فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی پزشکی زیستی
سال هشتم شماره 1 (بهار 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/02/12
  • تعداد عناوین: 8
|
  • علی خادم، غلامعلی حسین زاده صفحات 1-17

    در داده های EEG/MEG، آرتیفکت هدایت حجمی به صورت ترکیب خطی لحظه ای فعالیت منابع مغزی در کانال ها مشاهده می شود. یکی از ویژگی های مهم تخمین گرهای ایده آل ارتباطات مغزی، مقاومت به آرتیفکت هدایت حجمی است؛ یعنی هدایت حجمی منابع مغزی مستقل هرگز نباید منجر به تخمین ارتباطات معنی داری بین کانال های EEG/MEGشود. تاکنون هیچ معیاری برای مقایسه سطح مقاومت تخمین گرهای مختلف ارتباطات مغزی در مقابل آرتیفکت هدایت حجمی در کاربردهای واقعی ارائه نشده است. در این مقاله، معیاری با عنوان شاخص مقاومت (RI)برای بررسی سطح مقاومت تخمین گرها به ارتباطات بین کانالی که با ترکیب خطی لحظه ای مولفه های شبه- مستقل قابل مدل سازی هستند؛ ارائه می شود. با توجه به ماهیت ترکیب خطی لحظه ای آثار هدایت حجمی، انتظار می رود RIبتواند تخمین گرهای ارتباطات مغزی را سازگار با سطح مقاومت آنها به آرتیفکت هدایت حجمی رتبه بندی کند. در ادامه، از RIبرای رتبه بندی هفت تخمین گر ارتباطات کارکردی مغزی، استفاده می شود؛ که عبارتند از: اندازه ضریب همبستگی پیرسون (CC)، اطلاعات متقابل (MI)، مجذور اندازه کوهرنس (Coh)، مقدار قفل شدگی فاز(1:1) ((1:1)PLV)،اندازه جزء موهومی کوهرنسی (ImC)، شاخص تاخیر فاز (PLI)و شاخص تاخیر فاز وزن دار (WPLI). نتایج برای داده های شبیه سازی شده و سیگنال های واقعی EEGنشان می دهند که تخمین گرهایی که از لحاظ تئوری به آرتیفکت هدایت حجمی مقاوم هستند (ImC، PLIو WPLI) مقادیر RIنزدیک 100% می دهند و مطابق انتظار بالاترین رتبه ها را دارند. همچنین، برای داده های شبیه سازی که آثار هدایت حجمی و منابع مغزی مشخص است، رتبه بندی تخمین گرها با RIسازگار با سطح مقاومت آنها نسبت به آرتیفکت هدایت حجمی است. این امر امکان استفاده از RIرا برای رتبه بندی سطح مقاومت تخمین گرها به آرتیفکت هدایت حجمی برای داده های واقعی EEG/MEGتایید می کند.

    کلیدواژگان: آرتیفکت هدایت حجمی، الکتروانسفالوگرام، مگنتوانسفالوگرام (EEG، MEG)، تحلیل مولفه های مستقل (ICA)، تخمین گرهای ارتباطات مغزی، داده های جانشین، شاخص مقاومت (RI)
  • رضا حاجیان، فرزاد توحیدخواه صفحات 19-29

    لرزش از شایع ترین اختلالات حرکتی انسان است که حرکتی غیرارادی و تقریبا سینوسی است. لرزش، مفصل های مختلفی در بدن از جمله مفصل آرنج را تحت تاثیر قرار می دهد. لرزش مفصل آرنج بصورت حرکات باز و بسته شونده و چرخشی ساعد است. درمان های متفاوتی برای لرزش وجود دارد که یکی از آن ها استفاده از تحریک الکتریکی است. در این روش لازم است به مواردی توجه شود که عبارتند از: 1) تحریک کننده الکتریکی، بمنظور انجام آزمایش های واقعی و اعتبارسنجی مدل، 2) مدل عصبی- عضلانی- اسکلتی برای بررسی دینامیک لرزش و شبیه سازی سیستم، 3) تعیین الگو، نحوه تحریک و روش کنترلی مناسب برای کنترل پارامترهای تحریک به نحوی که لرزش کاهش یابد. یکی از روش هایی که برای تحریک الکتریکی عضلات مخالف بمنظور کاهش لرزش استفاده می شود، تحریک به صورت فاز متقابل است. در این روش با توجه به اینکه سیستم دارای تاخیر زمانی، اغتشاش، روابط غیرخطی و متغیر با زمان است، نیازمند استفاده از کنترل کننده ای توانا و قدرتمند هستیم. در این پژوهش با توجه به ویژگی های کنترل کننده MPC، از این کنترل کننده استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان دهنده این است که MPCدر مقایسه با کنترل کننده PIDو Fuzzy- که قبلا از آنها استفاده شده است- عملکردی رضایت بخش دارد و نشان دهنده این موضوع است که بصورت تئوری می توان لرزش را با استفاده از تحریک الکتریکی کاهش داد.

