فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی پزشکی زیستی
سال ششم شماره 1 (بهار 1391)

  • تاریخ انتشار: 1391/03/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • معصومه خاقانی، زهرا گل نیا، علی دوست محمدی* صفحات 1-7
    این پژوهش با هدف بررسی تاثیر نانو ذرات زیرکونیا بر خواص فیزیکی و مکانیکی سیمان گلاس آینومر دندانی انجام شد. جزء سرامیکی سیمان گلاس به روش ذوبی ساخته شد و نانوذرات زیرکونیا در مقادیر 1، 3 و 5 درصد وزنی به آن افزوده شد. آزمون های مشخصه یابی و اندازه گیری استحکام فشاری کامپوزیت گلاس آینومر/زیرکونیا انجام شد. نتایج آزمون پراش پرتو ایکس نشان داد که جزء سرامیکی سیمان گلاس آینومر تولید شده ساختاری کاملا آمورف دارد کهمی تواند به عنوان ماده زمینه کامپوزیت، بدون هیچگونه ناخالصی استفاده شود. نتیجه تحلیل عنصری نیزمشخص کرد که ترکیب شیمیایی جزء سرامیکی سیمان گلاس آینومر، با تقریب بسیار خوبی مشابه درصدهای وزنی مورد انتظار بود. نتایج آزمون سنجش استحکام فشاری نشان داد  افزودن نانوذرات زیرکونیا به سیمان گلاس آینومر باعث افزایش استحکام فشاری می شود و بیشینه این استحکام در حضور 1 درصد وزنی نانوذرات زیرکونیا مشاهده شد. با افزایش مقدار زیرکونیا، میزان استحکام کاهش یافت؛ هرچند این مقدار  همچنان از استحکام نمونه سیمان بدون نانوذرات زیرکونیا (نمونه کنترل) بیشتر بود. برپایه نتایج این پژوهش به نظر می رسد مناسب ترین کامپوزیت از لحاظ استحکام فشاری، کامپوزیت سیمان گلاس آینومر با 1 درصد وزنی نانوذرات زیرکونیا است. نتیجه نهایی این پژوهش، دستیابی به کامپوزیت گلاس آینومر/زیرکونیا است، به طوری که ضمن حفظ خواص فیزیکی، استحکام فشاری آن نیز افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: استحکام فشاری، سیمان گلاس آینومر، نانو ذرات زیرکونیا
  • ویدا خلیلی*، جعفر خلیل علافی، حسین ملکی قلعه صفحات 9-15
    آلیاژ حافظه دار NiTiبه علت مقدار نیکل بالای موجود در آن و سطح زیست خنثی نمی تواند همه نیازهای  بالینی کاشتنی را تامین کند. بنابراین به منظور افزایش زیست سازگاری و زیست فعالی، سطح این آلیاژها اغلب با زیست موادی نظیر هیدروکسی آپاتیت با استفاده از روش های مختلفی پوشش دهی می شود. در پژوهش حاضر برای دست یابی به یک پوشش زیست فعال و سدی در برابر آزادسازی یون نیکل، از روش الکتروفورتیک برای ایجاد پوشش هیدروکسی آپاتیت استفاده شد. محلول سوسپانسیون مورد استفاده n- بوتانول و تری اتانول آمین بود. عملیات رسوب گذاری در پتانسیل های 40،60 و 80 ولت در مدت زمان 120ثانیه بر روی کاتد انجام شد. نمونه ها در دمای اتاق به مدت 24 ساعت خشک شدند؛ سپس عملیات تف جوشی  به مدت 2 ساعت در کوره تحت اتمسفر آرگون در دمای 800 انجام شد. پوشش ایجاد شده با تکنیک های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)، طیف سنجی توزیع انرژی پرتو ایکس (EDX) ارزیابی، و رفتار زیست فعالی و خوردگی نمونه ها در محلول شبیه سازی بدن (SBF) بررسی شد. نتایج نشان می دهند که پوشش HAایجاد شده در 60 ولت، متراکم و یکنواخت بوده؛ قابلیت ایجاد و رشدلایه آپاتیتی را در محیط SBFدارد.
