فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی پزشکی زیستی
سال یکم شماره 2 (تابستان 1386)

  • ویژه سامانه عصبی عضلانی
  • تاریخ انتشار: 1386/05/11
  • تعداد عناوین: 7
|
  • علی رفیعی، محمد حسن مرادی، محمدرضا فرزانه صفحه 83

    در این تحقیق فیلتر جدیدی برای حذف نویزهای لکه ای از تصاویر سونوگرافی طراحی شده است. فیلتر طراحی شده فیلتری با قابلیت های یادگیری شبکه های عصبی، تطبیق اطلاعات با قالب فازی و بهینه شدن متغیرها بر اساس الگوریتم ژنتیک تک عضوی است. شبکه عصبی به کار رفته یک شبکه چهار لایه رو به جلو با وزن های باینری است. ورودی در پنجره ای از همسایگی های پیکسل مورد پردازش فازی شده و به کمک قواعد ساده فازی مناسب آن اصلاح می شود. پهنای توابع عضویت و وزن های شبکه متغیرهایی اند که توسط الگوریتم ژنتیک برخط (با یک عضو) و فقط با استفاده از عملگر جهش بهینه می شوند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که این فیلتر سریع و هوشمند نسبت به فیلترهای استاندارد مانند میانه و وینر قدرت حذف نویز بالاتری دارد. همچنین با مقایسه این فیلتر با فیلتر فازی عصبی با الگوریتم یادگیری ژنتیک با 50 عضو جمعیت مشاهده شد که قابلیت کاهش نویز در هر دو نوع فیلتر مشابه بوده است هرچند سرعت یادگیری در فیلتر طراحی شده بسیار بیشتر است.

    کلیدواژگان: نویزلکه ای، سیستم فازی عصبی، الگوریتم ژنتیک برخط، الگوریتم ژنتیک کلاسیک، تصاویرسونوگرافی
  • مهدی معرفت، اصغر خوشکار شلمانی، منیژه مختاری دیزجی صفحه 95

    مدل سازی جریان خون و جداره شریان در شریان های بزرگ از جمله شریان کاروتید و استفاده از اندازه گیری های التراسونیک، امکان ارزیابی بالینی غیرتهاجمی متغیرهای همودینامیکی را فراهم می سازد. برای دستیابی به این هدف مدل غیرخطی ریاضی برای جریان پالسی شریان با استفاده از تئوری تقریبی «جریان موضعی» پیشنهاد شده است. در مدل پیشنهادی، با اندازه گیری شعاع لحظه ای و سرعت خون در خط مرکزی شریان می توان پروفیل سرعت جریان خون، گرادیان فشار و ضریب الاستیسیته را محاسبه کرد. در این تحقیق، یک مدل ریاضی گرادیان فشار، در یک رگ الاستیک باریک شونده، با استفاده از سرعت خط مرکزی جریان خون ارائه شده است که با استفاده از یک حل کننده معادلات ناویر- استوکس تراکم ناپذیر برای سیال نیوتنی، با مدل الاستیک یا ویسکوالاستیک پیوست شده و حل شده اند. نتایج مدل سازی و شبیه سازی نشان می دهد که با استفاده از داده های داپلر التراسوند، می توان الاستیسیته شریان را برآورد کرد. توافق خوبی میان نتایج مدل و اندازه گیری های تجربی، مشاهده شد. اجرای روش حاضر به صورت بالینی نسبتا ساده بوده و با استفاده از متغیرهای قابل اندازه گیری در تصاویر حاصل از سیستم های داپلر اولتراسوند، می توان تغییرات موضعی شریان را به خوبی ارزیابی کرد.

