فهرست مطالب

مهندسی پزشکی زیستی - سال یازدهم شماره 2 (تابستان 1396)

فصلنامه مهندسی پزشکی زیستی
سال یازدهم شماره 2 (تابستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/06/30
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سحر صادقی، علی مالکی * صفحات 101-109
    به منظور افزایش تعداد فرکانس های تحریک در واسط مغز-کامپیوتر مبتنی بر پتانسیل برانگیخته ی بینایی حالت ماندگار، با توجه به محدودیت کاهش گام فرکانسی، ناگزیر به افزایش گستره ی فرکانسی می باشیم. این موضوع، قرارگیری فرکانس های با رابطه ی هارمونیک در گستره ی فرکانس های تحریک و افزایش خطا در بازشناسی فرکانس را در پی خواهد داشت.در این مقاله، روشی سه مرحله ای، شامل تجزیه ی حالت تجربی، تحلیل همبستگی متعارف و طبقه بند شبکه ی عصبی، ارائه شده است، که می تواند مشکل خطای بازشناسی را برای گستره ی وسیع فرکانسی که شامل فرکانس های با رابطه ی هارمونیک هستند را برطرف نماید. بدین منظور، تحریک بینایی در محدوده ی 6 تا 16، با گام فرکانسی 5/0 هرتز، با استفاده از جعبه ابزار سایکوفیزیکس در متلب ایجاد شد. ثبت سیگنال پتانسیل برانگیخته ی بینایی حالت ماندگار از ده سوژه و تنها از الکترود Oz صورت گرفت. پس از استخراج توابع حالت ذاتی سیگنال توسط تجزیه ی حالت تجربی و بازسازی سیگنال های ترکیبی، تحلیل همبستگی متعارف اعمال گردید. دو ویژگی شامل فرکانس بازشناسی شده و مقدار همبستگی در این فرکانس، استخراج و به طبقه بند شبکه ی عصبی داده شد.میانگین صحت بازشناسی به ازای پنجره ی زمانی هشت ثانیه ، برای تحلیل همبستگی متعارف (1N=)، %78 و برای تحلیل همبستگی متعارف (2N=)، %74 بود که با روش پیشنهادی، به ترتیب به %82 و %77 افزایش یافت. N تعداد هارمونیک ها در ایجاد سیگنال مرجع روش تحلیل همبستگی متعارف را نشان می دهد.به طور متناظر، به ازای پنجره ی زمانی چهار ثانیه برای حالت 1N=، صحت از%78 به %83 و برای حالت 2N= از %78 به %80 افزایش یافت. روش پیشنهادی توانسته است برای گستره ی وسیع فرکانسی، صحت بازشناسی فرکانس را نسبت به روش تحلیل همبستگی متعارف استاندارد بهبود بخشد. بر این اساس، امکان افزایش تعداد گزینه های فرکانسی با وسیع تر نمودن گستره ی فرکانس تحریک و درنتیجه افزایش نرخ انتقال اطلاعات فراهم می گردد.
