فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی پزشکی زیستی
سال هشتم شماره 2 (تابستان 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/06/20
  • تعداد عناوین: 7
|
  • لیلا عظیمی، نادر ریاحی عالم، کاووس فیروزنیا، حمیدرضا سلیقه راد، مجتبی میری، منیژه پاکروان، انعام الله شاه محمدی صفحات 113-123

    درین تحقیق، برای ارزیابی دقیق نوع تومور مغزی گلیوما، اختصاصی بودن روش های دیفیوژن و پرفیوژن وزنی در تصویربرداری تشدید مغناطیسی با دستگاه 3 تسلا مورد بررسی قرار گرفته است. تعداد 10 بیمار با درجه های متفاوت تومور مغزی گلیوما (4 بیمار با تومور درجه ی بالا، شامل گلیوبلاستوم مولتی فرم و آناپلاستیک آستروسیتوما و 6 بیمار با تومور درجه ی پایین، شامل آستروسیتوما، اولیگودندرو گلیوما و فیبریلاری) بین سن های 15 تا 65 سال انتخاب شد و با دستگاه 3 تسلا تحت تصویربرداری دیفیوژن (با روش اسپین اکو) و پرفیوژن (با روش گرادیان اکو) ارزیابی شد. آسیب ها توسط اندازه گیری مقادیر حجم نسبی خون مغزی و ضریب دیفیوژن ظاهری تحت برنامه ی استاندارد در مرکز و ناحیه ی ادم تومور انجام شد. در روش تصویربرداری پرفیوژن برای بیماران با تومور مغزی با درجه بالا، میانگین مقادیر rCBVmaxبرای مرکز توموروپری تومورال به ترتیب نتایج (0/92±3/47)، (0/49±2/37) و برای بیماران با تومور مغزی با درجه ی پایین، (0/68±1/66)، (0/39±1/15) حاصل شد. بیش ترین مقدار حجم نسبی خون مغزی در تومور گلیوبلاستوم مولتی فرم گزارش شد. در روش تصویربرداری دیفیوژن در تومورهای با درجه ی بالا، مقادیر میانگین ضریب دیفیوژن ظاهری در مرکز و پری تومورال به ترتیب نتایج (0/07±0/53)، (0/18±0/91) و در تومور با درجه ی پایین، (0/27±1/24)، (0/33±1/007) حاصل شد. هم چنین کم ترین مقدار ADCو بیشترین مقدارrCBVmaxدر ناحیه ی مرکز تومور با درجه ی بالا به دست آمد و در روش دیفیوژن مقادیر ضریب دیفیوژن ظاهری در ناحیه پری تومورال نسبت به ماده ی سفید طرف مقابل کاهش یافت. نتایج نشان می دهد که دو تکنیک به کار رفته درین تحقیق، می تواند به عنوان روشی غیرتهاجمی و قابل دست رس، اطلاعات با ارزشی را از نوع تومور، اندازه ی تومور و میزان آسیب تومور به بافت های مجاور فراهم کند.

    کلیدواژگان: دیفیوژن، پرفیوژن، گلیوما، ضریب دیفیوژن ظاهری، حجم خون مغز
  • گلاره ولی زاده، فاطمه فاطمی، محمود شاه آبادی، مجید عقابیان، مجید پولادیان صفحات 125-133

    دارورسانی مغناطیسی، نوعی روش درمانی است که در آن، عامل های دارویی از بین برنده ی تومور و یا سلول های سرطانی، روی یک هسته ی مغناطیسی بارگذاری شده است که با اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی، از حضور این داروها در سایر نقاط بدن و بافت های سالم جلوگیری می کند. بدین صورت، اثرهای جانبی ناخواسته حاصل از شیمی درمانی های مرسوم به طور چشم گیری کاهش می یابد. این روش، موانع و مشکلاتی دارد که به نظر می رسد با بهینه سازی پارامترهای موثر در آن، می تواند موانع و مشکلات آن کمتر شود. هدف اصلی این مقاله، بررسی اثر قطر هسته ی مغناطیسی به عنوان یکی از عوامل مهم و موثر در بهبود روش دارورسانی مغناطیسی است. درین تحقیق، رفتار چند نانوذره ی مغناطیسی با قطرهای متفاوت تحت تاثیر نیروی مغناطیسی حاصل از یک میدان مغناطیسی خارجی و نیروی هیدرودینامیکی ناشی از عبور یک سیال در لوله ای که رگ را شبیه سازی می کند، مورد تحلیل قرار گرفت. با بررسی خط سیر ذرات با قطرهای متفاوت، امکان پیش بینی تاثیر اندازه ی نانوذرات مغناطیسی بر بازده این روش به دست آمد.

