مقاله کامل پژوهشی
مکانیک سیالات زیستی / سیالات بیولوژیکی
محمد احمدی آلاشتی؛ بهمن وحیدی؛ مهتاب عباد
دوره 13، شماره 1 ، فروردین 1398، صفحه 1-15
چکیده
سطح وسیع ریه با حصارهای هوایی-خونی خود، در معرض ذرات معلق هوای ورودی قرار دارد. در این شرایط، در صورت آلوده بودن این ذرات، اثر متقابل ذرات-ریه روی هم میتواند خطرات و صدمات قابل توجهی را برای سلامتی انسان به همراه داشته باشد. از طرفی، از این واکنشها برای دارورسانی به بدن انسان نیز استفاده میشود. در هر دو حالت، تخمین دقیق مقدار ...
بیشتر
سطح وسیع ریه با حصارهای هوایی-خونی خود، در معرض ذرات معلق هوای ورودی قرار دارد. در این شرایط، در صورت آلوده بودن این ذرات، اثر متقابل ذرات-ریه روی هم میتواند خطرات و صدمات قابل توجهی را برای سلامتی انسان به همراه داشته باشد. از طرفی، از این واکنشها برای دارورسانی به بدن انسان نیز استفاده میشود. در هر دو حالت، تخمین دقیق مقدار و محل نشست ذرات در مجاری تنفسی، به عنوان مبنای درک مکانوبیولوژیکی این بیماریها به شمار میرود. گردآوری تجربی دادهها از انتقال ذرات در ریهی انسان فرایند بسیار دشواری میباشد. اما روش دینامیک سیالات-ذرات محاسباتی، امکان شبیهسازی دادههای انتقال ذرات در مدلهای واقعی را فراهم ساخته است. نشست ذرات آیروسول در ریهی انسان، از طریق ترکیب برخورد در اثر اینرسی، رسوب در اثر گرانش و انتشار روی میدهد. مکانیسم اصلی نشست ذرات در مجاری پایین دست، برای ذراتی با قطر آیرودینامیکی 5/0 تا 5 میکرومتر و در حالت انبساط ریه (در حالت دم)، رسوب ناشی از نیروی گرانش و انتقال همرفتی ناشی از حرکت دیوارهها میباشد. در این پژوهش، جریان سیال-ذره در نسل 18-ام از مجاری تنفسی مدلسازی شده و میزان نشست ذرات در مجاری تنفسی برای دو حالت گرانش ناچیز و نرمال، با فرض تغییر مکان ایزوتروپیک در دیوارهها و میزان دبی ورودی 1 mg/s، مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی نتایج به دست آمده نشان میدهد که به دلیل توانایی نفوذ ذرات با قطر آیرودینامیکی کمتر از 5 میکرومتر به نواجی عمیق مجاری تنفسی، با ناچیز کردن اثر نیروی گرانش، میزان نشست ذرات در مجاری پاییندست سیستم تنفسی تا حد بسیار زیادی کاهش مییابد. ذرات با قطر 5 میکرومتر، تحت تاثیر برخورد اینرسی (که بیشتر در مجاری با قطر بزرگ و متوسط روی میدهد) و همچنین در اثر رسوب (که بیشتر در مجاری پاییندست عمل میکند)، دچار نشست میشوند.
مقاله کامل پژوهشی
پردازش تصاویر پزشکی
سعید شاکری؛ فرناز قاسمی؛ فرشاد الماسگنج
دوره 13، شماره 1 ، فروردین 1398، صفحه 17-30
چکیده
حذف نویز یکی از مهمترین مراحل در پردازش تصاویر دیجیتال است. امروزه از تصاویر سیتی با اشعهی مخروطی به صورت گسترده در تصویربرداری از ناحیهی فک و صورت استفاده میشود. این تصاویر به دلیل الگوریتم بازسازی متفاوت و اعمال دوز بسیار کم در مقایسه با سیتی، دارای نویز و آرتیفکتهای مختلف هستند. از این رو، استفاده از روشهای ...
