فهرست مطالب

مهندسی پزشکی زیستی - سال سیزدهم شماره 1 (بهار 1398)
  • سال سیزدهم شماره 1 (بهار 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/02/31
  • تعداد عناوین: 7
|
  • شبیه سازی محاسباتی جریان هوا همراه با ذرات معلق در ریه انسان: بررسی اثر گرانش
    محمد احمدی آلاشتی، بهمن وحیدی*، مهتاب عباد صفحات 1-10
    سطح وسیع ریه با حصارهای هوا-خونی خود، در معرض ذرات معلق هوای ورودی می باشد. در این شرایط چنانچه این ذرات آلوده باشند، اثر متقابل ذرات-ریه بر روی هم می تواند موجب ایجاد خطرات و صدمات جدی بر روی سلامتی انسان شود. از طرفی، این واکنش ها در راستای دارورسانی به بدن انسان نیز استفاده می شود. در هر دو حالت، تخمینی دقیق از مقدار و محل نشست ذرات در مجاری تنفسی اساس درک مکانوبیولوژیکی این بیماری ها می باشد. گردآوری داده از انتقال ذرات در ریه انسان از طریق تجربی همواره دشوار بوده است. اما دینامیک سیالات-ذرات محاسباتی این امکان را فراهم کرده است که داده های انتقال ذرات در مدل های واقعی را داشته باشیم. نشست ذرات آیروسول در ریه انسان اساسا از طریق ترکیب برخورد در اثر اینرسی، رسوب در اثر گرانش و انتشار روی می دهد. برای ذرات با قطر آیرودینامیکی 5/0تا 5 میکرون و در حالت انبساط ریه (در حالت دم) مکانیزم اصلی نشست ذرات در مجاری پایین دست، رسوب به دلیل نیروی گرانش و انتقال همرفتی در اثر حرکت دیواره ها می باشد. در این پژوهش، مدل سازی جریان سیال-ذره در نسل 18ام از مجاری تنفسی انجام شده است و میزان نشست ذرات در مجاری تنفسی برای دو حالت گرانش ناچیز و نرمال با فرض تغییر مکان ایزوتروپیک در دیواره ها و با میزان دبی ورودی 1 میلی گرم بر ثانیه ذرات مورد بررسی قرار گرفت. با بررسی نتایج مشخص شد که میزان نشست ذرات در مجاری پایین دست سیستم تنفسی به دلیل آن که ذرات با قطر آیرودینامیکی کمتر از 5 میکرون توانایی نفوذ به آن عمق از مجاری را دارند، با ناچیز کردن اثر نیروی گرانش تا حد بسیاری زیادی کم می شود. ذرات با قطر 5 میکرون تحت تاثیر برخورد اینرسی که این مکانیزم بیشتر در مجاری با قطر بزرگ و متوسط روی می دهد و همچنین در اثر رسوب که بیشتر در مجاری پایین دست عمل می کند، دچار نشست می-شوند.
    کلیدواژگان: دینامیک سیالات-ذرات محاسباتی، نشست ذرات در ناحیه آکینار، مجاری آلوئولی با دیواره ی متحرک، نواحی پایین-دست سیستم تنفسی، گرانش ناچیز
  • کاهش نویز تصاویر سی تی با اشعه ی مخروطی با استفاده از تحلیل مولفه های مستقل
    سعید شاکری، فرشاد الماس گنج*، فرناز قاسمی صفحات 11-20
    حذف نویز یکی از مهم ترین مراحل در پردازش تصاویر دیجیتال است. امروزه از تصاویر سی تی با اشعه ی مخروطی به صورت گسترده در تصویربرداری از ناحیه ی فک و صورت استفاده می شود. این تصاویر به دلیل الگوریتم بازسازی متفاوت و اعمال دوز بسیار کمتر در مقایسه با سی تی، دارای نویز و آرتیفکت های مختلف هستند. از همین رو، استفاده از روش های کاهش نویز در این تصاویر برای افزایش نسبت سیگنال به نویز در آن ها، ضروری است. در این مقاله از روش تحلیل مولفه های مستقل (ICA) به منظور جداسازی نویز از تصاویر سی تی با اشعه ی مخروطی استفاده و سه الگوریتم مختلف NG-FICA، ERICA و FastICA مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین از دو روش قدرتمند کاهش نویز دیگر آستانه گذاری تبدیل موجک گسسته دوبعدی و فیلتر انتشار ناهمسانگرد بهینه، برای مقایسه ی نتایج استفاده شده است. روش پیشنهادی بر روی 12 تصویر مختلف در حضور دو نویز گوسی و اسپکل بررسی و نتایج با استفاده از معیارهای زمان پردازش، PSNR، MSE و SSIM ارزیابی شده اند. بررسی نتایج نشان دهنده ی برتری روش های ICA در جداسازی نویز از تصاویر سی تی با اشعه ی مخروطی نسبت به روش های دیگر حذف نویز است که در بین سه الگوریتم های مورد بررسی، الگوریتم NG-FICA از نظر زمانی،حفظ کیفیت تصویر و کاهش نویز، عملکرد بهتری دارد.