    کلیدواژگان: کاهش لرزش، کنترل پیش بین مبتنی بر مدل، تحریک الکتریکی عملکردی سطحی، مدل عصبی، عضلانی، اسکلتی، تحریک خارج فاز
  • هادی برج خانی، صمد شیخایی، مهدی برج خانی صفحات 31-43

    در این مقاله فرستنده ای با معماری جدید برای حسگرهای قابل کاشت یا پوشیدنی پیشنهاد شده است. بسیاری از گره های حسگری به جای استفاده از باطری، توان مصرفی خود را از طریق سیستم استحصال انرژی تامین می کنند. با توجه به اینکه توان تامین شده از طریق استحصال انرژی محدود است، طراحی گره حسگری با توان مصرفی کم مطلوب است. گره حسگری از بلوک های مختلفی تشکیل شده است، که قسمت رادیویی آن توان غالب کل سیستم را مصرف می کند؛ بنابراین معماری جدید فرستنده با مدولاسیون BFSKو توان مصرفی کم ارائه شده است. به منظور کاهش توان مصرفی فرستنده از روش های قفل تزریق و ضرب فرکانسی استفاده شده است. در این فرستنده با استفاده از مدولاسیون BFSK، ارتباطی متقارن بین گره حسگری و ایستگاه پایه ایجاد می شود و پیچیدگی ارتباط به ایستگاه پایه یا همان گیرنده منتقل نخواهد شد. در معماری پیشنهادی برخلاف معماری های رایج، از نوسان سازهایی با توان مصرفی زیادمانند PLLاستفاده نشده است. همچنین برخلاف معماری های متداول عمل مدولاسیون در فرکانس حامل انجام نمی شود، بلکه در فرکانس نوسان ساز مرجع MHz 34 انجام می شود. فرکانس سیگنال مدوله شده در فرکانس مرجع برای ارسال از طریق آنتن 12 برابر افزایش یافته؛ به فرکانس سیگنال حامل خواهد رسید. با استفاده از ویژگی قفل تزریق نویز فاز سیگنال مدوله شده ارسالی dBc/Hz117- با آفست فرکانسی MHz1 و توان مصرفی فرستنده μW144 برای ارسال سیگنال با توان dBm7/16- است. فرکانس سیگنال حامل MHz408 است که برای رسیدن به این فرکانس، فرکانس سیگنال مرجع MHz34 انتخاب می شود.

    کلیدواژگان: گره حسگری، فرستنده کم توان، قفل تزریق با هارمونیک فرعی، ضرب فرکانسی، نوسان ساز حلقوی، ترکیب کننده لبه ها
  • ملیحه میری، محمدتقی صادقی، وحید ابوطالبی صفحات 45-56

