مهندسی پزشکی زیستی
سال:1389 | دوره:4 | شماره:1 |تعداد مقالات:7

محرک های تنش زا اثرات متفاوتی بر سلامتی، تصمیم گیری، خلاقیت، حافظه و یادگیری دارند. شناخت حالات روانی انسان نظیر تنش روانی، می تواند در جلوگیری از اثرات طولانی مدت آن بر جسم و روان موثر باشد. این مطالعه با هدف ارزیابی نقش سلول های عصبی هرمی CA1 هیپوکامپ مغز در هنگام تنش روانی انجام شده است. در این تحقیق با کمک نقشه شناختی مغز در حالت تنش روانی، نحوه اثرگذاری دو سیستم عصبی و هورمونی در بدن بررسی شده است؛ سپس با کمک معادلات الکتروفیزیولوژیکی به شبیه سازی رفتار کانال های کلسیمی سلول CA1 در نرم افزار نرون پرداخته شده است. از نتایج می توان دریافت در هنگام تنش، هورمون های گلوکوکورتیکوئید ترشح شده از قشر غده فوق کلیه خود را از طریق جریان خون به هیپوکامپ رسانده و با فعال کردن گیرنده های گلوکوکورتیکوئیدی، دینامیک کانال های کلسیمی خصوصا نوع L را تحت تاثیر قرار داده و ورود کلسیم را به داخل سلول های CA1 افزایش می دهند. این رفتار گواهی بر کاهش نرخ خروج کلسیم داخل تنه سلولی است که به کاهش نمایی نرخ آتش سلول، کاهش تعداد خیزک ها و افزایش در دامنه جریان sAHP منجر می شود. جریان های کلسیمی نوع L ناحیه هیپوکامپ، از سازوکار های موثر در هنگام تنش به شمار آمده و با مقایسه نتایج تحقیق در دو حالت سلول تحت کنترل و تنش، مشاهده می شود مدل توانسته با برخی از مشاهدات پایه ای تنش، همخوانی داشته باشد.

تحلیل سیگنال های EEG نقش مهمی در زمینه های گسترده ای مانند بررسی داروهای روان پزشکی، مطالعه در زمینه خواب، ثبت و تشخیص صرع و تحلیل پدیده هیپنوتیزم بازی می کند. از سال ها پیش هیپنوتیزم به عنوان روشی موثر برای کمک به بیماران در زمینه های مختلف مانند کاهش اضطراب، ترک برخی عادات نادرست، کنترل درد و ... شناخته شده است. EEG حین هیپنوتیزم خالص و EEG در حالت نرمال و غیرهیپنوتیزم کاملا با یکدیگر تفاوت دارند. روش های مختلفی برای تحلیل سیگنال EEG وجود دارند و روش شاخص شباهت فازی یکی از روش های شناخته شده در این زمینه است. در این مقاله، ویژگی های سیگنال EEG نیم کره های چپ-راست و لوب قدامی- خلفی در حالت هیپنوتیزم (ویژگی های فرکتال، آنتروپی موجک، باندهای فرکانسی) که متعلق به سه گروه با هیپنوتیزم پذیری پائین، متوسط و بالا، بودند استخراج شده و با استفاده از روش شاخص شباهت فازی، مورد بررسی قرار گرفتند تا مشخص شود که آیا رابطه معناداری میان فعالیت این نیم کره ها در حالت هیپنوتیزم و درجه هیپنوتیزم پذیری افراد وجود دارد یا خیر. در نهایت پس از تائید وجود رابطه معنادار میان سیگنال های نواحی مختلف، با استفاده از ویژگی هایی که در مرحله قبل رابطه معناداری را نشان دادند، طبقه بندی این گروه ها انجام شد. در واقع از ویژگی هایی که در مرحله قبل پیش ایجاد تمایز میان گروه های مختلف هیپنوتیزم پذیری را نشان دادند به عنوان ویژگی های طبقه بندی کننده استفاده شد تا بر اساس آن بتوان افراد را به سه دسته با قابلیت هیپنوتیزم پذیری پائین، متوسط و بالا تقسیم کرد. بهترین نتیجه صحت طبقه بندی برابر با %94 (برای دو دسته ویژگی: 1. آنتروپی، هیگوچی، فرکانس بالا و 2. انرژی، آنتروپی) و کمترین میزان آن برابر با %87.5 (برای ویژگی های آنتروپی، هیگوچی و فرکانس پائین)، به دست آمده است.