    کلیدواژگان: آلیاژ حافظه دار NiTi، الکتروفورتیک، محیط شبیه سازی بدن، هیدروکسی آپاتیت
  • یاسر شکفته*، فرشاد الماس گنج صفحات 17-33
    تحقیقات اخیر نشان می دهد که تظاهرات غیرخطی و آشوبی سیگنال گفتار می تواند در حوزه فضای بازسازی شده فاز (RPS) مطالعه شود. تیوری جاسازی برمبنای محورهای تاخیری، ابزار مناسبی برای بررسی تراژکتورهای گفتاری در RPS است. تاکنون از مشخصه های تراژکتورهای گفتاری به ندرت در سیستم های کاربردی بازشناسی گفتار استفاده شده است. از اینرو در این مقاله  روش استخراج ویژگی جدیدی براساس پارامترهای مدلسازی خطی مبتنی بر روش AR برداری (VAR) پیشنهاد شده است. در این روش بوسیله ماتریس ضرایب فیلتر و یا ضرایب انعکاسی به دست آمده از اعمال روش VAR بر مشخصه های استاتیک و دینامیک تراژکتوری های گفتاری شکل یافته در RPS، یک بردار ویژگی با بعد زیاد حاصل می شود که می توان از روش های نگاشت خطی برای کاهش بعد مناسب آن استفاده کرد. نتایج آزمایش های بازشناسی واج مجزا و پیوسته بر مجموعه دادگان گفتاری فارس دات نشان می دهد که کارایی این روش در مقایسه با دیگر روش های متداول استخراج ویژگی مبتنی بر حوزه زمان مانند روش LPC و LPREF بیشتر است.
    کلیدواژگان: بازشناسی گفتار، استخراج ویژگی، فضای بازسازی شده فاز، جاسازی سیگنال، پیش بینی خطی، AR برداری
  • محمد شهاب شهوازیان، وحید ابوطالبی*، محمدتقی صادقی صفحات 35-47
    با ظهور دانش بیومتریک، روش های متداول تایید هویت در سیستم های بیومتریک دچار دگرگونی شده اند و در حال جایگزینی با روش هایی بر پایه علایم حیاتی هستند. اخیرا کاربرد سیگنال الکتریکی مغز(EEG) در سیستم های بیومتریک به عنوان یک شاخه پژوهشی جذاب و کاربردی مورد توجه محققان قرار گرفته است. پژوهش های نسبتا محدودی در زمینه بیومتریک سیگنال الکتریکی مغز به خصوص در سیستم های تایید هویت آن انجام شده است و اکثر تحقیقات بر سیستم های تعیین هویت EEGتمرکز داشته اند. در این مقاله کارایی سیگنال الکتریکی مغز به عنوان یک سیستم بیومتریک در تایید هویت افراد نشان داده شده است.در سیستم بیومتریک معرفی شده، از سیگنال الکتریکی پانزده کاربر در حین انجام فعالیت ذهنی استفاده شده است. ترکیبی از ضرایب مدل خود بازگشتی(AR)، توان باندهای فرکانسی سیگنال مغز، چگالی طیف توان، آنتروپی انرژی و آنتروپی نمونه به عنوان ویژگی های مستخرج از سیگنال مغز و روش Kنزدیک ترین همسایه به عنوان طبقه بند، استفاده شده است. به منظور بهبود عملکرد سیستم تایید هویت، علاوه بر بررسی ادغام در سطح حسگر و فضای ویژگی، امکان به کارگیری روش انتخاب ویژگی رفت و برگشتی نیز مطالعه شده است. نتایج آزمایش های ما بر روی پایگاه داده Shalkو همکارانش بیانگر این موضوع است که با ترکیب ویژگی های متفاوت و با به کارگیری سیگنال مغزی تک کاناله، عملکرد سیستم در دو روش تک بلوک و چند بلوک در مقایسه با سایر سیستم های تایید هویت مبتنی بر سیگنال الکتریکی مغز به نحو چشمگیری بهبود می یابد و چشم انداز روشنی را از استفاده عملی و تجاری سیگنال الکتریکی مغز در سیستم های تایید هویت آینده  نشان می دهد.