    با توجه به نتایج موفقیت آمیز طبقه بندی کننده مبتنی بر نمایش تنک (SRC) و خوشه بندی زیرفضای تنک (SSC) در کاربردهای مختلف، در این مقاله با ترکیب این دو روش، یک روش طبقه بندی سلسله مراتبی ارائه می شود. ایده اصلی در روش های طبقه بندی و خوشه بندی مبتنی بر نمایش تنک، نمایش هر داده به صورت ترکیب خطی تنک از سایر داده ها است به گونه ای که داده های مشابه با داده مورد نظر در این ترکیب خطی بیشترین وزن را به خود اختصاص دهند. در روش پیشنهادی، به منظور دست یابی به صحت طبقه بندی بیشتر، ابتدا داده های آموزشی با استفاده از روش خوشه بندی زیرفضای تنک بخش بندی می شوند. سپس با استفاده از شیوه بکار گرفته شده در طبقه بندی کننده مبتنی بر نمایش تنک، طبقه بندی کننده ای دو مرحله ای طراحی می شود. در مرحله اول، خوشه ای که داده ورودی بیشترین شباهت را با آن دارد تعیین شده و در مرحله بعد طبقه مربوطه (برچسب داده) تعیین می شود. برای ارزیابی روش پیشنهادی از دادگان ریزآرایه14-Tumors- که حاوی اطلاعات مربوط به 14 نوع سرطان مختلف است- استفاده شده است. از جمله ویژگی های این دادگان تعداد زیاد بعد در مقابل تعداد کم نمونه در هر دسته است که عمل طبقه بندی آن ها را به مساله ای چالش برانگیز تبدیل می کند. ابعاد زیاد داده ها نه تنها مشکلاتی از جمله نفرین ابعاد و بیش انطباق طبقه بندی کننده به داده های آموزشی را به دنبال دارد، بلکه باعث افزایش پیچیدگی محاسباتی شده؛ زمان لازم را برای اجرای الگوریتم ها افزایش می دهد. آزمایش های انجام شده بر این دادگان با استفاده از روش پیشنهادی نشان می دهد که در مقایسه با سایر روش های طبقه بندی، این روش به نتایج بهتری منجر می شود.

    کلیدواژگان: خوشه بندی زیرفضای تنک، دادگان ریزآرایه، طبقه بندی سرطان، طبقه بندی کننده سلسله مراتبی، طبقه بندی کننده مبتنی بر نمایش تنک، نمایش تنک
  • سحر بابایی، علی مالکی صفحات 57-68

    امروزه به فرانگری حرکات بدن در کاربردها و زمینه های تحقیقاتی فراوانی از جمله توانبخشی، درمان و پزشکی بسیار توجه می شود. اخیرا شتاب سنج های مبتنی بر MEMSبرای این کاربرد مطرح شده اند. در این پژوهش به طراحی و ساخت سیستم اندازه گیری زاویه مفصل مبتنی بر دادگان شتاب سنج و واسط بلوتوث پرداخته شده است. استفاده از واسط بلوتوث، علاوه بر مزیت مزاحمت کمتر سیستم، راحتی برقراری ارتباط با کامپیوتر شخصی را نیز به دنبال دارد. در این سیستم دو شتاب سنج سه محوره ADXL330تعبیه شده است که امکان ثبت اطلاعات کافی و بررسی زاویه مفصل را در فضای سه بعدی با روش DCMRفراهم می کند.روش مذکور در ثبت دینامیک در مقایسه با روش CMRاز خطای کمتری برخوردار است. به عنوان نمونه ای از کاربرد این تجهیزات، زاویه مفصل آرنج در طی حرکت تعیین و بررسی شده است. در نهایت با استفاده از سیستم فوق به بررسی عملی روش CMRدر شرایط ایستا و دینامیک پرداخته شده است. در این پژوهش، از تجهیزات محکی شامل آونگ، سیستم ثبت اطلاعات سینماتیک با دو حسگر بی سیم و زاویه سنج الکتریکی استفاده شده است. با مرجع قرار دادن دادگان حاصل از زاویه سنج الکتریکی،حداکثر خطای ایستا ودینامیک به ترتیب 3 و 6.1 درجه حاصل شد.

    کلیدواژگان: شتاب سنج، حسگر زاویه، ارتباط بی سیم، حرکت
  • محمدرضا یوسفی نجف آبادی، رضا جعفری، حمید ابریشمی مقدم صفحات 69-86