در اغلب مدل های پاسخ حرارتی بدن، مدلسازی بر اساس پارامترهای فردی و محیطی انجام می گیرد و تاثیر برخی از پارامترهای فرعی نظیر صرف غذا در این مدلسازی ها لحاظ نمی شود. این در حالیست که نتایج برخی تحقیقات نشان می دهد که صرف غذاهای سرد و گرم اثر قابل ملاحظه ای بر شرایط حرارتی بدن دارد. در این تحقیق پاسخ حرارتی بدن در شرایط گذرا تحت تاثیر صرف غذاهای سرد و گرم مدلسازی شده است. بدین منظور با افزودن ترمی به مدل ناپایای گایج سعی شده است تا پاسخ حرارتی بدن در مقابل صرف غذای سرد یا گرم در شرایط مختلف محیطی مورد بررسی قرار گیرد. این بررسی ها برای سه حالت حرارتی مختلف بدن (گرم، خنثی و سرد) در شرایط گوناگون صرف غذا انجام شده است. نتایج نشان می دهد که در بازه زمانی صرف غذا و حتی مدتی پس از آن، از اثرات غذای صرف شده بر شرایط حرارتی بدن نمی توان صرف نظر نمود. به طوری که احساس افراد در شرایط حرارتی خنثی نسبت به صرف غذاهای گرم بیشتر از غذاهای سرد متاثر می شود. صرف غذاهای گرم می تواند احساس حرارتی افراد را از حالت خنثی به حالت احساس گرما تغییر دهد. در حالی که صرف غذاهای سرد نمی تواند تغییر چشمگیری بر احساس حرارتی افراد و خروج آن از منطقه خنثی داشته باشد. همچنین معلوم شد که صرف غذای سرد دمای مرکز بدن را بیشتر تحت تاثیر قرار می دهد، در حالی که صرف غذای گرم بر دمای پوست اثر بیشتری دارد.

بافت قلب محیطی تحریک پذیر است. یکی از روش های توصیف انتشار پتانسیل عمل در بافت قلب، استفاده از مدل اتوماتای سلولیست. سرعت اجرای مدل های مبتنی بر اتوماتای سلولی در شبیه سازی های مقیاس بزرگ، یکی از مزایای آن نسبت به روش های مبتنی بر معادلات دیفرانسیل است. مدل های قبلی مبتنی بر اتوماتای سلولی، قادر به حذف لبه های مسطح ایجاد شده در الگوهای حاصل نیستند و یا همسایگی های بزرگی دارند. به علاوه در مدل های قبلی تلاشی برای تطبیق الگوی هندسی پتانسیل عمل بطنی با پتانسیل عمل واقعی نشده است. در این مقاله مدلی ارائه شده است که با حداقل همسایگی، از تولید لبه های مسطح جلوگیری می کند. همچنین با تقریب خطی از مدل الکتروفیزیولوژیکی معروف، الگوی هندسی پتانسیل عمل نیز در مدل برآورد می شود.

در حرکات ترسیمی، خواص هندسی مسیر و ویژگی های حرکتی تحت قیودی خاص قرار دارند که با دو قانون توان دو- سوم و اصل شیب یکسان شناخته می شوند. در این مقاله با طراحی آزمون هایی درباره افراد 16-18 سال، به بررسی نوع ارتباط این دو قانون تجربی در حرکات مستقیم و منحنی شکل پرداخته می شود. با ارائه دو مدل توانی نشان داده می شود در الگوهای ترسیمی ویژگی های تغییرناپذیر قابل تعریف بوده که مستقل از فرد، جهت، چرخش و طول الگو است و در تعامل با یکدیگر علاوه بر ساده سازی نقش سیستم فوقانی کنترل حرکت، باعث کاهش تعداد درجات آزادی و پیچیدگی محاسبات می شوند.