    کلیدواژگان: الاستیسیته، فشار خون، جریان ضربانی، اولتراسوند، مدل سیال، جامد
  • سید محمود ربیعی، فتح الله مضطرزاده، مهران صولتی هشجین، سعید حصارکی صفحه 105

    در این تحقیق اثر غلظت های مختلف NaH2PO4.2H2O بر زمان گیرش و استحکام فشاری سیمان استخوانی بر پایه هیدروکسی آپاتیت بررسی شد. سیمان هیدروکسی آپاتیت دسته ای از سیمان های استخوانی کلسیم فسفاتی است که می تواند به عنوان جایگزین بافتهای سخت مطرح شود. قسمت پودری این سیمان از ترکیبات مختلف کلسیم فسفاتی نظیر تری کلسیم فسفات (TCP)، کربنات کلسیم(CaCO3) و مونتیت (CaHPO4) تهیه شد و فاز مایع آن نیز غلظت های مختلفی از سدیم دی هیدرژن فسفات را شامل گردید. زمان های گیرش اولیه و نهایی و استحکام فشاری سیمان در نسبت های مختلفی از فاز مایع به جامد L/P(ml/g) بررسی شد. نتایج به دست آمده بیانگر آن است که در غلظت های معینی از فاز مایع، این سیمان از شرایط بالقوه ای برای کاربردهای پزشکی برخوردار است.

    کلیدواژگان: مهندسی بافت استخوان، سیمان استخوان، هیدروکسی آپاتیت، Nah2po4، 2h2o، زمان گیرش، استحکام فشاری
  • فرزان قالیچی، مجید احمدلوی داراب، احمد رمضانی سعادت آبادی صفحه 111

    در این مطالعه به منظور بررسی رژیم جریان خون در ناحیه انشعاب بای پس، شبیه سازی عددی جریان سه بعدی و پالسی خون با استفاده از نرم افزار فلوئنت5.3.2 برای 50% گرفتگی انجام شد. فرض نیوتنی و همگن بودن خون و همچنین صلب بودن جداره عروق از جمله فرضیات اساسی در این تحقیق به شمار می روند. در این مطالعه رژیم های جریان خون در دو نوع بای پس آئورت-کرونری و کرونری- کرونری با یکدیگر مقایسه شدند. مشاهده نشدن جریان های ثانویه در بای پس کرونری-کرونری در زوایای مختلف پیوندی برخلاف بای پس آئورت-کرونری، مشاهده برگشت کامل جریان، سه بار در طول یک موج کرونری در بای پس کرونری-کرونری و مشاهده نشدن این پدیده در بای پس آئورت-کرونری از مهمترین نتایج حاصل از این مطالعه به شمار می روند. همچنین بالا بودن نرخ نوسانات زمانی و مکانی تنش برشی در بای پس آئورت-کرونری نسبت به بای پس کرونری-کرونری و پایین بودن مقادیر تنش برشی اعمال شده بر جداره عروق در بای پس کرونری-کرونری نسبت به بای پس آئورت-کرونری نیز از دیگر نتایج مهم به دست آمده است.

    کلیدواژگان: جریان خون، بای پس، آئورت، کرونری، انشعاب، سه بعدی، ناپایا
  • ناصر مهرشاد، محمد حسن قاسمیان صفحه 119

    سلول های ساده کورتکس اولیه بینایی به قطعات لبه یا خط دارای جهت مشخص موجود در میدان دریافتشان پاسخ شدید می دهند. در این مطالعه، با استفاده از مدل محاسباتی این سلول ها، روش جدیدی برای آشکارسازی لبه ارائه شده است. در این روش، ابتدا پاسخ های مربوط به مدل محاسباتی سلول ساده در تعدادی جهت ترجیحی مختلف محاسبه می شود و سپس بردار گرادیان شدت روشنایی در هر نقطه تصویر با محاسبه جمع وزندار این پاسخ ها به دست می آید. پارامترهای مربوط به مدل محاسباتی سلول ساده به گونه ای تنظیم شده که عملگر حاصل در آشکارسازی، تعیین دقیق موقعیت و پاسخ یگانه به لبه پله آغشته به نویز سفید گوسی به صورت بهینه عمل کند. مجموعه این عوامل و ویژگی های موجود در تصاویر پزشکی سبب گردید تا عملگر حاصل برای آشکارسازی لبه در تصاویر پزشکی مناسب باشد. به منظور ارزیابی کمی روش پیشنهادی، تصاویر ساختگی و پزشکی به همراه نقشه مرجع لبه های مربوط به این تصاویر مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که روش پیشنهادی در مقایسه با روش های مرسوم آشکارسازی لبه (نظیر روش کنی) از کارایی بهتری برخوردار بوده و در مقابل تغییرات پارامترهای ورودی پایدارتر است.