بیشتر
حذف نویز یکی از مهمترین مراحل در پردازش تصاویر دیجیتال است. امروزه از تصاویر سیتی با اشعهی مخروطی به صورت گسترده در تصویربرداری از ناحیهی فک و صورت استفاده میشود. این تصاویر به دلیل الگوریتم بازسازی متفاوت و اعمال دوز بسیار کم در مقایسه با سیتی، دارای نویز و آرتیفکتهای مختلف هستند. از این رو، استفاده از روشهای کاهش نویز در این تصاویر برای افزایش نسبت سیگنال به نویز در آنها ضروری میباشد. در این مقاله از روش تحلیل مولفههای مستقل (ICA) به منظور جداسازی نویز از تصاویر سیتی با اشعهی مخروطی استفاده شده و سه الگوریتم مختلف NG-FICA، ERICA و FastICA مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین از دو روش قدرتمند کاهش نویز دیگر، آستانهگذاری تبدیل موجک گسستهی دوبعدی و فیلتر انتشار ناهمسانگرد بهینه، برای مقایسهی نتایج استفاده شده است. روش پیشنهادی روی 12 تصویر مختلف در حضور دو نویز گوسی و اسپکل بررسی شده و نتایج به دست آمده با استفاده از معیارهای زمان پردازش، PSNR، MSE و SSIM مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که روشهای ICA نسبت به سایر روشهای حذف نویز عملکرد بهتری در جداسازی نویز از تصاویر سیتی با اشعهی مخروطی داشته و از میان سه الگوریتم مورد بررسی، الگوریتم NG-FICA از نظر زمانی،حفظ کیفیت تصویر و کاهش نویز، عملکرد بهتری داشته است.
مقاله کامل پژوهشی
بیومکانیک
مهدیه مسیبی؛ افسانه مجری
دوره 13، شماره 1 ، فروردین 1398، صفحه 31-44
چکیده
در ستون فقرات، دیسکهای بین مهرهای نقش انعطافپذیری، انتقال بار و استهلاک انرژی در ضربات ناشی از بارگذاری را بر عهده دارند. افزایش سن و اعمال بارگذاریهای نامناسب منجر به انحطاط (دژنره شدن) دیسکهای بین مهرهای میشود. بررسی پارامترهای بیومکانیکی دیسک سالم و دژنرهشده در سطوح مختلف جهت کشف مکانیزمهای مربوط به دژنره ...
بیشتر
در ستون فقرات، دیسکهای بین مهرهای نقش انعطافپذیری، انتقال بار و استهلاک انرژی در ضربات ناشی از بارگذاری را بر عهده دارند. افزایش سن و اعمال بارگذاریهای نامناسب منجر به انحطاط (دژنره شدن) دیسکهای بین مهرهای میشود. بررسی پارامترهای بیومکانیکی دیسک سالم و دژنرهشده در سطوح مختلف جهت کشف مکانیزمهای مربوط به دژنره شدن دیسک و یافتن راهکارهای درمانی موثر از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش، یک دیسک بین مهرهای ناحیهی گردنی ستون فقرات به همراه دو مهرهی مجاور آن (C5 و C6) با استفاده از روش مقطعنگاری رایانهای (سیتی اسکن) به یک مدل سهبعدی دقیق تبدیل شده است. برای تعریف دقیق خواص بیومکانیکی دیسک و مهرهها از دو مدل پوروویسکوالاستیک و پوروالاستیک استفاده شده است. در این دو مدل، ساختار دیسک و مهره به صورت متخلخل در نظر گرفته شده و همچنین خواص ماتریس جامد دیسک و مهره و جریان سیال (آب) درون آنها به عنوان یک عامل اساسی در عملکرد ستون مهرهها نیز مد نظر قرار داده شده است. خاصیت ویسکوالاستیک فاز جامد دیسک با استفاده از تست آزمایشگاهی ریلکسیشن (آسودگی از تنش) روی نمونهی دیسک گوسفندی و برازش دادههای تنش بر حسب زمان، به مدل عمومی ماکسول دوشاخهای استخراج گردیده است. پاسخهای وابسته به زمان دیسک بین مهرهای سالم و دیسکهای دژنرهشده در سه سطح مختلف (خفیف، متوسط و شدید) در بارگذاری ریلکسیشن، با استفاده از روش المان محدود مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهند که در فرایند ریلکسیشن، با افزایش میزان دژنره شدن دیسک، سرعت جریان سیال درون آن کاهش یافته و این امر منجر به کاهش انعطافپذیری دیسک تحت بارگذاری میگردد. همچنین با بررسی نتایج مشاهده میشود که تنش ریلکسیشن دیسک دژنرهشدهی سطح 3 (شدید) نسبت به دیسک بین مهرهای سالم تا حدود 16% افزایش یافته است. بررسی میزان بیرونزدگی دیسکهای دژنرهشده و دیسک سالم تحت بارگذاری، نشان میدهد که با افزایش میزان دژنره شدن دیسک، میزان بیرونزدگی آن نیز افزایش مییابد.
