فهرست مطالب

مهندسی پزشکی زیستی - سال چهاردهم شماره 1 (بهار 1399)
  • سال چهاردهم شماره 1 (بهار 1399)
  • تاریخ انتشار: 1399/03/13
  • تعداد عناوین: 7
|
  • بررسی اثرات دینامیکی افزودن کنترل کننده غیر فعال به یک راه رونده ی دو پا با جرم متمرکز و منحنی محدب کف پا
    محمدهادی هنرور*، فاطمه غفوری، محمدمهدی جلیلی صفحات 1-10

    کمینه کردن مقدار انرژی مصرفی و وزن سازه در ربات های راه رونده ی دوپا اهمیت ویژه ای دارد. به منظور برآورده کردن این دو خواسته در این پژوهش، یک کنترل کننده غیر فعال متداول که از ترکیب فنر و میراگر خطی تشکیل شده به یک راه رونده دو پا اضافه می-شود. ویژگی مهم راه رونده مورد بررسی، دارا بودن عضوی مستقل به عنوان کف پا در هر اندام حرکتی است که بدون محرک به اندام مفصل شده و دارای تماس نقطه ای با زمین است. نقطه تماس روی این منحنی دلخواه متغیر است. برای کاهش پیچیدگی های دینامیکی این سیستم از رویکرد جرم نقطه ای استفاده می شود. این پژوهش تحلیل رفتار دینامیکی این راه رونده کم تحریک قبل و بعد از افزودن کنترل کننده را هدف گرفته است. در گام اول مدلی مبتنی بر جرم متمرکز توسعه یافته با اضافه نمودن دو منحنی محدب صلب به عنوان کف پا و مفصل لولایی غیرفعال به عنوان مچ پا ارایه شده است. برای ایجاد تغییر طول مورد نیاز پا در طول گام برداری، از المان دینامیکی فعال استفاده می شود. در مرحله بعد کنترل کننده و یا المان دینامیکی غیرفعال در کنار المان دینامیکی فعال به کار گرفته می شود تا از میزان دخالت المان فعال در طول حرکت کاسته شود. به منظور به حداقل رساندن این میزان دخالت، بهینه سازی پارامترهای طراحی المان دینامیکی غیر فعال به روش ازدحام ذرات انجام شده و مقدار بهینه آن ها بدست می آید. نتایج نشان می دهد که با ترکیب المان دینامیکی فعال و غیرفعال بهینه، مقدار مصرف انرژی بسیار کاهش پیدا کرده و در نتیجه می توان از المان فعال بسیار کوچکتر و با توان کمتر برای طی کردن مسیر مورد نظر استفاده نمود. همچنین، استفاده از المان دینامیکی غیرفعال در عمل کمک قابل توجهی به بهبود شرایط مکانیکی سازه از جمله ابعاد و وزن می کند و در مجموع سادگی استفاده برای کاربر را بهبود می بخشد.

    کلیدواژگان: سیکل راه رفتن، المان دینامیکی غیرفعال، انرژی مصرفی، بهینه سازی
  • ارزیابی ناهنجاری‎ سیستم شنیداری در کودکان مبتلا به اختلال طیف اوتیسم با استفاده از پتانسیل های وابسته به رویداد مغزی (ERPs)
    فرزانه داسار، مجید قشونی*، قاسم صادقی صفحات 11-20

