فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی پزشکی زیستی
سال ششم شماره 3 (پاییز 1391)

  • تاریخ انتشار: 1391/09/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • احسان عکافی، منصور ولی *، نگین مرادی صفحات 119-129
    پرخیشومی از رایج ترین اختلالات در کودکان دارای شکاف کام است. عموما برای کاهش این نقیصه نیاز به جراحی است و بنابراین ارزیابی خیشومی بودن برای بررسی تاثیر جراحی و همچنین طراحی جلسات گفتار درمانی- که بعد از عمل های جراحی نیاز است- حیاتی است. استفاده از مدل های تمام قطب مانند ARبرای مدل سازی سیستم لوله صوتی افراد سالم رایج و معتبر هستند؛ اما وجود کانال ارتباطی بین حفره دماغی و دهانی افراد دارای شکاف کام، منجر به اضافه شدن صفر به تابع تبدیل فیلتر لوله صوتی شده و  درنتیجه مدل مذکور برای فیلتر لوله صوتی این افراد دقیق نیست. بر این اساس در این تحقیق روش کمی جدیدی برای تخمین میزان پرخیشومی بودن ارایه شده است. در روش ارایه شده میزان پرخیشومی بودن با کمیتی که از محاسبه فاصله بین بردار ضرایب کپستروم استخراج شده از ضرایب مدل ARو مدل ARMA  بدست آمده، ارزیابی شد. روش k-meansو روش بیز برای یافتن حد آستانه مناسب بمنظور طبقه بندی دادگان به کار رفت. با اجرای الگوریتم پیشنهادی برای مجموعه دادگان شامل واکه های /a/ استخراج شده از کلمه آزمون /pamap/ که 13 فرد دارای شکاف کام و 22 فرد سالم آنرا بیان کردند، صحت تراز شده 18/82 درصد برای طبقه بندی گویش ها و صحت تراز شده 72/97 درصد برای طبقه بندی افراد بدست آمد. از آنجایی که روش ارایه شده تنها به پردازش کامپیوتری دادگان نیاز دارد، در مقایسه با روش های بالینی دیگر، ساده و غیر تهاجمی است.
    کلیدواژگان: شکاف کام، پرخیشومی، پردازش گفتار، گفتار درمانی، کپستروم
  • شکوفه برهان، سعید حصارکی* صفحات 163-168
    امروزه شیشه های زیست فعال با ترکیبات مختلف برای ترمیم نقیصه های استخوانی کاربردهای وسیعی یافته اند. بیومواد تزریق پذیر در مواردی که جراحی باز با مشکلات فراوانی همراه باشد و یا محل آسیب به آسانی در دسترس نباشد، مورد توجه قرار گرفته اند. در این پژوهش نانو پودر شیشه زیست فعال به روش سل- ژل اسید و باز تهیه شد و به عنوان فاز جامد خمیرهای تزریق پذیر غیر قابل گیرش مورد استفاده قرار گرفت. ویژگی های پودر تهیه شده نیز با روش های مختلف بررسی شد. برای تهیه نانو کامپوزیت ها، شیشه زیست فعال با نسبت های مختلف محلول های هیالورونیک اسید و پلی وینیل الکل مخلوط شد. پایداری خمیرها در برخورد با محیط فیزیولوژیک بدن، به صورت کیفی مشاهده شد. رفتار ریولوژیک خمیرها در دو مد چرخشی و نوسانی بررسی شد. نتایج نشان دادند که اندازه ذرات پودر شیشه nm 30-20 است و این نانوکامپوزیت ها رفتار غیر نیوتنی shear thinningدارند. با افزودن پلی وینیل الکل پایداری خمیرها بیشتر شده،  مساحت حلقه هیسترزیس افزایش می یابد. آزمون های ریولوژی نوسانی مشخص کردند خمیرها رفتار ویسکوالاستیک داشته؛ ولی قسمت الاستیک آن غالب تر است. به طور کلی می توان از این بیو کامپوزیت به عنوان خمیر زیست فعال برای درمان بافت سخت و حتی بافت نرم استفاده کرد.
