فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی پزشکی زیستی
سال چهارم شماره 3 (پاییز 1389)

  • تاریخ انتشار: 1389/09/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • حامد قماشچی*، علی استکی، علی مطیع نصرآبادی، فریدون نوشیروان راحت آباد صفحات 177-185
    در این مطالعه از یک مدل ساده آونگ واژگون با کنترل کننده تناسبی-انتگرال گیر- مشتق گیر دارای بازخورد تاخیری برای مدلسازی سیستم کنترل وضعیت و شبیه سازی الگوهای نوسان های وضعیتی بهره گرفته شده است. هدف این بوده تا به جای استفاده از شاخص های متداول ارزیابی نوسان های وضعیتی که عمدتا تعاریفی کیفی از سیستم کنترل وضعیت ارایه می دهند، با بهره گیری از این مدل بتوان به اطلاعاتی درباره نحوه عملکرد سیستم کنترل وضعیت دست یافت. با استفاده از اطلاعات و یافته های تجربی و به کارگیری الگوریتم ژنتیک، ضرایب مدل به گونه ای تعیین شدند که نتایجی مشابه با نتایج شاخص های مرسوم ارزیابی نوسان های وضعیتی سیستم های کنترل وضعیت طبیعی و تغییریافته ایجاد کنند. ضرایب به کار گرفته شده در مدل و کنترل کننده، تعابیر معناداری منطبق بر ذات سیستم کنترل وضعیت می یابند که زوال این سیستم به واسطه ضایعات عصبی-عضلانی، آنها را هدف قرار می دهد. نتایج این مطالعه نشان دادند که اگرچه مدل های ساده سیستم کنترل وضعیت قادر به بیان پیچیدگی های سیستم کنترل وضعیت و تعامل بین اجزاء سیستم نیستند ولی می توانند به درک بهتر نحوه عملکرد سیستم کنترل وضعیت، ویژگی های کلی آن و نحوه تغییرات آنها کمک کنند.
    کلیدواژگان: مدلسازی، سیستمکنترل وضعیت، الگوریتم ژنتیک، ضایعات عصبی عضلانی، الگوهای نوسان های وضعیتی
  • محمد رشیدی، حمید بهنام*، علی شیخانی، محمدرضا محمدی، مریم نوروزیان صفحات 187-194
    در این مقاله، کاربرد تحلیل مولفه های مستقل (ICA) برای تشخیص بیماری اوتیسم مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا منابع تولید کننده سیگنال های EEGبا ICAاستخراج و سپس پردازش های حوزه زمان و فرکانس بر این مولفه های سیگنالی اعمال شدند. سیگنال های EEGاز 10 کودک مبتلا به اوتیسم و 10 کودک سالم در محدوده سنی 6-11 سال گرفته شده است. نتایج به کمک روش آماری آزمون تی با هم مقایسه شده اند. پایین تر بودن سطح همبستگی میان منابع نیم کره چپ مغز به ویژه ناحیه مربوط به کانال 3Cدر افراد مبتلا به اوتیسم نسبت به افراد سالم مشاهده شده است. همچنین میانگین انرژی باند فرکانسی تتا در منابع نیم کره چپ مغز به خصوص کانال های 3Cو 3Fبرای افراد مبتلا به اوتیسم نسبت به افراد سالم پایین تر بوده و این معیار در باند فرکانسی گاما بالاتر به دست آمده است.