    اوتیسم یک بیماری عصبی رشدی است که شامل اختلال در تعامل و ارتباطات اجتماعی، رفتار تکراری یا کلیشه ای است. در تعدادی از کودکان اوتیسم (تندکار) میزان حساسیت به تحریکات صوتی بسیار زیادتر از حد نرمال است. در مقابل در بعضی دیگر از این کودکان (کندکار) این حساسیت کمتر از حد نرمال است. هدف از پژوهش حاضر ارایه راه کاری برای ارزیابی سیستم شنیداری کودکان تندکار وکندکار با استفاده از پتانسیل های وابسته به رویداد مغزی (ERPs) است. سیگنال مغزی از 10 کودک اوتیسمی (2 دختر) با میانگین سن 7.7 سال و انحراف استاندارد 2.31 سال اخذشده است. به منظور ثبت ERP، 2000 تحریک شنیداری بر اساس الگوی MisMatch Negetivity (MMN) برای شرکت کنندگان پخش شده است. این تحریکات شامل 1600 تحریک استاندارد با فرکانس 1000 هرتز، تحریک انحرافی با فرکانس 1300 هرتز و تحریک نویز با فرکانس های 1500،1000،500 و 2000 هرتز می باشد. به منظور تحلیل داده ها 18 ویژگی زمانی، در هر سه نوع تحریک (استاندارد، انحرافی و نویز) از مولفه های ERP استخراج شده و درنهایت ویژگی های معنی دار انتخاب شده اند. بر اساس نتایج حاصل شده در تحریکات انحرافی، افزایش معنی دار مجموع ناحیه مثبت کانال Pz (p=0.028) در گروه تندکار نسبت به گروه کندکار مشاهده شده است. همچنین در تحریکات نویز، افزایش معنی دار مجموع ناحیه مثبت کانال C4 (p=0.028) و مجموع ناحیه مثبت کانال Pz (p=0.009) در گروه کندکار نسبت به گروه تندکار مشاهده شده است. درنتیجه در کودکان اوتیسمی تندکار هنگام مواجهه با صداهای انحرافی فعالیت نورونی در ناحیه آهیانه ای افزایش یافته است، اما در کودکان اوتیسمی کندکار هنگام مواجهه با صداهای نویز افزایش فعالیت نورونی در نواحی مرکزی و آهیانه ای رخ داده است؛ بنابراین این روش در ارزیابی کودکان طیف اوتیسم ازنظر میزان حساسیت به حس شنوایی سودمند است.

    کلیدواژگان: اختلال طیف اوتیسم، حساسیت شنوایی، ERP پتانسیل وابسته به رویداد، منفی گرایی عدم انطباق
  • استفاده از روش تصحیح بریجمن برای تعیین دقیق تر رفتار مکانیکی بافت کبد حاصل از تست های کششی تک محوره
    هادی تقی زاده* صفحات 21-30
    در دهه های اخیر، تعیین رفتار مکانیکی بافتهای بسیار نرم به عنوان یک موضوع مورد علاقه و چالش برانگیر در بیومکانیک مطرح بوده است. چنین بافتهایی عملکرد مکانیکی مشخصی ندارند اما مشخصه یابی مکانیکی آنها از جنبه طراحی تجهیزات ایمنی، شناسایی الگوهای پیشرفت بیماری ها و سرطان از اهمیت بالایی برخوردار است. بافت کبد یکی از ارگان های حیاتی بدن بوده، ساختاری متخلخل و پاره شونده دارد. در بسیاری از سوانح رانندگی و نیز در عملهای جراحی حداقل تهاجم در معرض آسیب مکانیکی قرار دارد. در پژوهش حاضر، تست های کششی تک محوره بر روی نمونه های کبد گاوی انجام شده است. مدل الاستیک خطی به نتایج حاصل از تست اعمال شده و با اعمال روش تصحیح بریجمن به نتایج مربوطه، تخمین دقیق تری از تنش در ناحیه گلویی شدگی بافت به دست آمده است. در طول تست برای به دست آوردن پارمترهای هندسی (شعاع انحنا، کمترین سطح مقطع نمونه) در ناحیه گلویی یک رابط کاربری نرم افزاری در محیط فرترن ایجاد شده است. شایان ذکر است که عدم انفصال نمونه از فک های دستگاه تست نیز در تصاویر حاصل از نمونه در طول آزمایش، کنترل شده است. بر اساس آزمایشات و روش تصحیح به کار رفته، مدول الاستیک کبد 15.51±1.62 کیلوپاسکال به دست آمد. با توجه به اعداد بسیار متفاوت گزارش شده برای مدول الاستیک کبد، تاثیر قطر نمونه بر روی مدول الاستیک مطالعه شد. قطر مقطع نمونه ها بین 2.5 تا 20 میلی متر تغییر یافت و مشاهده شده که مدول الاستیک و قطر نمونه در بخشی از محدوده آزمایش شده رابطه معکوس دارند. این پدیده را می توان به نزدیکی اندازه نمونه به واحدهای ریزساختاری کبد (لوبل ها) نسبت داد. بنابراین نمونه های نزدیک به ابعاد لوبل، نمی توانند المان نماینده مناسبی برای بافت کبد باشند و برای به دست آوردن نتایج درست، قطر مقطع نمونه باید بیش از سه برابر ابعاد لوبل باشد.
    کلیدواژگان: بیومکانیک بافت، تصحیح تنش در ناحیه گلویی، ریزساختار بافت، تست کششی، سایز لوبل کبد
  • تشخیص اختلال دوقطبی مبتنی بر ارتباطات عملکردی مغز با استفاده از تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی در حالت استراحت
    امیرحسین چاله چاله، علی خادم* صفحات 31-40