    کلیدواژگان: واسط مغز، کامپیوتر، پتانسیل برانگیخته ی بینایی حالت ماندگار، تحلیل همبستگی متعارف، تجزیه ی حالت تجربی، طبقه بند شبکه ی عصبی
  • محیا سالم، سعید ابراهیمی *، مهدی بامداد صفحات 111-125
    در این تحقیق، یک برون پوش بالاتنه به منظور انجام تمرین های توان بخشی و کمک به افراد دارای مشکل حرکتی در انجام کارهای روزانه طراحی شده است. این برون پوش قادر به دوران دو درجه ی آزادی مفصل شانه به صورت فعال و یک درجه ی آزادی به صورت غیرفعال است. در سیستم طراحی شده از ایده ی مکانیزم انتقال کابلی و پولی راهنما با قابلیت تغییر راستای اعمال نیرو بهره برده شده است. در این طرح، بر پایه ی سیستمی با ساختاری ساده تنها از یک کابل برای حرکت رفت و برگشتی هر محور استفاده شده است. مکانیزم میله ای طراحی شده در این طرح با دوران دو درجه ی آزادی مفصل شانه، قابلیت حمل آن را بدون نیاز به پایه ای ثابت فراهم آورده است. سیستم محرکه ی هر محور مستقل از محور دیگر عمل می کند، و بدین ترتیب، می توان تنها مکانیزم مربوط به یک محور را روی بازو نصب و از آن استفاده نمود. این برون پوش حرکت کتف را در راستای عمودی محدود نمی سازد و در ضمن، ارزان، سبک، و قابل حمل بوده و به آسانی پوشیده می شود. در این مقاله، پس از معرفی سیستم برون پوش، روابط مربوط به گشتاور موتورها برای انجام گستره ی مشخصی از وظایف بدست آورده می شود. در ادامه، معادلات سینماتیکی و دینامیکی حاکم بر سیستم برون پوش استخراج گردیده و با شبیه سازی سیستم در نرم افزارهای کتیا و متلب و ارائه ی نتایج، عمل کرد آن مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج حاصل مشخص می کند که برون پوش طراحی شده به خوبی قادر به انجام تمرین های توان بخشی برای مفصل شانه می باشد.
    کلیدواژگان: برون پوش، مفصل شانه، تاندون کابلی، عمل گر سری الاستیک
  • سمیرا عباسی * صفحات 127-135
    عمل کرد نورون، وابسته به خواص سیناپس های دریافتی و خواص ذاتی نورون است. با این حال، جمع آوری سیناپسی و پاسخ های ذاتی می تواند تا حد زیادی وابسته به ورودی سیناپسی باشد. هسته های عمقی مخچه که سیناپس های مهاری از سلول های پورکنژ دریافت می کنند، در این زمینه مورد توجه هستند. انتقال رفتار از سلول پورکنژ به هسته ی عمقی در حیوان بیدار و نحوه ی کد کردن این اطلاعات توسط هسته ی عمقی ناشناخته مانده است. برای بررسی این موضوع ثبت های هم زمان از حدود 50 سلول پورکنژ هم گرا به هر هسته ی عمقی مورد نیاز است که در آزمایش ها غیرممکن است. بنابراین لازم است از روش های مدل سازی استفاده شود. در تحقیق حاضر به منظور بررسی اثر ورودی های سلول پورکنژ بر طیف فرکانسی هسته ی عمقی، نحوه ی انتقال اطلاعات رفتاری از سلول پورکنژ به هسته ی عمقی و کدینگ رفتار توسط هسته ی عمقی، قطارهای اسپایک مصنوعی از سلول پورکنژ تولید و مدولاسیون رفتاری (تنفس) به آن ها اضافه، و سپس به مدل هسته ی عمقی اعمال شدند. چگالی طیف توان آتش کردن هسته ی عمقی در پاسخ به سیناپس های ورودی از سلول پورکنژ بررسی و باندهای فرکانسی طیف خروجی هسته ی عمقی تحلیل شد. نتایج نشان دادند که فرکانس مدولاسیون رفتاری در طیف خروجی هسته ی عمقی منعکس می شود و در خروجی هسته ی عمقی در پاسخ به مدولاسیون رفتاری دریافت شده از سلول های پورکنژ، پیک فرکانس پایینی قابل مشاهده است. از طرفی مطالعه ی قبلی نشان داده است که هسته ی عمقی مخچه در پاسخ به مدولاسیون رفتاری دریافت شده از سلول های پورکنژ کدینگ فرکانسی انجام می دهد، نتایج تحقیق حاضر می تواند تاییدی باشد بر انجام کدینگ فرکانسی توسط هسته ی عمقی مخچه. به علاوه در خروجی هسته ی عمقی با نرخ آتش کردن بالا، یک پیک فرکانس بالا مشاهده شد که می تواند ناشی از آتش کردن تونیک هسته ی عمقی باشد.