    در این مقاله روش اجزای محدود - بدون مش مبتنی بر موجک به منظور حل مساله پیشرو مقطع نگاری القای مغناطیسی ارائه شده است. طبیعت بدون تماس و ایمن این فن تصویربرداری، آن را به روشی مناسب برای تصویر برداری پزشکی و صنعتی غیرتهاجمی تبدیل کرده است. در این روش ابتدا با عبور جریانی متناوب از یک یا چند سیم پیچ تحریک، میدان مغناطیسی تحریک درون جسم مورد نظر ایجاد شده؛ سپس ولتاژهای القایی در سیم پیچ های گیرنده اندازه گیری می شوند. تصویر با تخمین ضرایب هدایت الکتریکی جسم با استفاده از نتایج حاصل از اندازه گیری، نتایج حل مساله پیشرو و حل مساله معکوس بازسازی می شود. شبیه سازی مساله پیشرو به طور معمول با روش اجزای محدود انجام می شود؛ اما وابستگی جواب حاصل به مش مورد استفاده، بویژه وقتی که ناحیه هدف شامل اجسام متحرک باشد، محدودیتی برای روش اجزای محدود محسوب می شود. در این تحقیق، به منظور رفع مشکل وابستگی به مش بندی در روش اجزای محدود و اعمال دقیق تر و سریع تر شرایط مرزی در روش بدون مش، روش ترکیبی اجزای محدود - بدون مش مبتنی بر موجک برای حل مساله پیشرو مقطع نگاری القای مغناطیسی پیشنهاد می شود. همچنین برای اعمال شرایط پیوستگی حد فاصل بین دو ناحیه اجزای محدود و بدون مش، توابع پرش شیب به کار گرفته شده اند. برای ارزیابی کارایی روش پیشنهادی، نتایج شبیه سازی با نتایج بدست آمده از روش اجزای محدود معمول از لحاظ دقت و زمان محاسبات مقایسه شده اند.

    کلیدواژگان: مقطع نگاری القای مغناطیسی، تصویر برداری القای مغناطیسی، روش ترکیبی اجزای محدود، بدون مش، مساله پیشرو، تقریب موجک
  • محمدرضا رضاییان، غلامعلی حسین زاده، حمید سلطانیان زاده صفحات 87-99

    پدیده انتقال اشباع به واسطه تبادل شیمیایی (CEST) کانتراستی جدید را در تصویربرداری به روش تشدید مغناطیسی(MRI) مطرح کرده است. این کانتراست بسیار پیچیده به پارامترهای متعددی از جمله نوع، شدت و سایر ویژگی های پالس الکترومغناطیس (RF) بستگی دارد. عموما دو نوع پالس پیوسته و یا گسسته برای انجام فرایند اشباع بکار می رود. طراحی پالس RFبر اساس حل معادلات بلاخ- مک کانل انجام می شود. هدف اصلی این مقاله استخراج پارامترهای پالس های پیوسته RFبه نحوی است که منجر به ارتقای این کانتراست شود. پالس های گسسته به دلیل ضریب جذب ویژه امواج(SAR) از توجه بیشتری برخوردارند؛ ولی از آنجایی که گسسته سازی بر اساس پالس های پیوسته انجام می شود، بهینه سازی پالس پیوسته، منجر به پالس گسسته بهتری خواهد شد.. به همین علت و از طرفی بدلیل مرسوم بودن بکارگیری پالس های RFبا پوش پیوسته مستطیلی، گوسی و فرمی در MRI، تمرکز اصلی این مقاله بر ایگونه پالس ها بوده است. در این بررسی علاوه بر تخصیص عرض پالس محدود به پالس های گوسی و فرمی بر اساس تقریبdB60، به مقدار SARنیز توجه شده است. برای آنکه معیار درستی از قابلیت پالس ها و امکان قیاس آنها حاصل شود، مقدار زاویه چرخش (زاویه انحراف) همه آنها یکسان تنظیم شده است. نتایج نشان می دهد که از لحاظ اثر CESTو SARبترتیب پالس مستطیلی، فرمی و گوسی بهترین عمکرد را دارند.بواسطه مشکلات موجود در ساخت و اجرای پالس مستطیلی و همچنین محدودیت هایی که بواسطه الگوی مکانی تحریک سینک گونه وجود دارند، پالس های گوسی و فرمی همچنان مورد توجه هستند. در پالس مستطیلی به ازای دامنه 5.7 میکروتسلا، پالس گوسی به ازای انحراف معیار 0.7 ثانیه و پالس فرمی به ازای ضریب آلفا، 0.3 ثانیه بهترین عملکرد را دارا بودند؛ این نتایج با فرمول تجربی نیز تطابق داشت.