    تشخیص به موقع و صحیح اختلال دوقطبی (BD) و متعاقب آن انجام فرایندهای درمانی، برای جلوگیری از پیشرفت و وخیم شدن این بیماری ضروریست. اگرچه استفاده از داده‏ های مبتنی بر تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی در حال استراحت (rs-fMRI) و ویژگی‏ های استخراج شده از آن‏ها ممکن است نقش موثری در تشخیص اختلال دوقطبی داشته باشد، اما تاکنون تحقیقات اندکی بر روی تشخیص افراد مبتلا به BD به کمک rs-fMRI صورت گرفته است و نتایج مربوطه نیز از صحت بالایی برخوردار نبوده ‏اند. در این تحقیق روشی جدید مبتنی بر ارتباطات عملکردی برای تشخیص BD I ارایه شده است. برای این منظور با استفاده از ارتباطات عملکردی بر پایه دانه، 4 ناحیه‏ ی PCC، dlPFC، amygdala و sgACC را به ترتیب به عنوان نماینده ‏های شبکه‏ ی DMN، FPN و SN در نظر گرفتیم تا ارتباطات عملکردی میان آن‏ها و سایر نواحی مغز را محاسبه کنیم. بعد از محاسبه‏ی ارتباطات عملکردی برای هر فرد، با استفاده از آستانه‏ گذاری مقدار t ویژگی‏های مفیدتر را انتخاب کردیم و سپس با یک ماشین بردار پشتیبان (SVM) و روش اعتبارسنجی متقابل LOOCV و تنها با استفاده از 4 ویژگی ترکیبی، افراد سالم را از افراد دارای اختلال BD I طبقه ‏بندی کردیم. نتایج روش پیشنهادی روی داده ‏های rs-fMRI مربوط به 49 فرد سالم و 34 فرد مبتلا به BD I مورد استفاده قرار گرفت و صحت طبقه بندی بیش از 90% حاصل شد. همچنین در بررسی ارتباطات عملکردی بین 4 ناحیه ‏ی مذکور و سایر نواحی مغز در افراد مبتلا به BD I نسبت به افراد سالم کاهش معنی‏ دار ارتباطات مشاهده شد. ناحیه هایی که در افراد دارای اختلال بیشترین افت ارتباطات عملکردی را با 4 ناحیه ‏ی مذکور داشتند عبارت‏اند از: Ag و OFC (با دانه‏ ی PCC)، ACC (با دانه‏‏ های dlPFC و amygdala) و ITG (با دانه‏ ی sgACC) که نتایج حاصله سازگار با نتایج تحقیقات پیشین در این حوزه می‏باشند.

