per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2007-05-22
1
1
1
8
10.22041/ijbme.2007.13481
13481
Full Research Paper
طراحی تراگردان به منظور متمرکز کردن امواج فراصوتی برای گرما درمانی بافت های سرطانی
Transducer Design For Ultrasound-Induced Hyperthermia Of Cancerous Tissues
فرزان قالیچی
fghalichi@sut.ac.ir
1
سهراب بهنیا
2
دانشگاه صنعتی سهند، دانشکده مهندسی برق، گروه مهندسی پزشکی
گروه فیزیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ارومیه
در این تحقیق، نحوه تمرکز امواج فرا صوتی به منظور گرما درمانی بافت های سرطانی مورد مطالعه قرار گرفته و عمل تراگردانی به منظور تمرکز امواج توسط سلول های پیزوالکتریک در کانون سرطان معرفی شده است. با محاسبه میزان انرژی متمرکز شده توسط حل عددی معادله فشار آکوستیک به وسیله انتگرال ریلی، مناسب ترین آرایش فضایی برای تمرکز انرژی ارایه می شود. برای کنترل مسیر درمان از طریق حل عددی معادله بیو- هیت نحوه توزیع فضایی انرژی گرمایی در ناحیه مورد درمان مورد توجه قرار گرفته و با انتخاب سرطان دهانه رحم به عنوان نمونه، نتایج حاصل از شبیه سازی تمرکز امواج فرا صوتی ارایه شده است.
The methods of focusing ultrasonic waves in order to apply hyperthermia cancer therapy have studied and a transducer capable of focusing waves on cancerous tissues with the aid of its piezoelectricelements has introduced. The amount of absorbed energy was computed by solving numerically the acoustic pressure equation using Rayleigh-Summerfield Integral, with the intention to determine the optimum spatial array of piezoelectric elements for energy concentration. In order to control the treatment procedure, the numerical solution of Bio-heat Transfer Equation (BHTE), along with the finite-element simulation of thermal energy distribution in a cervix cancerous tissue is considered.
https://www.ijbme.org/article_13481_4d992d1064d75415c546f42c658d9484.pdf
امواج فرا صوتی
گرما درمانی
معادله فشار آکوستیک
معادله بیو - هیت
روش اجزای محدود
Ultrasonic Waves
Hyperthermia
Acoustic Pressure Equation
Bio-Heat Transfer Equation
finite element method
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2007-05-22
1
1
9
17
10.22041/ijbme.2007.13482
13482
Full Research Paper
تحلیل جریان و انتقال حرارت در ویسکومتر همورئولوژیکی با استفاده از شبیه سازی به روش دینامیک سیالات محاسباتی
Fluid Flow And Heat Transfer Analysis Of Hemorheological Viscometer Using Computational Fluid Dynamics (Cfd) Simulation
ناصر فتورائی
nasser@aut.ac.ir
1
مجتبی قلی پورسمرغاوه
2
آزمایشگاه تحقیقاتی مکانیک سیالات بیولوژیکی، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
خون یکی از سیالات مهم در بدن انسان است. از این رو، اندازه گیری ویسکوزیته و دیگر خواص آن می تواند در تشخیص بیماری های مختلف سیستم قلب و عروق کمک شایانی نماید. در این تحقیق، جریان خون در ویسکومتر نوع استوانه های هم مرکز، به عنوان یک دستگاه مناسب در اندازه گیری ویسکوزیته خون، به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. خون به دو صورت سیال نیوتنی و غیر نیوتنی فرض گردیده است. با اعمال شرایط چرخش متعدد به بررسی دقیق جریان خون پرداخته شد. تشکیل جریان کوئت مابین دو استوانه و اثر انتهایی بررسی شده و سرعت مناسب چرخش تخمین زده شده است. برای به دست آوردن مقدار صحیح گشتاور تلاش گردید تا از تشکیل چرخه های تیلر جلوگیری شود. نتایج نشان داد که این چرخه ها به اندازه اثر جریان انتهایی حایز اهمیت نیستند. چگونگی ثابت نگه داشتن دمای خون توسط حمام گرمایی و تاثیر عوامل موجود نظیر دبی جرمی سیال ورودی به روش عددی مورد بررسی قرار گرفته است.
