فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی پزشکی زیستی
سال یکم شماره 3 (پاییز 1386)

  • ویژه پردازش تصویر
  • تاریخ انتشار: 1386/08/11
  • تعداد عناوین: 7
|
  • نادر ریاحی عالم، رضا آقایی زاده ظروفی، معصومه گیتی، آرین دلداری، علیرضا احمدیان صفحه 157

    در این تحقیق، ضرورت وجود یک سیستمCAD ماموگرافی و قابلیت های آن مورد بررسی و نرم افزار نمونه ای برای یک سیستمCAD مناسب بیماران بومی ایران ارائه گردیده است. بدین منظور ابتدا تصاویر بیماران توسط یک اسکنر با جداسازی 56 و 112 میکرومتر رقمی شده و سپس توسط نرم افزار نمونه مورد پردازش قرار گرفت. تحلیل و جزئیات فنی مربوط به طراحی و پیاده سازی نرم افزار نمونه شامل چهار قسمت اصلی؛ قابلیت های دسترسی به اطلاعات مربوط به بیماران که در گزارش های ماموگرافی در ایران مرسوم است؛ قابلیت های نمایش نرم افزار از قبیل نمایش چهار تصویر یک ماموگرام از چهار وجه پستان (RCC، RMLO، LCC، LMLO) در یک صفحه، مشخص نمودن ناحیه پستان از سایر قسمت های تصویر با حذف زمینه؛ قابلیت های پیش پردازش نرم افزار از قبیل آستانه بندی تصاویر با امکان تغییر سطح آستانه، تعیین هیستوگرام تصاویر؛ استفاده از قسمت کمک تشخیصی خودکار نرم افزار CAD شامل الگوریتم پردازشی جداسازی میکروکلسیفیکاسیون های مشکوک بوسیله کاربرد منطق فازی و ویولت. با استفاده از سیستم CAD ماموگرافی ارائه شده، جمع آوری، سازماندهی و دسترسی به اطلاعات و تصاویر بیماران به سهولت امکان پذیر گردیده است. بدینوسیله با استفاده از بانک اطلاعاتی حساسیت و ویژگی الگوریتم آشکارسازی قابل ارزیابی خواهد بود.

    کلیدواژگان: CAD، ماموگرافی دیجیتالی، میکروکلسیفیکاسیون، نرم افزار نمایش تصویر، پردازش تصویر
  • جمال اسماعیل پور، ستار میرزاکوچکی، جلیل سیفعلی هرسینی، عبدالرحیم کدخدامحمدی صفحه 167

    در این مقاله کارکرد شبکه عصبی کوانتیزه کننده برداری(LVQ) در طبقه بندی شش نوع سیگنال الکتروکاردیو گرام (ECG) با استفاده از ویژگی های استخراج شده به وسیله تبدیل ویولت مرتبه شش خانواده دابیچی بررسی شده است. شش سیگنال مورد نظر عبارت اند از: ECG نرمال و ECG مربوط به اختلالات بلوک شاخه چپ دسته دهلیزی بطنی، بلوک شاخه راست دسته دهلیزی بطنی، انقباض زودرس بطنی، ضربانات کند، و ترکیب ضربانات نرمال با آرام. داده های به کار رفته، داده های MIT/BIH اند. ابتدا با استفاده از فایل های تفسیر، الگوهای مربوط به شش نوع سیگنال ECG جدا شده است. سپس به منظور استخراج هر چه بهتر ویژگی ها، الگوها فیلتر و مقیاس بندی شده اند. آنگاه انرژی پنج سیگنال جزئیات دوم تا ششم حاصل از اعمال تبدیل ویولت تا شش سطح به عنوان ویژگی های استخراج شده از الگوها، برای آموزش و امتحان شبکه LVQ به کار رفته است. از هر دسته، 500 الگو برای آموزش شبکه و 100 الگو برای امتحان آن به کار رفته است. نتایج به دست آمده بیانگر دقت 1/93 % برای شش دسته، و بالای 3/94 % برای کمتر از شش دسته (2 تا 5 دسته) است. در ادامه میزان تفاوت و تشابه سیگنال های ECG از منظر ویژگی های به کار رفته بررسی شده است. سرانجام این روش از نظر دقت با چند روش دیگر طبقه بندی کننده اختلالات قلبی مقایسه شده است.