    کلیدواژگان: اختلال دوقطبی، تصویر برداری تشدید مغناطیسی عملکردی در حالت استراحت، ارتباطات عملکردی، همبستگی مبتنی بر دانه، آزمون t، ماشین بردار پشتیبان
  • شبیه سازی انتقال مومنتوم و جرم در داربست سه بعدی متخلخل
    سیده سارا کمالی، هانیه عبدی کردلر، مریم سعادتمند*، شهره مشایخان صفحات 41-50
    کشت موفقیت آمیز سلول در داربست های سه بعدی با سایز بزرگ یکی از چالش های مهم درمهندسی بافت می باشد و نیازمند کنترل محیط از نظر خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی است. اخیرا استفاده از چاپگر ها جهت ساخت داربست-های سه بعدی با استفاده از آرایش ساختاری فیبرها، توسعه بسیاری یافته است، چرا که طرح ساختاری هندسه داربست را می توان قبل از ساخت مشخص کرد. هدف مطالعه فعلی، آنالیز و بررسی پارامترهای موثر هندسی داربست سه بعدی متخلخل از نظر انتقال جرم و مومنتوم می باشد که در این راستا از نرم افزار کامسول استفاده شده و معادلات انتقال مومنتوم و جرم حل شده اند. در داربست های سه بعدی، ساختاری بهینه است که محیط مناسب تری را برای سلول های کشت شده فراهم کند تا تعداد سلولهای قرار گرفته در داربست افزایش یابند. غلظت اکسیژنی که به سلول های استخوان می رسد باید بیشتر از 02/0 مول بر مترمکعب باشد تا سلول ها دچار مرگ نشوند. نکته مهم دیگر نیز این است که تنش برشی وارد بر سلول ها از طرف جریان سیال باید به حدی باشد (بین 5-10 تا 3-10 پاسکال) که سلول ها از سطح داربست کنده و جدا نشوند. پس از تغییر پارامترهای مختلف هندسی مانند قطر و فاصله فیبرها و عرض عبور سیال از بین فیبرها و بررسی نتایج حاصل از شبیه سازی، ساختار مناسب از نظر حداکثر تنش برشی وارد بر سلول ها و حداقل غلظت اکسیژن به دست آمد و سپس تاثیر سرعت سیال ووردی بر حداکثر تنش برشی در این ساختار مناسب بررسی شد. در این ساختار بهینه، قطر فیبرها برابر 25/0 میلیمتر، فاصله بین فیبرها برابر 25/0 میلیمتر و عرض عبور سیال برابر 25/0 میلیمتر است و سیال با سرعت 5-10×5 متر بر ثانیه وارد می شود.
    کلیدواژگان: داربست سه بعدی، شبیه سازی، نرم افزار کامسول، تنش برشی، غلظت اکسیژن
  • مدل ریاضی از سیستم ایمنی-سرطان با پارامترهای فازی
    امیرهمایون جعفری*، سجاد شفیع خانی، امین مشایخی شمس، سید یاشار بنی هاشم، نعمت الله غیبی صفحات 51-60

