مهندسی پزشکی زیستی
سال:1397 | دوره:12 | شماره:3 |تعداد مقالات:8

دندان پزشکی قانونی، شاخه ای از پزشکی قانونی است که به تشخیص هویت انسان بر اساس ویژگی های دندان می پردازد. در این مقاله، سیستم خودکار تشخیص هویت انسان بر اساس ویژگی های دندان ارائه شده است. هدف از این سیستم، شناسایی منطبق ترین تصاویر رادیوگرافی پایگاه داده با تصویر پرس وجوی پس از مرگ فرد مورد نظر می باشد. چارچوب کاری پیشنهاد شده، شامل دو مرحله ی اصلی است، که مرحله ی اول، مربوط به دسته بندی و شماره گذاری دندان ها و مرحله ی دوم، مربوط به بازشناسی دندان ها می باشد. در این پژوهش، ویژگی های جدیدی برای هر مرحله پیشنهاد شده است که از آن جمله می توان به روابط جدید میان عرض مزیودسیتال طوق و طول تاج آناتومیک برای مرحله ی اول و بردار ویژگی مبتنی بر فاصله ی ژئودزیک بین نقاط مهم خط محیطی دندان برای مرحله ی دوم اشاره کرد. روش پیشنهادی قادر است مشکلاتی نظیر تشخیص دندان های خلفی و قدامی، دسته بندی دندان های خلفی و قدامی، و تشخیص تعداد و نوع دندان های کشیده شده، که در کارهای گذشته نادیده گرفته شده و یا با فرض های ساده کنار گذاشته شده اند را به طور اصولی و خودکار حل نماید. برای ارزیابی روش های پیشنهادی، آزمایش هایی روی مجموعه ی تصاویر بایتوینگ و پری اپیکال انجام شده است. نتایج عملی، بهبود کارایی دسته بندی دندان ها را که ناشی از بازشناسی دندان های قدامی است و نیز افزایش 12درصدی در طبقه ی اول بازشناسی دندان در مقایسه با روش های پیشین را نشان می دهند.

تشخیص و تفکیک فرکانس های مختلف صدا، یکی از مکانیسم های مهم مغز انسان و سایر جانداران است. از سوی دیگر، یکی از قابلیت های مهم مغز، که بار محاسباتی آن را در برابر محرک های تکراری کم می کند، پدیده ی تطبیق پذیری است. هدف اصلی این مقاله، رمزگشایی فرکانس های صوتی از پاسخ نورونی ناحیه ی شنوایی مغز و بررسی تاثیر تطبیق پذیری بر دقت رمزگشایی فرکانس های صوت می باشد. برای این منظور، فرکانس های مختلف از تن های صوتی در دو دنباله ی صدا (معمول و تطبیقی) پخش شده و سیگنال های پتانسیل محلی از ناحیه ی اولیه ی شنوایی پانزده موش صحرایی در حالت بیهوشی، ثبت گردیده است. دنباله ی معمول، شامل محرک های صوتی از ترکیب فرکانس-دامنه ی مختلفی از صدا به طول 50 میلی ثانیه و با فاصله ی بین محرکی 300 میلی ثانیه بوده که به صورت تصادفی پخش شدند. دنباله ی تطبیقی، همانند دنباله ی معمول در نظر گرفته شد، با این تفاوت که در این دنباله، یک محرک در اطراف فرکانس مشخص، به عنوان محرک تطبیق، بین محرک های اصلی و با توزیع تصادفی، در نظر گرفته شد که 80% از دنباله ی تطبیقی را به خود اختصاص می داد. در ابتدا، با در نظر گرفتن ویژگی طیف توان در شش باند فرکانسی و طبقه بند LDA، میانگین قدرت رمزگشایی جفت فرکانس های صوتی در دنباله ی معمول محاسبه گردید. در قدم بعد، قدرت رمزگشایی جفت فرکانس ها در دنباله ی تطبیقی در باندهای فرکانسی تعیین شده، محاسبه و با نتایج رمزگشایی در دنباله ی معمول مقایسه گردید. نتایج حاکی از آن است که رمزگشایی محرک های صوتی با فرکانس های مختلف در باندهای بتا و گاما (>12 هرتز) از سیگنال های پتانسیل محلی با دقتی در حدود 80% انجام می شود. هم چنین، پخش یک محرک، به عنوان محرک تطبیق پذیری که مانند یک پیش زمینه در دنباله ی صدا قرار دارد، باعث کاهش دقت تفکیک پذیری فرکانس های مجاور صدا می شود. این اثر در فعالیت های فرکانس بالای (گاما و گامای بالا) سیگنال های پتانسیل محلی، به صورت معناداری مشاهده شد.

