فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی پزشکی زیستی
سال دوازدهم شماره 3 (پاییز 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/09/18
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مقاله کامل پژوهشی
  • فرایین آیینی*، علیرضا غنودی، راشین آیینی صفحات 173-187

    دندان‏پزشکی قانونی، شاخه‏ای از پزشکی قانونی است که به تشخیص هویت انسان بر اساس ویژگی‏های دندان می‏پردازد. در این مقاله، سیستم خودکار تشخیص هویت انسان بر اساس ویژگی‏های دندان ارائه ‏شده است. هدف از این سیستم، شناسایی منطبق‏ترین تصاویر رادیوگرافی پایگاه داده با تصویر پرس‏وجوی پس از مرگ فرد مورد نظر می باشد. چارچوب ‏کاری پیشنهاد شده، شامل دو مرحله ی اصلی است، که مرحله‏ی اول، مربوط به دسته‏بندی و شماره‏گذاری دندان‏ها و مرحله‏ی دوم، مربوط به بازشناسی دندان‏ها می باشد. در این پژوهش، ویژگی‏های 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 مرحله‏ی اول و بردار ویژگی مبتنی بر فاصله‏ی ژئودزیک بین نقاط مهم خط محیطی دندان برای مرحله‏ی دوم اشاره کرد. روش پیشنهادی قادر است مشکلاتی نظیر تشخیص دندان‏های خلفی و قدامی، دسته‏بندی دندان‏های خلفی و قدامی، و تشخیص تعداد و نوع دندان‏های کشیده شده، که در کارهای گذشته نادیده گرفته شده و یا با فرض‏های ساده کنار گذاشته شده‏اند را به طور اصولی‏ و خودکار حل نماید. برای ارزیابی روش‏های پیشنهادی، آزمایش هایی روی مجموعه ی تصاویر بایتوینگ و پری اپیکال انجام شده است. نتایج عملی، بهبود کارایی دسته‏بندی دندان‏ها را که ناشی از بازشناسی دندان‏های قدامی است و نیز افزایش 12درصدی در طبقه‏ی اول بازشناسی دندان در مقایسه با روش‏های پیشین را نشان می‏دهند.

    کلیدواژگان: تشخیص هویت، بازشناسی دندان ها، دسته‏بندی و شماره‏گذاری دندان‏ها، دندان خلفی، دندان قدامی، فاصله ی ژئودزیک
  • فرناز صابرپور، محسن پرتو دزفولی، وحید شال چیان، محمدرضا دلیری * صفحات 189-198
    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.
    کلیدواژگان: تطبیق پذیری، رمزگشایی نورونی، ناحیه ی اولیه ی شنوایی، تفکیک فرکانسی، پتانسیل میدان محلی
  • الهام ملایی، ساسان آسیایی، مهدی مقیمی *، علی زاده کافی صفحات 199-210
    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.
    کلیدواژگان: نیتریت، بزاق، واکنش گریس، وسایل تحلیلی میکروسیالی، میکرومیکسر کاغذی
  • سید حمیدرضا حیدری، محمدسجاد سکوت، برهان بیگ زاده * صفحات 211-220
    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.
    کلیدواژگان: علایم حیاتی، بیماری های قلبی و عروقی، سیگنال فوتوپلتیسموگرافی تصویری، هموگلوبین، طول موج
  • زهراسادات فاطمی، محمد مهدی احمدی * صفحات 221-234
    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.
    کلیدواژگان: ریزسامانه ی قابل کاشت، تحریک الکتریکی، یک سوساز فعال، یک سوساز کنترل شونده با فاز، بازیابی داده و پالس ساعت
  • سید محمود سخایی *، حنانه کیهانیان صفحات 235-248

    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.

    کلیدواژگان: تصویربرداری اولتراسوند، شکل دهی پرتو، چند پرتوی، آرایه لانه ای
  • سمیه رئیس دانا * صفحات 249-263

    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 انگیختگی هایی 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.

    کلیدواژگان: مدلسازی خواب، دینامیک غیرخطی، آپنه انسدادی خواب، انگیختگی، هیسترزیس
|
  • Faraein Aeini*, Alireza Ghonoodi, Rashin Aeini Pages 173-187

    Forensic dentistry is the subdivision of forensics that determines the identity of the victim based on dental features. In this paper, we propose a framework for human identification based on dental. The proposed framework consists of two main stages: the first stage is teeth classification and numbering, and the second stage is human recognition. In this study, a new feature has been proposed for each of these two stages: Crown mesiodistal neck and anatomic crown length for the first and a feature vector based on the geodesic distance between important points of teeth contours for the second. The proposed method is capable of solving principally, and automatically problems such as diagnosis of posterior and also anterior teeth, posterior and anterior teeth classification, diagnosis of number and kind of all kind pulled teeth from, which are overlooked or have been left with the simple premises in previous works. To evaluate the proposed method, we experiment on a set of bitewings, periapical and panoramic images. The practical results show an improvement in accuracy of classification with discovering anterior teeth, and also 9% improvement in the first rank of the accuracy of teeth recognition, in comparison with the previous works.