    بر طبق آمارهای جهانی تا سال 2040 میلادی هر ساله 27.5 میلیون نفر مبتلا به سرطان خواهند شد، لذا لزوم دستیابی به شناخت و فهم عمیق تر از مکانیسم عملکرد سرطان و پاسخ سیستم ایمنی به آن احساس می شود. امروزه مدل های محاسباتی به طور گسترده ای جهت دستیابی به دینامیک های سیستم ایمنی-سرطان مورد استفاده قرار می گیرند. مدل این مطالعه بر مبنای معادلات دیفرانسیل معمولی است و به طور مکانیکی تعاملات بین سلول های تومور، CTL، NK و MDSC را مدل می کند. سلول های CTL و NK مهمترین سلول های سیستم ایمنی تطبیقی و ذاتی هستند که در تقابل با سلول های تومور هستند در حالی که سلول های MDSC به عنوان سلول های نابالغ سیستم ایمنی، در محیط التهابی به سرکوب پاسخ ایمنی می پردازند. به دلیل خطا در اندازه گیری دیتای آزمایشگاهی in vivo و in vitro، ابهام، اطلاعات غیردقیق، دیتای ناکامل و تغییرات سیستم ایمنی-سرطان فرد به فرد و ویژگی های دینامیک سیستم ایمنی-سرطان، در پارامترهای کینتیک مدل های محاسباتی عدم قطعیت وجود دارد که با استفاده از تیوری فازی می توان آن را مدلسازی نمود. لذا در مدل سیستم ایمنی-سرطان این مطالعه، به برخی از پارامترهای کینتیک مدل، به جای اختصاص یک عدد قطعی ، یک عدد فازی با تابع تعلق مثلثی اختصاص می دهیم و اثر عدم قطعیت موجود در پارامترهای کینتیک مدل معادلات دیفرانسیل معمولی را بر عدم قطعیت دینامیک اجزای سیستم جستجو میکنیم. در این مطالعه برای اولین بار از عدد فازی برای مدلسازی عدم قطعیت موجود در پارامترهای مدل ODE استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان میدهد که افزایش/کاهش باند عدم قطعیت پارامترهای کینتیک مدل سبب افزایش/کاهش در باند عدم قطعیت دینامیک سلول ها می شود. همچنین نتایج شبیه سازی با فرض پارامترهای قطعی و فازی برای مدل نشان می دهد که تکرار درمان 5-FU سبب می شود تومور به طور چشمگیری سرکوب و نابود شود.

    کلیدواژگان: ode، ایمنی-سرطان، عدد فازی، دینامیک، 5-FU
  • مدل محاسباتی بازشناسی اشیا مبتنی بر زمان با الهام از سامانه ی بینایی انسان
    ناصر صادق نژاد، مهدی ازوجی*، رضا ابراهیم پور صفحات 61-70
    یکی از اصلی ترین توانایی های شناختی انسان و جانوران بازشناسی اشیا است. سامانه بینایی انسان به عنوان سامانه ای سریع و دقیق می تواند منبع الهام برای ارایه مدل های محاسباتی بازشناسی اشیا باشد. پژوهش های پیشین که به بررسی رفتار سامانه ی بینایی انسان در بازشناسی اشیا پرداخته اند، بر پردازش طی گام های زمانی در این سامانه تاکید کرده اند، در حالی که در مدل های محاسباتی موجود برای بازشناسی اشیا ، چنین چیزی مورد توجه قرار نمی گیرد. در این مقاله، تلاش می شود تا مدلی چندلایه مبتنی بر زمان برای بازشناسی اشیا ارایه شود. در لایه ی نخست مدل، اطلاعات تصویر ورودی در یک بازنمایی زمانی به لایه های بعدی ارسال می شود. در لایه میانی مدل، از یک شبکه عصبی عمیق به عنوان استخراج کننده ویژگی استفاده می شود. در پایان، برخلاف مدل های محاسباتی موجود بازشناسی اشیا، پیشنهاد می شود که برای طبقه بندی ویژگی های استخراجی از مدل های تصمیم گیری مبتنی بر سازوکار نرونی تصمیم گیری در مغز مانند مدل رانشی-انتشار استفاده شود. به بیان دیگر، در هر یک از این سه لایه، تلاش شده تا تطبیق مناسبی با سازوکار سامانه بینایی انسان اندیشه شود. برای ارزیابی کارایی مدل محاسباتی پیشنهادی در بازشناسی اشیا، آزمون های متعددی انجام شده است. نتایج بدست آمده از بررسی مدل پیشنهادی نشان می دهد که با دشوارتر شدن تصاویر، افزودن نویز یا بروز انسداد، کارایی مدل در بازشناسی اشیا کاهش می یابد و زمان پاسخ دهی آن افزایش می یابد که این روند با شواهد رفتاری انسانی مطابقت دارد. همچنین عملکرد مدل برای تشخیص شی و طبقه بندی سطح پایه در دو حالت تصاویر اصلی و تصاویر وارونه بررسی شده است. نتایج بدست آمده گویای تفاوت بین پردازش تشخیص شی با طبقه بندی سطح پایه است که این نتایج با آزمایش های رفتاری گزارش شده در مقاله های مرجع هم خوانی دارد.
    کلیدواژگان: بازشناسی اشیا، مدل های محاسباتی، شبکه های عصبی عمیق، مدل های تصمیم گیری، طبقه بندی سطح پایه
|
  • An investigation of dynamic behavior of a pointed-mass convex-sole biped walker with and without a passive controller
    MohammadHadi Honarvar *, Fatemeh Ghafouri, MohammadMahdi Jalili Pages 1-10

