مقاله کامل پژوهشی
مدلسازی رایانهای زیستی / شبیهسازی رایانهای زیستی
سید حجت سبزپوشان؛ فاطمه پورحسنزاده
دوره 11، شماره 1 ، اردیبهشت 1396، صفحه 1-18
چکیده
در این مقاله، روشی جدید برای کاهش سرعت رشد تومور بدون رگ پیشنهاد میشود. این یافته میتواند به برنامهریزی درمان و افزایش طول عمر بیماران سرطانی کمک کند. روش پیشنهادی، براساس مدلی برپایة عامل برای رشد تومور بدون رگ است. در این تحقیق، پدیدة فراخوانی سلولهای ایمنی که بهطور معمول پس از شناسایی سلولهای توموری انجام میشود، ...
بیشتر
در این مقاله، روشی جدید برای کاهش سرعت رشد تومور بدون رگ پیشنهاد میشود. این یافته میتواند به برنامهریزی درمان و افزایش طول عمر بیماران سرطانی کمک کند. روش پیشنهادی، براساس مدلی برپایة عامل برای رشد تومور بدون رگ است. در این تحقیق، پدیدة فراخوانی سلولهای ایمنی که بهطور معمول پس از شناسایی سلولهای توموری انجام میشود، در مدل درنظرگرفته شده است. پارامترهای مدل با استفاده از نتایج تجربی و آزمایشگاهی in vivo، بهطور سازگار با بیولوژی سرطان تنظیم میشوند. نتایج نشان میدهند که مدل پیشنهادی میتواند پدیدة رشد تومور بدون رگ را بهطور کیفی و کمی شبیهسازی کند و همچنین ایدهای نو برای کند کردن فرآیند رشد تومور پیشنهاد میکند. براساس این ایده و با درنظر گرفتن دو نوع سلول سرطانی تکثیرشونده ، با افزایش وابستگی احتمال تـکثیر سلولهای تـوموری بـه شرایـط محیـطی، رشد توموری کندتر خـواهد شد.
مقاله کامل پژوهشی
مدلسازی سیستمهای اسکلتی عضلانی
الهام حضرتی؛ محمود رضا آذغانی
دوره 11، شماره 1 ، اردیبهشت 1396، صفحه 19-28
چکیده
پدال زدن با دوچرخة ثابت یکی از فعالیتهای فیزیکی پرکاربرد برای تقویت عضلهها است. عاملهای مختلفی بر عملکرد پدال زدن اثر میگذارند. هدف در این مطالعه، بررسی اثر تغییر سرعت پدال زدن و گشتاور مقاومتی اعمالی در برابر پدال زدن در محدودة محلهای ممکنة پدال زدن (از نظر سینماتیکی) بر فعالیت عضلهها و نیروهای مفصلی مچ پا، زانو و ران ...
بیشتر
پدال زدن با دوچرخة ثابت یکی از فعالیتهای فیزیکی پرکاربرد برای تقویت عضلهها است. عاملهای مختلفی بر عملکرد پدال زدن اثر میگذارند. هدف در این مطالعه، بررسی اثر تغییر سرعت پدال زدن و گشتاور مقاومتی اعمالی در برابر پدال زدن در محدودة محلهای ممکنة پدال زدن (از نظر سینماتیکی) بر فعالیت عضلهها و نیروهای مفصلی مچ پا، زانو و ران است. برای این منظور، از مدل بیومکانیکی حرکت انسان ارائهشده در نرمافزار انیبادی استفاده شد. توان مکانیکی پدال زدن در مقدار ثابت w 200 قرار داده شد. سرعت یا نرخ پدال زدن 40، 60، 80، 100 و rpm 120 و گشتاور مقاومتی اعمالی در برابر پدال زدن 0، 5، 10، 15 و Nm 20، در محدودة محلهای ممکنة پدال زدن درنظرگرفته شد. نتایج نشان داد که اگرچه محدودة محلهای ممکنة پدال زدن ازنظر سینماتیکی مناسب است، با تغییر سرعت پدال زدن و گشتاور مقاومتی اعمالی، تمام محلهای پدال زدن از این محدوده، بهدلیل فعالیت بیش از حد عضلهها (بیش از 95/0)، مناسب نیستند. در نرخ پدال زدن 80، 100 و rpm 120 با اعمال گشتاور مقاومتی 0 و Nm 5، بهطور تقریب تمام محلهای ممکنه مناسب هستند (فعالیت عضلهها کمتر از 95/0). با افزایش سرعت پدال زدن در یک سطح گشتاور مقاومتی ثابت، بخش بیشتر و با افزایش گشتاور مقاومتی اعمالی در یک سطح نرخ پدال زدن، بخش کمی از محدودة ممکنه، مناسب (فعالیت عضلهها کمتر از 95/0) است. نیروهای مفصلی با کاهش سرعت پدال زدن و افزایش گشتاور مقاومتی اعمالی، افزایش مییابند.
