رباتیک در پزشکی / بیورباتیک
الهه کفاشی؛ محمدعلی احمدیپژوه؛ فیروز بختیارینژاد
دوره 14، شماره 4 ، بهمن 1399، ، صفحه 277-290
چکیده
با توجه به آمار بالای مبتلایان به بیماریهای عروق مغزی و سکتهی مغزی که منجر به فلج شدن اندامهای یک سمت بدن از جمله دست شده و همچنین محدودیتهای روشهای سنتی توانبخشی، ساخت دستگاههایی برای کمک به این افراد ضروری میباشد. در این پژوهش در ابتدا با توجه به چالشهای موجود در طراحی یک برونپوش دست، طراحی اولیهی یک مکانیسم برای ...
بیشتر
با توجه به آمار بالای مبتلایان به بیماریهای عروق مغزی و سکتهی مغزی که منجر به فلج شدن اندامهای یک سمت بدن از جمله دست شده و همچنین محدودیتهای روشهای سنتی توانبخشی، ساخت دستگاههایی برای کمک به این افراد ضروری میباشد. در این پژوهش در ابتدا با توجه به چالشهای موجود در طراحی یک برونپوش دست، طراحی اولیهی یک مکانیسم برای استفاده به صورت حرکت غیرفعال پیوسته برای توانبخشی انگشتان دست انجام شده است. این مکانیسم مبتنی بر تاندون بوده و هر دو حرکت باز و بسته شدن انگشتان را پوشش میدهد. به این منظور در برونپوش از دو عملگر فعال و غیرفعال به ترتیب جهت بستن و باز کردن انگشتان دست استفاده شده است. ویژگی بارز این طراحی، سبک و کمحجم بودن آن، قابلیت تنظیم برای دستهای متفاوت و سازگاری و راحتی آن برای بیمار میباشد. همچنین روابط سینماتیکی و دینامیکی برونپوش برای انگشتان دست به غیر از انگشت شست به روش لاگرانژ مدلسازی شده است. حرکت برونپوش در تعامل با انگشت به کمک نرمافزار سیممکانیک متلب شبیهسازی شده است. در نهایت با استفاده از نتایج شبیهسازی و مدلسازی، طراحی نهایی با در نظر گرفتن نیروی 40 نیوتن در طول تاندون انجام شده و برونپوش برای انگشت اشاره ساخته شده است. همچنین نتایج حاصل از مدلسازی تحلیلی و شبیهسازی مورد مقایسه قرار گرفته و میزان خطای مدلسازی برای تغییر زوایای مفاصل به دست آمده است. این مقدار در بیشترین حالت برای مفصل اول و دوم انگشت برابر با 15% و برای مفصل سوم برابر با 20% محاسبه شده است.
مدلسازی سیستمهای بیولوژیکی
سیده فاطمه قریشیان؛ محمد پویان
دوره 14، شماره 4 ، بهمن 1399، ، صفحه 321-331
چکیده
بیماری پارکینسون یک اختلال عصبی است که به طور عمده بر نورونهای تولید کنندهی دوپامین تاثیر گذاشته و موجب اختلال در سیستم حرکتی میشود. بارزترین علایم این بیماری شامل لرزش، حرکت آهسته، سفتی و دشواری در راه رفتن است. راه رفتن بیماران پارکینسون با کندی در حرکت همراه است. در این مقاله با استفاده از روشهای ریاضی و کامپیوتری، راه ...
بیشتر
بیماری پارکینسون یک اختلال عصبی است که به طور عمده بر نورونهای تولید کنندهی دوپامین تاثیر گذاشته و موجب اختلال در سیستم حرکتی میشود. بارزترین علایم این بیماری شامل لرزش، حرکت آهسته، سفتی و دشواری در راه رفتن است. راه رفتن بیماران پارکینسون با کندی در حرکت همراه است. در این مقاله با استفاده از روشهای ریاضی و کامپیوتری، راه رفتن بیماران پارکینسون مدلسازی شده است. این مدل متشکل از ساختارهای درگیر در بیماری پارکینسون بوده که از مغز شروع شده و تا مفصل زانو ادامه دارد و شامل عقدههای قاعدهای، تالاموس، کورتکس، ناحیهی موتوری تکمیلی (SMA)، عضله و مفصل میباشد. خروجی مدل به صورت سرعت راه رفتن در بیماران پارکینسون بوده و برابر با 83/0 m/s به دست آمده است که در محدودهی گزارش شده توسط نتایج کلینیکی (18/0 – 21/1 m/s) قرار دارد. در این مطالعه روشهایی برای افزایش سرعت راه رفتن در بیماران پارکینسون مورد بررسی قرار گرفته که شامل تحریک عمقی مغز، استفاده از دارو و تقویت عضله است. نتایج نشان میدهد که هر یک از این روشها موجب بهبود سرعت راه رفتن شده است. در واقع با به کارگیری این روشها روی مدل، مقدار خروجی افزایش یافته و به محدودهی سرعت راه رفتن در افراد سالم (30/1 – 36/1 m/s) نزدیک شده است. همچنین اثر سفتی روی سرعت راه رفتن مورد مطالعه قرار گرفته و مشاهده شده است که سفتی عضلانی با سرعت رابطهی عکس دارد. در پایان نیز یک روش کنترلی برای بهبود سرعت پیشنهاد شده که با افزایش پاسخ سیستم حلقه بسته موجب افزایش سرعت راه رفتن شده است.