    کلیدواژگان: هسته ی عمقی مخچه، سلول پورکنژ، قطار اسپایک مصنوعی، مدولاسیون رفتاری، طیف توان
  • محسن ربانی *، محمودرضا صادقی، پریسا گل محمدی، امین دیرانلو صفحات 137-151
    بیماری آترواسکلروسیس، شایع ترین بیماری قلبی عروقی است که در شریان های بزرگ و یا متوسط اتفاق می افتد. مهمترین پیامد این بیماری تشکیل پلاکت های شریانی در مکان هایی است که در آن جا علاوه بر آسیب شریانی، غلظت موادی نظیر لیپوپروتئین های با چگالی کم (LDL) افزایش یافته است. پلاکت های ایجاد شده نه تنها مانع خون رسانی مناسب به بافت های پایین دست پلاکت می شوند بلکه در مراحل پیشرفته، پارگی و یا سایش پلاکت می تواند موجب ایجاد لخته و نهایتا سکته ی قلبی یا مغزی شود. در این پژوهش به منظور بررسی دقیق تر نحوه ی انباشت لیپوپروتئین های با چگالی کم در ناحیه ی مجرا و دیواره ی شریان کاروتید، به حل عددی انتقال جرم ذرات LDL با استفاده از مدل دیواره ی چند لایه و ضریب نفوذ وابسته به نرخ برش پرداخته شده است. دیواره های رگ به عنوان جسم متخلخل و صلب فرض شده، و معادلات ناویر-استوکس، انتقال جرم و دارسی با درنظر گرفتن رفتار غیرنیوتنی خون در ناحیه ی مجرای شریان و لایه های مختلف دیواره ی رگ با روش عددی حل شده اند. در این مقاله تاثیر ثابت یا متغیر بودن ضریب نفوذ، تاثیر رفتار غیرنیوتنی خون، تاثیر رفتار غیرنیوتنی پلاسما و تاثیر فشار خون بر میزان انباشت ذرات LDL در ناحیه ی مجرا و لایه های دیواره ی شریان کاروتید مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان دادند که متغیر بودن ضریب نفوذ در ناحیه ی مجرای شریان و نیز رفتار غیرنیوتنی پلاسما در ناحیه ی دیواره ی شریان می توانند تاثیر قابل ملاحظه ای در نتایج به دست آمده برای انباشت ذرات LDL داشته باشند. هم چنین افزایش فشار خون نه تنها موجب انباشت بیشتر ذرات LDL در مرز بین خون و دیواره ی شریان بل که انباشت بیشتر این ذرات در لایه های مختلف دیواره ی شریان می شود که خود احتمال شکل گیری بیماری آترواسکلروسیس را افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: آترواسکلروسیس، ذرات لیپوپروتئین با چگالی کم، شریان کاروتید، ضریب نفوذ متغیر
  • علی وظیفه دوست صالح، ناصر فتورایی *، مهدی نویدبخش، فرزاد ایزدی صفحات 153-165
    صحبت کردن انسان، فرآیند بسیار پیچیده ای می باشد که حاصل برهم کنش جریان هوا در طول حنجره و ساختار ارتعاشی تارهای صوتی است. سولکوس، یکی از بیماری های مرتبط با تارهای صوتی است که در این بیماری، لایه هایی از تارهای صوتی وجود نداشته و تارهای صوتی دارای شکاف هستند و درنتیجه اختلالاتی در تولید صوت ایجاد می شود. در این مقاله برای اولین بار، بیماری سولکوس به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته و تاثیرات بیماری بر ارتعاشات تارهای صوتی ارزیابی شده است. مدل ایده آلی از تارهای صوتی سالم و مبتلا به سولکوس به صورت دو بعدی تعریف شده است و مدل المان محدود از تارهای صوتی و راه های هوایی به طور کامل جفت شده با نرم افزار ال اس داینا حل شده است. مدل محاسباتی ارائه شده در دامنه ی سیال از ابزار دینامیک سیالات محاسباتی، فرمول بندی لاگرانژی-اویلری دلخواه و معادلات تراکم ناپذیر پیوستگی و ناویر-استوکس و در دامنه ی جامد از مدل سه لایه ی الاستیک خطی استفاده شده است. نوسانات خود تحریک برای تارهای صوتی بیمار درجه ی دو، ارائه شده و با مدل سالم مقایسه شده است. پاسخ ها به صورت کمی وکیفی مطالعه شده و مدل سالم با نتایچ عددی و تجربی گذشته مقایسه شده است. تاثیرات بیماری بر پارامترهای جریان و فرکانس ارتعاشی تارهای صوتی، مطالعه شده است. تجزیه وتحلیل های انجام شده نشان داد که وجود شکاف در تارهای صوتی بیمار، باعث می شود فرکانس ارتعاشی تارهای صوتی کاهش یافته و عرض شکاف حنجره و دبی عبوری بیشینه و میانگین از دهانه ی حنجره، افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: تارهای صوتی، نوسانات خود تحریک، بیماری سولکوس