    کلیدواژگان: لبه، سلول ساده، کورتکس اولیه بینایی، میدان دریافت، فیلتر گابور
  • محمد حق پناهی، علی گرگین زاده، صبا سهرابی صفحه 131

    به دلیل مهلک بودن و عواقب وخیم صدمات ستون گردنی، بررسی رفتار بیومکانیکی اجزای آن حین صدمه حایز اهمیت است. رایج ترین نوع صدمات مهره دوم گردنی، شکستگی زائده دندانه ای است که در این میان شکستگی نوع دوم بیشترین درصد صدمات را به خود اختصاص می دهد. در این مقاله پس از ارائه مدل دقیق سه بعدی مهره اکسس به تحلیل المان محدود آن پرداخته شده است. به منظور مطالعه شکستگی زائده دندانه ای شرایط مختلف بارگذاری شامل برخورد زائده دندانه ای با کمان قدامی مهره اطلس، توده های طرفی مهره اطلس و لیگامان عرضی، مدلسازی شد. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که در این شرایط بارگذاری، تمرکز تنش در محل اتصال زائده دندانه ای با جسم مهره ای وجود دارد که به معنای احتمال بروز شکستگی نوع دوم در صورت برخورد زائده دندانه ای با کمان قدامی مهره اطلس، توده های طرفی مهره اطلس و لیگامان عرضی می باشد.

    کلیدواژگان: صدمات مهره دوم گردنی، شکستگی زائده دندانه ای، تحلیل المان محدود، توزیع تنش
  • بابک مستغاثی، محمدحسین فتحی، محمود شیخ زین الدین، صبیحه سلیمانیان زاد صفحه 137

    هیدروکسی آپاتیت کاربرد فراوانی در پزشکی و دندانپزشکی و از جمله جایگزین سازی، بازسازی و خلق دوباره بافت استخوانی و پوشش دهی کاشتنی های بدن دارد. هیدروکسی آپاتیت نانوبلورین، خواص مکانیکی بالاتر و زیست سازگاری مطلوب تری نسبت به نمونه های میکرومتری در محیط بدن نشان می دهد. هنگامی این خواص بهینه خواهد بود که ذرات نانومتری هیدروکسی آپاتیت از اندازه و شکل یکنواخت و کمترین میزان کلوخه شدن برخوردار باشند. هدف از پژوهش حاضر، تولید هیدروکسی آپاتیت نانوبلورین به روش رسوب دهی زیستی بود. بدین منظور از یک سویه بومی باکتری سراشیا (باکتری سراشیا مارسسنس سویه 1187PTCC) برای تولید پودر هیدروکسی آپاتیت نانوبلورین استفاده شد. این سویه باکتریایی در شرایط مناسب رشد داده شد. سپس توده زیستی آن جمع آوری و با محلول حاوی گلیسرول 2- فسفات و کلریدکلسیم به عنوان منابع کلسیم و فسفات مخلوط شد. پس از گرمخانه گذاری در دمای C°37 به مدت 14 روز رسوب حاصل جمع آوری شد. پودر تولید شده پس از انجام عملیات تکلیس در دمای C°600 با استفاده از روش های میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، آزمون پراش پرتوی ایکس و آزمون طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه مشخصه یابی و ارزیابی شد. نتایج نشان داد که پودر هیدروکسی آپاتیت نانوبلورین با بلورینگی مناسب تولید شده است. ارزیابی ها حاکی از آن بود که ذرات پودر تولیدی تک بلور بوده و اندازه ذرات 25 تا nm 30 است. همچنین ذرات از اندازه و شکل یکنواخت تر و میزان کلوخه شدن کمتری نسبت به نمونه های تولید شده به روش های معمول تولید هیدروکسی آپاتیت برخوردارند. به دلیل خواص ویژه پودر تولیدی همچون میزان پایین کلوخه بودن و تک بلور بودن ذرات، از این پودر می توان در ترمیم ضایعات استخوانی، ساخت کاشتنی های مورد استفاده در پزشکی و دندانپزشکی و در رسانش محصولات زیستی در بدن استفاده کرد.