    کلیدواژگان: بیومتریک، تایید هویت، الکتروانسفالوگرام (EEG)، ضرایبAR، چگالی طیف توان، آنتروپی انرژی، آنتروپی نمونه
  • سارا سادات فرشیدفر*، محمدرضا ملاک زاده، حمیدرضا یزدی صفحات 49-55
    هدف از انجام این مطالعه، مقایسه سطح تماس و فشار وارده بر مفصل تیبیوفمورال در حین اعمال پیچش های داخلی و خارجی استخوان تیبیا است. برای این منظور استخوان تیبیای پای سالم جسد 5 مرد تازه یخ زده با روش استیوتومی از 40 درجه داخلی تا 40 درجه خارجی در گام های 10 درجه پیچش یافته؛ سپس در هر مرحله با استفاده از سیستم مکانیکی طراحی شد. به منظور شبیه سازی موقعیت استاتیک انسان ایستاده بر روی 2 پا، مفصل تیبیوفمورال هر پا به طور جداگانه در حالت فول اکستنشن زانو، تحت بارگذاری 400 نیوتن در امتداد محور طولی پا قرار گرفت. سطح تماس و مقدار متوسط و بیشینه فشار وارد بر مفصل تیبیوفمورال با استفاده از فیلم های Fujifilm prescaleاندازه گیری شد. نتایج نشان دادند که سطح تماس ها در حین دوران ها تغییر چندانی نکرده است. فشار وارد بر کمپارتمنت میانی مفصل تیبیوفمورال، به طور قابل ملاحظه ای در پیچش های خارجی افزایش و در پیچش های داخلی، کاهش یافت. فشار وارد بر کمپارتمنت جانبی مفصل تیبیوفمورال در حین پیچش های خارجی و داخلی، تغییر محسوسی نداشت. تغییر فشار اعمال شده بر بخش میانی تیبیوفمورال در موقعیت های پیچشی مختلف استخوان تیبیا، می تواند در تغییر سرعت گسترش آرتروز زانو و به خصوص در افراد دچار استیوآرتریت یک طرفه میانی زانو بسیار موثر باشد.
    کلیدواژگان: استئوآرتریت زانو، پیچش تیبیا، سطح تماس، فشار تماسی، مفصل تیبیوفمورال
  • علی خادم*، غلامعلی حسین زاده صفحات 57-69
    بررسی ارتباطات علی (تاخیری) مغزی، از جایگاه مهمی در حوزه علوم اعصاب برخوردار است. معیارهای مرسوم اندازه گیری ارتباطات علی (تاخیری) مغزی، عمدتا پارامتری و مبتنی بر مدل هستند و فر ض های محدود کننده ای نسبت به ماهیت ارتباطات مغزی در نظر می گیرند. در سالهای اخیر، معیارهایی ناپارامتری برای رفع این نقیصه مطرح شده اند که از مهمترین آنها می توان آنتروپی انتقال (TE) را نام برد. این معیار در بستر تیوری اطلاعات و بر پایه مفهوم اطلاعات متقابل شرطی تعریف شده است. با وجود این، در حضور ارتباطات لحظه ای قوی -که به طور گسترده ای در داده های مغزی مشاهده می شوند- TE ممکن است در تخمین صحیح ارتباطات علی (تاخیری) دچار اشتباه شود. در این پژوهش، دو معیار مبتنی بر تیوری اطلاعات با عنوان اندرکنش لحظه ای  (II) و آنتروپی انتقال اصلاح شده (MTE) معرفی می شوند که معیار اول برای تخمین ارتباطات لحظه ای مغزی و معیار دوم برای تخمین ارتباطات علی (تاخیری) مغزی در حضور ارتباط لحظه ای معنی دار به کار می رود. عملکرد این معیارها بر 3 مدل شبیه سازی و داده های الکتروانسفالوگرام (EEG) حالت استراحت مغزی با چشمان بسته بررسی شدند. نتایج شبیه سازی ها حاکی از توانایی زیاد II جهت تخمین ارتباطات لحظه ای خطی و غیرخطی است. همچنین بر طبق نتایج شبیه سازی ها اگر چه در حضور ارتباط لحظه ای معنی دار (II معنی دار) عملکرد TE در تشخیص ارتباطات علی (تاخیری) تضعیف می شود؛ MTE به خوبی این نقیصه را جبران می کند. نتایج داده های EEG نشان می دهد که II ارتباطات لحظه ای معنی داری بین نواحی خلفی و نواحی قدامی مغز تخمین می زند و MTE در مقایسه با TE جریان اطلاعات از نواحی خلفی به نواحی قدامی را به طور معنی دارتری نشان می دهد که تطابق خوبی با نتایج تحقیقات گذشته در این حوزه دارد.
    کلیدواژگان: ارتباطات علی (تاخیری)، ارتباطات لحظه ای، تئوری اطلاعات، آنتروپی انتقال (TE)، الکتروانسفالوگرام (EEG)
  • سعید ناهیدی، علیرضا حسین نژاد، ناصر فتورائی*، زهرا حیدری صفحات 71-79
    پارامترهای همودینامیک جریان خون همواره متاثر از میزان شدت گرفتگی شریان و از عوامل تاثیرگذار بر پیشرفت بیماری گرفتگی شریانی هستند. در این مقاله، با در نظر گرفتن سه شدت گرفتگی متفاوت به بررسی عددی اثر نفوذپذیری دیواره شریان بر پارامترهای همودینامیک در یک مدل شریان گرفته شده، با دیواره دو لایه ای انعطاف پذیرو با حضور جریان ضربانی و غیر نیوتنی خون با استفاده از مدل حل عددی برهمکنش سیال و جامد متخلخل (PFSI) پرداخته شده است. در این بررسی نشان داده شد که فرض نفوذپذیری بر پارامترهای همودینامیک بسیار تاثیرگذار است، به طوری که در مقایسه نتایج مدل PFSIبا نتایج مدل بدون فرض نفوذپذیری دیواره با استفاده از حل برهمکنش سیال و جامد (PFSI) ، تنش برشی دیواره حدود 6 % کاهش، جابجایی دیواره حدود 30% و تنش موثر در دیواره متخلخل و انعطاف پذیرشریان بیش از 72 % در شدت های گرفتگی مختلف افزایش داشته است.