    کلیدواژگان: کاهش نویز در تصویر، سی تی با اشعه ی مخروطی، تحلیل مولفه های مستقل، آستانه گذاری تبدیل موجک، فیلتر انتشار ناهمسانگرد
  • بررسی پاسخ وابسته به زمان دیسک های بین مهره ای سالم و دژنره شده ناحیه گردنی با استفاده از مدل پوروویسکوالاستیک و داده های تست تجربی ریلکسیشن
    مهدیه مسیبی، افسانه مجری* صفحات 21-30
    دیسک بین مهره ای در ستون فقرات عامل انعطاف پذیری، انتقال بار و استهلاک انرژی ضربات ناشی از بارگذاری می باشد. گذشت زمان و اعمال بارگذاریهای نامناسب باعث دژنره شدن دیسکهای بین مهره ای می شود. بررسی پارامترهای بیومکانیکی دیسک سالم و دژنره شده برای کشف مکانیزمهای مربوط به دژنره شدن و یافتن راهکارهای درمان از اهمیت بالایی برخوردار است. در تحقیق حاضر دیسک ناحیه گردنی ستون فقرات به همراه دو مهره مجاور آن (C5 و C6) با استفاده از روش سی تی اسکن به یک مدل سه بعدی دقیق تبدیل شده است. برای تعریف دقیق خواص بیومکانیکی دیسک و مهره از دو مدل پوروویسکوالاستیک و پوروالاستیک استفاده شده است. این دو مدل ضمن درنظرگرفتن خواص ماتریس جامد دیسک و مهره، جریان سیال آب درون آنها را نیز به عنوان یک جزء اساسی در عملکرد ستون مهره ها با درنظرگرفتن ساختار متخلخل برای دیسک و مهره لحاظ کرده اند. خاصیت ویسکوالاستیک فاز جامد دیسک با استفاده از تست آزمایشگاهی ریلکسیشن بر روی نمونه دیسک گوسفندی و برازش داده های تنش-زمان به مدل عمومی ماکسول دوشاخه ای استخراج گردیده است. با استفاده از روش المان محدود، پاسخهای وابسته به زمان دیسک بین مهره ای سالم و دیسکهای دژنره شده در سه سطح مختلف (خفیف، متوسط و شدید) در بارگذاری ریلکسیشن مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج نشان می دهند که در فرآیند ریلکسیشن، با افزایش میزان دژنره شدن دیسک، سرعت جریان سیال درون آن کاهش می یابد و این امر منجر به کاهش انعطاف پذیری دیسک تحت بارگذاری می گردد. همچنین با بررسی نتایج مشاهده می شود که تنش ریلکسیشن دیسک دژنره شده شدید نسبت به دیسک بین مهره ای سالم تا حدود 16% افزایش یافته است. بررسی میزان بیرون زدگی دیسکهای دژنره شده نسبت به دیسک سالم تحت بارگذاری، نشاندهنده افزایش میزان بیرون زدگی با افزایش میزان دژنره شدن دیسک است.