    Keywords: Human Identification, Teeth Contours, Classification, Numbering, Posterior Teeth, Anterior Teeth, Geodesic Distance
  • Farnaz Saberpour, Mohsen Parto Dezfouli, Vahid Shalchyan, Mohammad Reza Daliri* Pages 189-198
    Neural adaptation is a brain ability which reduces the neural activities in response to a repeated stimulus. In this study, we examined the effect of adaptation on neural decoding. For this purpose, pure tones with different frequency-amplitude combinations were presented randomly in two sequences (usual and adaptive). During the task, local field potential (LFP) signals were recorded from the primary auditory cortex of fifteen anesthetized rats. In the usual sequence, the stimuli were presented randomly with 50 ms duration and 300 ms interstimulus interval (ISI). Each combination was presented about 25 times. In the adaptive sequence, same as the usual one, stimuli were presented with this difference that one specific frequency (adapter) with the probability of 80% was presented frequently in this sequence. Comparison between decoding accuracy of two sequences allows us to study the effect of adaptation to a specific frequency on neural decoding. First, considering the power spectrum feature in six frequency bands and using LDA (linear discrimination analysis) classifier, the average decoding accuracy of all frequency-pairs were calculated in the usual sequence. Subsequently, the decoding accuracy of frequency-pairs in the adaptive sequence was calculated and compared with the usual sequence. Results show a significant decoding accuracy between different frequency-pairs in beta, gamma, and high-gamma bands (>12 Hz) of local field potential with an accuracy of about 80%. Moreover, we found that adaptation to one frequency of sound decreases the decoding accuracy of neighbor frequencies. This signature was observed in high-frequency gamma and high-gamma activities (30-120 Hz) of LFPs.
    Keywords: Adaptation, Neural Decoding, Primary Auditory Cortex, Frequency Discrimination, Local Field Potential
  • Elham Mollaei, Sasan Asiaei, Mahdi Moghimi*, Ali Zadekafi Pages 199-210
    Microfluidic analytical/diagnostic tools, especially microfluidic paper-based analytical devices ( PADs) have attracted considerable attention due to their numerous advantages including their low operational costs, small analyte consumption, and limited required skills for use, and easy disposal/recycling. μPADs have been successful in detection of various diseases with no external deriving units. The aim of this study is to develop a micromixer for colorimetric detection of nitrite in saliva using Griess reaction and widening the limit of detection (LOD) by mixing improvement. Micromixers were fabricated using laser cut after a simple design. Five different geometries were examined and compared including straight, curved, zigzag, square wave and hexagonal, by numerical simulation and experimental tests for mixing part in micromixer. Simulations were performed in ANSYS CFX with homogeneous two-phase flow model in a porous media. As the result inclined hexagonal micromixer showed the best performance (in comparison with the straight one) exhibiting 44.24% of improvement which leads to a detection range and LOD of and , respectively. Considering the significant impact of micromixers in microfluidics, the quality of mixing and therefore the accuracy of the devices was improved by simple geometrical modifications.
    Keywords: Nitrite, Saliva, Griess Method, Microfluidics Analytical Devices, Paper-based Micromixers
  • Seyed Hamid Reza Heidary, Mohammad Sajjad Sokout, Borhan Beigzadeh* Pages 211-220
    Monitoring human body vital signs like heart rate, oxygen saturation and blood pressure, has a profound influence on recognition of cardiovascular diseases which are growing at unprecedented rate all over the world. In recent years, using imaging photoplethysmography (IPPG) signals is one of the most interesting issues among researchers to measure the vital signs of the human body. Decreasing the values of hemoglobin in blood, which is called Anemia, and it's more common among women, can be detected through the processing of the IPPG signals. In this article, the magnitude of hemogolobin level is measured by a suggested approach applied on the IPPG signals taken by means of a physical setup. To make the signals, after capturing video from the fingertip pulse of index right finger with various light sources in wavelengths consisting of white, 520nm and 980nm; the IPPG signals will be accessible as a result of applying the proposed algorithm on the videos. In the next step, providing appropriate signals to the implementation of the regarded method, the signals are preprocessed. Considering physics-based models, the time domain features are extracted. In the final step, utilizing the support vector regression, accuracy of the prediction is 82%, which is shown reliability, repeatability, and reproducibility of the designed configuration.
    Keywords: Vital Signs, Cardiovascular Diseases, IPPG Signals, Hemoglobin, Wavelengths
  • Zahra, Sadat Fatemi, Mohammad Mahdi Ahmadi* Pages 221-234
    The use of smart medical implants to study the human brain and the interaction of neurons with each other has recently gained much attention. These implants contain microelectrode arrays in which the size of an electrode is in the order of the size of a neuron; therefore they allow recording signals from single neuron or stimulating a single neuron with considerable precision. Design of such implants entails many challenges, one of which is the design of power and data recovery blocks. In this paper, we describe the design of a new power and data recovery unit for an implantable neural stimulating microsystem. The power recovery unit generates two supply voltages: a 1.8-V supply for the core circuits and a higher supply voltage for the stimulation front-end. An active rectifier is used to generate the 1.8-V supply. The active rectifier achives a 89% power conversion efficiency and 150mV voltage drop with a 3-V sinusoidal input voltage. In order to maximize the efficiency of the stimulation front-end, the supply voltage of that circuit should be adaptively adjusted according to the amplitude of the stimulation current. As a result, a phase-controlled active rectifier is utilized to generate the supply voltage for the neural stimulation front-end. The phase-controlled active rectifier can generate out voltages ranging from 1.8V to 2.5V. Using phase-controlled active rectifier can increase the power conversion efficiency up to 50%. In addition to power recovery, neuroelectrical stimulation microsystems should receive stimulation data from outside of the body. Hence, this paper also circuits required for clock and daterecovery. The data recovery block is able to demodulate the ASK-modulated signal with 3-V to 5-V amplitude and 5% to 25% modulation index.
    Keywords: Implantable Microsystems, Electrical Stimulation, Wireless Power Transfer, Active Rectifier, Phase Controlled Active Rectifier, Clock, Data Recovery
  • Sayed Mahmoud Sakhaei*, Hannaneh Keyhanian Pages 235-248