    Minimizing the energy expenditure as well as structure’s size and weight is of a great important in biped walking robots. To achieve this target, a passive controller, which is a combination of spring and linear damper, is added to a biped walker. The important specification of the studied walker is that it has two convex soles at the end of the legs as feet, which is jointed to body with a passive revolute joint. Contact point moves on a sole curve. To reduce system's dynamic complexity, pointed mass approach is used. The main purpose of this research is studying the dynamical behavior of this underactuated walker before and after adding controller. In the first step, a model based on developed pointed mass model is offered and analyzed by adding two rigid convex soles as feet and passive revolute joint as ankle. To make leg length changes during walking, an active dynamic element is used. Next, a passive controller or dynamic element is used with the active one to reduce active element role during movement. Particle swarm optimization method is used to minimize this role by calculating optimized passive element parameters. The results show using the combination of optimized passive and active dynamic elements, the amount of energy consumption is decreased significantly. As a result, we can use a much smaller active element with less power to walk. Also using a passive dynamic element practically improves mechanical specifications of the structure such as dimensions and weight as well as providing simple use for users.

    Keywords: gait cycle, passive dynamic element, energy consumption, Optimization
  • Evaluation of auditory system abnormalities in autism spectrum disorder using Event Related Potentials (ERPs)
    Farzaneh Dasar, Majid Ghoshuni *, Ghasem Sadeghi Pages 11-20

    Autism spectrum disorder is a developmental disorder that involves disorders in social interaction and communication and repetitive or stereotypical behavior. In some children with autism, the sensitivity to acoustic stimuli is much higher than normal (hypersensitive) versus in some other children, this sensitivity is less than normal (hyposensitive). In this study a method for evaluation of auditory system of hypersensitive and hyposensitive autism children using event related potentials (ERPs) was presented. The EEG signal was recoeded from 10 autism children (2 girls) with average age of 7.72.31 years. In order to record ERPs, 2000 audio stimulation based on the MissMatch Negetivity (MMN) Pattern was presented to participants. These stimulus include 1600 standard sounds with a frequency of 1000Hz, deviant at 1300Hz, and noise at frequencies of 1500-1000, 500 and 2000Hz. In order to analyze ERP data, 18 time domain features have been extracted from the ERP components in all three types of stimulation (standard, deviation, noise). Based on the results, in the deviant stimuli, total positive area of the Pz channel in the hypersensitive group was significantly increased (p=0.028) compared to the hyposensetive group. Also, in the noise stimuli, total positive area in C4 and Pz channels has significantly increased (p=0.028, p=0.009) in the hyposensitive group compared to hypersensetive group. In conclusion, when hypersensitive children were exposed to deviant stimulue, neural activity was increased in parietal lobe, wheras in hyposensitive children neural activity increased in central and parietal lobe during noise stimulue. Therefore, this method can be useful in assessing children's autism spectrum in terms of hearing loss sensitivity.