    کلیدواژگان: دیسک بین مهره ای، تست ریلکسیشن، مدل پوروویسکوالاستیک، انحطاط دیسک، روش المان محدود
  • شبیه سازی عددی جریان هوا، انتقال حرارت و رطوبت در حفره بینی انسان قبل و بعد از جراحی مجازی توربینکتومی
    پریسا رحمانی، حسین شاه محمدی، امید ابوعلی*، همایون امداد، محمد فرامرزی صفحات 31-40
    توربینیت ها در گرم و مرطوب سازی هوای عبوری از بینی نقش مهمی دارند و جریان عبوری از مجرای بینی را تحت تاثیر قرار می دهند. هدف از این پژوهش مدل سازی تاثیرات برداشتن توربینیت تحتانی بر میدان جریان، انتقال حرارت و رطوبت از مخاط حفره ی بینی به هوا و مقایسه آن ها قبل و بعد از جراحی است. عمل توربینکتومی به صورت مجازی بر روی مدل محاسباتی و تحت نظر متخصص صورت گرفته است. در این پژوهش جریان به صورت آرام و غیردائمی فرض شده است. دیواره ی مجرای بینی صلب و با شرط عدم لغزش در نظر گرفته شده است و هم چنین مخاط روی سطح دیواره ی مجرای بینی باضخامت ثابت مدل سازی شده است. دما و رطوبت روی سطح مخاط در طی محاسبات به دست می آید. نتایج نشان می دهد که برداشتن توربینیت تحتانی به میزان قابل توجهی بر عملکرد گرمایش و مرطوب کردن هوای ورودی به بینی تاثیر می گذارد. میانگین مقدار هر دو شار حرارت و رطوبت برای بعد از جراحی کمتر است.
    کلیدواژگان: توربینکتومی، توربینیت تحتانی، دینامیک سیالات محاسباتی، جراحی مجازی، حفره بینی، انتقال حرارت و رطوبت
  • معرفی یک مدل جدید چند جاذب برای سیستم پایداری وضعی انسان با هدف دنبال کردن دینامیک های خودسازمانده
    مهدی یوسفی آذر خانیان، سید محمد رضا هاشمی گلپایگانی*، مصطفی رستمی صفحات 41-50
    در سالهای اخیر، تحلیل سیستم پایداری وضعی انسان، اهمیت بسیاری پیدا کرده است. شناخت این سیستم به دلیل فرایند پیچیده خودسازماندهی آن که متناسب با هر الگوی حرکتی فعال می شود، ضروری است. استخراج شاخص هایی موثر از این سیستم، می تواند به پزشکان در تشخیص ناهنجاری های وضعی کمک نماید و راهنمایی در فرایند توانبخشی بیماران باشد. سیگنال مرکز فشار، به عنوان یک متغیر تجمعی، حاوی اطلاعاتی از سیستم تعادلی انسان است. نحوه شکل گیری ترژکتوری این سیگنال در بازه های زمانی مختلف، نمود فعال شدن فرایندهای کنترلی متنوع است که با ظهور بستر جاذب هایی متفاوت در فضای فاز آن بروز می یابد. الگوی هماهنگی دینامیک پایداری سیستم، تعیین کننده چگونگی سوییچ بین این جاذب ها است. در بخش اول این مقاله، به منظور کمی سازی اطلاعات محلی سیگنال مرکز فشار، دو شاخص "بعد همبستگی محلی" و "دینامیک هماهنگی فاز"، تعریف می شود. سپس در آزمایشی طراحی شده، الگوی تغییر رفتار محلی این سیگنال برمبنای شاخص های پیشنهادی محاسبه می شود. در ادامه، با طراحی مدلی که توانایی تولید دینامیک های غنی با جاذب های چندگانه را دارد، تلاش می شود که تغییر رفتارها در دادگان دنبال شود. مدل پیشنهادی بر مبنای نگاشت است. پارامترهای مدل به کمک شاخص هماهنگی دینامیک فاز، به گونه ای هدایت می شود که الگوی تغییر جاذب ها در این مدل با الگوی تغییر بعد همبستگی محلی سیستم هماهنگ شود. دنبال نمودن الگوهای رفتاری سیستم پایداری وضعی از نتایج برجسته این پژوهش است. مدل پیشنهادی نه تنها قابلیت دنبال نمودن رفتار متنوع محلی سیستم را دارد؛ بلکه دینامیک سراسری آن را نیز دنبال می کند. مطابق نتایج، تشابه روند کاهشی-افزایشی مقدار بعد همبستگی خروجی مدل و دادگان در تکرارهای آزمایش، یک بازنمایی از الگوی تغییرات درجه های آزادی دینامیک این سیستم است. مدل پیشنهادی، اولین مدل رفتاری برای سیستم پایداری وضعی به حساب می آید که می توان از روش های پیشنهادی در آن، برای کمی سازی روند تغییر اطلاعات در سایر سیستم های زیستی بهره برد.
