر CEST نامیده میشود. اثر CEST عمدتا به زمان‌های استراحت، نرخ تبادل شیمیایی، غلظت عامل کنتراست و ویژگی‌های پالس اشباع‌کننده الکترومغناطیسی بستگی دارد. میزان وابستگی نرخ تبادل شیمیایی به برخی از شاخص‌‌های بالینی از جمله pH، دما و مصرف گلوکز امکان تشخیص غیرتهاجمی و زودهنگام برخی از بیماری‌ها را فراهم میکند. در این مقاله برای تعیین و اندازه‌گیری نرخ تبادل شیمیایی در قالب یک رابطه بسته ریاضی، تحلیل کمی از اثر CEST در قالب یک تابع هدف جدید ارایه میشود. اعمال روشهای مبتنی برگرادیان بر روی تابع هدف محدب گونه پیشنهادی، توصیف جدیدی از دامنه بهینه پالس اشباع کننده الکترومغناطیسی مستطیلی ارائه میکند. معکوس-گیری از این توصیف، ضمن ارایه بیان تحلیلی جدیدی از نرخ تبادل، نمایش ساده‌تری برای عامل‌های کنتراست CEST دارای فرکانس تشدید بالا، در قالبی ناوابسته به میزان غلظت عامل کنتراست را فراهم میکند. ارزیابی تابع هدف و روابط پیشنهادی از طریق مقایسه با روشهای معتبر برگرفته از حل معادلات بلاخ-مک کانل با استفاده از داده‌های پارامتری و واقعی انجام می-گیرد. متوسط مجذور خطای نسبی تابع هدف بر مبنای داده‌های پارامتری 25/7 درصد و برای روابط پیشنهادی دامنه بهینه پالس اشباع کننده الکترومغناطیسی و نرخ تبادل شیمیایی بااستفاده از داده‌های واقعی به ترتیب 3/6 و 2/4 درصد است.
مقاله کامل پژوهشی
پردازش سیگنال‌های حیاتی
داود سعادتی؛ ستار میرزاکوچکی
دوره 16، شماره 4 ، اسفند 1401، صفحه 61-70
چکیده
بررسی صدای اندام‌های بدن یکی از روشهای تشخیص بیماری‌های مختلف است که توسط پزشکان برای تحلیل صداهای عارضه‌ای بکار گرفته میشود، از آنجایی که بیشتر مرگ و میر ناشی از بیماری، در کشورهای فقیری رخ میدهد که کمبود تجهیزات و متخصص دارند، ایجاد روشهای تشخیصی مبتنی بر یادگیری ماشین و پردازش صوت که علاوه بر دردسترس بودن ، غیرتهاجمی و ارزان ...
بیشتر
بررسی صدای اندام‌های بدن یکی از روشهای تشخیص بیماری‌های مختلف است که توسط پزشکان برای تحلیل صداهای عارضه‌ای بکار گرفته میشود، از آنجایی که بیشتر مرگ و میر ناشی از بیماری، در کشورهای فقیری رخ میدهد که کمبود تجهیزات و متخصص دارند، ایجاد روشهای تشخیصی مبتنی بر یادگیری ماشین و پردازش صوت که علاوه بر دردسترس بودن ، غیرتهاجمی و ارزان نیز میباشند با تشخیص زودهنگام میتوانند باعث نجات میلیون‌ها انسان شوند. در مطالعات پیشین غالبا ورودی‌های بازتاب‌کننده‌ی ویژگی‌های فرکانسی صوت مورد استفاده قرار گرفته است، دراین مقاله علاوه بر آن از یک نمایش بازگشتی استفاده میکنیم که ویژگی‌های زمانی صوت را بازتاب میکند و به عنوان ورودی به شبکه‌های کانولوشنی داده میشود تا از مزیت‌های یادگیری انتقالی آن بهره‌مند شویم، با اضافه کردن مکانیزم توجه زمانی و شبکه گیت‌های بازگشتی دوطرفه، توالی داده‌های صوتی که یک سری زمانی است مورد بررسی قرار میگیرد و هر یک از داده‌ها با توجه به ارزشی که دارند وزن‌دهی میشوند. داده‌های استفاده شده در این مقاله از پایگاه داده صدای ریه ICBHI است که در مقاله‌های بسیاری استفاده شده است. روش ارائه شده توانست در طبقه بندی صدای ریه به سه دسته‌ی سالم، بیماری انسداد مزمن ریوی(COPD) و سایر بیماری ها به دقت 97 درصد برسد که نتیجه بهتری نسبت به سایر روش های بکار رفته برای این پایگاه داده میباشد.
