فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی پزشکی زیستی
سال ششم شماره 4 (زمستان 1391)

  • تاریخ انتشار: 1391/12/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • هدا سالمی، علی اصغر بهنام قادر*، محمدرضا باغبان اسلامی نژاد، محمد عطایی صفحات 249-255
    کلاژن و ترکیبات کلسیم فسفاتی، بویژه نانوهیدروکسی آپاتیت ترکیبات اصلی استخوان طبیعی هستند. در سنتز همزمان هیدروکسی آپاتیت در حضور کلاژن، ذرات کلسیم فسفات در امتداد فیبریل کلاژن رشد کرده؛ میکروساختار متفاوتی را ایجاد می کنند. از این رو تاثیر کلاژن بر ویژگی های میکروساختاری و فازی ذرات کلسیم فسفات، بررسی شد. با توجه به سنتز همزمان هیدروکسی آپاتیت در حضورکلاژن، کلرید کلسیم به عنوان منبع کلسیم  به مخلوط کلاژن و اسید فسفریک به عنوان منبع فسفر اضافه  شد. وغلظت کلاژن در مخلوط نهایی 1% وزنی/حجمی و نسبت وزنی کلسیم به فسفر 67/1 بود. فاز معدنی سنتز شده در حضور کلاژن و بدون کلاژن (نمونه کنترل) به مدت 1 ساعت در دمای 600 درجه سانتی گراد قرار داده شد و شکل، ساختار و تغییرات فازی آن با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، تحلیل تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR) و پراش اشعه ایکس (XRD) بررسی شدند. نتایج SEMذرات کلسیم فسفات ریزتر و با ساختاری ورقه ای را در نمونه هیدروکسی آپاتیت سنتز شده در حضور کلاژن در مقایسه با نمونه کنترل -که دارای ساختار درشت تر وشبه کروی است- نشان دادند. تحلیل های FTIRو XRDحضور ترکیبات هیدروکسی آپاتیت و اکتاکلسیم فسفات را تایید کردند. بررسی طیف FTIRنمونه ها قبل از عملیات حرارتی، حضور باند هیدروکسیل و باند فسفاتی مشخصه ترکیبات کلسیم فسفاتی و باندهای آمیدی مشخصه کلاژن را نشان داد. بعد از عملیات حرارتی نیز وجود بلورینگی کمتر درطیفXRD مشاهده شد.
    کلیدواژگان: کلاژن، ترکیبات کلسیم فسفات، هیدروکسی آپاتیت، معدنی کردن کلاژن، نانو ذرات
  • شهلا عزیزی، فرزاد توحیدخواه*، فرشاد الماس گنج صفحات 257-265
    در این مقاله، یک سیستم بازشناسی کلمات جداگانه بررسی شده است. هدف این تحقیق، افزایش کارایی سیستم بازشناسی گفتار کودکان با استفاده از روش هنجارسازی طول مسیر صوتی است. این سیستم بازشناسی، برای استفاده در طراحی نرم افزار گفتاردرمانی ایجاد شده است به طوری که این نرم افزار با استفاده از سیستم بازشناسی، درست یا نادرست بودن تلفظ کودک را تشخیص می دهد و تلاش می کند تا با استفاده از بازخوردها گفتار کودک را بهبود بخشد. دادگان گفتاری -که در فاز بازشناسی این سیستم استفاده شده است- مربوط به 47 کلمه و اختلالات تولیدی رایج در آنها است. در این مطالعه، 4 مدل پایه شامل مدل کودکان، مدل ترکیبی کودکان و زنان و دو مدل بزرگسالان (با استفاده از داده های فارس دات) آموزش داده شده است. داده هایی که برای آموزش و آزمون مدل کودکان استفاده شده، مربوط به 38 کودک در بازه سنی 5 تا 8 است. همه مراحل آموزش و آزمون سیستم بازشناسی با استفاده از ابزار HTKانجام شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد که کارایی کم سیستم بازشناسی با استفاده از روش تطبیق هنجارسازی طول مسیر صوتی افزایش می یابد و بهبود مدل بزرگسالان چشمگیرتر از مدل کودکان است.