    کلیدواژگان: سیستم پایداری وضعی، چندپایداری، بعد همبستگی، بستر جاذب، خودسازماندهی
  • مدلسازی بافت اپیتلیوم مری بر مبنای شبکه ای از نگاشت های کوپله با رویکرد تشخیص ضایعات پیش سرطانی
    زهرا السادات حسینی، سید محمد رضا هاشمی گلپایگانی* صفحات 51-60
    سرطان مری هشتمین سرطان شایع در جهان و ششمین سرطان منتهی شونده به مرگ است. هشتاد درصد سرطان های مری در سلول های سنگفرشی رخ می دهد. در ایران این نوع سرطان در استان گلستان شیوع بیشتری دارد. قبل از بروز این نوع سرطان، در بافت ا پیتلیوم مری، ضایعاتی بوجود می آید که پیشرفت و نفوذ آن به لایه های زیرین این بافت، منتهی به سرطان می شود. این بیماری در اکثر بیماران از یک مرحله پیش بالینی قابل تشخیص شروع می شود. در اکثر موارد، این بیماری در صورت عدم مداخله درمانی مناسب، به سمت یک مرحله بالینی پیشرفت می نماید. در ادبیات این نوع سرطان، در سطح مزوسکوپیک مدلی برای پیشرفت این ضایعات (دیسپلازی) ارائه نشده است. در این مقاله ، مدلی بر پایه شبکه ای از نگاشت های لاجستیک کوپل شده، برای مدلسازی عملکرد بافت اپیتلیوم ارائه می شود. دادگان این مطالعه، تصاویر میکروسکوپیک نمونه های بیوپسی بافت سالم و بافت با دیسپلازی خفیف هستند. طراحی ساختار و تنظیم پارامترهای این مدل بر مبنای فرض هایی از ساختار و عملکرد بافت اپیتلیوم، با وارد نمودن اطلاعاتی از هندسه فرکتالی این بافت انجام شده است. عملکرد مدل، برمبنای تغییرات نمای لیاپانوف در راستای ضخامت اپیتلیوم ارزیابی می شود. در این مدل، الگوی کاهشی این شاخص برای بافت سالم، صحت و حساسیت مناسبی در تشخیص آن از بافت با دیسپلازی خفیف دارد. نتایج مدل نشان می دهد، بین پیچیدگی ساختاری این سیستم زیستی و عدم قطعیت رفتار زمانی آن، می تواند ارتباطی مستقیم وجود داشته باشد.
