مهندسی پزشکی زیستی
سال:1388 | دوره:3 | شماره:3 |تعداد مقالات:7

در این مقاله روشی برای تشخیص بیماری آلزایمر پیشنهاد شده است که با استفاده از تحلیل تصاویر MR مغزی، شامل دو گروه وزن دار با T1 و وزن دار با T2، افراد بیمار را شناسایی می کند. با توجه به تفاوت های ماهیتی میان تصاویر وزن دار با T1 و وزن دار با T2، ویژگی های متفاوتی را از آنها استخراج نموده، سپس با بررسی مقادیر ویژه حاصل از این ویژگی ها، ابعاد فضای آنالیز را کاهش دادیم و خروجی را به دو تفکیک کننده غیرخطی اعمال کردیم. بدین ترتیب به طور همزمان و موازی، تصاویر وزن دار با T1 و وزن دار با T2 تحلیل شدند. سپس چون بیماری آلزایمر بخش خاکستری و سفید مغز را بیش از قسمت های سیاه و حاشیه ای آن (مانند بخش هایی موسوم به برآمدگی های چین خورده مغز و همچنین سینوس ها) مورد هجوم قرار می دهد و همچنین با توجه به اینکه تصاویر وزن دار با T1 حاوی اطلاعات بخش خاکستری و سفید مغز و تصاویر وزن دار با T2 حاوی اطلاعات مربوط به بخش خاکستری و سیاه است، نتایج به دست آمده از تصاویر وزن دار با T1 را به تصاویر وزن دار با T2 ارجحیت داده، وزن بیشتری را به آن اختصاص دادیم تا پاسخ نهایی حاصل شود. در این مقاله از 120 تصویر وزن دار با T1 و وزن دار با T2 شامل مقطع های مختلف مغزی استفاده شده است که بعد از انطباق، به دو بخش آموزشی و آزمون طبقه بندی شده اند. نتایج، حاکی از تشخیص صحیح حدود سه چهارم تصاویر است.

پیش تنظیم وضعیت (APA) برای انجام یک حرکت بدون بر همزدن وضعیت بدن مورد نیاز است. در این مطالعه سازوکارهای کنترل پوسچر هنگام حرکت ارادی سریع بالا آوردن دست ها در افراد دچار قطع عضو زیر زانو مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج به دست آمده با یک گروه سالم مقایسه شده اند. تمرکز این مطالعه بر متغیرهای بیومکانیکی از جمله نیروهای عکس العمل زمین و جابه جائی های مرکز فشار بوده است. در مطالعه حاضر 6 فرد سالم و 6 فرد قطع عضو زیر زانو شرکت کردند. آزمایش ها با استفاده از صفحه نیرو در سه وضعیت انجام شد؛ یک بار هر دو پا روی صفحه نیرو، یک بار پای راست (دارای پروتز) روی صفحه نیرو و پای چپ (پای سالم) خارج از آن و یک بار پای چپ روی صفحه نیرو و پای راست خارج از آن. طی آزمایش فرد هر دو دست خود را به طور همزمان با حداکثر سرعت بالا می برد. برای حفظ همزمانی حرکت دو دست از فرد درخواست شد که دو سر یک میله سبک را با دو دست نگاه دارد. آزمایش در هر وضعیت ده مرتبه تکرار شد. به طور همزمان از انجام حرکات نیز تصویربرداری شد. از فیلم های ضبط شده برای تعیین زمان شروع حرکت استفاده شده است. هر جا که انحراف مشهود در مولفه های نیروهای عکس العمل زمین و جابه جائی های مرکز فشار قبل از نقطه شروع حرکت روی داد به عنوان شروع فاز پیش تنظیم پوسچر در نظر گرفته شده است. برای افزایش اعتبار آزمایش گروه مورد مطالعه از نظر سن، جنس، دلیل قطع عضو و نوع پروتز همگن بودند. نتایج نشان داد میزان جابه جائی های مرکز فشار در دو جهت داخلی- خارجی و قدامی-خلفی و مولفه عمودی نیروی عکس العمل زمین در وضعیت پای راست روی صفحه نیرو، در افراد قطع عضو زیر زانو بیش از افراد سالم است در سایر موارد تفاوت معناداری بین دو گروه دیده نشد. به نظر می رسد انجام حرکت بازوها، فرد قطع عضو زیر زانو را بیش از فرد سالم در معرض بر هم خوردن تعادل قرار می دهد و این افراد قبل از وقوع آشفتگی وزن خود را به صورت پیش بینی کننده به سمت پای سالم منتقل می کنند و مانع بر هم خوردن تعادل می شوند. می توان نتیجه گرفت نقش پای سالم در افراد دچار قطع عضو زیر زانو افزایش یافته است و در برنامه های توانبخشی این افراد علاوه بر تقویت عضلات سمت دچار قطع عضو باید به تقویت عضلات پای سالم نیز پرداخته شود.