    کلیدواژگان: الکتروکاردیوگرام، اختلالات قلبی، طبقه بندی، شبکه عصبی کوانتیزه کننده برداری، تبدیل ویولت
  • احمد رئیسی نجفی، احمدرضا عرشی، محمدرضا اسلامی، شهریار فریبرز، منصور معین زاده صفحه 177

    در این تحقیق، یک مدل میکرومکانیک المان محدود برای استخوان متراکم هاورس انسان به صورت دوبعدی ارئه شده است. با توجه به شباهت استخوان متراکم هاورس انسان با مواد مرکب فیبری-سرامیکی، بافت بینابینی، استخوانک و بافت سمنت لاین به ترتیب به عنوان زمینه، فیبر و فصل مشترک این دو فاز در نظر گرفته شد. سپس با اعمال تئوری مکانیک شکست الاستیک خطی و فرض شرایط کرنش صفحه ای، فاکتور شدت تنش در نزدیکی نوک یک میکروترک محاسبه شد. همچنین تاثیر ریزساختار و خصوصیات مکانیکی استخوان متراکم انسان بر مسیر رشد میکروترک مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج این مطالعه نشان داد که تاثیر ریزساختار و خصوصیات مکانیکی استخوان متراکم انسان بر رفتار شکست، محدود به نزدیکی استخوانک می باشد. اگر استخوانک و سمنت لاین نرم تر از بافت بینابینی باشند، هرچه میکروترک به استخوانک نزدیک تر باشد، فاکتور شدت تنش در نوک های میکروترک بیشتر خواهد بود. در صورتی که این دو فاز سخت تر از بافت بینابینی باشند، تاثیر استخوانک بر میکروترک معکوس می شود. همچنین نتایج نشان داد در صورتی که سمنت لاین و بافت بینابینی سخت تر و یا نرم تر از استخوانک باشند، تاثیر استخوانک بر میکروترک بسیار ناچیز خواهد بود. اگر میکروترک تحت شرایط بارگذاری کششی قرارگیرد، مسیر رشد میکروترک همواره به گونه ای منحرف می گردد که از استخوانک دور شود. این نتیجه به خصوصیات مکانیکی بافت های مختلف وابسته نیست. در واقع میکروترک برای رشد خود مسیر بین استخوانک ها را انتخاب می نماید و این خود باعث افزایش جذب انرژی لازم برای شکست و در نتیجه بالا رفتن چقرمگی استخوان متراکم هاورس انسان می شود. این در صورتی است که میکروترک ها بر اثر بارگذاری فشاری، در راستای بار رشد کرده و تقریبا به صورت مستقیم وارد استخوانک می شوند. نتایج این مدلسازی المان محدود با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار گرفت و همخوانی خوبی بین آنها وجود داشت.

    کلیدواژگان: استخوان متراکم هاورس انسان، ریزساختار، تئوری مکانیک شکست الاستیک خطی، میکروترک، فاکتور شدت تنش، المان محدود
  • کیانوش نظرپور، احمدرضا شرافت، سید محمد فیروزآبادی صفحه 189