    کلیدواژگان: دیسپلازی سلول های سنگفرشی، مدلسازی رفتاری، شبکه نگاشت های کوپله، عدم قطعیت، بعد فرکتال
  • شکل گیری موج های مارپیچی در شبکه ی متشکل از نورون های دارای شار مغناطیسی مشتق پذیر یکنواخت
    فاطمه پرستش، سجاد جعفری*، حامد آذرنوش صفحات 61-70
    موج های مارپیچی نوع خاصی از الگوهای زمانی-مکانی هستند که در بسیاری از سیستم های پیچیده، از جمله شبکه های نورونی، وجود دارند. ظهور این امواج بستگی به ساختار شبکه و هم چنین دینامیک اجزای تشکیل دهنده آن دارد. در این مقاله، ابتدا یک مدل نورونی جدید بر پایه مدل هیندمارش-رز، ارائه می گردد. در این مدل از یک تابع ممریستوری هیپربولیک به عنوان شار مغناطیسی نورون استفاده می شود که خاصیت مشتق پذیری به طور یکنواخت را دارد. یک القای الکترومغناطیسی خارجی نیز به نورون وارد می شود و مدل نورونی در دو حالت بدون القای خارجی و با القای متناوب، با رسم نمودار بایفورکیشن و طیف لیاپانوف، تحلیل می شود. نمودار بایفورکیشن مدل پیشنهادی، خاصیت ضدیکنواختی را نشان می دهدکه در مدل های قبلی مشاهده نشده بود. سپس یک شبکه مربعی از مدل نورونی جدید در نظر گرفته شده و الگوهای مکانی-زمانی بررسی می شوند. با تغییر پارامترها در محدوده های معینی موج های مارپیچی قابل مشاهده هستند و شکل گیری این امواج به تعامل بین تمام پارامترها وابسته است.
    کلیدواژگان: مدل نورونی ارتقا یافته هیندمارش-رز، شبکه نورونی، موج های مارپیچی
|
  • Computational simulation of airflow with aerosols in distal parts of a human respiratory system: Investigating the Effects of gravity
    Mohammad Ahmadi Alashti, Bahman Vahidi *, Mahtab Ebad Pages 1-10
    The large surface area of the lung with its thin air-blood barrier is exposed to particles in the inhaled air. In this condition, if the inhaled pollutant aerosols are toxic, the particle-lung interaction may cause serious hazards and injuries on human’s health. On the otherhand, these interactions are also used for drug delivery to human’s body. In either case, an accurate estimation of dose and sites of deposition in the respiratory tract is fundamental for understanding mechanobiology of these deseases. Obtaining in vivo data of particle transportation in the human lung experimentally is often difficult. But, computational fluid-particle dynamics (CFPD) has provided the possibility to gain aerosol transportion data in realistic airway geometries. Aerosols deposition in the human lung mainly occurs due to combination of inertial impaction, gravitational sedimentation and diffusion. For particles with aerodynamic size of 0.5 to 5 micron and in inhalation state of lung, the main mechanisms of particle deposition in distal parts of human’s respiratory system are sedimentation, due to gravity and convective transfer due to wall movement. In this study, deposition of particles in distal part of human respiratory system, specifically 18th generation, has been modeled for two gravity conditions, normal and absent gravity, by assuming isotropic displacements on the walls and with the rate of 1 (mg/sec) for particle input. By analyzing the results, it was determined that the amount of particle deposition in distal airways reduces a great amount by omitting the effect of gravitational force because, particles smaller than 5 (micron) can penetrate in to that airways. Particles with the diameter of 5-micron deposit under the effect of inertial impact, whereas this mechanism occurs mostly in airways with large and medium diameters and also, by sedimentation which occurs in the distal lung.
    Keywords: CFPD, Particles deposition in acinar region, Alveolated duct with moving wall, Distal parts of respiratory system, Micro-Gravity
  • Noise Reduction in Cone Beam Computed Tomography Images using Independent Component Analysis
    Saeid Shakeri, Farshad Almasganj *, Farnaz Ghassemi Pages 11-20
    Noise removal is one of the most important steps in digital image processing. Cone beam computed tomography (CBCT) is increasingly utilized in maxillofacial and dental imaging. Compared to conventional CT, CBCT images have diffrent noise and artifacts due to much less applied dose and their reconstruction algorithm. Therefore, the use of noise reduction techniques in these images is necessary to increase the signal-to-noise ratio. In this paper, the independent component analysis (ICA) method has been used to seperate noise from CBCT images and three different ICA algorithms, NG-FICA, ERICA and FastICA were investigated. In addition, two powerful noise reduction method, 2D discrete wavelet thresholding and optimized anisotropic diffusion filter is used to evaluate the results. Our proposed method has been validated on 12 different images in the presence of Gaussian and Spectral noise and the results are evaluated using processing time criteria, PSNR, MSE and SSIM. The results show that the ICA methods have advantage in noise reduction from CBCT images compared to the other noise reduction methods and among the three studied ICA algorithms, the NG-FICA algorithm has better performance in terms of processing time, preserving image quality and noise reduction.