در این مقاله روشی تحلیلی برای پیش بینی پاسخ برخورد مایل یک پوسته کروی حاوی سیال با ضخامت دلخواه با یک جسم چنبره ای الاستیک ارائه می شود که می تواند مدلی برای بررسی تحلیلی ضربه به سر انسان باشد. مدل مبتنی بر ترکیبی از شرایط تماسی هرتز و اثر موضعی خمشی و غشائی به منظور به دست آوردن رابطه ای ضمنی برای تعیین نیروی انتقالی است. با استفاده از پاسخ های حاصل از روابط تحلیلی می توان چنین نتیجه گرفت که در یک سرعت مشخص با افزایش زاویه حمله، نیروی انتقالی کاهش و مدت زمان برخورد افزایش می یابد. همچنین روابط صریح حاصل از حل بسته برای پدیده ضربه ارائه شده تا مشخصات ضربه شامل مدت زمان تماس، حداکثر نیروی انتقالی و حداکثر شتاب پوسته که اهمیت ویژه ای برای محققان دارد، به دست آیند. بنابراین بررسی کمیت های مهم پدیده ضربه به صورت یک حل بسته امکان پذیر می شود. از طرفی در مورد حالات حدی معادلات نیز بحث شده است و اعتبارسنجی مدل پیشنهاد شده به وسیله روش اجزاء محدود انجام شده است. نتایج، انطباق قابل قبولی بین پاسخ های تحلیلی با پاسخ های حاصل از حل عددی نشان می دهد که بیان کننده صحت روابط تحلیلی به دست آمده است.

مطالعه حاضر به بررسی واکنش انسان در حفظ تعادل بدن، در حالت ایستاده روی سطح تکیه گاهی با نوسانات سینوسی در صفحه فرونتال، پرداخته است. بعد از طراحی و ساخت دستگاه ایجاد آشفتگی، مارکرها در محل های لازم روی سطح تکیه گاهی و در هنگام آزمایش روی بدن افراد نصب گردیدند. در آزمایش های انجام شده افراد سالم (10 نفر) سعی کردند با وجود نوسانات سطح تکیه گاهی، تعادل خود را حفظ کنند. عکس العمل این افراد با تعیین محل مارکرها به کمک سیستم آنالیز حرکت مورد تحلیل قرار گرفت. نیروها و گشتاورها در مفاصل و بین سطوح پاها و تکیه گاه با استفاده از دینامیک معکوس و نتایج سینماتیکی به دست آمده از روش تجربی تعیین شدند. در بررسی تحلیلی مدل رباتیکی بدن با استفاده از روش تکراری نیوتن-اویلر، معادلات سنیماتیکی و دینامیکی حرکت در صفحه فرونتال، استخراج گردید. برای تضمین پایداری مدل، تابع هدفی بر اساس پایداری مدل و معیار نیروهای عمودی تکیه گاه تعریف و زوایای مفصلی مدل تحت آشفتگی و مشتقات زمانی اول و دوم آنها، با بهینه کردن تابع هدف به دست آمد. تطابق خوب ناشی از مقایسه نتایج حاصل از مدلسازی و بهینه یابی، با نتایج تجربی بیانگر این است که در موارد مشابه می توان به جای انجام آزمایش های پرهزینه و زمانبر از مدل انسانی استفاده کرد.

در این مقاله، مدل ریاضی کاملی برای تحلیل حرارتی بافت کبد در گرمادرمانی سرطان کبد به وسیله لیزر (LITT) ارائه شده است. در مدل ارائه شده، برای اولین بار از روش تحلیلی تقریب انتشار به منظور مدلسازی تشعشعی بافت استفاده شده است. مدلسازی انتقال حرارت در بافت زنده با استفاده از مدل پنس و با لحاظ کردن اثر تغییرات ضرایب حرارتی و ضریب تراوش خون با دما انجام شده، همچنین اثر ذوب چربی بر توزیع دما به وسیله روش انتالپی در نظر گرفته شده است. در این محاسبات، بافت تومور به شکل کره ای در میان بافت سالم در نظر گرفته شده است. در نهایت با حل معادلات غیرخطی حاصل با استفاده از روش عددی حجم محدود، توزیع دما در بافت طی گرمادرمانی در زمان های مختلف محاسبه شده است. مقایسه نتایج حاصل با نتایج به دست آمده از طریق آزمایش حاکی از دقت قابل قبول محاسبات است. به علاوه با استفاده از نتایج حاصل، اثر پارامترهای مختلف نظیر مشخصات لیزر و تغییرات ضرایب اپتیکی بر محدوده اثرگذاری لیزر بررسی شده است. نتایج حاصل می تواند راهگشای پزشکان در یافتن یک روند LITT بدون خطر برای از بین بردن بافت سرطانی بدون آسیب رساندن به بافت سالم باشد.