  • قاسم صادقی بجستانی *، عباس منزوی، سید محمدرضا هاشمی گلپایگانی، فرح اشرف زاده صفحات 167-185
    اختلال اوتیسم یا درخودماندگی ذهنی یکی از اختلالات رایج بین کودکان است که با وجود تلاش های بسیار، هنوز هم تشخیص دقیق آن با روش های پاراکلینیکی ممکن نیست، از طرف دیگر، تشخیص زودهنگام این اختلال قبل از 18 ماهگی نقش به سزایی در اثر بخشی روش های درمانی بر این کودکان دارد. در این تحقیق، فضای جدیدی برای کمی سازی کیفیت تعاملات مغزی ارائه شده است که آن را فضای قبض و بسط (SFS) می نامیم، این فضا مبتنی بر نگرش سیبرنتیک، کل نگر و اطلاعاتی به سیگنال است. پس از انتقال سیگنال الکتروانسفالوگراف (EEG) به SFS برای 60 کودک نرمال و 60 کودک درخودمانده ی ذهنی در رنج سنی 3 تا 10 سال، با توجه به نگرش سیبرنتیک، در استخراج ویژگی نیز هر کودک با خودش در دو وضعیت مشاهده ی انیمیشن با صدا و بدون صدا مقایسه گردیده است و تفاوت تفاوت ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج اعمال آزمون های آماری حاکی از معناداری بسیار زیاد (P-Value=1.4E-4) ویژگی های کیفی استخراج شده در تشخیص تغییر الگوی سالم و درخودمانده ی ذهنی است.
    کلیدواژگان: اختلال طیف درخودماندگی ذهنی، قبض و بسط سیگنال، بعد همبستگی، تراژکتوری، فضای فاز
  • فرین کهربا، مریم محبی *، حامد داننده حصار صفحات 187-199
    مرگ ناگهانی قلبی یکی از مهم ترین عوامل مرگ و میر در جهان به شمار رفته، و در بین مرگ های ناشی از بیماری های قلبی سهم عمده ای را به خود اختصاص می دهد. یکی از راه های کاهش آمار مرگ ناشی از این دسته از بیماری ها، تشخیص به موقع وقوع ناهنجاری های خطرناک قلبی است. اساس این تحقیق بر این باور استوار است که ناهنجاری های مخاطره آمیز قلبی به صورت ناگهانی رخ نمی دهند، بلکه دقایقی قبل از وقوعشان، علائم و یا اختلالات پیش زمینه ای به وجود می آید که حاکی از وقوع آن ها است. هدف این مقاله، بررسی و مدل سازی سیگنال های قلبی با استفاده از فیلتر کالمن تعمیم یافته، بر اساس مدل دینامیکی غیرخطی برای آشکارسازی ناهنجاری های پیش زمینه ای و معرفی یک اندیس برای تشخیص زودهنگام مرگ ناگهانی قلبی می باشد. در روی کرد ارائه شده، از نسخه ی قطبی مدل دینامیکی غیرخطی سیگنال قلب مک شری استفاده می شود. در این مدل غیرخطی، هر ضربان از سیگنال الکتروکاردیوگرام به صورت مجموعه ای از موجک های گوسی بیان می شود. در الگوریتم پیشنهادی این مقاله، ابتدا مدل دینامیکی قلب با افزودن معادلات خودبازگشتی مربوط به پارامترهای مدل، اصلاح شده و سپس یک فیلتر کالمن تعمیم یافته، از آن مدل برای پردازش سیگنال قلبی استفاده می کند. در گام بعد، یک الگوریتم ابتکاری بر اساس ساختار پیشنهادی و با استفاده از نظارت بر سیگنال وفاداری (که تابعی از سیگنال نوآوری فیلتر کالمن است)، به تشخیص ناهنجاری های موجود قبل از وقوع مرگ ناگهانی قلبی می پردازد. روش ارائه شده، روی سیگنال های قلبی گرفته شده از 20 فرد مبتلا به مرگ ناگهانی قلبی (گروه تست) و هم چنین 18 فرد نرمال (گروه کنترل) موجود در پایگاه های داده ی فیزیونت ارزیابی شده است. نتایج به دست آمده حاکی از تغییر رفتار سیگنال وفاداری قبل از وقوع مرگ ناگهانی قلبی است. نتایج اعمال این الگوریتم روی20 فرد بیمار موجود در پایگاه داده ی «مرگ ناگهانی قلبی هولتر» فیزیونت نشان داده است که شاخص استخراج شده قادر است 17 مورد از 20 حمله را قبل از وقوع تشخیص دهد و دقتی در حدود 85 % داشته باشد.
    کلیدواژگان: الکتروکاردیوگرام، تشخیص زودهنگام مرگ ناگهانی قلبی، سیگنال وفاداری، فیلتر کالمن تعمیم یافته
|
  • Sahar Sadeghi, Ali Maleki * Pages 101-109