    کلیدواژگان: الکتروانسفالوگرافی، اختلالات اوتیسم، تحلیل مولفه های مستقل، تحلیل همبستگی، انرژی طیف
  • امین زارع*، رضا بوستانی، منصور ذوالقدر جهرمی صفحات 195-208
    پیش بینی زمان وقوع حملات صرع در بیماران از جمله موضوعاتیست که مورد توجه محققان است. حملات صرع به طور نامنظم و غیر قابل پیش بینی شده ای اتفاق می افتند. بنابراین تشخیص حملات صرع از روی سیگنال های EEGکه در بازه زمانی طولانی گرفته می شوند؛ بسیار حایز اهمیت است. این امر تشخیصی به دو مرحله مجزای استخراج ویژگی ها از قطعات سیگنال EEGو اعمال الگوریتم طبقه بندی بر روی بردارهای ویژگی تقسیم می شود. به همین منظور در مرحله اول با استفاده از تحلیل زمان- فرکانس بر روی قطعات سیگنال EEGو به دست آوردن صفحه زمان- فرکانس هر قطعه، استخراج ویژگی ها از سیگنال ها انجام می شود. در مرحله دوم با استفاده از الگوریتم نزدیک ترین همسایه کار تشخیص حملات صورت می گیرد. اما قبل از اعمال الگوریتم طبقه بندی، برای اصلاح فضای ویژگی ها و یادگیری معیار فاصله، از الگوریتم AIS-RCAاستفاده شده است. این الگوریتم برای به دست آوردن ماتریس تبدیل W، داده ها را به صورت مجموعه ای از دسته ها در نظر می گیرد و با ارایه الگوریتم جدید AD-AIRSو با الهام گرفتن از سیستم ایمنی بدن دسته ها را می یابد. آزمایش های انجام شده نشان دهنده دقت 100% و بهبود نتایج در مقایسه با برخی روش های انتقال موجک، آنتروپی، معیار بی نظمی و تبدیل انتقال فوریه سریع را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: سیگنال EEG، پردازش زمان- فرکانس، صفحه زمان- فرکانس، AIS-RCA، AD-AIRS، RCA، صرع، سیستم ایمنی مصنوعی (AIS)
  • نادیا نقوی*، آمنه سازگارنیا، محمدحسین میران بیگی صفحات 209-218
    امروزه ایده درمان فوتوداینامیک (PDT)، یکی از پایه های اساسی روش های نوین درمان سرطان به شمار می آید. موضوع حایز اهمیت در کاربرد این روش درمانی، دوزیمتری بهینه است. در حالت بهینه، بهتر است دوزیمتری PDTبر اساس تخمین دوز تجمع یافته اکسیژن یگانه درون بافت و مقایسه آن با مقدار آستانه باشد تا از نتیجه درمان اطمینان حاصل شود. مدلسازی فرایند درمان مناسب ترین روش برای تخمین دوز تجمع یافته اکسیژن یگانه درون بافت است. بنابراین لازم است اطلاعات کافی در مورد غلظت دارو درون بافت هدف، میزان نور جذب شده به وسیله دارو، میزان اکسیژن درون بافت هدف و برهمکنش بین آنها (منجر به تولید اکسیژن یگانه) به دست آید. با توجه به اهمیت تعیین مقدار دارو درون بافت هدف و توجه به این امر که به دلیل فتوبلیچینگ، کاهش قابل ملاحظه ای در غلظت دارو ضمن درمان رخ می دهد، در این تحقیق به مدلسازی و شبیه سازی اثر فتوبلیچینگ پرداخته شده است. شبیه سازی در فضای MATLABانجام شده است. مقایسه نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی نشان می دهد که در حالت اعمال توزیع پذیری غیریکنواخت دارو، شبیه سازی در فاز اولیه افت سریع غلظت دارو، به خوبی از نتایج تجربی پیروی می کند.
    کلیدواژگان: مدلسازی، فتوداینامیک تراپی، فتوبلیچینگ، دوزیمتری، پروتوپورفیرین IX
  • سعید رشیدی*، علی فلاح، فرزاد توحیدخواه صفحات 219-230
    امروزه ارایه راهکار سریع و دقیق برای مسئله تصدیق امضاء بسیار مورد توجه است. در زمینه تصدیق امضای پویا، ویژگی ها به دو گروه پارامتری یا سیگنالی تقسیم می شوند. در روش های پارامتری هر چند سرعت فرایند استخراج و طبقه بندی سریع تر از روش های سیگنالیست ولی دقت کمتری دارند. در این پژوهش هدف مدلسازی سیگنال سرعت است که از الگوهای پایدار و مشخصه های ذاتی در ترسیم امضای یک فرد حقیقی است. با استفاده از رفتار مدل های قطب- صفر مبتنی بر تبدیل کسینوسی گسسته، ضمن بیان روشی دقیق برای مدلسازی، با محاسبه ضربه های نوشتاری از سیگنال سرعت به استخراج ویژگی های حاصل از این مولفه های پایه می پردازیم. با اعمال طبقه بندی کننده های خطی، پنجره پارزن و ماشین بردار پشتیبان به ویژگی های کلی و ناحیه ای حاصل از پایگاه دادگان متشکل از امضای افراد فارسی، چینی و انگلیسی زبان، خطای EERدر شرایط سطح آستانه مشترک برابر 25/1% و 78/1% به ترتیب برای جاعلان تصادفی و ماهر حاصل شد.