مقاله کامل پژوهشی
برهم‌کنش سیال و جامد در محیط‌های زیستی
شاهرخ شجاعی؛ شاهرخ شجاعی
دوره 16، شماره 4 ، اسفند 1401، صفحه 41-50
چکیده
همواره اثرات تغییرات ساختاری تومور بر مسیر هوای تنفسی مورد توجه محققان بوده است. به طوریکه این اثرات در موارد حاد منجر به خفگی بیمار خواهد شد. در این مطالعه تلاش خواهد شد به کمک نرم افزار انسیس یک مدل محاسباتی برای بررسی اثر تومور بر روی جریان هوا در ناحیه حنجره ارائه شود. مدل ارائه شده قادر است اثر حضور تومور بر سرعت و فشار هوا در سیستم ...
بیشتر
همواره اثرات تغییرات ساختاری تومور بر مسیر هوای تنفسی مورد توجه محققان بوده است. به طوریکه این اثرات در موارد حاد منجر به خفگی بیمار خواهد شد. در این مطالعه تلاش خواهد شد به کمک نرم افزار انسیس یک مدل محاسباتی برای بررسی اثر تومور بر روی جریان هوا در ناحیه حنجره ارائه شود. مدل ارائه شده قادر است اثر حضور تومور بر سرعت و فشار هوا در سیستم هوایی فوقانی را به کمک شبیه سازی کامپیوتری محاسبه کند. در این پژوهش شبیه سازی جریان هوای پایا برای بازدم در سه دبی تنفسی L/min 15 و L/min 26 و L/min 30 در نظر گرفته شد. بیشترین حد سرعت در دبی تنفسی L/min 15 و L/min 26 و L/min 30 به ترتیب m/s 26/6 , m/s 58/10, m/s 14/12 در حنجره پدیدار می گردد. همچنین بیشترین فشار در نای رخ می دهد به طوریکه ماکزمیم فشار در دبی تنفسی L/min 15 و L/min 26 و L/min 30 به ترتیب با برابر Pa6/19 , Pa 01/51, Pa 8/65 است. از سوی دیگر بیشترین تغییرشکل در ناحیه تنگ شدگی مجرای تنفسی روی میدهد. همچنین با افزایش نرخ جریان میزان تغییر شکل نیز افزایش می یابد. ماکزمیم تغییر شکل روی جدار در دبی تنفسی L/min 15 و L/min 26 و L/min 30 به ترتیب با mm07/0mm , 2/0 mm , 27/0 برابر است. در این مدل تنفسی به دلیل حضور تومور، سرعت و تنش برشی روی جداره به بیشترین میزان خود در ناحیه حنجره می رسد. حضور تومور می تواند به مرور زمان منجر به مسدودی مسیر هوا و خفگی بیمار شود. همچنین خطر انسداد راه هوایی حتی در کاهش جزئی ظرفیت تنفسی افزایش می یابد. ارائه یک مدل عددی برای سیستم تنفسی می تواند در راستای رویکرد درمانی بهتر موثر باشد.