مقاله کامل پژوهشی
انتقال حرارت زیستی
پریسا رحمانی؛ حسین شامحمدی؛ امید ابوعلی؛ همایون امداد؛ محمد فرامرزی
دوره 13، شماره 1 ، فروردین 1398، صفحه 45-53
چکیده
توربینیتها در گرم و مرطوب کردن هوای عبوری از بینی نقش مهمی داشته و جریان عبوری از مجرای بینی را تحت تاثیر قرار میدهند. هدف این پژوهش، مدلسازی تاثیرات برداشتن توربینیت تحتانی بر میدان جریان، انتقال حرارت و رطوبت از مخاط حفرهی بینی به هوا و مقایسهی آنها در قبل و بعد از جراحی میباشد. عمل توربینکتومی به صورت مجازی روی مدل ...
بیشتر
توربینیتها در گرم و مرطوب کردن هوای عبوری از بینی نقش مهمی داشته و جریان عبوری از مجرای بینی را تحت تاثیر قرار میدهند. هدف این پژوهش، مدلسازی تاثیرات برداشتن توربینیت تحتانی بر میدان جریان، انتقال حرارت و رطوبت از مخاط حفرهی بینی به هوا و مقایسهی آنها در قبل و بعد از جراحی میباشد. عمل توربینکتومی به صورت مجازی روی مدل محاسباتی و تحت نظر متخصص صورت گرفته است. در این پژوهش جریان به صورت آرام و غیردائمی و دیوارهی مجرای بینی به صورت صلب و با شرط عدم لغزش در نظر گرفته شده و همچنین مخاط روی سطح دیوارهی مجرای بینی با ضخامت ثابت مدلسازی شده است. دما و رطوبت روی سطح مخاط با استفاده از محاسبات به دست میآید. نتایج نشان میدهد که برداشتن توربینیت تحتانی به میزان قابل توجهی روی عملکرد گرم و مرطوب کردن هوای ورودی به بینی تاثیر میگذارد. میانگین مقدار هر دو شار حرارت و رطوبت برای حالت بعد از جراحی کمتر است.
مقاله کامل پژوهشی
مدلسازی حرکت انسان
مهدی یوسفی آذر خانیان؛ سید محمدرضا هاشمی گلپایگانی؛ مصطفی رستمی
دوره 13، شماره 1 ، فروردین 1398، صفحه 55-68
چکیده
در سالهای اخیر، تحلیل سیستم پایداری وضعی انسان، اهمیت زیادی پیدا کرده است. شناخت این سیستم به دلیل فرایند پیچیدهی خودسازماندهی آن که متناسب با هر الگوی حرکتی فعال میشود، ضروری است. استخراج شاخصهایی موثر از این سیستم می تواند در تشخیص ناهنجاریهای وضعی به پزشکان کمک کرده و در فرایند توانبخشی بیماران موثر باشد. سیگنال مرکز ...