تولید و استفاده از وسایل تشخیصی-تحلیلی میکروسیالی، به ویژه وسایل تحلیلی میکروسیالی کاغذی (میکروپدها)، به دلیل مزایای فراوان آن ها، از جمله هزینه ی عملیاتی پایین، مصرف کم نمونه و عدم نیاز به مهارتی خاص برای استفاده و بازیافت یا دفع آسان، مورد استقبال زیادی قرار گرفته است. میکروپدها بدون نیاز به نیروی محرک خارجی، توانسته اند در تشخیص بسیاری از بیماری ها موفق ظاهر شوند. هدف این مقاله، توسعه ی یک میکرومیکسر برای تشخیص بر مبنای رنگ سنجی نیتریت موجود در بزاق به کمک واکنش گریس و افزایش بازه ی حد تشخیص دستگاه به کمک بهبود اختلاط می باشد. میکرومیکسرها پس از یک طراحی ساده، با برش لیزر ساخته شدند. در این کار، پنج هندسه ی متفاوت، شامل ساده، مارپیچ، زیگ زاگ، شکسته ی قائم و شکسته ی مایل، برای بخش اختلاط میکرومیکسر، به دو صورت تجربی و شبیه سازی، آزمایش و مقایسه شده اند. شبیه سازی با مدل جریان دوفازی همگن در محیط متخلخل، در نرم افزار انسیس سی اف اکس صورت گرفته است. نتایج نشان دادند که میکرومیکسر شکسته ی مایل نسبت به میکرومیکسر ساده، با بهبود 24/44 درصدی، بهترین عمل کرد را در آزمایش داشته، که حاصل آن محدوده ی خطی تشخیص صفر تا 1000 molL-1μ و حد تشخیص 7/5 molL-1μ شده است. بدین ترتیب، با توجه به تاثیر فراوان میکرومیکسرها در میکروسیالات، به کمک اصلاحات هندسی ساده، کیفیت اختلاط و در نتیجه دقت وسیله ی اندازه گیری افزایش داده شد.

با توجه به رشد بیماری های قلبی و عروقی در جهان، مانیتورینگ علایم حیاتی بدن، مانند ضربان قلب، درصد اکسیژن و فشار خون، به امری ضروری بدل شده است. در سال های اخیر، استفاده از سیگنال فوتوپلتیسموگرافی تصویری برای اندازه گیری علایم حیاتی، همواره یکی از موضوع های مورد علاقه ی محققان بوده است. بیماری آنمی یا کم خونی یکی از بیماری های شایع، به خصوص در میان زنان، به شمار می رود که ناشی از کاهش مقدار هموگلوبین خون می باشد. در این مقاله، با استفاده از روش فوتوپلتیسموگرافی تصویری، که روشی نوین برای شناخت انواع مختلف بیماری ها است، میزان درصد هموگلوبین خون، با یک مقدار مطلوب، توسط بستر فیزیکی ساخته شده و اجرای الگوریتم پیشنهاد داده شده، تخمین زده می شود. در این روش، ابتدا از نبض قابل مشاهده ی نوک انگشت اشاره ی انسان، به کمک منابع تامین کننده ی نور، با طول موج های سفید، 520 و 980 نانومتر، فیلم برداری شده است. در مرحله ی بعد، پس از به دست آوردن سیگنال های نبض با توجه به منابع نوری با طول موج معین، عمل پیش پردازش روی سیگنال ها انجام شده و بر اساس سیگنال فوتوپلتیسموگرافی به دست آمده از تصاویر، ویژگی های زمانی مبتنی بر فیزیک مساله، استخراج شده است. در مرحله ی نهایی، به کمک برازش منحنی ماشین بردار پشتیبان، پیش بینی با دقت 82 درصد انجام شده که خود تاییدی بر صحت و درستی پیاده سازی الگوریتم پیشنهادی، با توجه به بستر فیزیکی ساخته شده، می باشد.

امروزه استفاده از ریزسامانه های قابل کاشت، برای شناسایی دقیق تر عمل کرد مغز و تعامل نورون ها با یک دیگر، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این ریزسامانه ها، با بهره گیری از الکترودهایی با ابعادی در حدود اندازه ی یک نورون، قادر هستند تا عمل ثبت فعالیت یا تحریک یک نورون را با قدرت تفکیک بسیار بالایی انجام دهند. طراحی ریزسامانه های قابل کاشت تحریک الکتریکی، با چالش های بسیاری روبه رو است که از آن جمله می توان به نحوه ی بازیابی توان با بازده بالا و بازیابی داده های ارسالی با دقت بالا، اشاره کرد. در این مقاله، یک ساختار جدید برای بلوک بازیابی توان در یک ریزسامانه ی تحریک الکتریکی مغز، ارائه شده است. در ریزسامانه ی تحریک الکتریکی مورد نظر در این مقاله، لازم است تا دو سطح ولتاژ متفاوت تولید شود. ولتاژ اول، سطح پایین تری (8/1 وات) داشته و به عنوان منبع تغذیه ی مدارهای داخلی (مانند مدارهای دیجیتال)، مورد استفاده قرار می گیرد. برای تولید این ولتاژ، از یک یک سوساز فعال استفاده شده است که با دریافت ولتاژ ورودی 3 ولت، بازده توان 89% و افت ولتاژ 150 میلی ولت را دارد. ولتاژ دوم، که سطح بالاتری داشته و متغیر می باشد، توان لازم برای منابع جریان تحریک کننده را تامین می کند. برای تولید این ولتاژ، از یک یک سوساز فعال کنترل شونده با فاز، استفاده می شود که ولتاژ خروجی آن، متناسب با میزان جریان تحریک، در بازه ی 8/1 تا 5/2 ولت تغییر کرده و از این طریق، اتلاف توان در منابع جریان تحریک را کاهش و بازده سیستم تحریک را در مواردی تا حدود 50% افزایش می دهد. هم چنین در این مقاله، یک مدار دمدولاتور دامنه، جهت بازیابی داده های ارسالی از خارج بدن و یک مدار برای بازیابی پالس ساعت مورد نیاز برای عمل کرد ریزسامانه ی تحریکی، طراحی شده و نتایج شبیه سازی آن ها ارائه شده است. مدار دمدولاتور داده، قادر است تا داده ها را از ولتاژ ورودی با دامنه ی 3 تا 5 ولت و با ضریب مدولاسیون متغیر بین 5 تا 25 درصد، استخراج کند.