    Keywords: Autism Spectrum Disorder, Hearing sensitivity, ERP, Mismatch Negevity
  • Application of the Bridgman Method in More Accurate Determination of Uniaxial Mechanical Properties of Liver
    Hadi Taghizadeh * Pages 21-30
    Determining mechanical properties of very soft tissues have been considered as a popular and challenging topic in biomechanics only in the last decades. In addition, these tissues do not have any weight-bearing functions, however, their mechanical characterization is important for designing new safety equipment, diagnosis and treatment of the diseases and tumors. Liver is one of the vital body organs that is highly porous and tearable and is highly susceptible to mechanical damage during accidents and minimally invasive surgeries. In this study, a set of uniaxial tension tests was performed on a bovine liver tissue. Linear elastic model in combination with the Bridgman correction method was utilized to determine the mechanical properties, i.e., Young’s modulus. An image processing software was also developed utilizing MS Visual Fortran language in order to obtain and track required geometric dimensions, i.e., radii of curvature, minimal sample radius in the necking zone, and probable detaching during the test session. Our experiments showed a tensile elastic modulus of 15.51±1.62 kPa for the samples (p< 0.05). Different amounts for elastic modulus of the liver have been reported in the literature. Hence, we conducted tension tests on samples with progressively increasing diameters. The changes in the sample diameter was in the range of 2.5 to 20 mm. In this way, the effect of sample diameter on elastic modulus was inquired. Our results indicate an inverse relation between elastic modulus and diameter in the tested zone. Such phenomena can be attributed to small sample size which is similar to the size of liver lobules (a few millimeters). Hence, samples with diameters in the range of lobule size cannot constitute a suitable representative element for the liver tissue. To obtain valid results the sample diameters should be more than three times that of the lobule.
    Keywords: Tissue Biomechanics, Stress correction in necking zone, Tissue microstructure, Tensile tests, Liver lobule size
  • Functional connectivity based Diagnosis of Bipolar Disorder by using resting state fMRI
    Amirhossein Chalechale, Ali Khadem * Pages 31-40

    The well-timed and correct diagnosis of Bipolar Disorder (BD) followed by proper treatment is vital for avoiding the progress of the illness. Although using resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) data and the features extracted from them may have an important role in diagnosing this kind of brain disorder, few researches have been conducted on this illness and the obtained results are not accurate. In this research we used a new approach to diagnose BD I. By using seed-based correlation we used the following 4 regions of interest in order to extract the connectivity maps for each subject: the posterior cingulate cortex (PCC) to probe the default mode network (DMN), the amygdala and the subgenual cingulate cortex (sgACC) to probe the salience network (SN) and the dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC) to probe the frontoparietal network (FPN). After computing the connectivity maps for each subject we extracted the most important connectivities using different threshold on the t-value from the t-test that we applied on them and then we used a support vector machine (SVM) using only four combined features and a leave one out cross-validation (LOOCV) method to classify the two groups. The proposed method was done on rs-fMRI data from 49 healthy control subjects and 34 BD I patients and an accuracy of higher than 90% was obtained in differentiating the two groups from each other. Also there were no hyper-connectivity between the 4 ROIs and the rest of the brain regions for the BD I groups in relation with the healthy controls. The regions that had most of the hypo-connectivity with the 4 ROI’s that we used were: the angular gyrus (Ag) and the orbitofrontal cortex (OFC) with the PCC, the anterior cingulate cortex with the amygdala and the dlPFC and the inferior temporal gyrus (ITG) with the sgACC.

    Keywords: Bipolar disorder, resting state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI), seed-based correlation, T-test, Support Vector Machine (SVM)
  • Simulation of momentum and mass transport in a 3D porous scaffold
    Seyedeh Sara Kamali, Haniye Abdi Kordlar, Maryam Saadatmand *, Shohreh Mashayekhan Pages 41-50
    Successful cell culture in large scale 3D scaffolds in tissue engineering is still challenging and requires full control over physical, chemical and mechanical properties of the applied scaffolds. Recently, using printers for the fabrication of 3D scaffold with a structural arrangement of fibers has been extensively developed, because it is possible to define the structure of scaffold geometry before manufacturing. The aim of this study was the investigation of the effective geometrical parameters on the 3D symmetric porous scaffold from the mass and momentum transport phenomena point of view. In this way, the mass and momentum transfer equations were solved using COMSOL Multiphysics software. In 3D scaffolds, the optimum model is the one that can provide a more appropriate environment for the cultured cells leading an increase in the attached cell number. The oxygen concentration reaching the bone cells should be greater than 0.02 mol/m3 in order to prevent cell death. Moreover, the fluid shear stress regime must be such that (between 10-5 to 10-3 Pa) it could not cause cell detachment. After studying the results of the simulation and changing the different parameters such as fiber diameter, fiber distance and the width of the channels, the appropriate structure was obtained regarding maximum shear stress and minimum oxygen concentration, and then the effect of fluid flow rate on maximum shear stress was examined for the appropriate structure. The optimized model with a fiber diameter of 0.25 mm, a fiber distance of 0.25 mm, and a channel width of 0.25 mm was proposed that fluid flow inlet velocity was 5×10-5 m/s.
    Keywords: 3D Scaffold, Simulation, COMSOL Multiphysics, Shear stress, Oxygen concentration
  • A Mathematical Model of Tumor-Immune System with Fuzzy Parameters
    AmirHomayoun Jafari *, Sajad Shafiekhani, Amin Mashayekhi Shams, Seyed Yashar Banihashem, Nematollah Gheibi Pages 51-60