مقاله کامل پژوهشی
پردازش تصاویر پزشکی
سید هانی حجتی؛ عطاالله ابراهیم زاده؛ علی خزایی؛ عباس باباجانی فرمی
دوره 11، شماره 1 ، اردیبهشت 1396، صفحه 29-40
چکیده
پیشبینی بیماری آلزایمر براساس تجزیه و تحلیل شبکة مغز، موضوع بسیاری از مطالعات شده است. هدف ما شناسایی تغییرات در مغز بیمارانی است که از اختلال خفیف شناختی، دچار آلزایمر شدهاند یا دچار آلزایمر نشدهاند، برای ارائة الگوریتمی برای طبقهبندی این بیماران با استفاده از روش تئوری گراف و اطلاعات آماری. در این الگوریتم، تجزیه و ...
بیشتر
پیشبینی بیماری آلزایمر براساس تجزیه و تحلیل شبکة مغز، موضوع بسیاری از مطالعات شده است. هدف ما شناسایی تغییرات در مغز بیمارانی است که از اختلال خفیف شناختی، دچار آلزایمر شدهاند یا دچار آلزایمر نشدهاند، برای ارائة الگوریتمی برای طبقهبندی این بیماران با استفاده از روش تئوری گراف و اطلاعات آماری. در این الگوریتم، تجزیه و تحلیل همبستگی متمایز را پیشنهاد کردیم و روش ادغام در سطح ویژگی برای تشخیص بیومتریک اعمال شد. با توجه به نتایج شبیهسازی، دقت 167/87 درصد برای پیشبینی بیماری آلزایمر با استفاده از تجزیه و تحلیل همبستگی متمایز و طبقهبندیکنندة ماشین بردار پشتیبان بهدست آمد. همچنین تجزیه و تحلیل روی گرههای مهم مغز (هابها) را انجام دادیم و تعدادی از نقاط مهم مغز در بیماران آلزایمری پیشرونده را پیدا کردیم. در حقیقت، این پژوهش، اولین مطالعة شناختی با استفاده از ادغام تصویربرداری تشدید مغناطیسی حالت استراحت (rs-fMRI) و تصویربرداری تشدید مغناطیسی ساختاری (sMRI) برای تشخیص تبدیل از اختلال شناختی خفیف به بیماری آلزایمر است. روش پیشنهادی، بر پتانسیل استفاده از دادههای تصویربرداری rs-fMRI و sMRI، را برای تشخیص پیشرفت بیماری در مراحل اولیه تأکید میکند.
مقاله کامل پژوهشی
بیوالکتریک
سید حجت سبزپوشان؛ تینا قدسی اثناعشری؛ فاطمه پورحسن زاده
دوره 11، شماره 1 ، اردیبهشت 1396، صفحه 41-49
چکیده
سرطان یکی از مهمترین عوامل مرگومیر در جامعة بشری است؛ از اینرو، دانشمندان همواره به دنبال یافتن روشهای نوین برای مقابله با این بیماری هستند. درک بیشتر از دینامیک تومورهای سرطانی در بدن، کمک قابلتوجهی به این تحقیقات میکند؛ بنابراین ساخت مدلهای دقیق و ساده برای رشد تومور، اهمیت زیادی دارد. مدلهای گوناگونی برای ...