    کلیدواژگان: تبدیل کسینوسی گسسته، تصدیق امضاء، پنجره پارزن، ضربه نوشتاری، ماشین بردار پشتیبان، مدل قطب صفر
  • علی تعالیمی، عمادالدین فاطمی زاده* صفحات 231-248
    سیستم fMRIدر شناخت فعالیت های عصبی کاربرد زیادی دارد. پاسخ مغز به آزمایش ترتیب داده شده از طریق سیگنال ها و تصاویر به دست آمده در خلال تصویربرداری fMRI، قابل بررسی است. مطالعات مختلف انجام شده بر روی سیگنال میزان اکسیژن دهی خون، رابطه غیرخطی بین تحریک اعمالی و پاسخ دریافت شده از نرون ها را نشان می دهد. در این مقاله، به بررسی روش های غیرخطی تحلیل تصاویر fMRIخواهیم پرداخت. برای این مقصود، به بررسی روش های غیرخطی با تاکید بر پارامترهای فیزیولوژیکی اثرگذار بر سیگنال BOLDو روش های غیرخطی که بدون در نظر گرفتن عوامل فیزیولوژیکی، رابطه ورودی و خروجی، یعنی سیگنال تحریک و سیگنال fMRIرا مدل می کنند؛ می پردازیم. روش بالون را نیز به عنوان یک روش غیرخطی فیزیولوژیکی بررسی کرده و از طریق آن روش جدیدی برای تعیین مناطق فعال مغز ارایه کرده ایم. همچنین روش های همرشتاین-وینر و NARMAو مدل ولترا به عنوان روش های غیرفیزیولوژیکی مورد بحث قرار گرفته و توانایی آنها در مدل کردن و تشخیص مناطق فعال مغز مورد ارزیابی قرار گرفته است. علاوه بر روش های به کار رفته برای آشکارسازی نقاط فعال بر روی دو مجموعه از داده ها (با تحریک شبیه سازی شده و تحریک واقعی) ارزیابی شده اند. در مجموعه دادگان شماره یک به ازای سطح آستانه 45/0 در هر سه مدل، میزان اندیس جکارد برای مدل های همرشتاین-وینر، NARMAو مدل ولترا به ترتیب 90/0، 0/1 و 91/0 به دست آمد. در مجموعه داد گان شماره دو به ازای آستانه های مختلف (به ترتیب 35/0، 40/0 و 45/0) این اندیس به ترتیب 85/0، 9/0 و 87/0 است.
    کلیدواژگان: fMRI، شناسایی مناطق فعال، روش های غیرخطی، بالون، ولترا، وینر-همرشتاین، NARMA
  • محمدجواد ابوالحسنی*، یوسف سلیم پور، پریسا رنگرز صفحات 249-256
    امواج اتواکوستیک امیشن از جمله اصوات قابل اندازه گیری هستند که به وسیله حلزون و به ویژه سلول های مویی خارجی تولید شده و در مجرای گوش خارجی ثبت می شوند. سلول های مویی خارجی در پاسخ به محرک آکوستیکی و یا به صورت خودبه خودی، نوعی انرژی مکانیکی را در حلزون ایجاد می کنند. این انرژی از طریق گوش میانی و پرده صماخ به سمت خارج انتقال می یابد و در مجرای شنوایی خارجی به صورت سیگنال آکوستیکی قابل ثبت است. سیگنال اتواکوستیک امیشن را می توان درمجرای گوش به وسیله یک میکروفن حساس با اغتشاش پایین که در پروب مخصوص جای گرفته است، آشکار ساخته و ثبت کرد. همان طور که بیان شد منشاء اصلی اتواکوستیک امیشن گوش داخلیست و گوش میانی مانند یک کانال ارتباطی، وظیفه ارسال پاسخ های اتواکوستیک امیشن از گوش داخلی به سمت خارج را ایفا می کند. به این ترتیب پاسخ نهایی ثبت شده در کانال گوش خارجی به شدت متاثر از تابع انتقال گوش میانی خواهد بود که در حد امکان باید اثر اعوجاجی را کاهش داد. در این مقاله، مدل گوش میانی مد نظر است و بنابراین بر اساس اندازه گیری های مختلف سعی می شود که مدل معکوس برای گوش میانی درنظر گرفته شود، سپس با استفاده از مشخصات این مدل مانند پاسخ فرکانس، یک فیلتر جبران ساز بر پاسخ ثبت شده نهایی اعمال می شود و در نتیجه براورد قابل قبولی از پاسخ اتواکوستیک امیشن تولید شده در گوش داخلی به دست می آید. نتایج مقایسه سیگنال تخمین زده شده با سیگنال ثبت شده نشان می دهد که ارزیابی بر پایه اتواکوستیک امیشن تخمین زده شده با توجه به کاهش اغتشاش و تشخیص آزمون های اشتباه، به پاسخ حقیقی سلول های مویی خارجی نزدیک تر است.