مقاله کامل پژوهشی
مدلسازی سیستمهای بیولوژیکی
آرمان مرزبان؛ الهام امینی بروجنی
دوره 16، شماره 4 ، اسفند 1401، صفحه 31-40
چکیده
با توجه به اینکه مدلسازی ریاضی در توصیف و تحلیل رفتار بیماری های همه گیر کمک کننده است و از طرفی دقت و درجه آزادی در مدلسازی سیستمهای مرتبه کسری بیشتر از سیستمهای مرتبه صحیح است؛ در این مقاله با استفاده از حسابان مرتبه کسری مدل مرتبه صحیح موجود برای توصیف انتقال بیماری کووید 19 به حوزه سیستمهای مرتبه کسری بسط داده می شود. مثبت و محدود ...
بیشتر
با توجه به اینکه مدلسازی ریاضی در توصیف و تحلیل رفتار بیماری های همه گیر کمک کننده است و از طرفی دقت و درجه آزادی در مدلسازی سیستمهای مرتبه کسری بیشتر از سیستمهای مرتبه صحیح است؛ در این مقاله با استفاده از حسابان مرتبه کسری مدل مرتبه صحیح موجود برای توصیف انتقال بیماری کووید 19 به حوزه سیستمهای مرتبه کسری بسط داده می شود. مثبت و محدود بودن پاسخ های مدل مرتبه کسری پیشنهادی با استفاده از قضیه ناحیه ثابت اثبات شده است و با استفاده از تئوری نقطه ثابت در فضای باناخ، وجود و یکتایی جواب مدل مرتبه کسـری پیشـنهادی اثبات می گردد. همچنین رفتار دو مدل مرتبه صحیح و مرتبه کسری پیشنهادی با بهره گیری از اطلاعات واقعی منتشر شده برای بیماری کووید 19 درکشور تایلند شبیه سازی و مورد ارزیابی قرار گرفته است. کارآیی و دقت بیشترمدل پیشنهادی مرتبه کسری در نتایج شبیه سازی تایید می گردد.
مقاله کامل پژوهشی
بیومکانیک
علیرضا رضائی زنگنه؛ رامیلا عابدی آذر؛ حمیدرضا ناصرپور؛ سید حامد حسینی نسب
دوره 16، شماره 4 ، اسفند 1401، صفحه 51-60
چکیده
نیروی تماسی مفصل زانو نقش مهمی در بروز و پیشرفت بیماری استئوآرتریت زانو دارد که از آن به عنوان معیاری برای رصد فرآیند توانبخشی پس از جراحی آرتروپلاستی زانو و طراحی پروتز استفاده می شود. در حال حاضر، سنجش نیروی تماسی زانو مبتنی بر داده‌های استخراج شده از آزمایشگاه‌های تجزیه و تحلیل حرکت است. ترکیبی از شبکه‌های عصبی مصنوعی و فناوری ...
بیشتر
نیروی تماسی مفصل زانو نقش مهمی در بروز و پیشرفت بیماری استئوآرتریت زانو دارد که از آن به عنوان معیاری برای رصد فرآیند توانبخشی پس از جراحی آرتروپلاستی زانو و طراحی پروتز استفاده می شود. در حال حاضر، سنجش نیروی تماسی زانو مبتنی بر داده‌های استخراج شده از آزمایشگاه‌های تجزیه و تحلیل حرکت است. ترکیبی از شبکه‌های عصبی مصنوعی و فناوری حسگرهای پوشیدنی می‌تواند بر محدودیت‌های تحمیل‌شده در اندازه‌گیری نیروی تماسی مفصل توسط تجزیه و تحلیل‌های آزمایشگاهی غلبه کند. بنابراین، مطالعۀ حاضر با هدف بررسی پتانسیل یک شبکۀ عصبی تماماً متصل در برآورد پیوستۀ نیروی تماسی مفصل زانو از طریق داده‌های مستخرج از سه واحد اندازه‌گیری اینرسی متصل به سگمنت‌‌های لگن، ران و ساق صورت گرفت. نیروهای عکس‌العمل زمین و داده‌های سه‌بعدی مارکرهای متصل به 10 داوطلب مرد سالم حین راه رفتن به ترتیب با نرخ نمونه‌برداری 1000و 200 هرتز ثبت شدند. با استفاده از یک مدل