    کلیدواژگان: هیدروکسی آپاتیت، فسفاتاز، سراشیا، رسوب دهی زیستی، نانوفناوری زیستی
|
  • Ali Rafiei, Mohammad Hasan Moradi, Mohammad Reza Farzaneh Page 83

    A new filter was designed and approved for speckle noise removal in sonography images. In this filter, a new idea is used by using neural network learning, fuzzy information and genetic algorithm optimization. The multi-layer perceptron neural network with binary weights is used in this filter. The neighborhood window of each pixel is used as input statistical features to estimate the noise level. Then it is fuzzificated and justified by simple fuzzy rules. The membership function width and network weights are optimized by on-line genetic algorithm. The on-line algorithm contains one individual, defined as a queen. In this algorithm, the next generation is created by using only the mutation operator. The performance of this filter was compared with the other speckle noise reduction techniques such as the median and homomorphic Wiener filters. Indeed, our proposed method is able to effectively remove speckle noises while preserving the quality of fine details in the image data better than the other methods. In this system, two classic and on-line GAs are used. The classic algorithm includes 50 strings. The results showed that both of the algorithms are the same in terms of noise reduction but the classic one is slower than the other one.

    Keywords: Speckle Noise, Neuro-Fuzzy System, On-Line Genetic Algorithm, Classic Genetic Algorithm, Sonography Images
  • Mehdi Maerefat, Asghar Khoushkar Shalmani, Manije Mokhtari Dizaji Page 95

    Modeling of blood flow and arterial wall in large arteries such as carotid artery, using ultrasonic measurements, allows non-invasive evaluation of clinically interesting homodynamic variables. In this study, a nonlinear mathematical model for the pulsatile arterial flow is proposed using the approximation of “local flow” theory. The blood velocity profile, the pressure gradient and the elastic modulus can be calculated using the model by measuring instantaneous radius and center-line blood velocity. An original mathematical model of pressure gradient in a tapered and elastic tube, using center-line blood velocity, is presented. A Newtonian incompressible Navier-Stokes solver coupled with elastic or visco-elastic arterial wall model is developed to solve the equations of model. The results of modeling and simulation indicate that the approach can estimate the elastic modulus of arterial wall from ultrasonic data. There is a good agreement between the computed arterial wall elasticity and the measured one. The method presented is relatively simple to implement clinically and can be taken as a new diagnostic tool for detecting local vascular change.

    Keywords: elastic modulus, blood pressure, Pulsatile Flow, ultrasound, Coupled Fluid, Solid Model
  • Seyed Mahmoud Rabiei, Fathollah Moztarzadeh, Mehran Solati Hashjin, Saeed Hesaraki Page 105

    In this research, the influence of NaH2PO4.2H2O with different concentrations on setting time and compressive strength of bone cement based on hydroxyapatite was investigated. Hydroxyapatite cement is of calcium phosphate bone cements, which can be considered as the best substitute for hard tissues. The powder phase of the cement was prepared from various compositions of calcium phosphates such: tricalcium phosphate (TCP), calcium carbonate (CaCO3) and montite (CaHPO4) as constant and the liquid part using NaH2PO4.2H2O solution with different concentrations. The influences of liquid/powder ratio L/P (ml/g) was investigated on the initial and final setting times and compressive strengths of the cement. According to the obtained results, with optimum concentrations of the liquid phase, this cement seems suitable for clinical applications.