روش شکل دهی پرتو چندپرتوی، یک روش پیاده سازی شکل دهی پرتو کمترین واریانس با پیچیدگی محاسباتی کم است که در آن، بجای محاسبه ماتریس کواریانس برای هر یک از نقاط تصویر و معکوس کردن آن، تنها یک ماتریس برای همه نقاط واقع در فاصله شعاعی یکسان از مرکز آرایه محاسبه می شود. سپس برای کاهش بیشتر پیچیدگی، مساله شکل دهی در فضای پرتو حل می شود. در این مقاله ما یک روش دومرحله ای جدید برای کاهش پیچیدگی شکل دهی پرتو کمترین واریانس معرفی می کنیم که مخصوصا در حالت چندپرتوی نسبت به روش فضای پرتو دارای پیچیدگی محاسباتی کمتری است. در مرحله اول این روش، بجای استفاده از سیگنال های همه عناصر آرایه در محاسبه ماتریس کواریانس، سیگنال های بخشی از عناصر آرایه انتخاب می شود بگونه ای که ماتریس کواریانس حاصله، همه اطلاعات همبستگی سیگنال ها را شامل شود. در مرحله دوم، وزنهای همه عناصر آرایه از طریق یک روش درونیابی وفقی تعیین می شود، بگونه ای که ضمن حفظ ویژگی رزولوشن خوب، کنتراست تصویر نیز بهبود یابد. شبیه سازی ها نشان می دهد که در حالت چندپرتوی، روش جدید از نظر رزولوشن، کنتراست و مقاوم بودن در مقابل خطاها عملکردی مشابه روش شکل دهی در فضای پرتو دارد ضمن اینکه نسبت به آن، بیش از 3 برابر بار محاسباتی کمتری دارد.

خواب یک فرآیند ضروری برای حفظ و بهبود فعالیتهای انسان است در حالی که هنوز بسیاری از جزئیات آن به درستی شناخته نشده است. خواب کاهش یافته یا بریده شده یک ریسک سلامتی محسوب می شود که متعاقب آن بیماری های قلبی، دیابت و همچنین انحطاط هوشیاری و شناخت پدید خواهد آمد. چند پارگی خواب به پدیده ای گفته می شود که در آن محرومیت از خواب به طور کامل اتفاق نمی افتد اما خواب فرد به طور متناوب با انگیختگیهایی که منشا آنها عوامل خارجی (نویز) و یا عوامل داخلی (آپنه) است آشفته می شود. مدلسازی ریاضی یک ابزار مناسب برای شناخت مکانیسمهای پیچیده بیولوژیکی است. در این مقاله مدلی از پدیده های اساسین تنظیم چرخه خواب – بیداری پیاده سازی شده، دینامیک آن بررسی و سپس عواملی که سبب بروز آپنه انسدادی خواب می شود ارزیابی می شود. این مدل شامل دو جمعیت نورونی اصلی است: سیستم تحریک صعودی مغز در ساقه مغزی که مسئول ایجاد بیداری است و همچنین جمعیت نورونی VLPO از هیپوتالاموس که خواب را شکل می دهد. این دو منطقه در مهار متقابل قرار داده شده و به صورت سوئیچی انتقال بین دو حالت رفتاری خواب و بیداری را پدید می آورند. نتایج مدلسازی نشان می دهد که هیسترزیس موجود در انتقال بین خواب و بیداری تحت تاثیر عواملی که باعث انگیختگی می شوند، کوچک و ناپایدار شده و متعاقبا انتقالهای سریع و اینترمیتنت پدید می آید. مدل ارائه شده توانسته است برخی نتایج آزمایشگاهی در خصوص خواب آپنه انسدادی را بازتولید نماید.