Blood is one of the vital fluids of the human body. Measurement of its viscosity and other properties is very important in detecting and understanding different cardiovascular diseases. In this study, the blood flow in a concentric cylinder viscometer was simulated numerically. The blood flow patterns were analyzed by applying different rotational speed of inner cylinder. Creation of a Couette flow, end effects and suitable rotational speed limit were analyzed. The amount of the torque applied to the inner cylinder which prevents the generation of the Taylor vortices was also predicted. From the obtained results, one can conclude that these vortices were not as important as the end effects were. In order to keep the blood sample temperature within a constant and acceptable range a thermal bath was used. Heat removal rate with different inflow rates of coolant was also predicted numerically.
https://www.ijbme.org/article_13482_3523b4c73b52a47742cd42be658c7322.pdf
ویسکوزیته خون
ویسکومتر
سیال غیرنیوتنی
جریان کوئت
کنترل دما
چرخه های تیلر
Blood Viscosity
Viscometer
Non-Newtonian fluid
Couette Flow
Temperature Control
Taylor Vortices
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2007-05-22
1
1
19
27
10.22041/ijbme.2007.13483
13483
Full Research Paper
چسبندگی باکتری اشرشیاکلی در شرایط آزمایشگاهی به سطح پلی اتیلن ترفتالات تابش دیده با لیزرهای دی اکسید کربن و کریپتون فلوئوراید
In Vitro Evaluation Of Escherichia Coli K–12 Bacteria Adhesion Onto Co2 And Krf Laser-Treated Polyethylene Terephthalate (Pet)
روح اله مهدی نوازمقدم
1
حمید میرزاده
h.mirzadeh@ippi.ac.ir
2
مرتضی دلیری جوپاری
3
علیرضا زارع
4
دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
دانشکده مهندسی پلیمر، دانشگاه صنعتی امیرکبیر - پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران
مرکز تحقیقات مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی
پژوهشگاه لیزر، سازمان انرژی اتمی ایران
اخیرا مطالعاتی در زمینه توسعه روش های جدید برای افزایش چسبندگی باکتریایی روی سطوح پلیمری وجود دارد که در کاربرد های بیولوژیکی از جمله بیوسنسور های پایه سلولی استفاده می شوند. در این مطالعه، سطح فیلم پلی اتیلن ترفتالات (PET) در معرض نور لیزر های اکسایمر کریپتون فلوئوراید (KrF) و دی اکسید کربن (CO2) ضربه ای قرار گرفت و رفتار چسبندگی باکتری اشرشیاکلی (E-coli K-12) روی سطوح پرتو دهی شده در شرایط آزمایشگاهی (in virto) بررسی شد. تغییرات خواص سطح PET حاصل از پرتو دهی لیزر، توسط میکروسکوپ الکترونی رویشی (SEM) و اندازه گیری زاویه تماس مشخص شد. نتایج نشان داد که آمایش لیزری باعث تغییر مورفولوژی و همچنین آبدوستی سطح PET می شود. تعداد باکتری های E-coil K-12 که به سطح PET چسبیده بودند به طور کمی توسط رنگ آمیزی فلورسنت، مشاهدات میکروسکوپی و شمارش از طریق نرم افزار Image Proplus بررسی شد. نتایج نشان داد که تعداد باکتری های E-coil K-12چسبیده به سطوح پرتو دهی شده با لیزر های کریپتون فلورئورید و دی اکسید کربن در مقایسه با سطوح اصلاح نشده افزایش یافت.