    کلیدواژگان: انتقال اشباع مغناطیسی، روش های عددی، SAR، A، spectra، معادلات بلاخ، مک کانل
  • سهراب بریمانی، علی مالکی، علی فلاح صفحات 101-111

    برای بازتوانی حرکتی بیماران آسیب نخاعی می توان از روش های مبتنی بر FESبهره برد که رکاب زنی FESاز جمله این روش ها است. ایجاد فعالیت تناوبی در ماهیچه های اندام تحتانی و پایداری نقطه اتکای بیمار، رکاب زنی FESرا در زمره تمرین های مفید برای این نوع بیماران قرار داده است. اصلی ترین مشکل پیش روی کاربرد FESدر توانبخشی، خستگی زودهنگام عضله ای است که تحریک الکتریکی به آن اعمال می شود. از سوی دیگر سیستم کنترل حرکت بدن انسان همواره مسیر کم هزینه ای را از میان بی نهایت مسیر ممکن برای انجام فعالیت های بدن در نظر می گیرد. بازده زیاد حرکتی و ایجاد کم ترین میزان خستگی در عضله ها از ویژگی های این سیستم کنترل است. اساس این نوع فعالیت، سینرژی نامیده می شود که امید است با به خدمت گرفتن آن، رکاب زنی FESبه شیوه موثرتری انجام شود. در این پژوهش به کمی سازی سینرژی عضلانی میان عضله های اصلی در رکاب زنی با روش تجزیه نامنفی ماتریس و با مبنای کینزیولوژی پرداخته شده است. چهار سینرژی به عنوان تعداد مناسب و بهینه سینرژی ها برای توصیف رکاب زنی در شرایط مختلف مکانیکی تعیین شد. معیار VAFبا درنظر گرفتن چهار سینرژی برای توصیف رکاب زنی با سرعت های 40، 50 و 60 دور بر دقیقه به ترتیب برابر 4±92، 3±92 و 4±91 درصد و برای گشتاورهای 5، 7 و 9 نیوتن متر به ترتیب برابر 3±91، 5±92 و 4±92 درصد به دست آمد. سینرژی های استخراج شده در سرعت های متفاوت و گشتاورهای مقاوم متفاوت نیز به طور میانگین دارای همبستگی 98.4 درصد هستند.

    کلیدواژگان: تحریک الکتریکی عملکردی، رکاب زنی FES، سینرژی عضلانی
|
  • Pages 1-17

    In EEG/MEG datasets, the Volume Conduction (VC) artifact appears as instantaneous linear mixing of brain source activities on the channel measurements. A desired characteristic of an ideal EEG/MEGconnectivity estimator (on sensor-space) is its robustness to VC artifact. This means that the VC of independent brain sources must never lead to detection of significant connectivity among EEG/MEG channels. There has been no criterion in the literature so far that can compare the robustness levels of different (sensor-space) connectivity estimators against VC artifact. In this paper, a criterion called Robustness Index (RI) is proposed to compare the robustness levels of connectivity estimators to channel couplings which are modeled by instantaneous linear mixing of quasi-independent components. Since the VC effects have instantaneous linear mixing nature, we expect RI to rank the connectivity estimators according to their robustness levels to VC artifact. RI is used to rank seven functional connectivity estimators: the absolute value of Pearson Correlation Coefficient (CC), Mutual Information (MI), Magnitude Squared Coherence (Coh), (1:1) Phase Locking Value ((1:1)PLV), the absolute value of Imaginary part of Coherency (ImC), Phase Lag Index (PLI) and Weighted Phase Lag Index (WPLI). The results for simulated data and a real EEG dataset show the connectivity estimators that are theoretically robust to VC artifact (ImC, PLI and WPLI) yield RI values near %100 and have the highest ranks, as expected. Also, for the simulated models in which the true VC effects and brain sources are known, ranking the connectivity estimators by RI is consistent with their robustness levels against VC artifact. Thissupports the possibility of using RI as a tool for ranking the robustness levels of connectivity estimators against VC artifact for real EEG/MEG datasets.