    کلیدواژگان: نانو کامپوزیت، شیشه زیست فعال، پلی وینیل الکل، هیالورونیک اسید، رئولوژی
  • بهزاد سیفی، حسین منصوری نژاد، بهمن وحیدی، ناصر فتورائی* صفحات 169-175
    جریان پریستالتیک یا دودی شکل یکی از مهم ترین مکانیسم های انتقال سیال است. این جریان علاوه بر کاربردهای متنوع در مهندسی،  مکانیسم بسیار مهم انتقال سیال در بسیاری از اندام های بیولوژیک به خصوص در دستگاه گوارش و دفع ادرار محسوب می شود. در این مقاله، انتقال بولاس ادرار در میزنای با استفاده از دستگاه شبیه ساز حرکات دودی شکل بررسی شده است. از ویژگی های این دستگاه می توان به قابلیت بررسی پارامترهای مختلف موثر بر جریان دودی شکل ادرار، مانند اثر اختلاف فشار ورودی و خروجی میزنای بر دبی تخلیه و میزان جریان بازگشتی از میزنای به کلیه، تاثیر سرعت متوسط انتقال بولاس بر دبی تخلیه و  میزان جریان بازگشتی، اثر وجود فیلم سیال در میزنای بر دبی تخلیه و همچنین تاثیر تغییر طول بولاس بر میزان جریان بازگشتی اشاره کرد. نهایتا مشاهده شد که افزایش اختلاف فشار ورودی و خروجی موجب کاهش نسبت رفلاکس به حجم اولیه بولاس و افزایش دبی تخلیه شده وکاهش سرعت انتقال ادرار باعث کاهش میزان رفلاکس و دبی خروجی می شود. افزایش ضخامت فیلم سیال در مجرا نیز باعث کاهش دبی تخلیه خروجی می شود و با افزایش طول بولاس ادرار، بر میزان جریان بازگشتی افزوده می شود.
    کلیدواژگان: جریان دودی شکل، دبی ادرار، رفلاکس جریان ادرار، شبیه سازی عملکرد اندام های زیستی، میزنای
  • زینب فرشته، محمدحسین فتحی*، رضا مظفری نیا صفحات 177-193
    هدف از پژوهش حاضر ساخت و مشخصه یابی داربست کامپوزیت پلی ε-کاپرولاکتون/ نانوذرات منیزیم فلویور آپاتیت (PCL/nMg-FA) با استفاده از روش الکتروریسندگی است. کامپوزیت مورد نظر با استفاده از بهینه سازی پارامترهای فرایند الکتروریسی مانند حلال، غلظت پلیمر و درصد بیوسرامیک موجود در کامپوزیت تهیه شد. نتایج نشان داد که اندازه قطر الیاف با تنظیم ویسکوزیته و هدایت الکتریکی محلول، تغییر می کند. نمونه های بهینه شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، پراش پرتو ایکس (XRD)، تحلیل توزیع انرژی پرتو ایکس (EDX) و تحلیل حرارتی وزن سنجی (TGA) بررسی شدند. نتایج بدست آمده از TEMو EDXنشان دادند نانوذرات nMg-FAبه صورت کاملا همگن درون الیاف پلیمری قرار گرفته اند. نکته قابل توجه این است که در طی فرایند ساخت از هیچ گونه ماده سورفکتانت به عنوان عامل اصلاح ساز سطحی استفاده نشد. همچنین نتایج XRDنشان داد که هیچ واکنش شیمیایی بین اجزای کامپوزیت رخ نداده است. از طرفی با افزایش مقدار نانوذرات درون کامپوزیت، استحکام مکانیکی و نیز مقاومت حرارتی داربست افزایش یافت.