    کلیدواژگان: تابع تبدیل معکوس گوش میانی، اتواکوستیک امیشن برانگیخته شده زودگذر، مدل شنیداری، براورد جبران ساز
|
  • Hamed Ghomashchi *, Ali Esteki, Ali Motie Nasrabadi, Fereydoun Nowshiravan Rahatabad Pages 177-185
    In this study a simple inverted pendulum model with PID controller and delayed feedback is used to model standing-still postural control system for the purpose of achieving useful information about its underlying control structure. Using the Genetic algorithm and an experimental study results, the model and the controller parameters were estimated in a way that the model mimics real experimental sway patterns. The controller parameters found meaningful interpretations and it is shown that degeneration of postural control system affects the values of the parameters. Our findings indicate that although the simple models are not able to describe complexities of postural control system and interactions between its components, they can help us to improve our understanding of postural control system, its performance, its features and the way that the features change.
    Keywords: Modeling, Postural control system, genetic algorithm, Neuromuscular impairments, Postural sway patterns
  • Mohammad Rashidi, Hamid Behnam *, Ali Sheikhani, Mohammad Reza Mohammadi, Maryam Norouzian Pages 187-194
    This paper presents ICA analysis application for detection of autism disorder. In the first step, resources of EEG signals were extracted by ICA and then time domain and frequency domain processing were implemented. EEG signals of ten children with autism and ten healthy children aged 6 to 11 years have been obtained. The results have been compared statistically by T-test. Lower correlation levels between resources of the left hemisphere of the brain especially C3 channel region in autistic children compared with healthy subjects have been observed. Also the average energy of theta frequency band in C3 and F3 channels for children with autism were lower than that in healthy people and this criterion was higher in gamma frequency band.
    Keywords: Electroencephalography, Autism disorder, Independent component analysis, Correlation analysis, Spectrum energy
  • Amin Zare *, Reza Boostani, Mansour Zolghadr Jahromi Pages 195-208
    There is a growing interest to improve seizure prediction by online analyzing of electroencephalogram (EEG) signals in epileptic patients. Seizure attack is occurred infrequently and unpredictably; hence, automatic detection of seizure during long-term is highly recommended. In this paper a novel Feature Reduction method namely AIS-RCA which adopted from the immunity system is proposed to improve the seizure detection rate. The automatic seizure detection can be performed in two successive stages: 1) The feature extraction/selection stage from EEG signals and 2) classifying the feature vectors by an efficient classifier. In this study, first, pseudo-Wigner-Ville distribution was applied to each window of the EEG signals and then the extracted features were transformed by AIS-RCA transform to represent the features in a more separable space. The AIS-RCA transformation matrix is estimated by using chunklets (a chunklet is defined as a subset of points that are known to be same). AIS-RCA using the proposed Artificial Immune System algorithm named Adaptive Distance-AIRS to discover the chunklets in the data space. Finally KNN classifier was applied to the transformed features to classify the seizure and non-seizure windows. The experimental results show that the proposed method yields epileptic detection accuracy rate up to 99.9% which is better than the results achieved by other types of features such as FFT, Wavelet transform, entropy and chaotic measures.
    Keywords: EEG signal, Time-Frequency Analysis, Spectrum, Epileptic seizures, AIS-RCA, AD-AIRS, RCA, Artificial Immune System (AIS)
  • Nadia Naghavi *, Amene Sazgarnia, Mohammad Hossein Miranbaygi Pages 209-218
    Today, the idea of photodynamic therapy (PDT) is considered as one of the fundamental basis of the new cancer treatment methods. One of the important issues in the application of this therapy is choosing the optimal dosimetry method. At best, PDT dosimetry should be done based on estimation of the accumulated singlet oxygen dose within the target tissue and comparison with the threshold value to ensure the efficacy of the treatment. In order to estimate the accumulated singlet oxygen level within the tissue, the most appropriate method is modeling the process of treatment. In this context, it is necessary to obtain enough information about the drug concentration within the target tissue, the amount of light absorbed by the drug, the amount of oxygen into the tissue, and the interactions between them that produce singlet oxygen. In this study modeling and simulation of the photobleaching has been investigated, considering the importance of the level of drug concentration in the target tissue which would be decreased by photobleaching. Simulation was done with Matlab software. A Comparison of simulation results with those of experimental methods showed that in the state of non-uniform drug distribution, simulation follows experimental results at the initial phase of rapid decline of drug concentration.