علوم اعصاب محاسباتی
مریم صادقی تالارپشتی؛ محمدعلی احمدی پژوه؛ فرزاد توحیدخواه
دوره 14، شماره 4 ، بهمن 1399، ، صفحه 333-344
چکیده
توانایی انسان برای انجام چند وظیفهی همزمان در مطالعات بسیاری مورد بررسی قرار گرفته و انجام دو وظیفهی توام همواره یکی از مهمترین مسایل شناختی و روانشناختی بوده است. نحوهی اجرا و تاثیر دو وظیفهی توام روی یکدیگر به منظور شناخت کارکرد مغز و تاثیر آن روی خروجی رفتاری در بیماریهای مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. در این ...
بیشتر
توانایی انسان برای انجام چند وظیفهی همزمان در مطالعات بسیاری مورد بررسی قرار گرفته و انجام دو وظیفهی توام همواره یکی از مهمترین مسایل شناختی و روانشناختی بوده است. نحوهی اجرا و تاثیر دو وظیفهی توام روی یکدیگر به منظور شناخت کارکرد مغز و تاثیر آن روی خروجی رفتاری در بیماریهای مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مقاله تاثیر سختی بر اجرای دو وظیفهی توام گسسته-پیوسته و حرکتی-شناختی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از یک وظیفهی گسستهی شنیداری به همراه وظیفهی پیوستهی حرکتی دنبال کردن به عنوان دو وظیفهی توام استفاده شده است. تعداد 25 نفر در این آزمایش شرکت کرده و از آنها خواسته شده است تا به صورت همزمان به تحریک شنیداری پاسخ داده و عمل دنبال کردن حرکتی را نیز انجام دهند. تاثیر سختی روی میزان خطا و زمان پاسخ با استفاده از مدل رانش-انتشار بررسی شده است. در این مدل چهار پارامتری، پارامتر رانش برای بررسی میزان دشواری وظیفه در نظر گرفته شده است. نتایج پارامتر رانش (مقادیر میانگین 5/0، 3/0 و 2/0) در مدل میتواند با تغییرات دشواری در سه سطح، در آزمایش هماهنگی خوبی داشته و به عنوان پارامتر دشواری مورد استفاده قرار گیرد.
بیومکانیک
امین رضا نقره آبادی؛ محمد حسین حیدرشناس؛ رضا باهوش کازرونی
دوره 10، شماره 2 ، شهریور 1395، ، صفحه 123-136
چکیده
مدل ریاضی دوبعدی میکرو بایوحسگر ساندویچی با لایههای حفرهدار و انتخابی، ارائه و تحلیل شده است. مدل بایوحسگر حاضر شامل حفرههایی در ابعاد میکرو یا نانومتر است، که بهصورت کامل یا بخشی از آنها توسط آنزیم پر شده است. این مدل براساس سیستم معادلات واکنش- نفوذ، ارائه شدهاست. معادلات حاکم بر بایوحسگر ساندویچی حفرهدار با ...
بیشتر
مدل ریاضی دوبعدی میکرو بایوحسگر ساندویچی با لایههای حفرهدار و انتخابی، ارائه و تحلیل شده است. مدل بایوحسگر حاضر شامل حفرههایی در ابعاد میکرو یا نانومتر است، که بهصورت کامل یا بخشی از آنها توسط آنزیم پر شده است. این مدل براساس سیستم معادلات واکنش- نفوذ، ارائه شدهاست. معادلات حاکم بر بایوحسگر ساندویچی حفرهدار با درنظر گرفتن واکنش آنزیمی میکائیلیس- منتن، استخراج شده است و جملات غیرخطی مربوط به این اثر درنظرگرفته شد. با استخراج معادلات حاکم، تأثیر هندسة حفره و سطح آنزیم در آن، بر پاسخ بایوحسگر بررسی شد. در ادامه، معادلات با معرفی پارامترهای بیبعد مناسب در حالت کلی بیبعدشده ارائه شدند. سپس، معادلات حاکم به همراه شرایط مرزی آنها، با استفاده از کد المان محدود در دو بعد حل شد. برای این منظور، سه هندسة متفاوت استوانهایی، مخروطی بالارونده و مخروطی پایینرونده برای حفرهها درنظرگرفته شد و تأثیر این هندسهها بر پاسخگویی بایوحسگر، در سطوح مختلف آنزیم مطالعه شد. پاسخ بایوحسگر، براساس تغییرات سطح آنزیم و تغییرات شیب مخروط استخراج شد. در بایوحسگر، با افزایش سطح آنزیم برای هرسه هندسه، جریان خروجی از بایوحسگر افزایش مییابد. در شرایط یکسان، حساسیت شناسایی آنزیم برای هندسة مخروطی بالارونده، از دو هندسة دیگر بیشتر است و با کاهش شیب مخروط، این حساسیت بیشتر میشود. در خواص آنزیمی یکسان، بایوحسگری با عدد بایوحسگر بزرگتر، حساسیت بیشتری دارد. درنهایت، با ارائه و محاسبة جریان بیبعد در بایوحسگر، مفهومی با عنوان جریان بیبعد کاهیده، برای مقایسه میان کارآیی بایوحسگرها معرفی شد.