    کلیدواژگان: دارورسانی مغناطیسی، نانوذره، اکسید آهن، COMSOL، مسیر ذرات
  • زکیه علی همتی، بهمن وحیدی، نوشین حقیقی پور صفحات 135-149

    سلولهای بدن، ازجمله سلولهای بنیادی مزانشیمی در معرض نیروهای مکانیکی مختلفی قرار دارند. نوع و بزرگی این نیروها در شرایط مختلف فیزیولوژیک و پاتولوژیک متفاوت بوده و پاسخهای بسیار متنوعی در سلولها ایجاد می کند که توانایی تغییر عملکرد سلول را دارد. بررسی پاسخ سلول های بنیادی به نیروهای مکانیکی در شناخت عملکرد سلولها و بافتها در شرایط سالم و بیمار از اهمیت بالایی برخوردار است. توانایی تمایز سلولهای بنیادی مزانشیمی به دیگر سلولها، آن ها را به یک منبع سلولی بسیار مهم در مهندسی بافت تبدیل کرده است. درین مطالعه، با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی و روش محاسباتی اجزای محدود، به شبیهسازی اثر بارگذاری های مکانیکی بر سلول بنیادی پرداخته شد که شامل بررسی رفتار سلول، متاثر از رفتار اجزای داخلی آن، از طریق توزیع تنش و تغییر شکلهای بزرگ است. درین طرح، نرم افزار اجزای محدود آدینا برای شیبهسازی رفتارهای الاستیک خطی و هایپرالاستیک اجزای سلول (غشای سلول، سیتوپلاسم و هسته) تحت بار فشاری بهکار گرفته شد. نتایج حاصل، نشان دهنده ی پاسخ مکانیکی سلول بنیادی در بدن است که در اثر اعمال بار فشاری در محدوده ی مورد بررسی فیزیولوژیک، قابلیت تمایز به سلولهای استخوانی و غضروفی را دارد. جنبه های نوآوری برجستهی این حوزه تحقیق، استفاده از نوع سلول (سلول بنیادی بافت هم بندی چربی)، به کارگیری اجزای سلولی و نیز استفاده از مدلهای محاسباتی دقیقتر برای اجزای سلولی با بهره گیری از داده های آزمایشگاهی از خواص مکانیکی سلول است. این پژوهش میتواند گام اولیه ی مهمی در تحقیقات از سلولهای مختلف بیمارو بررسی پاسخهای آن سلولها به بارگذاری های مکانیکی با روش مشابه در جهت یافتن روش های درمانی جدید باشد. نتیجه ی آن باعث تعمیق مطالعات آسیب شناسی بافت و سلول خواهد بود.

    کلیدواژگان: تنظیم مکانیکی رفتار سلول بنیادی، خواص مکانیکی سلول، روش اجزای محدود، مکانیک سلولی
  • سحر رضایی، نادر ریاحی عالم صفحات 151-158

    آشکارسازی تومورها در مراحل اولیه برای تشخیص سرطان از اهمیت بالایی برخوردار است. لذا برای تشخیص سلول های سرطانی لازم است در شروع متاستازها از سلول های نرمال متمایز شوندمواد کنتراست فعلی به علت اندازه ی بزرگ و پوشش های ضروری برای جلوگیری از فعالیت شیمیایی در بدنتنها در فضای خارج از سلول قابل استفاده هستند.نانوذرات به سبب اندازه ی کوچک و قابل مقایسه با سلول ها، امکان ورود به سلول را داردبدین جهت، برای تصویربرداری مولکولی ازین مواد استفاده می شود. درین مقاله،تغییرات میدان مغناطیسی خارجی (تسلا)در اثر اعمال میدان مغناطیسی ناشی ازنانوذرات مغناطیسی بر بافت همگن با استفاده از روش اجزای المان محدود مورد مطالعه و بررسی قرارگرفت. بدین منظور، شبیه سازی در حضور نانوذرات مغناطیسی و بدون آنانجام شدبا اعمال روش اجزای المان محدودتبدیل معادلات دیفرانسیلی و انتگرالی حاکم بر سیستم فیزیکی به معادلات ساده و قابل حل که ازلحاظ عددی پایدار هستند، امکان پذیر شد. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که میدان مغناطیسی خارجی در اثر حضور نانوذرات مغناطیسی تشدید می شود.