بیشتر
در سالهای اخیر، تحلیل سیستم پایداری وضعی انسان، اهمیت زیادی پیدا کرده است. شناخت این سیستم به دلیل فرایند پیچیدهی خودسازماندهی آن که متناسب با هر الگوی حرکتی فعال میشود، ضروری است. استخراج شاخصهایی موثر از این سیستم می تواند در تشخیص ناهنجاریهای وضعی به پزشکان کمک کرده و در فرایند توانبخشی بیماران موثر باشد. سیگنال مرکز فشار، به عنوان یک متغیر تجمعی، حاوی اطلاعاتی از سیستم تعادلی انسان است. نحوهی شکلگیری ترژکتوری این سیگنال در بازههای زمانی مختلف، بیانگر فعال شدن فرایندهای کنترلی متنوع است که با ظهور بستر جاذبهای متفاوت در فضای فاز آن بروز مییابد. الگوی هماهنگی دینامیک پایداری سیستم، تعیین کنندهی چگونگی سوییچ بین این جاذبها میباشد. در بخش اول این مقاله، به منظور کمیسازی اطلاعات محلی سیگنال مرکز فشار، دو شاخص "بعد همبستگی محلی" و "دینامیک هماهنگی فاز" تعریف میشوند. سپس در یک آزمایش طراحی شده، الگوی تغییر رفتار محلی این سیگنال بر مبنای شاخصهای پیشنهادی محاسبه میشود. در ادامه، با طراحی مدلی که توانایی تولید دینامیکهای غنی با جاذبهای چندگانه را دارد، سعی میشود که تغییر رفتارها در دادگان دنبال شود. این مدل پیشنهادی بر مبنای نگاشت بوده و پارامترهای آن به کمک شاخص هماهنگی دینامیک فاز، به گونهای هدایت میشوند که الگوی تغییر جاذبها در این مدل با الگوی تغییر بعد همبستگی محلی سیستم هماهنگ شود. دنبال نمودن الگوهای رفتاری سیستم پایداری وضعی از نتایج برجستهی این پژوهش است. مدل پیشنهادی نه تنها قابلیت دنبال کردن رفتار متنوع محلی سیستم را دارد، بلکه دینامیک سراسری آن را نیز دنبال میکند. طبق نتایج به دست آمده، تشابه روند کاهشی-افزایشی مقدار بعد همبستگی خروجی مدل و دادگان در تکرارهای آزمایش، یک بازنمایی از الگوی تغییرات درجههای آزادی دینامیک این سیستم است. این مدل پیشنهادی، نخستین مدل رفتاری برای سیستم پایداری وضعی به شمار آمده که میتوان از روشهای پیشنهادی در آن برای کمیسازی روند تغییر اطلاعات در سایر سیستمهای زیستی نیز بهره گرفت.
مقاله کامل پژوهشی
بیوالکتریک
زهرا السادات حسینی؛ سید محمدرضا هاشمی گلپایگانی
دوره 13، شماره 1 ، فروردین 1398، صفحه 69-84
چکیده
سرطان مری هشتمین سرطان شایع و ششمین سرطان منجر به مرگ در جهان میباشد. 80% از سرطانهای مری در سلولهای سنگفرشی رخ میدهند. در ایران، این نوع سرطان در استان گلستان شیوع بیشتری دارد. پیش از بروز این سرطان، ضایعاتی در بافت اپیتلیوم مری به وجود میآید که پیشرفت و نفوذ این ضایعات به لایههای زیرین، منجر به بروز سرطان میشود. ...