    Keywords: Noise reduction, CBCT image, Independent component analysis, Wavelet thresholding, Anisotropic diffusion filter
  • Assessing time-dependent response of intact and degenerated cervical intervertebral discs by employing a poroviscoelastic model based on experimental relaxation data
    Mahdieh Mosayebi, Afsaneh Mojra * Pages 21-30
    Intervertebral disc (IVD) provides flexibility and shock absorption for the spine in the load transmission procedure. Disc degeneration may occur as a result of aging and inappropriate types of loading. Assessing biomechanical parameters of intact IVD in comparison to the degenerated disc with different grades of degeneration can facilitate the detection procedure and planning for suitable therapeutic treatment. In the present study, a real three-dimensional model of cercival IVD (C_5-C_6) with adjacent vertebrae is constructed by using computed tomography (CT-scan) images. In order to accurately define mechanical properties, the disc and the vertebrae are modelled as poroviscoelastic and poroelastic materials, respectively. A porous medium approach is adopted to consider the considerable water content of both media alongside the solid matrix. For the solid phase of the IVD, the related viscoelastic parameters are extracted from an experimental test on a sheep lumbar intervertebral disc and stress vs. time data are fitted to the generalized Maxwell model with two Maxwell arms. By employing the finite element method, time-dependent response of the intact IVD and three different levels of the degenerated IVD (mild, moderate, and severe) are studied in a relaxation test. Results indicate that during relaxation procedure, intradiscal fluid velocity decreases as a result of disc degeneration. This may oppositely affect the flexibility of IVD in the load bearing. It is also observed that stress relaxation of the severe degenerated IVD almost increases up to 16% relative to the intact IVD. Assessing the amount of disc bulging under load application shows enhancement for the degenerated disc compared to the intact disc.
    Keywords: intervertebral disc, relaxation test, poroviscoelastic model, disc degeneration, finite element method
  • Numerical Simulation of Flow Field, Heat and Moisture Transfer in the Human Nasal Cavity Pre and Post Virtual Turbinectomy
    Parisa Rahmani, Hossein Shamohammadi, Omid Abouali *, Homayoon Emdad, Mohammad Faramarzi Pages 31-40
    Turbinates play an important role in conditioning of inhaled air and affect the air flow passing the nasal cavity. The purpose of this study is to investigate the effect of removing inferior turbinate on flow field, heat and moisture transfer from mucosa into the inhaled-air in a human nasal cavity and comparison of them before and after the surgery. Turbinectomy was performed virtually on the computational model under the specialist’s supervision. In this study the airflow assumed to be laminar and unsteady. The nasal wall assumed to be rigid and no slip boundary condition was set. Moreover, the mucous layer assumed to be within fixed thickness in all over nasal cavity surface. The temperature and humidity distribution over the surface of mucusa are found by numerical computation. The results depict that conditioning of the nasal airway deteriorates by removing the inferior turbinate. For a specific air flow rate, both the heat and moisture flux averages decrease after surgery.