    Keywords: Volume Conduction Artifact, EEG, MEG, Independent Component Analysis (ICA), Surrogate Data, Connectivity Estimators, Robustness Index (RI)
  • Pages 19-29

    Tremor is one of the most frequent movement disorders which is involuntary and approximately sinusoidal. It affects various body joints such as elbow. Tremor on an elbow is considered as extension, flection, and rotation of the forearm. There are miscellaneous types of treatments for tremor one of which is electrical stimulation. In this research, we study existing stimulation methods in order to reduce tremor and control stimulation pulses. It should be notified that studying these methods requires 1- an electrical stimulator so that one can run natural experiments and estimate the validity of the model, 2- a skeletal- neuromuscular model in order to study the tremor dynamics and the system simulation, and 3- determining an appropriate stimulation scheme and control method in order that one can control the stimulation parameters to reduce tremor. The antagonist muscle stimulation technique for reducing tremor is in the form of either muscle co-contraction or anti-phase stimulation. In the former method, considering the fact that the time-dependent system has time-delay, disturbance, and non-linearities, a robust controller is needed. Hence, in this study, we take advantage of MPC controller because of its features. The results show that MPC controller is more satisfactory than the PID and fuzzy ones used in previous works and also demonstrate that one can theoretically reduce tremor by applying appropriate electrical stimulation.

    Keywords: Tremor suppression, Surface functional electrical stimulation, MPC controller, Out of phase stimulation, Muscloskeletal Model
  • Pages 31-43

    Currently need for ultra low power wireless transmitters in medical applications are inevitable. In this paper a new transmitter for body-worn and implantable sensor nodes is presented. Most of the sensor nodes supply their power using energy harvesting instead of a battery, since the power earned by harvesting is limited, so the average and the peak power consumption of the sensor node must be minimized. Transmitter blocks which implemented in sensor nodes are too power consuming. So a new low power Binary Frequency Shift Keying (BFSK) transmitter based on sub-harmonic current mode injection locking, and edge combining technique has been proposed. The proposed transmitter was designed to make a mutual communication between sensor node and base station, so there is no need for complexity at receiver side. In order to reduce the consuming power at transmitter side, BFSK modulation is done at reference frequency to prevent usage of power consuming low phase noise oscillator at carrier frequency. A 34MHz reference clock is used and the frequency of reference clock multiplied by 12 for desired carrier frequency. The phase noise of the carrier at 1MHz frequency offset is -117 dBc/Hz. Total power consumption of the transmitter is about 144µW. The output carrier frequency is 408MHz. BFSK modulation scheme is used at the frequency much lower than the carrier frequency in order to reduce the power consumption.

    Keywords: Sensor Node, Low power Transmitter, Sub, Harmonic Injection Locking, Frequency Multiplication, Ring Oscillator, Edge Combiner
  • Pages 45-56

    Successful outcomes of Sparse Representation-based Classifier (SRC) and Sparse Subspace Clustering (SSC) in many applications motivated us to combine these methods and propose a hierarchical classifier. The main idea behind the SRC and SSC algorithms is to represent a data using a sparse linear combination of elementary signals so that those elementary signals which are similar to the data contribute mainly in the representation.In this paper, the performance of a sparse representation based classifier is improved by pre-clustering of training samples using the SSC algorithm. A two-stage SRC is then designed using the resulting clusters. A test data is classified by first determining the most similar cluster. The data label is subsequently found using the second stage classifier. The performance of the proposed method is evaluated considering cancer classification problem using the 14-Tumors microarray dataset. Due to low number of data samples per each class and high dimensionality of the data, this is a challenging problem.Curse of dimensionality,overfitting of theclassifier to the training data and computational complexity are the possible related problems. Our experimental results show that the proposed method outperforms some other state of the art classifiers.

    Keywords: Sparse Subspace Clustering, Microarray data, Cancer classification, Hierarchical classifier, Sparse Representation, based Classification, Sparse representation
  • Pages 57-68

    Nowadays real time motion tracking have been receiving considerable attention in many applications and research fields such as rehabilitation, medicine and treatment. Recently MEMS accelerometers play an important role to attend desired result for these applications. This paper presents a new design for angle measurement device based on accelerometer sensor and Bluetooth module. Using Bluetooth module in addition to providing minimally obtrusive recording, allows you to connect to your personal computer and mobile quicker and easier. This system has made up of 2 complete 3 axis accelerometer ADXL330, which by giving sufficient data in 3D space allows us to investigate joint angle with DCMR method. The mentioned method in dynamic recording remarkably has less error in comparison to CMR method. As one application for this system, determination of elbow joint angle is studied. Eventually experimental recording of elbow joint angle in static and dynamic condition was done by applying CMR method. With reference to electrogoniometer output the maximum static and dynamic error were obtained respectively 3 and 6.1 degrees.