    کلیدواژگان: بازشناسی گفتار کودکان، هنجارسازی طول مسیر صوتی، تطبیق گوینده، نرم افزار گفتاردرمانی کودکان، مدل های مارکوف پنهان
  • مینا قره نازی فام، احسان اربابی* صفحات 267-278
    ایمپینجمنت یا گیر کردن مفصل ران یکی از دلایل اصلی ایجاد آرتروز زود هنگام در مفصل ران است. این عارضه با تغییر شکل یکی از استخوان های ران یا لگن و یا هر دو ایجاد می شود. زمانی که سر استخوان ران، شکل کروی خود را در ناحیه گردن استخوان از دست می دهد، عارضه گیر کردن از نوع بادامکی (CAM) ایجاد می شود. زاویه آلفا به منظورکمی سازی این عارضه به کار برده می شود. در این مقاله روشی تمام خودکار برای اندازه گیری زاویه آلفا با استفاده از داده سه بعدی استخوان ران، پیشنهاد شده است. در این روش زاویه آلفا در تمام جهات حول محور سر-گردن اندازه گیری شده است. برای این منظور از صفحات شعاعی با محور مشترک سر-گردن استخوان ران استفاده شد که در نهایت منحنی پیوسته ای از زاویه آلفا بر حسب میزان چرخش صفحه شعاعی به دست آمد. روش پیشنهاد شده برای 12 داده استخوان ران انسان مربوط به هر دو پای راست و چپ آزمایش شد. داده ها از تصاویر تشدید مغناطیسی (MRI) استخوان ران افراد مونث با متوسط سنی حدود 25 و بدون هیچ عارضه استخوانی مشخص، تهیه شدند. نتایج به دست آمده نشان داد که متوسط و انحراف معیار زاویه آلفای محاسبه شده در محدوده قابل انتظار برای این زاویه قرار دارند. در ادامه تاثیر چهار قدرت تفکیک مختلف از داده های سه بعدی بر نتایج استخراج شده از روش پیشنهادی از منظر دقت و سرعت بررسی شدند. این بررسی نشان داد که کاهش قدرت تفکیک به میزان 64 برابر، می تواند باعث افزایش سرعت تا حدود 8 برابر و همچنین کاهش دقت به میزان متوسطی حدود 2 درجه شود.
    کلیدواژگان: استخوان فمور، گیر کردن مفصل ران، تصاویر تشدید مغناطیسی (MRI)، رویه سه بعدی
  • رامتین زرگری مرندی، سید حجت سبزپوشان* صفحات 279-285

    پژوهش های اخیر در زمینه رایانش نافذ منجر به بهره گیری از روش های جدید برای شناسایی فعالیت انسان شده است. یکی از این روش ها، الکترواکولوگرافی است که به کمک آن می توان حرکات چشم را ثبت و با تحلیل الگوهای آن، فعالیت هایی مانند خواندن را شناسایی کرد. الگوی حرکتی خواندن با پردازش سیگنال های الکترواکولوگرام (EOG) کانال افقی قابل شناسایی است؛ بنابراین در این پژوهش فقط از سیگنال های EOGکانال افقی به جای هر دو کانال افقی و عمودی استفاده شد. با وجود کاهش تعداد کانال ها و با بکارگیری الگوریتمی مبتنی بر تطبیق رشته زمان-پویا (DTW) و استخراج الگوی مرجع خواندن به کمک تبدیل موجک و کدگذاری سیگنال EOG، کارایی دسته بندی داده های مربوط به خواندن و نخواندن افزایش یافت. نتایج نشان داد که در کنار انحراف معیار کم نرخ شناسایی، بیشترین نرخ شناسایی 4% و میانگین بازخوانی 7% افزایش داشتند که نشان دهنده قابلیت اطمینان بیشتر الگوریتم به شرایط و افراد مختلف در مقایسه با الگوریتم های پیشین است.

    کلیدواژگان: الکترواکولوگرافی، بافتارآگاهی، تطبیق رشته، رایانش نافذ، شناسایی الگو
  • محدثه یاریان، مهیار نراقی*، سید مهدی رضاعی، محمد زارعی نژاد، حامد غفاری راد صفحات 287-297
    در این مقاله روش جدیدی برای کنترل سیستم های جراحی رباتیک از راه دور دوجانبه با بازوی انعطاف پذیرجراح ارایه شده است. در این راستا، ساختار دوگانه ای از کنترل های پس خوراند و پیش خوراند برای بازوی پیرو انعطاف پذیرپیشنهاد شده است. این روش، توانایی روش شکل دهنده ورودی به عنوان کنترل پیش خوراند را برای کاهش ارتعاشات انتهای بازو و کنترل پس خوراند بر اساس کنترل کننده تناسبی- مشتقی مجتمع را برای کنترل حرکت صلب سیستم با هم می آمیزد. در این مقاله برای اولین بار، پایداری شکل دهنده ورودی در حلقه بسته کنترلی برای سیستم های غیرخطی بررسی شد. شرایط پایداری کلی سیستم با وجود تاخیر زمانی ثابت در کانال های ارتباطی با استفاده از روش لیاپانوف استخراج شده است. به سبب استقلال از پارامترهای سیستم، ترکیب کنترلی معرفی شده به پایداری مقاوم نسبت به عدم قطعیت پارامتری منتج شده است. به علاوه، با شکل دهی به فرمان ارسالی راهبر به پیرو، عملکرد ردیابی درحضور انعطاف پذیری بهبود یافت. تاثیرگذاری چهارچوب پیشنهادی از نظر قابلیت همزمان تعقیب ورودی، کاهش ارتعاشات و ارزیابی بررسی های تیوری، با شبیه سازی های متعدد ارزیابی شد.