    در این مقاله یک روش کارآمد برای طبقه بندی سیگنال الکترومایوگرام سطحی را با استفاده از آمارگان مرتبه بالا ارائه می دهیم. چون تابع توزیع احتمال سیگنال الکترومایوگرام سطحی که در شرایط انقباض عضلانی ایزومتریک ثبت می گردد در بعضی موارد به توزیع گوسی بسیار نزدیک است، در بسیاری از تحقیقات گذشته این تابع توزیع گوسی فرض گردیده است. چون این فرض برای دامنه های کوچک نیرو نادرست است، در این مقاله برای استخراج ویژگی، با توجه به ماهیت غیرگوسی سیگنال الکترومایوگرام، آمارگان مرتبه های دوم، سوم، و چهارم برای این سیگنال در تاخیرهای متفاوت محاسبه و از این ویژگی ها در شناسایی الگوهای چهار حرکت ابتدایی باز و بسته کردن آرنج و چرخش به سمت داخل و خارج ساعد استفاده شده اند. از روش انتخاب ترتیبی مستقیم برای کاهش تعداد ویژگی های آمارگان مرتبه بالا استفاده کرده و طبقه بندی کننده K نزدیکترین همسایه برای دسته بندی آنها به کار گرفته شد. روش پیشنهادی در برابر تغییرات آماری نویز مقاوم بوده و در مقایسه با سایر روش های موجود، نیاز به محاسبات بیشتری برای حصول به نرخ بالا برای طبقه بندی ندارد. این امر، استفاده از روش پیشنهادی را در پروتزهائی که با سیگنال الکترومایوگرام سطحی به صورت بی درنگ کنترل می شوند امکان پذیر می سازد.

    کلیدواژگان: سیگنال الکترومایوگرام سطحی، انقباض ایزومتریک، آمارگان مرتبه بالا، طبقه بندی کننده K نزدیکترین همسایه، انتخاب ترتیبی مستقیم
  • محمدرضا یزدچی، سید علی سیدصالحی صفحه 201

    بازشناسی خودکار گفتار در شرایط عدم تطابق دادگان آموزش و آزمون، یکی از چالش های مهم در این مورد است. به منظور کاهش هر چه بیشتر این عدم تطابق، روش های مرسوم، سعی در بهسازی گفتار یا تطابق مدل آماری دارند. در این زمینه از جمله روش های دیگر می توان به آموزش مدل در شرایط مختلف اشاره کرد. موفقیت در این روش ها، در مقابل کارایی سیستم درک و بازشناسی در انسان بسیار ابتدایی به نظر می رسد. در مقاله حاضر با الهام از سیستم درک و بازشناسی در انسان، شبکه عصبی دوسویه جدیدی طراحی و پیاده سازی شده است. این شبکه قادر است تا با اتصالات بازگشتی ضمن مدل سازی دنباله واج نظیر کلمات مجزا، طی تکرارهای مختلف، دنباله واج استخراج شده از مدل صوتی را به دنباله واج مطلوب، اصلاح کند. برای این منظور پس از پیاده سازی روش مذکور بر روی 400 کلمه مجزا از دادگان فارس دات تلفنی، در بهترین حالت، افزایش 9/16٪ در صحت بازشناسی واج مدل صوتی مشاهده شد. تشکیل بستر جذب در این شبکه عصبی دوسویه، از مزایای این شبکه در برابر شبکه های عصبی تک سویه است. در ادامه، به کمک متوالی کردن مدل واژگانی مذکور با مدل صوتی، متغیرهای بازنمایی بر اساس روش های معکوس سازی شبکه های عصبی اصلاح گردید. بهسازی گفتار با این روش نتایج قابل ملاحظه ای در کاهش عدم تطابق دادگان آزمون و آموزش در پی داشت. در این مقاله کارایی مدل واژگانی و بهسازی گفتار در قالب افزایش صحت بازشناسی واج به میزان 18% نسبت به مدل صوتی نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: بازشناسی گفتار، بهسازی گفتار، معکوس سازی شبکه های عصبی، شبکه های عصبی دوسویه، مدلسازی واژگانی
  • گیتی ترکمان، علی فلاح، محمود مفید، صدیقه غیاثی، قدمعلی طالبی صفحه 215