Recently there are studies in developing new methods to increase bacterial adhesion onto polymeric surfaces that are used in biological application such as cell-based biosensors. In this study the surface of polyethylene terephthalate (PET) films were irradiated using CO2 and KrF excimer pulsed lasers and adhesion behavior of Escherichia coli k-12 (E. coli K-12) bacteria onto the irradiated surfaces was studied in vitro. The changes in the surface properties due to laser irradiation were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and contact angle measurement. The results showed that laser treatment changes surface morphology and surface hydrophilicity. The number of bacteria that were adhered onto the surfaces was quantitatively investigated by fluorescent staining, microscopic observations and counting through Image Proplus software. The results showed that the number of adhered E. coli K-12 bacteria onto the irradiated surfaces by both CO2 and KrF lasers in comparison with unmodified surfaces was increased.
https://www.ijbme.org/article_13483_5619b6a504c8d1dd31bf83510097d197.pdf
لیزر کریپتون فلوئورید
لیزر دی اکسیدکربن
آمایش لیزری
پلی اتیلن تر فتالات
چسبندگی باکتریایی
Krf Laser
Co2 Laser
Laser Treatment
Polyethylene terephthalate
Bacterial Adhesion
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2007-05-22
1
1
29
37
10.22041/ijbme.2007.13484
13484
Full Research Paper
شناسایی پارامترهای یک مدل غیرخطی از سیستم همودینامیک در تصویربرداری عملکردی تشدید مغناطیسی
Parameter Identification Of A Nonlinear Model For The Hemodynamic System In Functional Magnetic Resonance Imaging
سید محمد شمس
1
غلامعلی حسینزاده
ghzadeh@ut.ac.ir
2
محمد مهدی کریمی
3
قطب علمی کنترل و پردازش هوشمند، دانشکده برق و کامپیوتر، پردیس دانشکدههای فنی، دانشگاه تهران - گروه پردازش سیگنال و تصویر، پژوهشکده علوم شناختی، پژوهشگاه دانشهای بنیادی
قطب علمی کنترل و پردازش هوشمند، دانشکده برق و کامپیوتر، پردیس دانشکدههای فنی، دانشگاه تهران - گروه پردازش سیگنال و تصویر، پژوهشکده علوم شناختی، پژوهشگاه دانشهای بنیادی
قطب علمی کنترل و پردازش هوشمند، دانشکده برق و کامپیوتر، پردیس دانشکدههای فنی، دانشگاه تهران
در این تحقیق، پارامتر های یک مدل غیر خطی از سیستم همودینامیک معروف به مدل بالون به منظور تحلیل تصاویر تصویر برداری عملکردی تشدید مغناطیسی (fMRI) مورد شناسایی و ارزیابی قرار گرفته است. برای تخمین پارامتر های این مدل از دو روش استفاده شد. در این روش ها ابتدا واکسل هایی که سری های زمانی آنها حاوی فعالیت عصبی (ایجاد شده در اثر تحریک) هستند، شناسایی می گردد. سپس برای سری زمانی هر واکسل، پارامتر های مدل بالون یک بار با استفاده از روش «تندترین شیب» و یک بار با استفاده از الگوریتم ژنتیک تخمین زده می شوند. روش های پیشنهادی فوق روی داده های واقعی تصویربرداری عملکردی تشدید مغناطیسی به کار گرفته شد و شناسایی سیستم غیرخطی بالون برای واکسل های مختلف مغز توسط آنها انجام گرفت. دقت این شناسایی ها با مقایسه خروجی مدل حاصل و سری زمانی هر واکسل (داده واقعی) نشان داده شد. همچنین نتایج تخمین پارامتر با روش های پیشنهادی و نتایج حاصل از شناسایی سیستم به وسیله کرنل های ولترا که در سایر تحقیقات انجام شده است، کاملا سازگار بود. از این رو روش های پیشنهادی با احتراز از پیچیدگی های تحلیل نظری و با سرعت قابل قبول (به ویژه روش تندترین شیب) می توانند شناسایی سیستم را با بکارگیری روش های عددی انجام دهند.