    کلیدواژگان: الکتروریسندگی، نانوکامپوزیت، نانوذرات منیزیم فلوئور آپاتیت
  • علیرضا رحیم پور، عباس نصیرایی مقدم* صفحات 195-205
    هدف از انجام این پروژه تعقیب حرکت های چشم کاربر در هنگام کار با رایانه است؛ طراحی سیستمی که در عین سادگی و ارزان بودن از سرعت و دقت قابل قبولی بمنظور کار با رایانه برخوردار باشد. سامانه تعقیب گر معرفی شده، بدون استفاده از هرگونه سخت افزار اضافی و نور مادون قرمز و تنها با استفاده از دوربین تعبیه شده در رایانه های همراه معمولی قادر به تعقیب زمان واقعی حرکات چشم فرد است. در سامانه معرفی شده، تعقیب چهره فرد، تعقیب چشم و ویژگی های آن مانند عنبیه، گوشه های چشم، پلک ها و صلبیه (ناحیه سفید چشم) با حداقل کردن اثر تغییرات پس زمینه، حرکت های سر فرد وتغییرات یکنواخت نور محیط انجام می شود. از ویژگی های بارز این سامانه- که در پژوهش های انجام شده گذشته کمتر دیده شده است- تشخیص مسیر نگاه به صورت زمان واقعی با استفاده از ویژگی هایی از چشم مثل ناحیه سفید آن، عدم استفاده از شبکه های عصبی و بی نیاز بودن آن از تعلیم است. روش مورد استفاده در این تحقیق استفاده ازتطبیق سلسله مراتبی الگو با تابع همبستگی بهنجار وزن داربه منظور تشخیص و تعقیب ویژگی های مورد نظر در تصویر است.
    کلیدواژگان: تعقیب اجزای چهره در تصویر، تعقیب مسیر نگاه، تطبیق الگو در تصویر
  • امین محمدیان، حسن آقائی نیا، فرزاد توحیدخواه* صفحات 207-218
    در این مقاله، روشی مبتنی بر دانش اولیه از شخص جدید با هدف افزایش قدرت تعمیم دهی سیستم بازشناسی جلوه های هیجانی چهره پیشنهاد شده است. به منظور بازشناسی مناسب، ترکیبی از ویژگی های هندسی و توصیفگرهای بافت چهره استفاده شد. این ویژگی ها با ویژگی های کل نگر(تحلیل مولفه های مستقل هسته-محور تصویر چهره و خود تصویر چهره) مقایسه شدند. برای تحلیل ویژگی های پیشنهادی، حساسیت نرخ بازشناسی آنها نسبت به تغییر نویز و تغییرات بین فردی بررسی شد. نتایج نشان داد با وابسته کردن سیستم به شخص بروز دهنده می توان نرخ بازشناسی را تا 96% افزایش داد که این نتیجه مربوط به ویژگی های کل نگر است. بعلاوه روش کل نگر تحلیل مولفه های مستقل هسته- محور در مقایسه با دیگر ویژگی ها نسبت به تغییرات بین فردی حساسیت بیشتری داشته است. بر اساس دانش محدود از فرد جدید نمونه های مجازی تولید و برای تقویت یادگیری سیستم بازشناسی استفاده شد. نتیجه بازشناسی مستقل از فرد این روش در مقایسه با روش پایه به صورت معنی داری (P<0.05) بهبود داشته و مقدار صحت تشخیص آن 91.39% است.
    کلیدواژگان: بازشناسی جلوه های هیجانی چهره، سیستم مستقل از فرد، دانش اولیه، نمونه مجازی
  • ویدا خلیلی، جعفر خلیل علافی*، حسین ملکی قلعه صفحات 231-238
    در این پژوهش، پوشش کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت/ نانولوله کربنی با استفاده از رسوب دهی الکتروفورتیک بر روی آلیاژ NiTiدر دمای اتاق تشکیل شد. سوسپانسیون پایدار با اضافه کردن 4 گرم پودر هیدروکسی آپاتیت و 1 درصد وزنی نانولوله کربنی به 50 میلی لیتر n- بوتانول آماده شد. از تری اتیلن آمین نیز به عنوان پراکنده ساز در تهیه سوسپانسیون استفاده شد. مشخصه یابی سطحی، استحکام چسبندگی، پایداری و زیست فعالی پوشش کامپوزیتی بررسی شدند.  نتایج آزمون EDXسطح پوشش کامپوزیتی، توزیع یکنواخت نانولوله کربنی را در سرتاسر پوشش نشان می دهد. همچنین استحکام چسبندگی پوشش کامپوزیتی MPa24 اندازه گیری شد. نمودارهای بد و نایکوییست نشان می دهند که پایداری شیمیایی نمونه های دارای پوشش کامپوزیتی بیشتر از پوشش هیدروکسی آپاتیت خالص و نمونه بدون پوشش است. پوشش کامپوزیتی مقاومت خوردگی زیرلایه NiTiرا بیشتر از پوشش هیدروکسی آپاتیت خالص افزایش می دهد. آزمون زیست فعالی برون تنی در محلول SBFنشان می دهد که حضور نانولوله کربنی در پوشش کامپوزیتی تاثیر منفی در توانایی شکل گیری و رشد آپاتیت ندارد.