    Keywords: Modeling, Photodynamic therapy, Photobleaching, Dosimetry, Protoporphyrin IX
  • Saeed Rashidi *, Ali Fallah, Farzad Towhidkhah Pages 219-230
    Nowadays, fast and accurate algorithms for signature verification are very attractive. In the area of dynamic signature verification, the features are classified into two groups: parametric and functional features. In parametric algorithms, although the speed of features extraction and classification process is faster than function based approaches but they are less accurate. The goal of this paper is modeling of the velocity signal that its pattern and properties are stable for a person. With using pole-zero models based on discrete cosine transform, a precise method is proposed for modeling and then features are extracted from strokes. These features are the deference of pole angles of strokes. Applying linear, parzen window and support vector machine classifiers, the proposed algorithm was tested on data set from Persian, Chinese, English and Turkish people and with common threshold, resulted equal error rates of 1.25% and 1.78% in the random and skilled forgeries, respectively.
    Keywords: Discrete cosine transform, Parzen window, Signature verification, Stroke, Support Vector Machine, Pole-Zero model
  • Ali Taalimi, Emadoddin Fatemizadeh * Pages 231-248
    Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is widely used for investigation of brain neural activity. This imaging technique obtains signals and images from human brain’s response to prescheduled tasks. Several studies on blood oxygenation level-dependent (BOLD) signal responses demonstrate nonlinear behavior in response to a stimulus. In this paper we investigate nonlinear modeling of BOLD signal activity to model the nonlinear and time variant behaviors of this physiological system. For this purpose two categories of nonlinear methods are considered, first those one with emphasis on physiological parameters which affect BOLD response and methods model the input and output of system without any refer to all the hidden state variables (physiological parameters. Balloon model is analzyed and a new approach for activation detection based on this model is introduced. In addition, the Hammerstein-Wiener, NARMA and Volterra kernels are investigated as nonlinear and nonphysiological methods and their ability in detection of activation detection are compared. The Activation detection methods have been applied on the two data sets (real and synthetic). For synthetic data and threshold equal to 0.45, the Jaccard index for Wiener- Hammerstein, NARMA, and Volterra model was 0.9, 1.0, and 0.91, respectively. In real dataset and for optimal threshold (0.35, 0.4, and 0.45) the same index was 0.85, 0.90, and 0.87, respectively.
    Keywords: fMRI, Activation detection, nonlinear methods, Balloon, Hammerstein-wiener, NARMA, Volterra
  • Mohammad Javad Abolhassani *, Yousef Salimpour, Parisa Rangraz Pages 249-256
    An otoacoustic emission is a low-level acoustic signal which is generated in cochlea. It could be recorded with a sensitive probe in the outer ear canal. OAEs are considered to be related to the amplification function of the cochlea. Outer hair cells are the elements that enhance cochlear sensitivity and frequency selectivity and hence act as the energy sources for amplification. Otoacoustic emission is transmitted through oval window to the outer ear canal, the distortion effects of middle ear and outer ear on the recorded signal are inevitable. Currently all clinical applications of otoacoustic emission are based on distorted measurement. For estimating the original otoacoustic emission produced in cochlea the middle ear and the outer ear effects must be compensated. The computational model of the auditory periphery is used to design a compensation filter for the estimation of the otoacoustic emission right after production and before entering the middle ear. Using Middle ear reverse transfer function and primary input signal Fourier transforms, OAE estimation before middle ear was obtained. The results of comparison of the estimated signal with the recorded one indicate that, due to the noise reduction and increase in reproducibility as a main criteria in hearing screening, the assessment based on the estimated otoacoustic emission is closer to the real response of the auditory system.
    Keywords: Middle ear reverse transmission, Transient evoked otoacoustic emission, Auditory model, Estimation compensation