    کلیدواژگان: شبیه سازی، نانوذرات مغناطیسی، میدان مغناطیسی، روش اجزای محدود
  • زینب تشکری زاده، نادیا نقوی، سید کمال حسینی ثانی صفحات 159-171

    درحال حاضر، تزریق انسولین در بیماران دیابت نوع یک، اغلب موجب نوسان های شدید در قند خون آن ها شده و منجر به رخدادهای هایپرگلیسمی/هایپوگلیسمی می شود. کنترل حلقه بسته گلوکز توسط پانکراس مصنوعی کیفیت زندگی بیماران دیابت نوع یک را بهبود می دهد. درین مقاله، با استفاده از سیمولاتور GIM، داده ی بیمار دیابتی در طول شبانه روز به دست آمده و سپس به مدل سازی معکوس رفتار فیزیولوژیکی سیستم پرداخته شد. نظر به ماهیت تاخیری سیستم، در گام بعد، ساختار کنترلی جدیدی برای سیستم های تاخیر دار پیشنهاد شده است که تلفیقی از کنترل مدل مرجع تطبیقی و پیش بین اسمیت اصلاح یافته است. با توجه به تنوع پذیری گسترده ی متابولیسم بیماران مختلف در دنیای واقعی، جمعیتی از 30 بیمار به صورت مجازی و با در نظر گرفتن تغییرات تصادفی و نوسانهای سینوسی در پارامترهای مدل گلوکز/انسولین دالمن ایجاد شد تا تغییر پذیری بین فردی سیستم تنظیم گلوکز پیادهسازی شود. عملکرد الگوریتم طراحی شده، براساس شاخصهای کمی و کیفی مورد ارزیابی قرار گرفت و با کنترلرPID در ساختار پیش بین اسمیت مقایسه شد. نتایج حاکی از عملکرد مناسب کنترلر پیشنهادی در شرایط ناشتا، دفع اغتشاش غذا و توانایی آن در برابر تغییر پذیری بین بیماران است.

    کلیدواژگان: دیابت نوع یک، کنترل تطبیقی مدل مرجع، سیستم تاخیردار، پیش بین اسمیت
  • سمیه محمد علیخانی، فائزه قناتی، مریم سلیمانی، حسن زارع مایوان، اباذر حاج نوروزی صفحات 173-182

    بیش از 75% حجم سلول های گیاهی را آب تشکیل می دهد، لذا می تواند بخش عمده ی تاثیر میدان های مغناطیسی بر گیاهان به واسطه ی مغناطیده شدن آب باشد. درین تحقیق، نمونه آب لوله کشی با عبور از یک دستگاه هم زن یون مغناطیسی110 میلی تسلایی مغناطیده شد. ازین آب برای آبیاری بذرهای ذرت به کار رفت. نمونه های شاهد نیز با آب لوله کشی (غیر مغناطیده) آبیاری شد. درصد جوانه زنی بذرهای خیسانده در آب مغناطیده، افزایش معناداری را در مقایسه با گروه شاهد نشان داد. تمامی شاخص های رشد، شامل طول اندام هوایی، طول ریشه، وزن تر و خشک دانه رست های ذرت پس از آبیاری با آب مغناطیده در مقایسه با گروه کنترل به ترتیب افزایش 30%، 19%، 22% و 22% را نشان داد. اما در محتوای رنگیزه های فتوسنتزی، قند و پروتئین کل، تفاوت معناداری بین دو گروه مشاهده نشد. هم چنین بیشینه ی بازده کوانتومی فتوسیستم|| در گروه آبیاری سده با آب مغناطیده افزایش معناداری را نسبت به گروه کنترل نشان داد.تاثیر مثبت آب مغناطیده بر شاخص های رشدی و متابولیسمی دانه رست های ذرت در نسل دوم تایید شد. نتایج نشان داد که آب عامل مهمی در دریافت اثر میدان مغناطیسی و انتقال آن به درون سلول های گیاهی است.