    کلیدواژگان: پوشش کامپوزیتی، هیدروکسی آپاتیت، زیرلایه NiTi، نانو لوله کربنی، رسوب دهی الکتروفورتیک
|
  • Ehsan Akafi, Mansour Vali *, Negin Moradi Pages 119-129
    Hypernasality is a frequently occurring resonance disorder in children with cleft palate. Generally an operation is necessary to reduce the hypernasality and therefore an assessment of hypernasality is imperative to quantify the effect of the surgery and design the speech therapy sessions which are crucial after surgery. In this study, a new quantitative method is proposed to estimate hypernasality. The proposed method used the fact that an Autoregressive (AR) model for vocal tract system of a patient with hypernasal speech is not accurate; because of the zeros appear in the frequency response of vocal tract system due to existence of extra channel between oral and nasal cavity of these patients. Therefore in our method hypernasality was estimated by a quantity calculated from comparing the distance between the sequences of cepstrum coefficients extracted from AR model and Autoregressive Moving Average (ARMA) model. K-means and Bayes theorem were utilized for finding a threshold value for proposed index to classify the utterances of subjects. We achieved the balanced accuracy up to 82.18% on utterances and 97.72% on subjects. Since the proposed method needs only computer processing of speech data, compare to other clinical methods it is provides a simple evaluation of hypernasality.
    Keywords: Cleft palate, Hypernasality, Speech processing, Speech therapy, Cepstrum
  • Shekufe Borhan, Saeed Hesaraki * Pages 163-168
    Bioactive glasses with different compositions have been extensively used as substitute for defective bones. Injectable biomaterial is important in clinical applications that involve defects with limited accessibility or when using minimally invasive surgical techniques. In this study bioactive glass nano-powder was synthesized by acid-base catalyzed sol-gel process and used as solid phase of injectable non-setting pastes. Morphological characteristics of powder were found by TEM. To prepare paste the powder was mixed with hyaluronic acid and polyvinyl alcohol solutions. Stability of pastes was determined by soaking in simulated body fluid. Rheological behaviours of paste in both rotation and oscillation modes were also measured. The results showed that particle size of glass powder was 20-30 nm. According to rheometry, these nano composites exhibited non-Newtonian shear thinning behaviour. By adding polyvinyl alcohol more stable paste with increased hysteresis loop area is obtained. The oscillatory tests revealed that these pastes were viscoelastic with more elastic character. The biocomposite can potentially be used as bioactive paste for the treatment of hard and even soft tissues.
    Keywords: Nano composit, Bioactive glass, Polyvinyl alcohol, Hyaluronic acid, rheology
  • Behzad Seyfi, Hosein Mansourinejad, Bahman Vahidi, Nasser Fatouraee * Pages 169-175
    Peristaltic flow is one of the important mechanisms of fluid transmission. In addition to the divers engineering applications, this mechanism plays an important role in biological organs such as digestion system and urine excretion. In this paper, urine bolus transportation in ureter has been investigated experimentally using a peristaltic flow simulator apparatus.  Some of the features of this apparatus worth mentioning are its ability to use it to investigate the influence of some important parameters in peristaltic flow, such as the effect of pressure difference between the kidney and the bladder on the quantity of discharge and reflux rates, effect of the mean velocity of bolus transport on discharge rate, existence of fluid film and its effect on bolus discharge rate, and effect of fluid bolus length on reflux rate. Then we compare the obtained results with the similar theoretical studies. It was observed that an increase in the pressure difference between inlet and outlet decreases the ratio of reflux to initial volume of the bolus, and it increases the discharge rate. Moreover, the quantities of reflux and discharge rate decrease by decreasing the bolus transport velocity. It was also observed that the thickness of the fluid film has an inverse relation with respect to the discharge rate and with increasing the bolus length reflux is increasing.