    Keywords: Accelerometer, Angle sensor, Bluetooth, DCMR
  • Pages 69-86

    In this paper, a combined wavelet based mesh free method has been presented to solve the forward problem in magnetic induction tomography (MIT). Being a non-contact safe imaging technique,MIT has been an appropriate method for noninvasive industrial and medical imaging. In this imaging method, a primary magnetic field is applied by one or more excitation coils to induce eddy currents in the material to be studied, and then the secondary magnetic field from these eddy currents is detected in sensing coils.Image reconstruction is obtained from estimated electric conductivity coefficients by using measurement data and solutions of forward and inverse problems. In general, the forward problem is solved using finite element method (FEM) with acceptable accuracy but in problems involving moving objects or objects with changing geometrical appearance, mesh distortion is inevitable and susceptible to producing error in numerical results.Since the solution of the FEM depends on the mesh shape and boundary condition constraints are difficult to be applied to the mesh free method, in this paper, the combined wavelet based mesh free approach is suggested to resolve the disadvantages of both methods in the MIT forward problem. In order to apply interface conditions betweenthe two finite element and mesh free sub-domains, slope jump functions are entered to the set ofbasis functions.The simulation results obtained by the proposed method are compared with the FEM in terms of accuracy and computational cost.

    Keywords: Magnetic induction tomography, combined wavelet based mesh free, finite element method, wavelet, Galerkin method, forward problem, wavelet method
  • Pages 87-99

    Chemical exchange saturation transfer (CEST) is a new mechanism of contrast generation in magnetic resonance imaging (MRI) which differentiates molecule biomarkers via chemical shift. CEST MRI contrast mechanism is very complex and depends on radio frequency (RF) power and RF pulse shape. Two approaches have been used to saturate contrast agent (CA) protons: continuous wave CEST (CW-CEST) and pulsed CEST. To find the optimal RF pulse, numerical solution of Bloch-McConnell equations (BME) may be used. In this paperwe find the optimum values of RF pulse parameters that maximize the CEST contrast. Discrete pulses have lower specific absorption ratio (SAR) than CW RF pulses. However, since discretization is performed on continuous RF pulses, optimizing the continuous RF pulses leads to the optimization of discrete RF pulses. Therefore, in this paper, Rectangular, Gaussian and Fermi pulses are investigated as CW RF pulses. In this investigation, in addition to considering the SAR limitation, 60 dB approximation for the RF pulse amplitude is used. To compare the efficiency of pulses, their resultant flip angles (FA) are assumed equal. Efficiency of CW-CEST is investigated using two parameters, CEST ratio and SAR. According to these parametres, rectangular, Fermi and Gaussian RF pulses have the best performance respectively. Since implementation of rectangular RF is harder than Gaussian and Fermi RF pulses, Fermi and Gaussian RF pulses are desired. Our results suggest that it is possible to maximize CEST ratio by optimizing parameters of rectangular (with an amplitude of 5.7µT), Gaussian (σabout 0.7s) and Fermi (a-value about 0.3s) pulses. Results are verified by empirical formulation of CEST ratio.

    Keywords: Bloch, McConnell equations, CEST MRI, Numerical solution, A, spectra, SAR
  • Pages 101-111

    FES based method used for rehabilitation of patients with spinal cord injury (SCI). One of these methods is FES cycling. FES cycling exercise has to be useful among SCI patients because of creating a periodic activity in the muscles of the lower extremities and stability of seating position. The major challenge for application of FES in rehabilitation is early fatigue occurrence in electrically stimulated muscles. Motor control system selects a low-cost path among the infinite possible route to the body's movements. High efficiency and the minimum rate of muscle fatigue are main characteristics of the motor control system. This type of control system is called muscle synergy. In this study, the quantification of muscle synergy between the core muscles in cycling has been done by non-negative matrix factorization (NMF) method and considering the kinesiology basis. Four synergies were determined as appropriate and optimal synergies to describe the cycling in different mechanical terms. VAF criteria with regard to the four synergies to describe cycling in speeds of 40, 50 and 60 rpm are 92±4, 92±3 and 91±4% respectively and torques, 5, 7 and 9 Nm are 91±3, 92±5 and 92±4% respectively. Correlation between Synergies extracted at different mechanical terms is 98.4 percent in average.

    Keywords: Functional Electrical Stimulation, FES Cycling, Muscle Synergy