بیشتر
سرطان یکی از مهمترین عوامل مرگومیر در جامعة بشری است؛ از اینرو، دانشمندان همواره به دنبال یافتن روشهای نوین برای مقابله با این بیماری هستند. درک بیشتر از دینامیک تومورهای سرطانی در بدن، کمک قابلتوجهی به این تحقیقات میکند؛ بنابراین ساخت مدلهای دقیق و ساده برای رشد تومور، اهمیت زیادی دارد. مدلهای گوناگونی برای دینامیک رشد سلولهای سرطانی در بدن ارائه شده است. در برخی از مدلها، به اندرکنش انواع سلولها در سیستم سرطانی اشاره شده است. سلولهای موجود در سیستم سرطانی، شامل سلولهای تومور، سالم و سیستم ایمنی میهستند. مدلهای ارائهشدة قبلی که برمبنای این سه جمعیت سلولی بنا شدهاند، بهطور معمول قادر به شبیهسازی رفتارهای آشوبگونه نیستند؛ درحالیکه بیولوژی سرطان، وجود آشوب در این سیستم را تأیید کرده است. در این مقاله، مدلی سه متغیرحالته ارائه شده و نشان داده میشود که بهازای مقادیری از پارامترها، سیستم قادر به شبیهسازی رفتارهای آشوبگونه میاست. پارامترهای مدل، براساس روابط بیولوژیکی تعریف شدهاند و هریک از آنها، نقش خاصی در دینامیک سیستم ایفا میکنند. برای تجزیه و تحلیل نقش پارامترها، بازة مشخصی به هر پارامتر اختصاص داده و با رسم نمودار، دوشاخگی تغییر رفتار سیستم مشاهده شده است. نتایج نشان میدهد، برخی از پارامترها نقش کمتری در رفتار سیستم دارند و با تنظیم بعضی دیگر، میتوان سیستم را به درمان کامل (یعنی تنها سلولهای سالم) هدایت کرد. با تنظیم پارامترهای دیگر نیز میتوان سیستم را بهسوی تومور بدخیم سوق داد. پارامترهای مربوط به معادلة سیستم ایمنی، کمترین تأثیر را در دینامیک سیستم دارند. میتوان با توجه به این یافته گفت، که اعمال روش درمانی، بهطوریکه پارامترهای سیستم ایمنی را تغییر دهد، نقش کمی در درمان خواهد داشت؛ درحالیکه اعمال روش درمانی، بهنحوی که پارامترهای مربوط به سلولهای سالم را تغییر دهد، بیشترین تأثیر را دارد.
مقاله کامل پژوهشی
مهندسی بافت
مهدی نویدبخش؛ مهدی سجادی؛ سیمزر حسینزاده
دوره 11، شماره 1 ، اردیبهشت 1396، صفحه 51-61
چکیده
مهندسی بافت، بهعنوان روشی مناسب برای جایگزین کردن روشهای درمانی فعلی گرفتگی و تصلب شراین کرونری شناخته میشود. چالشهای اصلی در مسیر مهندسی رگهای کارآمد به کمک علم مهندسی بافت، انتخاب بیومواد و طراحی ساختار مناسب برای داربست هستند. در مطالعات اخیر نشان داده شده است که هیدروژلهای آلژینات حاوی برخی از پروتئینها مانند ...