    کلیدواژگان: آب مغناطیده، ذرت، شاخص های رشد، میدان مغناطیسی
  • سینا شامخی، محمدحسین میران بیگی، علی گویا، بهاره آذریان صفحات 183-202

    الکتروفورز ژل دو بعدی یکی از روش های پایه و پرکاربرد در علم پروتئومیک است. درین روش، پروتئین های موجود در نمونه ی اولیه براساس دو ویژگی وزن مولکولی و بار الکتریکی در دو بعد ازهم جدا شده و تصویری از لکه های پروتئینی می دهد. به دلیل تعداد زیاد لکه های پروتئینی موجود دریک ژل نمونه که نزدیک به هم قرار دارند، پردازش تصاویر فرآیندی پیچیده است. وجود منابع نویز و آرتیفکت هم چون شکستگی ها، آرتیفکت های ناشی از رنگ آمیزی، رگه ها و موارد دیگر، جداسازی نواحی تصاویر با چالش های گوناگونی مواجه است. درین پژوهش، برپایه ی ویژگی های مکان/مقیاس، مشتقات مرتبه ی دوم و مقادیر ویژه ی هیشین تصویر، برای بهبود لکه های پروتئینی و جداسازی نواحی لکه از پس زمینه، فیلتری جدید ارائه شد. تصاویر الکتروفورز ژل دو بعدی ناحیه بندی شده و مکان و تعداد لکه های موجود در تصاویر، با این فیلتر بهتر تشخیص داده شد. الگوریتم پیشنهادی توانایی جداسازی نواحی لکه ی پروتئینی را با نرخTPRبرابر 78/6درصد و با نرخFPRبرابر 14/9درصد از نواحی پس زمینه دارد. درحالی که آستانه گذاری اوتسو و حوضچه ی آبریز به ترتیب: با نرخ های 71/4درصد و 25/7درصد، و با نرخ های 53/9درصد و 8/1درصد جداسازی می نمایند. بررسی تعداد لکه های صحیح استخراج شده در روش پیشنهادی، می تواند با دقت 83/6درصد و بانرخTPRبرابر 81/1درصد محل قرار گیری لکه ها را تشخیص دهد. در صورتی که روش های اوتسو، حوضچه ی آبریز و مایلون به ترتیب: با دقت 65/4درصد و با نرخبرابر 78/3درصد، دقت 27/7درصد و با نرخ 68/2در صد، دقت 74/0درصد و با نرخ 72/7در صد، مکان لکه ها را تشخیص می دهد. نتایج روش پیشنهادی، دقت و توانایی بالاتری را در ناحیه بندی تصویر، نسبت به روش های دیگر نشان داد.

    کلیدواژگان: الکتروفورز ژل دو بعدی، تشخیص لکه، پروتئین، فیلتر
|
  • Leila Azimi, Nader Riyahi Alam, Kavoos Firuozniya, Hamid Reza Saligheh Rad, Mojtaba Miri, Manizheh Pakravan, Anamollah Shahmohammadi Pages 113-123