    کلیدواژگان: جراحی رباتیک از راه دور دوجانبه، ربات های جراح انعطاف پذیر_ کنترل کننده شکل دهنده ورودی تناسبی مشتقی، تاخیر زمانی کانال های ارتباطی، کنترل ارتعاشات در ساختارهای انعطاف پذیر
  • یاسر رضایی مقدم، سید مهدی رضاعی، مهناز شمشیرساز، محمد زارعی نژاد*، محمدرضا دهقان صفحات 299-305
    یکی از شیوه های غلبه بر مشکل ناباروری زوجین، لقاح مصنوعی (IVF) است. در این فرایند مهمترین بخش برخورد سوزن با سلول است، به طوری که اگر نیروی برخورد بیش از چند میلی نیوتن باشد دیواره تخمک صدمه می بیند و فرایند تزریق ناموفق خواهد بود. از آنجایی که فرایند آماده سازی تخمک و اسپرم هزینه بر است، فراهم کردن بستری برای انجام تزریق بدون اشتباه امری اجتناب ناپذیر است. هدف این مقاله طراحی یک سیستم هپتیکی با محیط واقعیت مجازی به منظور آموزش کاربران برای انجام عملیات لقاح مصنوعی است. در این تحقیق، برای شبیه سازی نیروی تزریق از مدل نیرویی نقطه بار و برای شبیه سازی تغییر شکل سلول انعطاف پذیر، از مدل جرم و فنر استفاده شد. در نهایت با استفاده از یک واسط هپتیکی و محیط گرافیکی ایجاد شده عملیات تزریق شبیه سازی شده است. همچنین با استفاده از آزمایش تجربی و ثبت نیرو، صحت عملکرد این شبیه سازی تایید شد.
    کلیدواژگان: لقاح مصنوعی، واقعیت مجازی، هپتیک، جرم و فنر، آموزش کاربر
  • ادیب کیخسروی، ادموند زاهدی* صفحات 307-317
    فوتوپلتیسموگرام (PPG) یکی از کم هزینه ترین سیگنال ها است که همواره مورد توجه محققان به منظور استخراج پارامترهای سیستم قلبی-عروقی مانند میزان اتساع شریانی در پی تحریک بوده است. در اکثر موارد  PPGاز نوک انگشت ثبت می شود که تحت تاثیر سیستم خودتنظیم عروقی است، به طوری که موجب می شود نتایج حاصل با نتایج روش های استاندارد مانند سونوگرافی همبستگی زیادی نداشته باشد. با توجه به اینکه شریانهای هدایتی فاقد سیستم خود تنظیمی هستند، در این تحقیق میزان همبستگی خطی PPGشریان رادیال بانوک انگشت بررسی شد. برای این منظور، با کمک آرایه ای از فوتودیودها و یک    LEDبا طول موج 960 نانومتر، یک پروب ثبتPPGاز شریان رادیال در مچ دست طراحی و ساخته شد. این طراحی بر پایه شبیه سازی برخورد نور و بافت به روش مونت کارلو انجام شد. سپس PPGمچی از شریان رادیال و PPGانگشتی از انگشت اشاره در شرایط تنفس طبیعی و تنفس عمیق ثبت شدند. در آزمایش اول (تنفس طبیعی) سیگنالها از 9 نفر اخذ شدند، که ضریب همبستگی بین PPGمچی و انگشتی برای سیگنال خام (AC+DC) برابر ٪1/12 ± ٪5/62، قسمت ACبرابر ٪9/6 ± ٪2/91، و قسمت DCبرابر ٪4/13± ٪61 به دست آمد. در آزمایش دوم (تنفس عمیق)، سیگنالها از 6 نفر ثبت شدند که ضریب همبستگی برای سیگنال خام ٪9/5 ± ٪7/89 ، قسمت ACبرابر ٪3/3  ± ٪7/93، و قسمت DCبرابر ٪9/5 ± ٪9/89 به دست آمد. این نتایج نشان می دهد که در شرایط تنفس طبیعی، فقط قسمتهای ACسیگنالها همبستگی خطی زیادی دارند؛ اما هنگامی که تنفس عمیق غالب می شود، هر دو قسمت ACو DCهمبستگی زیادی پیدا می کنند.