    در این مطالعه از 22 خوکچه هندی نر از نژاد آلبینو 4 تا 6 ماهه به وزن 400 تا g450 استفاده شده است. فشار کنترل شده به وسیله ایندنتور کنترل شونده با کامپیوتر، بر پوست ناحیه برجستگی استخوان ران اندام عقبی حیوان اعمال شد. میزان فشار mmHg 291 بود که به مدت 3 ساعت در سه گروه به صورت پیوسته (3 ساعت)، تکرار شونده (دو دوره 90 دقیقه ای اعمال فشار با فاصله یک روز) و متناوب (دو دوره 90 دقیقه ای به فاصله 15 دقیقه) اعمال شد. پس از 7 روز نمونه های بافتی از محل اعمال فشار برای انجام آزمایش های بیومکانیکی و بافت شناسی تهیه شد. در گروه فشار پیوسته آثار نکروز عضلانی کاملا مشهود بود اما در دو گروه دیگر آسیب و نکروز بافتی مشاهده نشد. تحلیل نتایج پارامترهای بیومکانیکی بافت نیز نشان داد، حداکثر تنش، سفتی، کرنش و سطح زیر منحنی نیرو- تغییر طول در گروه فشار پیوسته کاهش معنادار داشته است. به نظر می رسد اعمال فشار به صورت پیوسته، ایسکمی بیشتری نسبت به فشار تکرار شونده و فشار تناوبی در بافت ایجاد کرده است از این رو تغییرات بیومکانیکی پوست و نکروز عضلانی در این نوع اعمال فشار بیشتر بوده است.

    کلیدواژگان: فشار خارجی، ایسکمی، پوست، ویژگی های بیومکانیکی، قدرت کششی
  • منصور شیخان صفحه 227

    در این مقاله با هدف ایجاد بهبود در عملکرد اولین ویرایش از سیستم تبدیل متن به گفتار طبیعی ارائه شده برای زبان فارسی، که در آن از یک شبکه عصبی بازگشتی برای تولید همزمان عوامل نوای گفتار (الگوی فرکانس گام، دیرش، انرژی و درنگ) و نیز سنتزکننده «مدل هارمونیک + نویز» با دادگان تک واحدی از دوواجی ها، برای تولید گفتار استفاده شده بود، چگونگی به کارگیری یک مدل آمیختار عصبی- آماری برای تولید نوا با ایجاد امکان انتخاب واحد در بخش سنتز گفتار بررسی شده است. در این راستا، در مدل آمیختار توسعه یافته برای تولید نوا، شبکه عصبی بازگشتی نقش پارامتری ساختن عوامل نوا (البته با تغییراتی در ساختار، نسبت به ویرایش اول سیستم) را داشته و به دنبال آن درخت های تصمیم گیری نوایی شکل گرفته و توصیف توزیع مقادیر نوا نیز به وسیله مدل مخلوط گوسی انجام شده است. بدین ترتیب امکان انتخاب قطعات گفتاری بهینه در یک سیستم سنتز مبتنی بر انتخاب واحدهای هجایی و اتصال قطعات مناسب فراهم آمد. در ارزیابی نهایی عملکرد سیستم نیز با به کارگیری ملاک های ارائه شده در استاندارد P.85 ITU-T، MOS معادل 6/3 محاسبه شد.

    کلیدواژگان: نوای گفتار، الگوی گام، دیرش، شبکه عصبی بازگشتی، درخت تصمیم گیری، مدل مخلوط گوسی، سنتزگفتار، انتخاب قطعه گفتاری، هجا
|
  • Nader Riahi Alam, Reza Aghaeizade Zoroofi, Masoume Giti, Arian Deldari, Alireza Ahmadian Page 157

    In this study, the need of a CAD system and its capabilities has been investigated and then a sample program for a mammographic CAD system proper to Iranian tropical patients was designed. In the first step, the analog mammographic images were digitized by 56 and 112 mm spatial resolution and then were processed by the designed sample program. Analysis and technical details for designing and implementing the program included for following steps: The capability of the program image displayer consisting of viewing four mammographic images from four breast views (RCC, RMLO, LCC, LMLO) in one window, determining breast region by background removing and other conventional preprocessing application tools; Software processing tools including theresholding, histogram, ROI determination; Patient information fields such as clinical information, conventional reporting section as used in radiological department in Iran; Computer-aided diagnostic section including proper diagnostic processing algorithm to automatic detection of breast abnormality. For instance the application of wavelet and fuzzy logic for detecting malignant clusters of microcalcification. The introduced mammographic CAD system can provide the collection, organizing and the availability of the patient local information. Therefore by using the prepared database the evaluation of the sensitivity and specifity of the detecting algorithm for comparison of different research methods would be possible.