در این تحقیق رژیم جریان خون در ناحیه انشعاب بای پس آئورت- کرونری بر روی شریان کرونری چپ پائین رونده (LAD) با فرض سه بعدی و پالسی بودن جریان خون؛ نیوتنی و هموژن بودن خون؛ صلب بودن جداره های کرونری و عدم تحرک فضایی این شریان در حضور یک گرفتگی متقارن %50 در بالادست ناحیه انشعاب در کرونری به ازای زوایای پیوندی 20º، 30º و 40º با استفاده از نرم افزار فلوئنت شبیه سازی شده است. یکی از ویژگی های بارز این تحقیق استفاده از پالس های جریان خون آئورت آوران و شریان کرونری به ترتیب در ورودی های پیوند و شریان کرونری است که تاکنون در تحقیقات انجام شده از این شرایط مرزی استفاده نشده است. همچنین شبیه سازی جریان در حضور گرفتگی نیز از ویژگی های دیگر این پژوهش به شمار می رود. از جمله نتایج مهم این مقاله، می توان به بروز جریان های گردشی به ازای زوایای مختلف پیوند، بروز جریان های ثانویه و افزایش شدت آنها به ویژه در فازهای ناپایدار پالس های کرونری و آئورت آوران اشاره کرد. بروز جریان های حلزونی دو هسته ای و افزایش شدت آنها با زیاد شدن زاویه پیوندی و افزایش نرخ تغییرات مکانی در مقادیر تنش های برشی اعمال شده بر جداره های کرونری با افزایش زاویه پیوند از جمله نتایج مهم این مطالعه است. در نهایت با توجه به فرضیات اعمال شده زوایای مطلوب پیوندی بین 20º تا 30º مهمترین پیشنهاد ارائه شده در این تحقیق نظری است.

یکی از روش های بررسی آسیب بافت، استفاده از تصویربرداری تشدید مغناطیسی است. در این نوع تصویربرداری از اثر مغناطش مولکول های آب و ماده کنتراست استفاده می شود. تبادل آب بر منحنی های مغناطش در پلاسما و بافت و در نتیجه بر زمان طولی موثر (T1eff) اثر دارد. برای بررسی این تاثیر از مدل های چندبخشی استفاده می شود. در این مدل ها معادلات مغناطش بافت برای زمان استراحت طولی ثابت در پلاسما حل شده و تغییرات زمان استراحت طولی در بخش های فضای داخل و خارج سلولی بررسی می شود و ثابت های انتقال در بافت محاسبه می گردند. زمان استراحت طولی بافت با مقدار ماده کنتراست در بافت متناسب است. تغییرات این ماده شبیه تابع گاماست. برای بررسی اثر مغناطش لازم است این تغییرات در معادلات لحاظ شوند که باعث پیچیدگی حل آنها می شود. در این مقاله با در نظر گرفتن تغییرات ماده کنتراست در بافت و با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو و برازش منحنی و روش های عددی هیون، رونگه-کوتا و روش آماری، منحنی تغییرات مغناطش و زمان استراحت طولی در قسمت های مختلف بافت برای مدل های دو بخشی و سه بخشی بافت مغز موش به دست آمده است. ابتدا برای ارزیابی مدل آماری بر اساس قانون بقای جرم، محاسبات به دو روش عددی و آماری انجام شده و نتایج مقایسه شده اند. نتایج مربوط به داده های حاصل از تصاویر، به روش آماری نیز به دست آمدند؛ زیرا در این حالت نیاز به برازش منحنی بر داده ها نیست و می توان از آنها به طور مستقیم استفاده کرد. با تغییر ثابت های انتقال بافت مجموعه ای از منحنی های مغناطش برحسب زمان تهیه شده و با مقایسه زمان استراحت طولی آنها با منحنی های به دست آمده از تصاویر، ثابت های انتقال بافت محاسبه شده اند. ثابت های انتقال بافت های ناسالم نسبت به بافت های سالم بزرگ تر هستند زیرا در این حالت نفوذپذیری و در نتیجه افزایش تمرکز ماده کنتراست و مغناطش در بافت بیشتر است. این ثابت های انتقال که متناسب با شدت آسیب اند می توانند در تشخیص و درمان مورد استفاده قرار گیرند.