In order to analyze the functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) data, the parameters of a nonlinear model for the hemodynamic system, so called Balloon model, were characterized and estimated. Two different approaches were applied to estimate these parameters. In the first step of both approaches, the voxels which show neural activity were identified. Then, the parameters of the balloon model for these active voxels were estimated by both steepest descent algorithm, and through genetic algorithm. Proposed approaches were applied on experimental fMRI data and the parameters of nonlinear Balloon model were estimated for different brain voxels. Accuracy of these characterizations was assessed via comparing the measured time series at each voxel with the modeled time series. Also, it was shown that the results of the parameter-estimation are consistent with the results obtained from system characterization via Volterra Kernels (which were reported in previous studies). It was concluded that the suggested approaches could accomplish a nonlinear system characterization through numerical methods, whereas they avoid theoretical complexities and they have acceptable speed (especially steepest descent algorithm).
https://www.ijbme.org/article_13484_53c5e5e2ef28cc22167aa0ff54ad7c32.pdf
تصویربرداری عملکردی تشدید مغناطیسی (MRI)
سیستم همودینامیک مغزی
شناسایی سیستم
مدل بالون
مدل غیرخطی
System identification
Fmri (Functional Mri)
Hemodynamic System
Nonlinear Modeling
Balloon Model
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2007-05-22
1
1
39
51
10.22041/ijbme.2007.13485
13485
Full Research Paper
سنتز کلسیم فسفات های آمورف کربناتی و بررسی سینتیک انحلال در محیط شبیه سازی شده سلول های جذب استخوان
Synthesis And Dissolution Kinetics In A Simulated Bone Resorption Medium Of Amorphous Carbonated Calcium Phosphates
عبدالرضا شیخ مهدی مسگر
asmesgar@yahoo.com
1
زهرا محمدی
mohamadiz@ut.ac.ir
2
فتح اله مضطرزاده
moztarzadeh@aut.ac.ir
3
مهتاب اشرفی خوزانی
4
زینب سادات محمدی
5
دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی پزشکی
دانشگاه علم و صنعت ایران
دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی پزشکی
دانشگاه علوم پزشکی ایران
دانشگاه تربیت معلم
در این تحقیق، سنتز تکرارپذیر کلسیم فسفات آمورف کربناتی از طریق استفاده از محلول های حاوی کلسیم و فسفات با غلظت پایین، دمای پایین، pH بالا و خشک کردن به شیوه انجمادی انجام شده است. مابین میزان کربنات به کار رفته در محلول سنتز و کربنات موجود در محصول آمورف یک رابطه غیرخطی وجود داشت. با افزودن مقادیر مختلف کربنات به محلول سنتز، تهیه انواع کلسیم فسفات آمورف کربناتی با مقدار کربنات و نسبت Ca/P متفاوت، مشابه فاز معدنی استخوان، امکان پذیر خواهد بود به طوری که با افزایش مقدار کربنات ورودی به محلول سنتز، نسبت Ca/P رسوب افزایش می یابد. آب باقیمانده در رسوب آمورف خشک شده به روش انجمادی را می توان توسط عملیات حرارتی در دمای بالا خارج کرد بدون آنکه رسوب، ویژگی آمورف بودن خود را از دست دهد. بر اساس نتایج بدست آمده از آنالیز عنصری کربن و آنالیز حرارتی، خروج کربنات در محدود دمایی 500-1150°C اتفاق می افتد. انحلال کلسیم فسفات آمورف کربناتی در محیط شبیه سازی شده سلول های جذب استخوان (pH 4.4-5.5) به میزان کربنات و آب باقیمانده وابسته است. در مقادیر بالای کربنات موجود در محصول، میزان انحلال توسط مقدار کربنات کنترل می شود در حالی که در مقادیر کم، حضور آب باقیمانده اثر بیشتری بر میزان انحلال خواهد داشت. سینتیک انحلال کلسیم فسفات های آمورف کربناتی در هر دو حالت«خشک شده به صورت انجمادی» و «عملیات حرارتی شده» در شرایط جذب استخوان توسط نفوذ از لایه محصول کنترل می شود. تشکیل یک نوع کلسیم فسفات آمورف و/ یا دی کلسیم فسفات دی هیدرات به عنوان لایه محصول از جذب کامل کلسیم فسفات آمورف کربناتی جلوگیری می کند.