    Keywords: Cad, Digital Mammograms, Microcalcification, Image Displayer Softwarwe, Image processing
  • Jamal Esmaeilpour, Sattar Mirzakouchaki, Jalil Seyfali Harsini, Abdorrahim Kadkhoda Mohammadi Page 167

    In this paper, the role of Vector Quantizer Neural Network in classification of six types of ECG signals has been investigated using the features that extracted from Daubechies6 Wavelet transformation. The six types of signals are: normal beat, left bundle branch block beat, right bundle branch block beat, premature ventricular contraction paced beat and fusion of paced and normal beats. The required data were obtained from the MIT/BIH arrhythmia databases. By using the annotation files of the databases, the patterns of these six types of ECG signals were separated. Then, for better feature extraction, filtering and scaling on the patterns were applied. We used the energies of the last five detailed signals obtained from the exerting the Wavelet transformation in six levels, as the pattern features for Vector Quantizer Network training and testing. From each class, five hundred patterns were used for network training and one hundred patterns for testing. The results indicated %93.1 accuracy for six classes and above %94.3 for lesser than six classes. Then the rate of similarity and dissimilarity of the classes were considered. Finally, the results of this method were compared with some other methods in terms of accuracy.

    Keywords: Electrocardiogram, Cardiac Arrhythmias, classification, Vector Quantizer Neural Network, Wavelet Transformation
  • Ahmad Raeisi Najafi, Ahmad Reza Arshi, Mohammad Reza Eslami, Shahriar Fariborz, Mansour Moeinzadeh Page 177

    A two dimensional finite element model for the human Haversian cortical bone is represented. The interstitial bone tissue, the osteons and the cement line were modeled as the matrix, the fibers and the interface, respectively. This was due to similarities between fiber-ceramic composite materials and the human Haversian cortical bone. The stress intensity factor in the microcrack tips vicinity was computed using the linear elastic fracture mechanics theory and assuming a plane strain condition. It was therefore possible to study the effect of microstructure and mechanical properties of Haversian cortical bone on microcrack propagation trajectory. The results indicated that this effect was limited to the vicinity of the osteon. If both osteon and cement line were assumed to be softer than the interstitial tissue, the stress intensity factor was increased when the crack distance to the osteon reduced. The stress intensity factor decreased if both osteon and cement line were assumed to be stiffer than the interstitial tissue. The resulting simulation indicated that the effect of existence of osteon on the stress intensity factor was no significance, if both the interstitial tissue and cement line were assumed either stiffer or softer than the osteon. Microcrack trajectory was observed to deviate from the osteon under tensile loading; indicating an independence from the mechanical properties of various tissues. In fact, the microcrack adopts a trajectory between the osteons, thereby increasing the necessary absorbed energy for fracture. This results in an increase in the human Haversian cortical bone toughness. The result of this finite element modeling has been confirmed by through evaluation and comparison made with experimental results.

    Keywords: Human Haversian Cortical Bone, Microstructure, Linear Elastic Fracture Mechanics Theory, Microcrack, Stress intensity factor, Finite element
  • Kianoush Nazarpour, Ahmad Reza Sharafat, Seyed Mohammad Firouzabadi Page 189

    A novel approach to surface electromyogram (sEMG) signal classification using its higher order statistics (HOS) is presented in this study. As the probability density function of the sEMG during isometric contraction in some cases is very close to the Gaussian distribution, it is frequently assumed to be Gaussian. As this assumption is not valid when the force is small, in this paper, we consider the non-Gaussian characteristics of the sEMG, and compute the second-, the third- and the fourth order statistics of the sEMG as its features. These features are used to classify four upper limb primitive motions, i.e., elbow flexion (EF), elbow extension (EE), forearm supination (FS), and forearm pronation (FP). We used the sequential forward selection (SFS) method to reduce the number of HOS features to a sufficient minimum while retaining their discriminatory information, and apply the Knearest neighbor method for classification. Our approach is robust against statistical variations in noise, and does not require additional computations compared to existing methods for providing high rates of correct classification of the sEMG, which makes it useful in devising real-time sEMG controlled prostheses.