عمومی از نرم افزار اپن سیم و از طریق روش بهینه‌سازی استاتیکی، نیروی تماسی مفصل زانو برآورد شد و به عنوان سیگنال هدف شبکه عصبی در نظر گرفته شد. همچنین، داده‌های سه بعدی شتاب خطی و سرعت زاویه‌ای محاسبه شده توسط سه حسگر اینرسیایی به عنوان ویژگی‌های ورودی شبکۀ عصبی در نظر گرفته شدند و عملکرد شبکه در دو سطح درون و میان آزمودنی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که شبکه عصبی مورد استفاده در پژوهش حاضر پیش‌بینی پیوستۀ نیروی تماسی مفصل زانو را به ترتیب با دقت %89 و %79 در سطوح درون و میان آزمودنی امکان‌پذیر می‌سازد. نتایج این پژوهش نوید دهندۀ امکان به کارگیری حسگرهای اینرسیایی در پیش‌بینی پیوستۀ نیروی تماسی مفصل زانو در حین زندگی روزمره و فعالیتهای ورزشی بی‌نیاز از تجهیزات گران قیمت آزمایشگاهی و دانش تخصصی است.
مقاله کامل پژوهشی
پردازش سیگنال‌های حیاتی
امیررضا اسدی؛ ابوذر غفاری
دوره 16، شماره 4 ، اسفند 1401، صفحه 41-50
چکیده
یکی از تکنیک‌های تخمین ضربان قلب جنین (FHR) استفاده از سیگنال الکتروکاردیوگرام (ECG) است. ECG رویکردی بسیار ایمن و ارزان میباشد و نسبت به روشهای دیگر، برای مانیتورینگ از راه دور مناسب‌‌تر است. به این منظور، ثبت ECG شکمی مادر (AECG) مورد استفاده قرار میگیرد که علاوه بر ECG جنین (FECG) شامل سیگنال قلبی مادر (MECG)، فعالیت ماهیچه‌‌های مادر یا ...
بیشتر
یکی از تکنیک‌های تخمین ضربان قلب جنین (FHR) استفاده از سیگنال الکتروکاردیوگرام (ECG) است. ECG رویکردی بسیار ایمن و ارزان میباشد و نسبت به روشهای دیگر، برای مانیتورینگ از راه دور مناسب‌‌تر است. به این منظور، ثبت ECG شکمی مادر (AECG) مورد استفاده قرار میگیرد که علاوه بر ECG جنین (FECG) شامل سیگنال قلبی مادر (MECG)، فعالیت ماهیچه‌‌های مادر یا جنین، فعالیتهای مغزی جنین و نویز‌ها است؛ بنابراین تخمین ضربان قلب جنین از روی سیگنال شکمی چالش‌های فراوانی دارد. در این پژوهش، نرخ ضربان قلب جنین از سیگنال AECG تک‌کاناله با استفاده از تجزیه‌‌ی نامنفی ماتریس (NMF) تخمین زده میشود. در این روش به منظور استفاده از اطلاعات حوزه‌‌ی زمان-فرکانس سیگنال شکمی، تبدیل فوریه‌‌ی زمان کوتاه (STFT) بر روی آن اعمال میشود و ماتریس STFT به عنوان ورودی NMF مورد استفاده قرار میگیرد. سطرهای ماتریس نامنفی حاصل از این تجزیه، حاوی محتوای سیگنال مادر، جنین و نویز میباشند که از آن‌ها برای تخمین پیک R و نرخ ضربان قلب جنین استفاده میشود. مزیت این روش، عملکرد خوب آن در ثبت‌هایی است که دامنه‌ی ECG مادر و جنین نزدیک به هم هستند و تفکیک QRS های آن‌ها از یکدیگر چالش برانگیر است. عملکرد الگوریتم پیشنهادی بر روی دو پایگاه داده ADFECGDB و PCDB با روشهای پیشین تک‌کاناله از جمله مدل‌های یادگیری عمیق مقایسه شده است. تحلیل نتایج آماری بدست آمده نشان میدهد که روش پیشنهادی، تخمین ضربان قلب و پیک R سیگنال جنین را با دقت خوبی انجام میدهد. بنابراین روش پیشنهاد برای مانیتورینگ طولانی مدت جنین مناسب است.