Amorphous carbonated calcium phosphates (ACCPs) with different carbonate contents and Ca/P ratios were reproducible synthesized by the reaction parameters as low temperature, high pH value, using initial solutions of calcium and phosphate at low concentrations, and various amounts of carbonate, as well as freeze drying of the precipitates. The addition of carbonate to the solutions led to form precipitates with higher Ca/P ratios with respect to the initial solutions. Heat treatment of freezedried ACCPs at 500 °C had no influence on their amorphous structure. The results of elemental carbon and thermal analysis showed that the carbonate may be eliminated in a wide range of temperature (500−1150oC). Dissolution rate of ACCPs in the simulated bone resorption medium was dependent to the contents of carbonate and remaining water. Dissolution rate of the specimens with higher carbonate contents was controlled by the carbonate content, but the amount of remaining water had major influence on the dissolution rate of the precipitates with lower carbonate contents. The dissolution kinetics was found to follow a shrinking-core model, with product layer as the ratedetermining step. Formation of an amorphous calcium phosphate and/or thermodynamically desirable dicalcium phosphate dihydrate as possible product layer prevents complete resorption of ACCPs under bone resorption conditions, and promotes osteoblastic activation process through nucleation and growth of biological apatite.
https://www.ijbme.org/article_13485_0dc805d4e4f8529f5642f9ea013939aa.pdf
کلسیم فسفات آمورف کربناتی
سلول های جذب استخوان
سینتیک انحلال
مواد جایگزین استخوان
مهندسی بافت سخت
Amorphous Carbonated Calcium Phosphates
Osteoclasts
Dissolution Kinetics
Bone Substitutes
Bone tissue engineering
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2007-05-22
1
1
53
62
10.22041/ijbme.2007.13486
13486
Full Research Paper
جداسازی سیگنال فیبریلاسیون بطنی بر مبنای مشخصات آشوبگون سیگنال های قلبی
Discrimination Of Ventricular Fibrillation Based On Chaotic Characteristics Of Electrocardiogram Signals
محمد رضا نوروزی
noruzi@cic.aut.ac.ir
1
محمد جواد یزدان پناه
2
دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشکده فنی، دانشگاه تهران
در این تحقیق، با استخراج خواص پدیده های آشوبگون و بررسی سه دسته سیگنال قلبی شامل سیگنال های طبیعی، تاکیکاردی بطنی و فیبریلاسیون بطنی مشاهده شد که این خواص به صورت مشخصی در سیگنال فیبریلاسیون بطنی وجود دارند. از یک شبکه عصبی پس انتشار خطا برای جدا سازی سیگنال فیبریلاسیون بطنی نسبت به دو نوع دیگر سیگنال قلبی استفاده گردید. شبکه در دو حوزه زمان و فرکانس تحت آموزش قرار گرفته و نتایج نشان داد که در حالت عادی، استفاده از سیگنال های زمانی در مقایسه با طیف فرکانسی از قابلیت اعتماد بالایی برخوردار نیست. بر اساس یک ایده نو و با استفاده از تکنیک «داده های جایگزین» که در فرآیند های آشوبگون به کار می رود، بهبود چشمگیری در کارآیی شبکه در حوزه زمان به دست آمد. همچنین شبیه سازی ها نشان داد که دینامیک آشوبگون تولید کننده سیگنال فیبریلاسیون بطنی، یک دینامیک متغیر با زمان است.