بیشتر
مهندسی بافت، بهعنوان روشی مناسب برای جایگزین کردن روشهای درمانی فعلی گرفتگی و تصلب شراین کرونری شناخته میشود. چالشهای اصلی در مسیر مهندسی رگهای کارآمد به کمک علم مهندسی بافت، انتخاب بیومواد و طراحی ساختار مناسب برای داربست هستند. در مطالعات اخیر نشان داده شده است که هیدروژلهای آلژینات حاوی برخی از پروتئینها مانند فیبروئین، شرایط بسیار مناسبی برای چسبندگی سلولی، فعالیتهای سلولی، گسترش و رشد سلولهای دیواره عروق خونی از خود نشان میدهند. هدف این مطالعه، بررسی قابلیت مکانیکی این هیدروژلها و امکان بهبود خواص مکانیکی آنها با تغییر ساختار شیمایی و فرآیند سنتز، برای استفاده بهعنوان داربست مهندسی بافت رگ است. در این پژوهش، پارامترهای مکانیکی مختلف هیدروژلهای آلژینات حاوی پروتئین فیبروئین، از جمله مدول کشسانی ناحیة خطی، کرنش و تنش تسلیم و قابلیت تورم داربستهای ساختهشده با این هیدروژلها، بررسی شدهاند. تمام پارامترهای ذکرشده از طریق انجام آزمون کشش تکمحوره روی نمونههای دمبلشکل و به کمک روابط تحلیلی مربوط به تنش و کرنش استوانههای جدارضخیم، بهدست آمده است. نتایج بهدستآمده، با پارامترهای مکانیکی متناظر دیوارة شریانهای کرونری مقایسه شدهاند، تا ساختار و روش سنتز بهینه از بین نمونههای آزمایششده تعیین شود. نتایج این تحقیق نشان میدهد که هیدروژل آلژینات/فیبروئین، در صورت اصلاح ساختار بهوسیلة ترکیب با هیدروژل آکریلآمید و تشکیل هیدروژل هیبرید و دوشبکهای آلژینات/فیبروئین/پلیآکریلآمید با سنتز دومرحلهای بهوسیلة کاتیونهای آهن و کلسیم، شرایط مکانیکی بسیار مناسبی برای استفاده بهعنوان داربست خواهد داشت. مدول کشسانی هیدروژل آلژینات-فیبروئین با افزودن پلیآکریلآمید، از حدود kPa 46 به kPa 100 و در صورت سنتز دومرحلهای، تا kPa 480 افزایش یافت. داربست ساختهشده با این هیدروژل، ازنظر پارامتر مکانیکی قابلیت تورم، شباهت بیشتری از رگهای پیوندی تجاری موجود به شریانهای کرونری طبیعی دارد.
مقاله کامل پژوهشی
مدلسازی رایانهای زیستی / شبیهسازی رایانهای زیستی
محمد رضا خدابخشی؛ امیر حسین دوائی مرکزی
دوره 11، شماره 1 ، اردیبهشت 1396، صفحه 63-81
چکیده
امروزه با پیشرفت تکنولوژی و افزایش توان محاسباتی، استفاده از مدلهای ریاضی برای توصیف کارکرد مغز در وضعیتهای نرمال و غیرنرمال، بهویژه بررسی عوامل شکلگیری و شیوههای کنترل و درمان برخی از بیماریهای سیستم عصبی مانند صرع، بسیار رواج یافته و مدلهای بسیاری برای شبیهسازی الگوهای ظاهرشده در سیگنالهای مغزی این بیماران ...