مقاله کامل پژوهشی
بیومکانیک محاسباتی
فائزه جهانی؛ ملیکه نبئی؛ ژنشیانگ جیانگ؛ سونئیک بک
دوره 16، شماره 4 ، اسفند 1401، صفحه 20-30
چکیده
آنوریسم آئورت شکمی بزرگ شدن تدریجی قطر آئورت است که در صورت پارگی می‌تواند زندگی بیمار را تهدید کند. فاکتورهای متعددی در خطرپارگی و رفتار آنوریسم تاثیرگذار هستند؛ یکی از عوامل مهم مشخصات هندسی و پارامترهای‌بیومکانیکی آنوریسم است که یافتن ارتباط آن با روند رشد آنوریسم کمک شایانی به نظارت بر روند درمانی، تصمیم‌گیری پیرامون فرایند ...
بیشتر
آنوریسم آئورت شکمی بزرگ شدن تدریجی قطر آئورت است که در صورت پارگی می‌تواند زندگی بیمار را تهدید کند. فاکتورهای متعددی در خطرپارگی و رفتار آنوریسم تاثیرگذار هستند؛ یکی از عوامل مهم مشخصات هندسی و پارامترهای‌بیومکانیکی آنوریسم است که یافتن ارتباط آن با روند رشد آنوریسم کمک شایانی به نظارت بر روند درمانی، تصمیم‌گیری پیرامون فرایند درمان و غربالگری میکند. لذا نیاز است که خصوصیت‌های‌هندسی(شکل و اندازه) آنوریسم آئورت شکمی برای هر بیمار بطور اختصاصی جهت پیش‌بینی خطر پارگی آنوریسم و رفتار آن مورد بررسی قرار گرفته شود. مدل‌های رشد و بازسازی بر مبنای روش المان محدود به عنوان ابزاری جهت تشریح ویژگی‌های بیولوژیکی و پیش‌بینی پیشرفت و تکامل بیماری هستند که پتانسیل خود را در شرایط بروز آنورسیم آئورت شکمی نشان داده‌اند؛ در این مقاله از مدل رشد و بازسازی تابع تنش استفاده شد تا اشکال مختلفی از هندسه‌ی آنوریسم آئورت شکمی به کمک تابع آسیب الاستین و بازسازی کلاژن شبیه‌سازی گردد. نتایج شبیه‌سازی بر نقش میزان آسیب الاستین بر تغییرات هندسی آنوریسم و حساسیت بازسازی کلاژن بر توزیع تنش دیواره و سرعت انبساط تأکید کرد؛ بطوریکه با تغییر نرخ کلاژن از ۰.۰۷ تا ۰.۰۴ تنش دیواره تا ۳۰۰ کیلوپاسکال افزایش یافت. نتایج نشان داد که توزیع تنش و گسترش موضعی با میزان آسیب الاستین مطابقت دارد؛ تابع آسیب الاستین در محل حداکثر قطر و ایجاد شکل‌های مختلف آنوریسم آئورت شکمی موثر است. همچنین تغییرات زمانی بر عملکرد تخریب الاستین تاثیر مستقیم دارد. تولید کلاژن ناشی از تنش ایجاد شده، از دست دادن الاستین را جبران میکند وسرعت رشد آنوریسم را کنترل میکند. در نهایت این مدل محاسباتی قابلیت این را دارد که در آینده بطور اختصاصی پیچیدگی‌های رشد آنوریسم آئورت شکمی برای هر بیمار را به کمک تغییرات هندسی آنوریسم، میزان آسیب الاستین و تولید دوباره‌ی کلاژن در دیواره‌ی رگ به تصویر بکشد.