Ventricular Fibrillation (VF) is a dangerous abnormality in the heart activity. During the VF, well known shape of electrocardiogram (ECG) signal changes to a pseudo-noise waveform. Recent researches have depicted that VF is not a noisy signal. The characteristics of VF and chaotic signals are the same. In this research, these characteristics were studied and used for discriminating the VF signal from the other electrocardiogram signals. Three types of electrocardiogram signals including VF, Tachycardia and Normal ECG were used for training and testing a back propagation neural network. We used these signals in three stages. At the first stage, the power spectrum of signals was used for training and testing the neural network. Time Series signals were used in the second stage. The result of the first experience was better than the second. At the third stage, we used surrogate technique to enrich the training signals in the time domain. The surrogate technique is a method which has been used in the chaotic systems. By using these new generated signals for training the neural network, the results of classification were extremely improved. Furthermore, the results of simulations showed that the chaotic dynamic of VF signal is a time dependant one.
https://www.ijbme.org/article_13486_4adb97079313778a9fdaf6826536ec4b.pdf
آشوب
خاصیت آشوبگون
الکتروکاردیوگرام
فیبریلاسیون بطنی
شبکه عصبی
chaos
Chaotic Characteristic
Electrocardiogram
Ventricular fibrillation
Neural network
per
انجمن مهندسی پزشکی ایران
نشریهی علمی مهندسی پزشکی زیستی
5869-2008
9685-8006
2007-05-22
1
1
63
69
10.22041/ijbme.2007.13487
13487
Full Research Paper
تشخیص نوع زردی و پیش بینی ابتلا به آن توسط شبکه های عصبی
Classification And Prediction Of Neonatal Jaundice Using Neural Networks
آزاده اهورایی
1
فرزاد توحیدخواه
towhidkhah@aut.ac.ir
2
فاطمه حاجی ابراهیم تهرانی
3
رسول خیاطی
4
واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی
دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
دانشکده پزشکی، دانشگاه شاهد
دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شاهد
زردی یکی از بیماری های شایع دوران نوزادی است. این بیماری در اکثر موارد خطر جدی نداشته و عموما با فتوتراپی و یا در موارد وخیم تر با تعویض خون بهبود می یابد. لکن در شرایط خاص، مقادیر بالای بیلیروبین سرم از سد خونی- مغزی می تواند عبور کند تا متعاقبا موجب آسیب عصبی، از دست دادن شنوایی و حتی تشنج و مرگ خواهد شد. مدلسازی بیماری در زمینه تشخیص و یا پیش بینی به صورت مجزا و یا توام، مقوله ای است که در سال های اخیر توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. در این مقاله، ضمن مروری بر مدل های ارایه شده قبلی در رابطه با زردی نوزاد، بر اساس داده های جمع آوری شده از نوزادان داخل کشور، مدل هایی جهت تشخیص نوع بیماری و همچنین پیش بینی ابتلا به زردی برای اولین بار ارایه گردیده است. همچنین، طرح درمان آن در ایران در قالب جدولی تدوین شده است. در این مدلسازی از شبکه های عصبی جلوسو سه لایه استفاده شده است. از نتایج این مدلسازی می توان در جهت کاهش هزینه های اضافی درمان و جلوگیری از صدمات احتمالی به نوزاد بهره گرفت.
Jaundice (hyperbilirubinemia) is a common disease in newborn babies. Under certain circumstances, elevated bilirubin levels may have detrimental neurological effects. In some cases, phototherapy is needed to lower the level of total serum bilirubin, which indicates the presence and severity of jaundice. Recently, diagnosis and treatment modeling of disease have been considered by many researchers. In this paper, we present two models for classification and prediction of neonatal jaundice. The models are based on recorded data of Iranian Neonates. This study is oriented on the basis of following procedures: a short review on physiology of Jaundice, and then description of the models. Two three-layer feed forward neural networks were used in the modeling. The neural network model for classification is able to specify the type of jaundice, and the model for prediction can evaluate the risk of jaundice for newborns. These models can be used to decrease the risk in the critical cases as well as the cost of treatment.
https://www.ijbme.org/article_13487_0a2e724031c2c766dd53a2042dfb34d0.pdf
زردی نوزاد
مدلسازی بیماری
بیلیروبین سرم
تشخیص زردی
پیش بینی زردی
Neonatal jaundice
Modeling
Serum Bilirubin
Jaundice Diagnosis
prediction