بیشتر
امروزه با پیشرفت تکنولوژی و افزایش توان محاسباتی، استفاده از مدلهای ریاضی برای توصیف کارکرد مغز در وضعیتهای نرمال و غیرنرمال، بهویژه بررسی عوامل شکلگیری و شیوههای کنترل و درمان برخی از بیماریهای سیستم عصبی مانند صرع، بسیار رواج یافته و مدلهای بسیاری برای شبیهسازی الگوهای ظاهرشده در سیگنالهای مغزی این بیماران تکوین شدهاند. یکی از پرکاربردترین انواع مدلسازیها، مدلهای تودة نورونی مانند مدل جانسن-ریت میباشند که در عین سادگی، میتوانند برخی از الگوها و ریتمهای مهم مغزی را شبیهسازی کنند. در این مقاله، سعی شده است تحلیل دینامیکی کاملی از این مدل ارائه شود. ابتدا معادلات مدل به نحوی تغییر داده شده که خروجی مدل، یکی از متغیرهای حالت سیستم باشد؛ سپس با تعریف یک پارامتر زیستی جدید (نسبت بازدارش به انگیزش جمعیتهای نورونی)، معادلات، بیبعد شدهاند و دیاگرام دوشاخگی مدل بیبعدشده بهازای دو پارامتر ورودی و نسبت بازدارش به انگیزش، رسم شده و رفتارهای دینامیکی مدل، شامل دوشاخگیها، دورة تناوب و فرکانس نوسانات و پاسخهای زمانی، بحث و بررسی قرار گرفته است. همچنین دربارة نمود دو رفتار مهم در مدل، یعنی نوسانات موجیشکل ضربهدار (اس.دبلیو.دی) و ریتمهای آلفا، بحث شده است. در این مقاله، نشان داده شده است که چطور چنین مدلهایی میتوانند توصیفی از بیماریهای پیچیدهای مانند صرع را بهدست دهند و مکانیزمهای دینامیکی، که میتوانند توصیفگر گذار از وضعیت نرمال به حملات صرعی باشند، نیز مطرح شدهاند. نوآوری این مقاله را میتوان تعریف یک پارامتر جدید معنادار و مهم زیستی در مدل بیبعدشده دانست، که تمام تحلیلهای دینامیکی براساس آن انجام شده است. همچنین برخی دوشاخگیها و بهدنبال آن، برخی از رفتارهای مشاهدهشده در مدل، برای اولین بار است که گزارش میشوند. بهعلاوه، این پارامتر جدید خود شامل دو پارامتر مدل اولیه بوده و به این ترتیب، تأثیر سه پارامتر بهطور همزمان در رفتار سیستم بررسی شده است.
مقاله پژوهشی مروری
مهندسی عصبی عضلانی
امیر مسعود احمدی؛ سپیده فراخور سقینسرا؛ محمدرضا دلیری؛ وحید شالچیان
دوره 11، شماره 1 ، اردیبهشت 1396، صفحه 83-100
چکیده
موضوع تحریک الکتریکی مغز و کاربردهای گسترده آن، یکی از موضوعات مهم در بحث فیزیولوژی عصبی است. در روشهای تحریک الکتریکی مغزی، پس از اجرای جراحی و کاشتن الکترود، پالسهای الکتریکی به سمت نقاط مشخص مغز ارسال میشود. این روش تحریک، مزایای درمانی برای کنترل دردهای مزمن، کنترل رعشه، کنترل بیماری پارکینسون، کنترل افسردگی و همچنین ...
بیشتر
موضوع تحریک الکتریکی مغز و کاربردهای گسترده آن، یکی از موضوعات مهم در بحث فیزیولوژی عصبی است. در روشهای تحریک الکتریکی مغزی، پس از اجرای جراحی و کاشتن الکترود، پالسهای الکتریکی به سمت نقاط مشخص مغز ارسال میشود. این روش تحریک، مزایای درمانی برای کنترل دردهای مزمن، کنترل رعشه، کنترل بیماری پارکینسون، کنترل افسردگی و همچنین کنترل اختلال حرکتیعصبی دارد. یکی از زمینههایی که در آن بهتازگی پیشرفتهای خوبی در آن صورت گرفته است، کنترل حرکت و جهتدهی حیوانات در مسیر خاص است. در تمام موارد ذکرشده، شناسایی نقاط هدف برای تحریک مناسب در ناحیه از مغز، اهمیت زیادی دارد. برای توسعة مدلهای رفتاری جدید و با هدف ایجاد یک بستر ارتباطی با سیستم عصبی حیوان در فرآیند یادگیری حرکت در موقعیتهای مکانی، از سیستم جهتدهی حیوان برمبنای تحریک الکتریکی استفاده میشود. از تحریک الکتریکی مغز هم بهعنوان راهنمایی با ایجاد حس مجازی و هم بهعنوان عامل انگیزشی با ایجاد حس پاداش مجازی برای هدایت و جهتدهی حیوان استفاده شده است. در این مقاله، مروری بر انواع رویکردها، اصول و روشهای تحریک الکتریکی مغزی استفادهشده در این کاربرد، انجام شده است.