    According to cancer’s global statistics, there will be 27.5 million new cases of cancer each year by 2040, therefore, it is crucial to achieve a deeper understanding of the cancer progression mechanisems and immune system functions in response to it. Nowadays, Computational models are widely used to capture dynamics of the tumor-immune system (TIS). The proposed model on this manuscript is on the basis of the ordinary differential equations which mechanistically models the interactions of tumor cells, CTLs, NKs and MDSCs. CTLs and NK cells are the most important cells of adaptive and innate immune system, respectively that encounter with tumor cells, while MDSCs as immature immune cells suppress the immune responses in the inflammatory environments. Due to the error of the in vivo/in vitro experiments, vagueness, imprecise information, incomplete data and natural variability of the tumor-immune system emerges between different individuals, the kinetic parameters of computational models are uncertain that this uncertainty can be captured by fuzzy sets. Hence, we assign fuzzy numbers with triangular membership functions instead of crisp numbers to some kinetic parameters of the tumor–immune system model. In fact, the uncertainty in the kinetic parameters of the ordinary differential equations affects the dynamic of the system species. In this essay, for the first time, a fuzzy number has been used to model the uncertainty of the parameters of the ODE model. Our data reveals that increasing/decreasing the uncertainty region of the model's fuzzy parameters increases/decreases the uncertainty region of dynamics of species. Furtheremore, the simulations of the model in the crisp setting of parameters show that the repition of 5-FU treatment for inhibition of MDSCs dramatically inhibits tumor cells and eradicate tumor.

    Keywords: ode, Tumor-Immune, Fuzzy number, Dynamic, 5-FU
  • Temporal Computational Model for Object Recognition Inspired by Human Visual System
    Naser Sadeghnejad, Mehdi Ezoji *, Reza Ebrahimpour Pages 61-70
    Object recognition is one of the main cognitive abilities of human and animals. Human visual system, as a fast and accurate system can be a source of inspiration for the computational models of object recognition. Studies on the human visual system have emphasized its processing over time, whereas it is not considered in the conventional computational models of object recognition. In this paper, we attempt to present a time-based multilevel model for object recognition. In the first layer of the model, the input image information is sent to the next layer in a temporal representation. In the middle layer of the model, a deep neural network is used as a feature extractor. Finally, in contrast to the popular computational models for object recognition, a decision-making models such as drift-diffusion model is proposed based on the neuronal decision-making mechanisms in the brain. In other words, adaption to the human visual system has been considered in all of three layers. Several experiments have been conducted to evaluate the performance of the proposed computational model in object recognition. The experimental results show that as the input image becomes more complicated, noise increases, or occlusion occurs, the performance/reaction time of the model decreases/increases, which is consistent with the behavior of human visual system. The performance of the model for object recognition and base-level categorization is also investigated for application of the original images and the inverted images. The results show the difference between the processes of the object recognition and base-level categorization, which is consistent with the behavior of human visual system reported in the referenced papers.
    Keywords: Object Recognition, Computational Models, Deep Neural networks, Decision Making Models, Basic Level Categorization