بیشتر
سرطان مری هشتمین سرطان شایع و ششمین سرطان منجر به مرگ در جهان میباشد. 80% از سرطانهای مری در سلولهای سنگفرشی رخ میدهند. در ایران، این نوع سرطان در استان گلستان شیوع بیشتری دارد. پیش از بروز این سرطان، ضایعاتی در بافت اپیتلیوم مری به وجود میآید که پیشرفت و نفوذ این ضایعات به لایههای زیرین، منجر به بروز سرطان میشود. این بیماری در اکثر بیماران از یک مرحلهی پیشبالینیِ قابل تشخیص شروع میشود. این بیماری در صورت عدم مداخلهی درمانی مناسب، در اکثر موارد به سمت یک مرحلهی بالینی پیشرفت میکند. در مطالعات انجام شده پیرامون این نوع سرطان، مدلی برای پیشرفت این ضایعات (دیسپلازی) در سطح مزوسکوپیک ارائه نشده است. در این مقاله، مدلی بر پایهی شبکهای از نگاشتهای لاجستیک کوپل شده برای مدلسازی عملکرد بافت اپیتلیوم ارائه شده است. از تصاویر میکروسکوپیک مربوط به نمونههای بیوپسی بافت سالم و بافت با دیسپلازی خفیف، به عنوان دادگان این مطالعه استفاده شده است. طراحی ساختار و تنظیم پارامترهای این مدل بر مبنای فرضیاتی از ساختار و عملکرد بافت اپیتلیوم، با وارد نمودن اطلاعاتی از هندسهی فرکتالی این بافت انجام شده است. عملکرد مدل، بر مبنای تغییرات نمای لیاپانوف در راستای ضخامت اپیتلیوم مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این مدل، الگوی کاهشی این شاخص برای بافت سالم، از صحت و حساسیت مناسبی در تشخیص بافت سالم از بافت با دیسپلازی خفیف برخوردار است. نتایج این مدلسازی نشان میدهد که بین پیچیدگی ساختاری این سیستم زیستی و عدم قطعیت رفتار زمانی آن، میتواند ارتباط مستقیمی وجود داشته باشد.
مقاله کامل پژوهشی
بیوالکتریک
فاطمه پرستش؛ سجاد جعفری؛ حامد آذرنوش
دوره 13، شماره 1 ، فروردین 1398، صفحه 85-93
چکیده
موجهای مارپیچی نوع خاصی از الگوهای زمانی-مکانی هستند که در بسیاری از سیستمهای پیچیده از جمله شبکههای نورونی وجود دارند. ظهور این امواج به ساختار شبکه و همچنین دینامیک اجزای تشکیل دهندهی آن بستگی دارد. در این مقاله، ابتدا یک مدل نورونی جدید بر پایهی مدل هیندمارش-رز ارائه شده است. در این مدل از یک تابع ممریستوری هیپربولیک به ...
بیشتر
موجهای مارپیچی نوع خاصی از الگوهای زمانی-مکانی هستند که در بسیاری از سیستمهای پیچیده از جمله شبکههای نورونی وجود دارند. ظهور این امواج به ساختار شبکه و همچنین دینامیک اجزای تشکیل دهندهی آن بستگی دارد. در این مقاله، ابتدا یک مدل نورونی جدید بر پایهی مدل هیندمارش-رز ارائه شده است. در این مدل از یک تابع ممریستوری هیپربولیک به عنوان شار مغناطیسی نورون استفاده شده که خاصیت مشتقپذیری به طور یکنواخت را دارد. همچنین یک القای الکترومغناطیسی خارجی نیز به نورون وارد شده و مدل نورونی با رسم نمودار بایفورکیشن و طیف لیاپانوف، در دو حالت بدون القای خارجی و با القای متناوب مورد بررسی قرار گرفته است. نمودار بایفورکیشن مدل پیشنهادی، خاصیت ضدیکنواختی را نشان داده که در مدلهای پیشین مشاهده نشده است. سپس یک شبکهی مربعی از مدل نورونی جدید در نظر گرفته شده و الگوهای مکانی-زمانی مورد بررسی قرار گرفتهاند. موجهای مارپیچی، با تغییر پارامترها در محدودههایی معین قابل مشاهده بوده و شکلگیری این امواج به تعامل بین تمام پارامترها وابسته است.