    Keywords: Bone Tissue Engineering, Bone Cement, Hydroxyapatite, Nah2po4.2h2o, Setting Times, Compressive strength
  • Farzan Ghalichi, Majid Ahmadlouy Darab, Ahmad Ramezani Saadatabadi Page 111

    In order to compare the aorta-coronary and coronary-coronary bypasses blood flow fields in the Endto-Side Anastomosis, we carried out numerical simulation of three dimensional pulsatile blood flow for 50% stenosis by using FLUENT 5.2.3 software. In this study, the blood was assumed to be as the Newtonian, incompressible and homogeneous fluid. The arterial wall was also considered to be rigid. Non-existence of the secondary flows in the coronary-coronary bypass blood flow fields for various degrees of bypass grafting angles against the aorta-coronary-coronary bypass, return of total blood flow toward upstream in the coronary-coronary bypass three times over a heart cycle, high temporary oscillation in the wall shear stress magnitudes for the aorta-coronary bypass and low wall shear stress magnitudes for the coronary-coronary bypass were of the important results.

    Keywords: Blood flow, Bypass, Aorta, Coronary artery, Pulsatile
  • Naser Mehrshad, Mohammad Hasan Ghasemian Yazdi Page 119

    Simple cells in primary visual cortex respond to the local, oriented edge segments within their receptive fields. In this study, we present a new edge detection method based on the computational model of these cells. Firstly, the response of a set of simple cells for a number of different preferred orientations are calculated. Then, the intensity gradient for each pixel is obtained using the linear summation of these responses. Some parameters of simple cell computational model are calculated in such a way that a set of goals (good detection, good localization and only one response to a single edge) achieving for the resulting operator. Considering the properties of medical images, the proposed operator is useful for medical image edge detection. The synthesis and medical images with their associated ground truth edge maps are used to assess performance of the proposed method. The results obtained from the proposed method are found to be better and more stable with respect to the input parameters than those from many well known edge detectors (e.g. Canny edge detector).

    Keywords: Edge, Simple Cell, Primary Visual Cortex, Receptive Field, Gabor Filter
  • Mohammad Haghpanahi, Ali Gorginzadeh, Saba Sohrabi Page 131

    Considering the life threatening consequences of the cervical spine injuries, the study of its biomechanical behavior has become important. The most common axis (second cervical vertebra) injury is called odontoid fracture, the majority of which is type II or dens fracture. In this study, an exact 3D finite element model of axis was developed and analyzed. To evaluate the stress distributions in the odontoid process during type II injuries, pressure loads were applied on the dens at locations where it is likely to come into contact with the surrounding neck construct. Results indicate stress concentration in the odontoid junction with the vertebral body, which suggests that there is a possibility of occurring type II fracture in the case of impaction of odontoid with atlas anterior arch, lateral masses and transverse ligament.

    Keywords: Cervical Vertebra, Odontoid Fracture, finite element analysis, Stress Distribution
  • Babak Mostaghasi, Mohammad Hossein Fathi, Mahmoud Sheikh Zeinaddin, Sabihe Soleimanianzad Page 137

    Hydroxyapatite (HA) is a well known candidate for many applications in dentistry and medicine such as bone replacement and regeneration and coatings for medical implants. Nano-crystalline HA exhibits improved mechanical properties and biocompatibility. To optimize the benefits of nano-sized precursors, the particles must be of a uniform shape and size and have minimum degree of agglomeration. The aim of this study was to synthesize of nano-crystalline HA via the biomineralization route. For this purpose, an Iranian strain of Serratia (Serratia marcescens PTCC 1187) was utilized for the synthesis of nano-crystalline HA. The strain was cultivated. Then the pellet of S. marcescens PTCC 1187 was separated and exposed to Glycerol 2-phosphate and Calcium chloride. After 14 days of incubation at 37oC, the white precipitated material was separated. After drying and calcination at 600oC the powder was characterized using scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) techniques. The results showed that nano-structured HA powder was synthesized and the crystallinity of the powder was relatively high according to the standard. The particles of the powder were single crystal with the size of 25-30 nm. Moreover, the shape and size of the particles were relatively uniform and the agglomeration was lower comparing to the conventional methods. This powder could be used in the regeneration of bone defects, fabrication of medical, dental implants and also as a vector for pharmaceuticals and biological materials such as the genes.

    Keywords: Hydroxyapatite, Phosphatase, Serratia, Biomineralization, Nanobiotechnology