    کلیدواژگان: برهمکنش سیال و جامد متخلخل، نفوذپذیری، پارامترهای همودینامیک، تصلب شریان
|
  • Masume Khaghani, Zahra Golniya, Ali Doostmohammadi * Pages 1-7
    The aim of this work was evaluating of zirconia nanoparticles’ effect on physical and mechanical properties of dental glass ionomer cements (GICs). Ceramic part of GIC was prepared using melting method and zirconia nanoparticles were added to GIC in 1, 3 and 5 weight percent. Characterization tests and compressive strength evaluation of nanocomposite samples were carried out. The XRD results showed that the prepared ceramic part of GIC was completely amorphous and can be used as the matrix of composite. The result of XRF showed that the chemical composition of ceramic part of GIC was similar to expected composition. Also the results of mechanical properties determination analysis showed that the addition of zirconia nanoparticles to GIC could improve the compressive strength. The maximum of this strength obtained using 1% wt of GIC in zirconia composite. Increasing the nanoparticles content resulted in decrease of compressive strength but the strength of composite with any composition was more than the strength of control sample. According to the results of this study, the most proper composite was the one containing1%wt zirconia nanoparticles.
    Keywords: Compressive strength, Glass ionomer cement, Zirconia nanoparticles
  • Vida Khalili *, Jafar Khalil Allafi, Hosein Maleki Ghaleh Pages 9-15
    NiTi shape memory alloy cannot provide all the clinical requirements of an implant due to the high nickel content and bio-inert surface.  Thus, its surface is coated by bio-ceramics such as hydroxyapatite (HA) in different methods in order to improve biocompatibility and bioactivity. In the present study, a bio-active coating of HA using electrophoretic deposition technique was created on the surface of NiTi alloy to act as a barrier and prevent the diffusion of nickel ions in to the body fluid. A suspension was prepared by n-butanol as solvent and triethylenamine as dispersant. Coatings were deposited at different voltage of 40, 60 and 80 V for duration of 120s on the cathode. Then coated samples were sintered at 800 °C under argon atmosphere for 2 hrs. Evaluation of coatings was performed by X-ray diffraction techniques (XRD), scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Bioactivity and corrosion behavior of HA coatings was studied within simulated body fluid (SBF) environment. The results showed, the sample coated at 60 V is dense, uniform, owing proper corrosion resistant, and also the ability for nucleation and growth of apatite layer in SBF.
    Keywords: NiTi shape memory, electrophoretic, Hydroxyapatite, simulated body fluid
  • Yaser Shekofteh *, Farshad Almasganj Pages 17-33
    Recent researches show that nonlinear and chaotic behavior of the speech signal can be studied in the reconstructed phase space (RPS). Delay embedding theorem is a useful tool to study embedded speech trajectories in the RPS. Characteristics of the speech trajectories have rarely used in the practical speech recognition systems. Therefore, in this paper, a new feature extraction (FE) method is proposed based on parameters of vector AR (VAR) analysis over the speech trajectories. In this method, using filter and reflection matrices obtained from applying VAR analysis on static and dynamic information of the speech trajectory in the RPS, a high-dimensional feature vector can be achieved. Then, different transformation methods are utilized to attain final feature vectors with appropriate dimension. Results of discrete and continuous phoneme recognition over FARSDAT speech corpus show that the efficiency of the proposed FE method is better than other time-domain-based FE methods such as LPC and LPREF.