    Keywords: Turbinectomy, Inferior Turbinate, Computational Fluid Dynamics (CFD), virtual surgery, Nasal Cavity, heat, moisture transfer
  • A new multi-attractor model of human posture stability to follow self-organized dynamics
    Mahdi Yousefi Azar Khanian, Seyed Mohammad Reza Hashemi Golpayegani *, Mostafa Rostami Pages 41-50
    Recently, analysis of the human postural stability has gained increasing interest . This is mainly due to the necessity of understanding the self-organization mechanisms in this system activated in response to any motion pattern. The extraction of effective indicators from this system could help clinicians to diagnose patients’ postural disorders and guide the rehabilitation processes. The center of pressure(CoP) signal, as a collective variable, contains information from the human equilibrium system. Through the CoP trajectory production, various control mechanisms are activated at different time intervals, which is equivalent with emerging different basin of attractors in the phase space. The dynamical coordination of this system patterns determines how system switches between these attractors. In this paper, first to quantify the local information of CoP, two indicators are defined; "local correlation dimension(LCD)" and "phase dynamic coordination(PDC)". Then, for a designed experiment, the local behavior pattern of CoP time series is calculated based on the suggested indicators. Next, by designing a model that can generate rich dynamics with multiple attractors, we attempt to follow data behavioral changes. The proposed model is map based. The model parameters are tuned by PCD to follow the pattern of sub-attractors changes with the system LCD. Tracking the behavioral patterns of the posture system is one of the prominent results of this research. The proposed model not only can follow the local behavior of system, but also follows the global dynamics. Accordingly, the similarity of the decreasing-increasing trend of the correlation dimension variations for the model output and data demonstrates the variations of system’s degrees of freedom in the test trials. The proposed model is the first behavioral model for the posture system, which can be used to quantify the variation of information in other biological systems based on the proposed methods.
    Keywords: postural stability system, multistability, Correlation Dimension, basin of attractor, self-organization
  • Esophageal Epithelium Modeling based on Globally Coupled Maps with the approach of Precancerous Lesions Diagnosis
    Zahra Sadat Hosseini, Seyed Mohammad Reza Hashemi Golpayegani * Pages 51-60
    The esophageal carcinoma is the eight most predominate malignancy in the word and the sixth deadliest cancers. 80% of esophageal cancers occur in squamous cells. In Iran, this type of cancer is more prevalent in Golestan province. Before the onset of this type of cancer, histological precursor lesions emerge in the epithelial tissue of esophageal mucosa that their progression and penetration into the underlying layers of epithelium lead to cancer. This disease starts from a pre-clinical phase in most patients. In most cases, the disease progresses to the same clinical stage in the absence of appropriate therapeutic interventions. In the literature of this cancer, there is no model for the progression of these lesions (dysplasia) at the mesoscopic level. In this study, by using microscopic images of normal and low-grade dysplasia biopsy samples, we proposed a dynamical model based on the globally coupled logistic maps. The model was designed and its parameters were set based on the assumptions of the esophageal epithelium structure, functionality and using the information about the fractal geometry of this tissue. The model performance was evaluated by computation the pattern of Lyapunov exponent variations across the epithelium thickness. In this model, the decreasing trend of this index for normal tissue had a reasonable accuracy and sensitivity to diagnose it from the low-grade dysplasia. Besides, the model results show that it can be a direct relationship between the structural complexity of this biological system and its timeliness uncertainty.
    Keywords: Squamous cell dysplasia, Behavioral modeling, Coupled maps lattice, Uncertainty. Fractal dimension
  • Spiral waves formation in a network of neuron model with monotonically differentiable magnetic flux
    Fatemeh Parastesh, Sajad Jafari *, Hamed Azarnoush Pages 61-70
    Spiral wave is a particular spatiotemporal pattern, observed in a wide range of complex systems such as neuronal network. Appearance of these waves is related to the network structure as well as the dynamics of its blocks. In this paper, we propose a new modified Hindmarsh-Rose neuron model. The proposed model uses a hyperbolic memductance function as the monotonically differentiable magnetic flux. An external electromagnetic excitation is also considered in the model. Firstly, we study the dynamics of the proposed neuron model through bifurcation diagram and Lyapunov spectrum, in two cases of no excitation and periodic excitation. The bifurcation diagram shows the property of antimonotonicity, which has not been observed in the previous models. Then a square network is constructed and we investigate the spatiotemporal pattrens. By varying the parameters values, spiral waves are observed in specific ranges. The formation of these waves depends on the interaction of all parameters simultaneously.
    Keywords: modified Hindmarsh-Rose neuron model, neuronal network, spiral waves