    Keywords: Surface Electromyogram Signal, Isometric Contraction, Higher Order Statistics, K-Nearest Neighbor, Sequential Forward Selection
  • Mohammad Reza Yazdchi, Seyed Ali Seyed Salehi Page 201

    One of the most important challenges in automatic speech recognition is in the case of difference between the training and testing data. To decrease this difference, the conventional methods try to enhance the speech or use the statistical model adaptation. Training the model in different situations is another example of these methods. The success rate in these methods compared to those of cognitive and recognition systems of human beings seems too much primary. In this paper, an inspiration from human being's recognition system helped us in developing and implementing a new connectionist lexical model. Integration of imputation and classification in a single NN for ASR with missing data was investigated. This can be considered as a variant of multi-task learning because we train the imputation and classification tasks in parallel fashion. Cascading of this model and the acoustic model corrects the sequence of the mined phonemes from the acoustic model to the desirable sequence. This approach was implemented on 400 isolated words of TFARSDAT Database (Actual telephone database). In the best case, the phoneme recognition correction increased in 16.9 percent. Incorporating prior knowledge (high level knowledge) in acoustic-phonetic information (lower level) can improve the recognition. By cascading the lexical model and the acoustic model, the feature parameters were corrected based on the inversion techniques in the neural networks. Speech enhancement by this method had a remarkable effect in the mismatch between the training and testing data. Efficiency of the lexical model and speech enhancement was observed by improving the phoneme's recognition correction in 18 percent compared to the acoustic model.

    Keywords: Speech Recognition, speech enhancement, Inversion Of Neural Networks, Bidirectional Neural Networks, Lexical Modeling
  • Giti Torkamaan, Ali Fallah, Mahmoud Mofid, Sedighe Ghiasi, Ghadam Ali Talebi Page 215

    In this study 22 male Guinea Pigs, 4-6 months old, weighting 400-450 g were used. A computer controlled indentor system was used to apply a controlled pressure. The applied pressure was 291 mmHg for 3 hours over the trochanter region of animal hind limb. The animals were divided in three groups; in group 1, pressure was applied 3 hours continuously, in group 2, pressure was applied 90 minutes at two days and in group 3, Pressure was applied in two cycles of 90 minutes with 15 minutes rest between them. To study the biomechanical and histological changes, tissue was removed 7 days after pressure application. Uniaxial tensile test was performed at a deformation rate of 20 mm/min. In this test, the contralateral site on the experimental animal served as intra-animal control. Tissue biopsy was taken and stained with H&E and Trichorome for histological examination. Continuous pressure induced muscle necrosis. Also ultimate stress, stiffness, ultimate strain and area under the load-deformation curve decreased significantly. These results suggest that application of continuous pressure is the major cause of ischemia and necrosis of soft tissue.

    Keywords: External Pressure, Ischemia, Skin, Biomechanical Characteristics, Tensile strength
  • Mansour Sheykhan Page 227

    In the first version of our Farsi Text-To-Speech (TTS) system, a Recurrent Neural Network (RNN) was used to generate prosody parameters (pitch contour, duration, energy and pause), and a Harmonic + Noise Model (HNM) speech synthesizer was used to concatenate the single units of diphones. To improve the performance of TTS, in this paper, two modifications are presented. In the first one is a neural-statistical hybrid model in which RNN plays the role of prosody parameterizer and the combination of decision trees and Gaussian Mixture Models (GMMs) gives the probability distributions of targets and transitions in each context a equivalent cluster. Another modification is about developing a unit selection speech synthesizer in which syllable is selected as the basic synthesis unit and, due to the first modification, an effective unit selection strategy is also conducted. To evaluate the performance of the system, the rating scales presented in the recommendation P.85 of the International Telecommunication Union (ITU) were used and the Mean Opinion Score (MOS) over six scales was achieved as 3.6.

    Keywords: Prosody, Pitch Contour, Duration, Recurrent Neural Network, Decision Tree, Gaussian mixture model, Speech Synthesis, Unit Selection, Syllable