    کلیدواژگان: پروب PPG مچی، تنفس طبیعی، تنفس عمیق، ضریب همبستگی خطی
|
  • Hoda Salemi, Ali Asghar Behnamghader *, Mohammad Reza Baghaban Eslaminejad, Mohammad Ataei Pages 249-255
    Collagen and Hydroxyapatite (HA) nanoparticles are significant constituent of the natural bone. In this study, the effect of collagen on the morphological and phase characteristics of calcium phosphate nanoparticles was investigated. The synthesis reaction was initiated by mixing H3PO4 as phosphorous source and CaCl2 as calcium source in presence of Collagen Type 1. Collagen concentration in suspension and Ca to P ratio was 1% and 1.67 respectively. The morphology and structure of samples (with collagen and without collagen), heat treated at 600 0C were characterized by X-Ray diffraction (XRD), Fourier transformation infrared (FTIR) and Scanning electron microscopy (SEM). More fine and flake-like shape particles were observed in the SEM images of sample synthesized in the presence of collagen compared to the control sample which was constituted of larger granular particles. The XRD results revealed the powders were composed of hydroxyapatite and octacalcium phosphate and the sample synthesized in the presence of collagen was less crystalline. The amide bands of collagen and P-O and OH characteristic peaks were identified in FT-IR spectra.
    Keywords: collagen, Calcium phosphate component, Hydroxyapatite, nanoparticles, mineralization of collagen
  • Shahla Azizi, Farzad Towhidkhah *, Farshad Almasganj Pages 257-265
    In present work, recognition of isolated word has been studied. The purpose of this research is to increase the performance of children’s speech recognizer using Vocal Tract Length Normalization. This recognition system has been created to design a speech therapy software. Recognition of correct and wrong pronunciation and help children to improve it using some feedbacks are the goals of this software. In test phase, some speech data that are related to correct and incorrect pronunciation of 47 words have been utilized. Four Baseline models have been Trained, one for children, one combined model (females and children) and two for Adults (by exploiting one Persian database). Children’s model was trained and tested with data that have been collected from 38 children (5 to 8 years old). These experiments were implemented in HTK toolkit. Poor performance was improved using VTLN. Improvement of adult’s model was more than children’s model.
    Keywords: Children speech recognition, Vocal Tract Length Normalization, Speaker adaptation, Children speech therapy software, Hidden Markov Models
  • Mina Gharenazifam, Ehsan Arbabi * Pages 267-278
    One of the main causes of early osteoarthritis of the hip is Femoroacetabular Impingement (FAI). When the femoral head loses its spherical shape at head-neck junction, a special type of impingement, called Cam impingement, occurs. Alpha angle can be used as a geometric parameter for evaluating this kind of anatomic deformity. In this article we propose a fully automatic strategy for estimating alpha angle by analyzing 3D data. In the proposed strategy a radial plane around the femoral head-neck axis is rotated in order to provide alpha angles in different orientations. For evaluating the proposed method, the alpha angle of twelve 3D femur models of female subjects, reconstructed from magnetic resonance images (including both right and left femur), have been estimated. The mean and standard deviation of these estimated alpha angles have been found to be in good agreement with the expected values for alpha angle in healthy human. In addition, the effect of the data resolution on the provided results has been evaluated in terms of accuracy and speed, by using four different resolutions of 3D meshes. The results indicate that using 64 times lower data resolution can increase the computational speed up to about 8 times and add an average error of about 2° to the estimated alpha angles.