    Gliomas are the most common primary neoplasm of the brain, varying histologically from low grade to high-grade. Perfusion-weighted MRI techniques have permitted the creation of cerebral blood volume (CBV) value, leading to the qualitative and quantitative assessment of tumor vascularity. This research aimed at assessing the rCBV and the ADC values in core and peritumoral areas glioma brain tumors and determining of significance rCBV of values i Alpha I In evaluating brain tumor. Ten patients with non-enhancing supratentorial gliomas were evaluated by diffusion weighted imaging (DWI) and standard dynamic susceptibility contrast-enhanced gradient echo during first pass of a bolus injection of contrast material before surgical resection. Six low-grade gliomas (WHO Grade II) and 4 high-grade gliomas (III, IV) were evaluated. Alpha Both the apparent diffusion coefficient (ADC) and relative cerebral blood volume (rCBV) values were calculated by a standard program on the solid portion of the tumor in the peritumoural area as well as contra lateral white matter. In perfusion, mean rCBVmax in high-grade and low-grade tumors were obtained (3.47±0.92), (2.37±0.49)-(1.66±0.68), (1.15±0.39) for core and peritumoral regions, respectively. In diffusion method, mean ADC in high-grade and low grade tumors were (0.53±0.07), (0.91±0.18)-(1.24±0.27), (1.007±0.33) for core and peritumoral regions, respectively. It was concluded that the values rCBVs ​​are important in determining the grade of tumor and we propose that perfusion weighted imaging be done for all patients before surgery.

    Keywords: Glioma, Diffusion Weighted Imaging, Perfusion Weighted Imaging, apparent diffusion coefficient
  • Gelareh Valizadeh, Fatemeh Fatemi, Mahmoud Shahabadi, Majid Oghabian, Majid Pouladian Pages 125-133

    MTDDS is an innovative treatment modality to completely tumor remission with no negative side effect. In this method functionalize magnetic nanoparticles are designed as the drug carrier to get the specific target in the body. Anticancer agents are bounded to magnetite nanoparticles with biocompatible starch coating suspended in the fluid. Now if they are injected intra-arterially near the target volume, they would be trapped at the target region via a local applied magnetic field with the high gradient near the target site. In this paper we have evaluated some nanoparticle trajectories with different size in order to evaluate the effect of the size on the efficiency of the magnetic drug targeting system.

    Keywords: Magnetic drug delivery, nanoparticle, Iron oxide, COMSOL, particle trajectory
  • Zakieh Alihemmati, Bahman Vahidi, Nooshin Haghighipour Pages 135-149

    Body cells, including mesenchymal stem cells are subject to a lot of mechanical forces. The type and magnitude of these forces are different in different physiological and pathological conditions. They cause a wide variety of cell responses and are able to change metabolisms and functions of the cell. Analysis of stem cell response to mechanical stimulation is very important in recognizing healthy and diseased condition of tissues and cells. Differentiation potential of mesenchymal stem cells to specialized cells makes them important cell sources in tissue engineering. In this study, atomic force microscopy and finite element method and used mechanical effects on a stem cellaresimulated which includes cell behavior due to strain andstress distributions in internal components of the cell. In this study, the ADINA software used to simulate mechanical behavior of the cell components (cell membrane, cytoplasm and nucleus) under a compressiveload. Results indicate mechanical response of stem cells in the body through which they can differentiate into bone cells and cartilage under compressive loads in the physiological range. This study has some considerable innovations as compared with the similar studies in the literature which is because of the kind of cells has been used (adipose-derived stem cells) as well as and also using precise material models for cell components based on the data extracted from laboratory tests for mechanical properties of the cell. Furthermore, this study can be considered as an important initial step for future studies on different patho-cells and analyzing their responses to mechanical loading using a similar method of this study to find new diagnostic methods. Also, it can be used to deepen pathological studies of the cells and the tissues.

    Keywords: Mechanical regulation of stem cell behavior, mechanical properties of the cell, finite element method, cell Mechanics
  • Sahar Rezaei, Nader Riahi Alem Pages 151-158

    Detection of tumors at an early stage is important for the diagnosis of cancer. Therefore, to detect cancer cells it is necessary to distinguish between metastases from normal cells at an early stage. Due to the large size and coverage necessary to prevent chemical reactions of the current contrast agents in the body, they are just applicable to the extracellular space. Due to the small size of nanoparticles in comparison to cells, it is possible for them to enter the cells. Therefore, these materials are used for molecular imaging. In this paper, variations in the external magnetic field (Tesla) due to magnetic nanoparticles in homogeneous tissue were studied by the finite element method. For this purpose, a simulation was performed in the presence of magnetic nanoparticles and without it. By the finite element method, conversion of differential and integral governing equations to simple and solvable equations that are numerically stable was made possible. The results obtained indicate that the external magnetic field is intensified by the presence of magnetic nanoparticles.