سید حجت سبزپوشان؛ آزاده قجرجزی
دوره 9، شماره 3 ، آذر 1394، ، صفحه 267-282
چکیده
ثابت زمانی مفهومی فیزیکی است که با استفاده از آن، معنا و مفهوم سرعت پاسخدهی یا سرعت عکسالعمل نتیجه میشود. یافتههای تجربی، وابستگی سرعت حرکت دریچههای یونی به ولتاژ غشا را نشانداده است. در این تحقیق، مدلی برای ثابت زمانی ولتاژ غشا در نورون ارائهشده است. مدل پیشنهادی در این مقاله، ابتدا در قالب یک قضیه مطرح شده و سپس ...
بیشتر
ثابت زمانی مفهومی فیزیکی است که با استفاده از آن، معنا و مفهوم سرعت پاسخدهی یا سرعت عکسالعمل نتیجه میشود. یافتههای تجربی، وابستگی سرعت حرکت دریچههای یونی به ولتاژ غشا را نشانداده است. در این تحقیق، مدلی برای ثابت زمانی ولتاژ غشا در نورون ارائهشده است. مدل پیشنهادی در این مقاله، ابتدا در قالب یک قضیه مطرح شده و سپس این قضیه اثباتشده است. این قضیه نشان میدهد که میتوان مورفولوژیهای گوناگون سیر زمانی پتانسیل عمل در یک نورون را با تنظیم پارامترهای مدل پیشنهادی، شبیهسازی کرد. قضیه مطرحشده با ارائة مثالهایی از شبیهسازی سیر زمانی پتانسیل عمل در چند نورون و سلول نمونه، اعتبارسنجی شده است. با توجه به کلیت قضیة ارائهشده، مدل پیشنهادی برای ثابت زمانی میتواند هم برای سیستمهای زیستی و هم برای شبیهسازی در هر سیستم فیزیکی دیگر بهکار رود.
مهندسی عصبی عضلانی
علی فلکی؛ فرزاد توحیدخواه
دوره 5، شماره 2 ، شهریور 1390، ، صفحه 127-141
چکیده
با توجه به مطالعههای صورت گرفته، سیستم حرکتی انسان از دو استراتژی کنترلی، کنترل مدلمبنا و کنترل امپدانسی، به منظور یادگیری حرکتی و مقابله با اغتشاشهای خارجی استفاده میکند اما نحوه تعامل این کنترلکنندهها و چگونگی هماهنگی بین آنها چندان بررسی نشده است. در این مقاله با بهرهگیری از یک کنترل کننده سرپرستی، نحوه یادگیری حرکت ...
بیشتر
با توجه به مطالعههای صورت گرفته، سیستم حرکتی انسان از دو استراتژی کنترلی، کنترل مدلمبنا و کنترل امپدانسی، به منظور یادگیری حرکتی و مقابله با اغتشاشهای خارجی استفاده میکند اما نحوه تعامل این کنترلکنندهها و چگونگی هماهنگی بین آنها چندان بررسی نشده است. در این مقاله با بهرهگیری از یک کنترل کننده سرپرستی، نحوه یادگیری حرکت و عملکرد کنترل کنندههای امپدانسی و مدلمبنا بررسی شده است. کنترلکننده سرپرستی با پایش رفتار و خروجی سیستم، وظیفه هماهنگی مابین کنترلکنندههای امپدانسی و مدلمبنا را بر عهده دارد. بر این اساس دستور حرکتی جلوسو و سفتی مفاصل بهصورت جداگانه و همزمان تنظیم و اصلاح میشوند. بهمنظور ارزیابی مدل ارائه شده، حرکت رسنده دست در حضور میدان نیروی اغتشاشی، شبیهسازی و با نتایج تجربی مقایسه شده است. نتایج بهدست آمده نشاندهنده آن است که برای انجام حرکتی طبیعی، علاوه بر امپدانس مناسب حرکت، بایستی مدلی درونی از حرکت نیز در اختیار سیستم کنترلی باشد. علاوه بر این از آنجا که اندازه امپدانس متناسب با میزان یادگیری بهینه میشود، بیشترین یادگیری در جهتی است که خطای حرکتی بیشتر بوده و مفاصل امپدانس کمتری دارند. همچنین نشان داده شده است که سیستم حرکتی در مواجهه با اغتشاشهای ناگهانی، با استفاده از تغییر امپدانس و کاهش اثر کنترل کننده مدلمبنا سعی در جبران خطای حرکتی میکند که این امر به معنای استفاده از تجربههای پیشین توسط سیستم سرپرستی است.