    The method of multi-beam beamforming is a low-computational adaptive beamforming method in which, instead of calculating the covariance matrix and inverting it for each point of the image, only one matrix is calculated for all points on the same radial distance. Then, to reduce the complexity of the inverse matrix calculation, the problem is solved in the beamspace domain. We introduce a new two-stage method to reduce the complexity of the minimum variance (MV) beamforming method, which outperforms the beamspace method in computational burden aspect in multi-beam method. In the first step, instead of using the signals of all array elements in calculating the covariance matrix, the signals of a decimated one are chosen such that the resulting covariance matrix contains all the correlation information of the signals. In the second stage, the weights of all elements of the array are determined by a proper interpolation method from the weights of the decimated array. According to the simulation results of point targets and cyst phantom, the new method has a performance similar to that of the beamspace multi-beam method in terms of resolution, contrast, and robustness against the errors with at least 3 times lower computational burden.

    Keywords: ultrasound imaging, beamforming, multi-beam, nested array
  • Somayeh Raiesdana* Pages 249-263

    Sleep is an essential process to maintain and improve human activities, while many details related to sleep are still not well understood. Decreased or fragmented sleep is a health risk that might result in heart disease or diabetes on one hand and degradation of consciousness and cognition on the other hand. Sleep fragmentation is a phenomenon in which an individual's sleep is intermittently disrupted by arousal caused by external factors (noise) or internal factors (apnea) although sleep deprivation does not completely occur. Computational modeling is a suitable framework for understanding complex biological mechanisms. In this paper, the fundamental phenomena underlying the sleep-wake transition was reviewed and simulated. The dynamical behavior of model was then investigated and afterwards the factors that might cause obstructive sleep apnea were implemented and evaluated. The model includes two main neuronal populations: the ascending arousal system in the brain stem that is responsible for awakening and a neuronal population in the hypothalamus, called VLPO, which mediates sleep. These populations have mutual inhibition on each other causing a flip-flop or switching behavior between sleep and wake. The results of modeling in this paper showed hysteresis in the sleep-wake cycle, the size of which is affected by factors causing arousal. In OSA, intermittent and unstable transitions as well as the shrinking of bistable zone is expected. The model could reproduce some experimental results related to obstructive apneas.

    Keywords: sleep modeling, dynamical phase transition, obstructive sleep apnea, arousal, hysteresis