    To increase the number of stimulation frequencies in the Steady-state visual evoked potential (SSVEP)-based brain-computer interface, we are forced to broaden the frequency range due to the frequency resolution restriction. This will enter frequencies with harmonic relation into the stimulation frequency range and lead to increase in frequency recognition error. In this paper, a three-stage method including the empirical mode decomposition (EMD), the canonical correlation analysis (CCA) and neural network classifier has been proposed that can solve the recognition error problem for wide frequency range including frequencies with harmonic relation. Visual stimulus ranged from 6-16 Hz with an interval of 0.5 have been generated using Matlab and the psychophysics toolbox. The SSVEP signal was recorded from ten subjects via one electrode placed at Oz. After extracting the intrinsic mode functions (IMFs) of the signal by EMD and reconstructing the combined signals, the CCA has been applied. Two features including the detected frequency and the correlation value in this frequency have been extracted and they were given to the neural network classifier. For eight-second time window, the average accuracy of the CCA for N=1 was 78% and for N=2 was 74%, while the corresponding values of the proposed method were 82% and 77% respectively. For four-second time window, the accuracy was increased from 78% to 83% for N=1 and it was increased from 78% to 80% for N=2. N is the number of harmonics in the generation of the reference signal in the CCA. For wide frequency range, the proposed method has been able to improve the frequency recognition accuracy compared to the standard CCA method. according to this, by broadening the stimulation frequency range, the possibility of increasing the number of frequency options and thus increasing the information transfer rate are provided.
    Keywords: brain computer interface, Steady, State Visual Evoked Potential, Canonical Correlation Analysis, Empirical Mode Decomposition, Neural Network Classifier
  • Mahya Salem, Saeed Ebrahimi *, Mehdi Bamdad Pages 111-125
    In this study, a portable upperlimb exoskeleton is designed for the purpose of rehabilitation and helping the disabled people to do their daily activities. This exoskeleton has two active and one passive degrees of freedom for the shoulder joint. In this system, the idea of cable transmossiom mechanism and guidance pulley with the ability to change the force direction is used. The two active DOFs of the shoulder joint is achived only by pulling one cable for each axis based on the novel design of this mechanism. Each axis of the shoulder is driven independently which implies that a single axis can be installed on the arm. This exoskeleton does not impose any limitation on the vertical motion of the scapula. In addition, it is inexpensive, lightweight and can easily be used. In this paper, after introducing the exoskeleton system, the required motor torques for generating a prescribed task are obtained. In the next step, the kinematic and dynamic equations of this system are derived. By simulating the exoskeleton in CATIA and MATLAB softwares, and presenting the results, the performance of the exoskeleton is evaluated. The results show that this novel exoskeleton system posses an excellent capacity to perform the rehabilitation excersises for shoulder joint.