فرایند شکل گیری درد از نرون های حسی اولیه شروع و به نرون های سیستم عصبی مرکزی که اولین بخش آن در شاخ خلفی نخاع است ختم می شود. امروزه تلاش برخی محققان برای کنترل درد، یافتن سازوکاریست که بتواند وضعیت نرون های شاخ خلفی نخاع را از یک حالت پایدار ناخواسته به حالت پایدار مطلوب تغییر دهد به این منظور لازم است ابتدا مدلی از رفتار نرون ها در شاخ خلفی نخاع استخراج شود تا با تغییر پارامترهای مدل مذکور، بتوان درد ایجاد شده را تحت کنترل در آورد. در این تحقیق به کمک اسلوب شناسی بایفورکیشن و استخراج دینامیک حاکم بر سازوکار شکل گیری درد از طریق انجام آزمایش های بالینی، یک مدل سایبرنتیکی ارائه می شود که قادر به بیان حالت های عملکردی نرون های شاخ خلفی نخاع (عادی، حساس شده و فرونشانده شده)، نقش حافظه، اثر ورودی های حسی دیگر و اثر ورودی های نزولی از سطوح فوقانی سیستم عصبی است. در این مدل ورودی ها شامل درجه تحریک حرارتی متناسب با نرخ پتانسیل عمل از آوران های dC/A، شدت جریان تحریک الکتریکی مهاری متناسب با نرخ پتانسیل عمل از آوران های Ab، ورودی های مهاری نزولی از مغز میانی و ورودی های مهاری یا تحریکی نزولی از سطوح فوقانی سیستم عصبی (تالاموس و قشر مغز) بوده و خروجی مدل نرخ پتانسیل عمل ساطع شده از نرون های انتشاری شاخ خلفی نخاع متناسب با سطح درد حس شده است. ویژگی شاخص این مدل استفاده از مدلسازی سایبرنتیکی بر اساس یک سری اطلاعات ورودی و خروجیست که می تواند ایراد وارد بر سایر مدل ها که در آنها ساده سازیِ روابط، تعامل اجزای سیستم را کاهش می دهد مرتفع کند. از طرف دیگر برخلاف مدل های قبلی که بر اساس پتانسیل تحریکی غشاء مدلسازی شده بودند در مدل مذکور خروجی مستقیما به صورت پتانسیل عمل ساطع شده از نرون های انتشاری شاخ خلفی نخاع است که علاوه بر اینکه از دقت بالاتری برخوردار است قابلیت انطباق با ثبت های سلولی را نیز دارد.

مهمترین مشکل در بررسی و پردازش ثبت های الکتروآنسفالوگرام (EEG) حضور انواع سیگنال های ناخواسته (آرتیفکت ها) است که حذف آنها با روش تحلیل مولفه های مستقل از بهترین گزینه های ممکن است. هدف مساله تحلیل مولفه های مستقل جداسازی کور ترکیبی خطی از منابع مستقل است. با اعمال این روش روی سیگنال های مغزی آغشته به آرتیفکت، آرتیفکت ها به صورت مولفه های مستقلی استخراج می شوند. تشخیص خودکار مولفه های مستقل مربوط به آرتیفکت از سایر مولفه ها باید بر اساس معیارهای مناسبی صورت گیرد. هنوز درباره انتخاب این معیارها توافقی کلی وجود ندارد. در این تحقیق مجموعه ای از معیارهای آماری و زمانی- فرکانسی معرفی شده است که می توانند در قالب یک قانون تشخیص و تصمیم گیری خودکار، مولفه های نمایانگر آرتیفکت های چشمی را با دقت بالا شناسایی کنند. در روش پیشنهادی به جای مقایسه معیارهای محاسبه شده برای مولفه ها با سطوح آستانه یا الگوهای خاص، ویژگی های مولفه های یک آزمون با هم مقایسه می شوند و بر اساس یک قانون تصمیم گیری مولفه های نمایانگر آرتیفکت چشمی (اثر پلک زدن و حرکت افقی و عمودی کره چشم) در صورت وجود در آزمون مورد نظر شناسایی و حذف می شوند. عملکرد روش پیشنهادی روی 2000 قطعه 4 ثانیه ای سیگنال EEG حاوی انواع آرتیفکت های چشمی آزمایش شده است. دقت تشخیص روش در مورد این داده ها 92.8% به دست آمده است. آزمون های آماری نشان می دهند که مقادیر معیارهای مربوط به مولفه های آرتیفکت و غیر آرتیفکت تفاوت قابل ملاحظه ای با هم دارند.