    Keywords: Peristaltic flow, Urine rate, Reflux, Ureter, Simulator apparatus
  • Zeynab Fereshteh, Mohammad Hossein Fathi *, Reza Mozaffarinia Pages 177-193
    The aim of this study was to prepare and characterize the novel poly (ε-caprolactone) / Mg-doped fluorapatite nanoparticles (PCL / nMg-FA) composite scaffolds by electrospinning method. The optimized composite was achieved by changing of electrospinning parameters such as solvent, polymer concentration, applied voltage, nozzle to collector distance and content of ceramic. It was shown that the diameter size of fibers decreased by adjusting the viscosity and conductivity solution. Optimal samples were studied with transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), energy dispersive X-ray (EDX) and thermogravimetric analysis (TGA). According to TEM and the X-ray maps of the scaffolds, Mg-FA particles were homogeneously dispersed into the nanofibers without any agglomeration. It is noteworthy that was not any surfactant in this study. Also results of XRD show no chemical reactions between polymeric solution components. Mechanical properties of the scaffolds were also evaluated. Results showed that tensional strength of scaffolds and also thermal stability increased by increasing the weight ratio of nanoparticles up to 5 wt. %.
    Keywords: Electrospinning, Nanocomposite, Mg-doped fluorapatite nanoparticle
  • Alireza Rahimpour, Abbas Nasiraei Moghaddam * Pages 195-205
    Nowadays eye gaze tracking has wide range of applications in human computer interaction. One of these applications is using trajectory of eye gaze instead of foot or hand for disabled people to execute some commands. Various methods have been proposed, some of this methods can successfully track the eye gaze. However, they always require specific circumstances, training or are not capable of real-time performance. In this paper, we proposed a framework to track eye gaze in real-time by using a simple and low cost webcam mounted on ordinary laptops. This process widely exploits the weighted normalized correlation function in an adaptive template matching approach. The implemented system tracks the face and also extracts some eye features such as iris position, eye corners and sclera region in eyes, in real time. These features are used in eye gaze estimation. Also the influence of illumination changes, background alterations, different faces and face movements is minimized as much as possible. The implemented gaze tracking system is able to control the motions of mouse cursor and click on an onscreen keyboard in real time.
    Keywords: Eye tracking, image processing, Template matching, Correlation function
  • Amin Mohammadian, Hasan Aghaeinia, Farzad Towhidkhah * Pages 207-218
    In this paper, a method is proposed based on the prior knowledge from a new subject to improve the performance of person-independent facial expression recognition. First, in order to obtain a basic system, a combination of geometric features and texture descriptor is compared with global features (i.e., mapped face images using the Kernel-PCA and raw data of face images). The results of comparison under noisy conditions were investigated and evaluated by person-dependent/independent cross-validation method. The obtained basic system was evaluated by leave-one-subject-out cross-validation. Since the same subjects are not introduced in both training and test phases, the basic recognition system is person-independent and its performance is substantially lower than that of person-dependent cross-validation case. To improve the performance of the basic system, a method is proposed in which virtual samples are generated based on the prior knowledge from the new subject and are used in learning process. The results show that the recognition rate increases up to 96% for the person-dependent basic system, kernel-PCA method is more sensitive than the others to interpersonal variability, and the recognition rate is significantly (P<0.05) improved up to 91.39% compared to that of person-independent case.
    Keywords: Facial expression recognition, person-independent system, prior knowledge, virtual samples
  • Vida Khalili, Jafar Khalil Allafi *, Hosein Maleki Ghaleh Pages 231-238
    In this study, a hydroxyapatite/carbon nanotubes composite was coated at room temperature on NiTi shape memory alloy (SMA) through electrochemical deposition using stable suspension which was prepared by adding 4 g natural hydroxyapatite powder and 1 wt. % CNTs to 50 ml n-butanol. Suspension was stabilized using triethylenamine as dispersant. Surface characteristics, adhesion strength, stability and bioactivity of the composite coating were subsequently studied. EDX examination of the composite coating surface revealed homogeneous dispersion of carbon nanotubes all over coating. Also, the bonding strength of composite coating was found to be about 24 MPa. Compared to NiTi sample coated with hydroxyapatite and coated with hydroxyapatite/carbon nanotubes, the bode and nyquist plots of NiTi samples with hydroxyapatite/carbon nanotubes composite coating suggested that the composite coating was chemically more stable and provided corrosion resistance for NiTi SMA. In-vitro bioactivity test in SBF showed that the presence of CNTs in HA/CNTs composite coating does not have negative effect on ability of apatite formation.
    Keywords: composite coating, Hydroxyapatite, NiTi substrate, Carbon nanotubes, electrophoretic deposition