    Keywords: Exoskeleton, Shoulder Joint, Cable Tendon, series elastic actuator
  • Samira Abbasi * Pages 127-135
    Neural function depends on the received synapses and the intrinsic properties of the neuron. However, synaptic integration and intrinsic responses can largely depend on the synaptic inputs. In this respect, deep cerebellar nuclei (DCN) neurons which receive inhibitory synapses from Purkinje cells (PCs) are of interest. Transmission of behavior from PC to DCN in awake animal and how this information is coded by the deep cerebellar nuclei remain unknown. To investigate this issue, simultaneous recordings from about 50 Purkinje cells converged to each DCN is required, which is impossible in experiments. Therefore, it is required to use modeling techniques. In this study, to explore the effect of Purkinje cells inputs on the power spectral of DCN output, the transmission of behavioral information from the Purkinje cell to the DCN, and behavior coding by the DCN, artificial spike trains (ASTs) of the Purkinje cell were generated, and behavioral modulation (respiration) was added to them, then, ASTs were applied to the DCN model. Power spectral density analysis of the DCN firing in response to the synaptic inputs from Purkinje cells was made and the frequency bands of the DCN output were analyzed. Results showed that the behavioral modulation frequency is reflected in the DCN spectrum and a peak is visible at low-frequencies at the power spectral of the DCN output in response to the behavioral modulation received from Purkinje cells. On the other hand, the previous study has shown that DCN performs frequency coding in response to the behavioral modulation received from Purkinje cells. Results of the present study coud confirm the frequency coding by the DCN. In addition, a high-frequency peak was observed, which coud be due to the tonic firing of the DCN.
    Keywords: Deep Cerebellar Nuclei, Purkinje Cell, Artificial Spike Train, Behavioral Modulation, Power Spectral
  • Mohsen Rabbani *, Mahmood Reza Sadeghi, Parisa Golmohammadi, Amin Deyranlou Pages 137-151
    The atherosclerosis disease is the most prevalent illness that occurs in large or medium size arteries. The most important consequence of this disease is creation of arterial platelets in places where in addition to artery damages; the density of materials such as low density lipoprotein (LDL) is being increased. The produced platelets not only block appropriate blood delivery to downstream fibers but also in advanced stages, rubbing or tearing platelet could bring about clot and eventually heart or brain stroke. In this research, in order to review the procedure of LDLs accumulation within lumens and arterial wall, numerical simulation of LDL particles mass transport by using several layer model and diffusion coefficient depending on shear rate are used. Arteries’ walls are assumed to be porous and rigid. In this study, Navier–Stokes equations, mass transport, and Darsi have been solved by numerical methods with regarding to non-Newtonian behavior of blood in lumens and different layers of vessel’s wall. In this article, the impacts of diffusion coefficient being constant or variable, impact of non-Newtonian behavior of blood, impact of non-Newtonian behavior of plasma and impact of blood pressure on the amount of LDL accumulation in lumen and layers of carotid artery are reviewed. The results indicate that diffusion coefficient variation in arterial lumen and non-Newtonian behavior of plasma within the arterial wall could affect significantly on LDL accumulation. In addition, increasing blood pressure not only increases LDL accumulation on interface of blood and arterial wall but also increases the accumulation within arterial wall layers and consequently the artery is more susceptible to atherosclerosis development.