    Keywords: Speech Recognition, Feature Extraction, reconstructed phase space, Signal Embedding, Linear Prediction, Vector AR
  • Mohammad Shahab Shahvazian, Vahid Abootalebi *, Mohammad Taghi Sadeghi Pages 35-47
    With the advent of biometric knowledge, conventional methods of authentication are being replaced with biometric based methods. Recently, the use of EEG signal in biometric systems attracted increasing research attention. Only a few works have been done in this emerging of EEG-based biometry mainly focusing on person identification not on person authentication. This paper examines the effectiveness of the EEG as a biometric for person authentication. In this study, the EEG signal from fifteen volunteer recorded during imagination of opening and closing fist was used. A set of AR coefficients, power of spectral bands, Energy Spectral Density, Energy Entropy and Sample Entropy were used as extracted features. The authentication system is fused at the sensor module and features to support a system which can meet more challenging and varying requirements. The utility of the sequential search methods is also experimentally studied. In the extensive experimentation on the Shalk and his colleague’s database, we demonstrate that with combination of features when using single channel EEG, the performance of system is improved in two ways of single block and multi block methods compared to other. Result of this study shows a clear vision of commercial and practical use of the brain's electrical signals in the authentication systems of future.
    Keywords: Biometric, Authentication, EEG, AR coefficients, power of spectral bands, Energy Entropy, Sample Entropy
  • Sara Sadat Farshidfar *, Mohammad Reza Mallakzadeh, Hamid Reza Yazdi Pages 49-55
    The aim of this study was to compare the contact area and pressure within medial and lateral compartments of tibiofemoral joint during internal and external rotational deformities of tibia bone.
    Methods
    five lower extremities of fresh frozen human cadavers were tested by using a mechanical system was designed for the first time in IRAN to simulate the static position loading of standing on two legs in full extension knee under 400N loading along the longitudinal axis of each foot. The contact area and pressure were measured by FUJIfilm Prescale films under axial loading in neutral rotation and serial mal-rotations of tibia from 40 degrees external to 40 degrees internal mal-rotations in 10 degrees increments by tibial osteotomy.
    Results
    contact area and lateral compartment contact pressure was not significantly affected by mal-rotations. Medial compartment contact pressure increased with external and decreased with internal mal-rotations. Changing the medial compartment contact pressure of tibiofemoral joint in various rotational alignments of tibia can be very effective in rapid growth of knee osteoarthritis symptoms specially in people with unilateral medial knee osteoarthritis.
    Keywords: knee osteoarthritis, tibial rotations, contact area, contact pressure, tibiofemoral joint
  • Ali Khadem *, Gholam Ali Hossein-Zadeh Pages 57-69
    Exploring the causal (delayed) brain relations is an important topic in the Neuroscience. The traditional estimators of brain causal (delayed) relations are mainly model-based and put restrictive assumptions on the brain dynamics. In the recent years, some nonparametric measures have been introduced to solve this problem. Among them, the most important one is Transfer Entropy (TE) which is based on the information theory and Conditional Mutual Information concept. However, in the presence of significant instantaneous relations that are observed extensively in the brain functional datasets, TE may estimate the causal (delayed) relations inaccurately. In this paper, two information theoretic based measures called Instantaneous Interaction (II) and Modified Transfer entropy (MTE) are introduced to estimate the instantaneous and causal (delayed) brain relations, respectively. MTE is used instead of TE whenever II is significant. These measures are evaluated on 3 simulated models and eyes-closed resting state EEG data. The simulation results show high ability of II to estimate the linear and nonlinear instantaneous relations. Also, based on the simulation results MTE outperforms TE to estimate causal (delayed) relations in presence of significant instantaneous relations (significant II). For the real EEG data, II detects a significant instantaneous relation between Posterior and Frontal EEG channels. Also MTE detects the information flow from Posterior EEG channels to Frontal ones more significantly than TE does. So in presence of significant instantaneous relations in the real EEG data, MTE outperforms TE.
    Keywords: Causal (delayed) Relations, Instantaneous Relations, Information Theory, Transfer Entropy (TE), EEG
  • Saeed Nahidi, Alireza Hossein-Nezhad, Nasser Fatouraee *, Zahra Heidari Pages 71-79
    Hemodynamic parameters are always affected by stenosis severity of arterial and these parameters in their turn have influence on the development of atherosclerosis. In this paper, By considering three different stenosis severity, the effects of wall porosity assumption on the hemodynamic parameters of a stenosed artery  with a two-layer flexible wall (intima-media, adventitia), in which inner layer (intima-media) assumed porous, is numerically investigated, using Porous Fluid Structure Interaction (PFSI) model. Blood is assumed as an incompressible non-Newtonian fluid with pulsatile flow condition. In this investigation, the results show that the permeability assumption has much influenced on the hemodynamic characteristics so that the comparison of the results using PFSI with those of a non-porous model show 6% decrease in shear stress, 30% increase in displacement and more than 72%  increase in effective stress in the porous layer.
    Keywords: Porous Fluid Structure Interaction (PFSI), Hemodynamic Parameters, Infiltration, wall porosity, stenosis arterial, Atherosclerosis