    Keywords: simulation, magnetic nanoparticles, magnetic field, FEM method
  • Zeinab Tashakorizadeh, Nadia Naghavi, Seyyed Kamal Hosseini Sani Pages 159-171

    Insulin therapy for type 1 diabetes patients often causes high fluctuations in their blood glucose and hypoglycemic/hyperglycemic events. Closed loop control of blood glucose using artificial pancreas can improve life quality of patients. In this paper, physiological behaviour of the system has been modeled inversely using daily patient data acquired GIM simulator. Then, considering the delaed nature of the system, a novel adaptive control structure has been proposed for time-delayed systems, which is a combination of the model reference adaptive control with modified Smith Predictor. Due to extensive variability among patients in metabolism, an in silico trial consisting of 30 patients with random changes and sinusoidal oscillation in parameters of Dalla Man glucose-insulin model has been used to simulate the personal variability in the glucose control system. Performance of the proposed algorithm has been compared to the PID controller with Smith Predictor, based on the quantitative and qualitative indicatirs. Simulation results showthat the proposed controlscheme is effective in fasting conditions, meal disturbance rejection, and robustness against inter-patients variability.

    Keywords: Type 1 diabetes mellitus_Model reference adaptive control_Time delayed system_Smith Predictor
  • Somayyeh Mohammadalikhani, Faezeh Ghanati, Maryam Soleimani, Hasan Zare Maivan, Abazar Hajnorouzi Pages 173-182

    Water molecules can be affected by magnetic fields due to their bipolar characteristics. In the present study an experimental maize field was irrigated with magnetically treated water. Tap water was passed through a locally designed alternative magnetic field generating apparatus (110 mT). The maize plants were irrigated by the magnetically treated waterfrom sowing to the seedling stage. Treatment with magnetically treated waterincreased the shoot and root lengths, fresh and dry weight of seedling (30%, 19.1%, 22% and 22%, respectively), compared with the control groups. The contents of photosynthetic pigments, total sugar and total protein of the leaves did not show significant differences between the treated plants and the control group. The ratio of Fv/Fm of seedling and growth parameters of second family were increased, compared to those of non-treated ones. The combined results suggested that the treatment of water a magnetic field with represents a plausible candidate for the mediation of MF effects on plant cells.

    Keywords: Growth parameters, Magnetic field, magnetically treated water, Maize
  • Sina Shamekhi, Mohammad Hossein Miran Baygi, Ali Gooya, Bahareh Azarian Pages 183-202

    Two-dimensional gel electrophoresis (2DGE) is a basic and widely used method in proteomics. In this method, mixtures of proteins are separated due to the differences in their molecular weight and isoelectric points and a final image obtained from the separated protein spots is created. Due to the large number of the protein spots in a 2DGE image and the importance of separation of overlapping proteins, the image processing of these images is a complex process. 2DGE images pose various noises and artifacts such as cracks, staining artifacts, and streaks that affect the reliability of the analysis. In this work, we have proposed a novel spots filter based on the scale-space second order structural Hessian and its eigenvalues for enhancing and separating the spots from the background. Furthermore, in this work, 2DGE images have been segmented and the locations of the spots have been detected. To evaluate and compare the proposed method, we have implemented three

    Methods

    Otsu thresholding, Watershed transform, and the method proposed by Mylona et al. Based on the regional spot volume evaluation, the TPR and FPR of the proposed method are 78.6 and 14.9, the TPR and FPR of the Otsu method are equal to 71.4 and 25.7 percent, and the TPR and FPR of the Watershed algorithm are 53.9 and 8.1 percent, respectively. Also, in the spot counts evaluation, the Precision and TPR of the proposed method are equal to 83.6 and 81.1 percent, and the Precision and TPR of Otsu method are 65.4 and 78.3, respectively. The Watershed transform has detected the spots with Precision and TPR equal to 27.7 and 68.2 percent, and the Precision and TPR of the method proposed by Mylona et al. are 74.0 and 72.7 percent, respectively. The results reveal the accuracy and superiority of the proposed method.

    Keywords: Two, dimensional gel electrophoresis, Spot detection, Protein, Filter