    Keywords: Atherosclerosis, Low Density Lipoprotein (LDL), Carotid Artery, Variable Diffusion Coefficient
  • Ali Vazifedoost Saleh, Nasser Fatouraee *, Mahdi Navidbakhsh, Farzad Izadi Pages 153-165
    In terms of mechanical behavior, human’s speaking and generating voice is a sophisticated process which is resulted in interaction between flowing air through the larynx and oscillating functionality of vocal folds. The sulcus vocalis is one of the individual cases of scarring in which the superficial lamina propria is absent over the length of the vocal fold and can procreate several disorders in voice generation. In this study, for the first time, the effects of sulcus vocalis on vibrating functionality of vocal folds have been assessed by employing finite element numerical modeling. Two-dimensional models of either healthy or sulcus vocal folds were implemented which each one is coupled and solved via LS-dyne software. Also, the three e-layer linear elastic model was utilized for the structure phase and the arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE), incompressible continuity, and Navier- Stokes relations were used for the fluid domain. Type II patients’ self-excited oscillations have been exhibited and compared with the healthy model. The results of the healthy model were assessed and compared with numerical and experimental results of previous studies. Moreover, the influences of the sulcus not only on the flow components but also on the oscillating functionality of the vocal folds have been evaluated. The results indicated that the frequency of vocal folds’ vibrations and the value of volume flux tends to be remarkably declined and boosted up respectively.
    Keywords: Vocal Folds, Sulcus, Self, Excited Oscillations
  • Ghasem Sadeghi Bajestani *, Abbas Monzavi, Seyed Mohammad Reza Hashemi Golpayegani, Farah Ashrafzadeh Pages 167-185
    Autism spectrum disorder (ASD) is a common disorder among children which despite painstakingly effort, it is not yet possible to be precisely detected using paraclinical methods. On the other hand, early detection, before 18th month, has pivotal role in treatment procedure. In this study, we present a method for early diagnosis of ASD based on the qualitative analysis of the Electroencephalogram (EEG) signal. We develop a new domain for quantifying the quality of interaction is present. We name it 'stretching – folding space’ (SFS). This domain is based on cybernetics, holistic and information-based analysis approaches. Therefore, it provides a non-deterministic approach to the biosignals. We collected data from 60 normal and 60 children with ASD in the range of 3-10 years old. We extracted features from the data in the SFS domain. The design of the study is self-controlled, meaning that each child serves as his/her own control. Each subject in the study watched a cartoon with and without sound, and the EEG signals were recorded. Statistical tests are applied on the extracted qualitative features in the SFS domain. The difference between the features of the data for each group (normal and ASD) was extracted, and the difference were compared between the groups. The results indicate that there is a statistically significant difference between the SFS features of normal and autism children. We conclude that our proposed method can serve as a new signal processing tool for diagnosing autism.
    Keywords: Autism Spectrum Disorder, Stretching Folding Coefficient, Correlation Dimension, Trajectory, Phase Space
  • Farin Kahroba, Maryam Mohebbi *, Hamed Danandeh Hesar Pages 187-199
    Sudden cardiac death (SCD) is one of the most significant and common causes of heart related deaths around the world. It is believed that SCD can be predicted using signatures and features extracted from ECG signal. These signatures may be seen as arrhythmia or abnormalities in the ECG signal. In this paper, a monitoring index is introduced for early detection of SCD. This index is acquired by filtering the ECG signal using a nonlinear ECG dynamical model and extended Kalman filter (EKF). The nonlinear dynamical model was a modified version of polar ECG dynamical model proposed by Mc. Sharry et.al. In our algorithm, first the ECG dynamical model is extracted. Then an EKF is applied on the signal. Using the fidelity index extracted from the innovation signal yielded by EKF, a novel algorithm detects the SCD related arrhythmias and abnormalities. The proposed method was evaluated on Physionet Sudden Cardiac Death Holter database. Twenty records corresponding to patients having SCD and eighteen records corresponding to healthy patients were extracted from this database. The evaluation results showed that our proposed monitoring index correctly detected 17 SCDs out of 20 (85% accuracy).
    Keywords: Electrocardiogram (ECG), Extended Kalman Filter, Fidelity Signal, Sudden Cardiac Death Detection