    Keywords: Hip, Femoroacetabular Impingement (FAI), Magnetic Resonance Images (MRI), 3D Mesh
  • Ramtin Zargari Marandi, Seyed Hojat Sabzpoushan * Pages 279-285

    Recent research in pervasive computing field leads to use of novel techniques for human activity recognition. One of these techniques is electrooculography which helps to record eye movements and by analyzing these movements’ patterns it’s possible to recognize daily life activities like reading. Eye movement patterns during reading can be detected using only EOG signals from horizontal channel instead of both horizontal and vertical channels, so only horizontal channel electrode placement on subject’s face set up for hindrance reduction is used in this work. Despite of channels reduction and by using DTW-based string matching algorithm and reading reference template extraction using wavelet transform and encoding of EOG signal, the performance of classification between reading and non-reading data increased, As it shows 4% increase in maximum recognition rate and also low standard deviation in recognition rate in addition to 7% increase in mean of recall which demonstrate that the algorithm is more robust and reliable in comparison with previous algorithms encountering various situations and subjects.

    Keywords: Electrooculography, Context-awareness, String Maching, Pervasive Computing, Pattern recognition
  • Mohadese Yaryan, Mahyar Naraghi *, Seyed Mehdi Rezaei, Mohammad Zareinejad, Hamed Ghafarirad Pages 287-297
    This paper addresses a new control scheme for bilateral telesurgical system with flexible links surgical robot. In this regard, hybrid structure of feedback and feedforward controller is suggested for flexible slave robot. This approach utilizes capability of Input Shaping (IS) as feedforward controller to reduce vibration at robot’s end tip and the feedback controller based on collocated Proportional-Derivative (PD) for control rigid body motion of the system. Stability of closed loop input shaper for nonlinear systems is discussed for the first time in this article. The stability conditions for overall system with constant communication time delay are derived using lyapunov method. Due to the independence of the system parameters, combination of these controllers results stability robustness to parameter uncertainties. Moreover, It is shown that reshaped master command to slave’s controller improves tracking performance in the presence of robot flexibility. Simulation results are used to verify the main theoretical points of this paper and demonstrate the effectiveness of proposed control framework in terms of input tracking and vibration suppression.
    Keywords: Bilateral Telesurgical Robotics, Flexible Surgical Robots, Input shaping-PD controller, Time delayed communication, Vibration control in flexible structure
  • Yaser Rezaei Moghaddam, Seyed Mehdi Rezaei, Mahnaz Shamshirsaz, Mohammad Zareinejad *, Mohammad Reza Dehghan Pages 299-305
    In vitro fertilization (IVF) is a solution to overcome the problem of infertility of couples .Lately with the development of technology and using robotic systems, telesurgery systems are used in order to increase the accuracy, better control of needle movement and preventing injury to the ovum cell while injection in IVF. To provide better control of injection, haptic systems are used. In this study, a haptic system is designed with virtual reality environment in order to perform In vitro fertilization. For modeling of injection force, point-load model is utilized. A mass-spring model is used to simulate cell deformation during insertion. Simulation results have a good conformity with related researches.
    Keywords: mass-spring model, haptic systems, virtual reality, in vitro fertilization (IVF)
  • Adib Keikhosravi, Edmond Zahedi * Pages 307-317
    The photoplethysmogram (PPG) is a low cost and ubiquitous signal and has always had a great significance in cardiovascular parameter identification such as arterial dilation due to a stimulus. The PPG is generally recorded from the fingertip which is affected by the auto-regulation mechanism (ARM), preventing the results to be well correlated with standard methods based on imaging the brachial or radial artery.  Based on the fact that the ARM has no effect on conduit arteries, the correlation between fingertip and radial artery PPG is investigated in this work. A custom made probe is fabricated using an array of photodiodes and a 960 nm LED for recording the wrist photoplethysmogram (PPG). The design is based on Monte-Carlo simulation of light propagation in tissues. Two series of experiments were carried-out: normal breathing and deep breathing. In both experiments, index finger and wrist PPG were simultaneously recorded. In the first series of experiments, signals from 9 subjects were recorded and the correlation coefficient for the raw signals (AC+DC), the AC and DC components of wrist and finger PPG were 62.5% ± 12.1%, 91.2% ± 6.9% and 61% ± 13.4% respectively. In the second series of experiment (deep breathing), signals from 6 subjects were recorded and the correlation coefficient for the raw signals (AC+DC), the AC and DC components were 89.7% ± 5.9%, 93.7% ± 3.3% and 89.9% ± 5.9% respectively. These results show that under normal breathing conditions, only the AC components of the PPG signals are highly correlated. When respiration becomes the dominant effect, both AC and DC parts become highly correlated.
    Keywords: wrist PPG probe, normal breathing, deep breathing, Correlation Coefficient