اختلال در عملکرد فیزیولوژیکی سلول های پورکنژ ایجاد بیماری نورولوژیکی بنام آتاکسی مخچه ای می کند که با عدم هماهنگی در حرکات همراه است. امروزه استفاده از مواد نوروپروتکتیو به عنوان یکی از راه های کاهش و یا جلوگیری از بروز بیماری های مخرب عصبی از جمله آتاکسی مطرح است. در مطالعه های اخیر نقش نوروپروتکتیو ریلوزول در سطح رفتار حرکتی حیوان و الکتروفیزیولوژی سلول های پورکنژ در یک مدل آتاکسیک مخچه ای در موش بزرگ آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از تحقیق ها نشان داده اند که استفاده از ریلوزول سبب بهبود نسبی در فعالیت ها و هماهنگی حرکتی گشته است. اما این موضوع که ریلوزول چه تغییراتی در خصوصیات الکتروفیزیولوژیکی سلول ایجاد می کند که باعث بهبود در رفتار حرکتی حیوان می شود کاملا روشن نیست، نتایج برخی یافته ها پیشنهاد می کنند که ممکن است افزایش فعالیت کانال های پتاسیمی وابسته به کلسیم (bk) دخیل باشد. از آنجا که روش های محاسباتی و شبیه سازی در علوم عصبی مکمل آزمایش است، در مطالعه حاضر با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری اثر ریلوزول بر خواص الکتروفیزیولوژی سلول پورکنژ بررسی شده است. هدف تحقیق حاضر این است که با استفاده از نتایج آزمایش های انجام شده و تکنیک های شبیه سازی کامپیوتری، مکانیزم اثر احتمالی ریلوزول بر روی سلول پورکنژ آتاکسیک تعیین شود. به این منظور مدل مناسب برای شبیه سازی سلول پورکنژ نرمال و آتاکسیک تعیین شده و با توجه به نتایج آزمایش های موجود تعدیل شده اند، سلول پورکنژ نرمال و آتاکسیک شبیه سازی شده اند و در نهایت مکانیزم عمل ریلوزول بر روی سلول آتاکسیک بررسی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که آثار نوروپروتکتیو ریلوزول در شرایط آتاکسی مربوط به یک کانال تنها نیست و افزایش فعالیت کانال bk به تنهایی نمی تواند خواص الکتروفیزیولوژی سلول آتاکسیک را به شرایط نرمال باز گرداند، بلکه آثار نوروپروتکتیو ریلوزول در شرایط آتاکسی ناشی از برهم کنش برخی کانال ها است، نقش نوروپروتکتیو ریلوزول در شرایط آتاکسی می تواند ناشی از برهم کنش کانال های bk، kv1، kv4 و احتمالا ih باشد.

امروزه با کاهش ابعاد و مصرف مدارهای الکترونیکی، امکان توسعه بسیاری از ابزارهای پزشکی مراقبتی، درمانی و توانبخشی بصورت قابل پوشیدن ویا نصب شونده در داخل بدن فراهم شده است که از این میان می توان به هولترمانیتورهای سیگنال قلب و مغز، پمپ های انسولین و ابزارهای کمک حرکتی برای ناتوانان اشاره کرد. در این ابزارها عامل محدود کننده فعلی تامین انرژی لازم برای این ابزارها است. وزن و اندازه بزرگ باتری هایی که به این منظور استفاده می شوند و نیاز به شارژ پی درپی آنها، عامل محدودکننده در کاربرد این ابزارها به شمار می رود. رویکرد نوین برای رفع این محدودیت، کسب انرژی لازم برای عملکرد دستگاه از خود بدن می-باشد. در این پژوهش، توسعه ابزاری برای کسب انرژی از راه رفتن با استفاده از مبدل پیزوالکتریک با هدف تامین انرژی ابزارهای پزشکی ارائه شده است. با بهره گیری از این سیستم، امکان استفاده طولانی مدت از ابزار بدون نیاز به شارژ باتری فراهم می گردد. توان کسب و ذخیره شده از فشار پا روی زمین حین راه رفتن با استفاده از این ابزار به 85/0 میلی وات می رسد که برای تامین انرژی ابزارهای کم مصرف کافی است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که امکان توسعه ابزارهای پزشکی پوشیدنی بدون نیاز به باتری وجود دارد.

تومور های سرطانی مغز یکی از مهم ترین بیماری های مغز انسان است. تحقیقات نشان می دهند که از هر صد هزار نفر 20 نفر دارای تومور مغزی می باشند. به طور کلی روش های درمانی که برای درمان سرطان مغز مورد استفاده قرار می گیرد شامل جراحی، پرتودرمانی و شیمی درمانی است. نزدیک به دو سوم از بیماران سرطانی در جریان مداوای خود از پرتو درمانی استفاده می کنند. یکی از روش های نوین پرتودرمانی استفاده از شتاب دهنده ی خطی است. از مهم ترین مزایای این روش می توان عوارض جانبی کمتر نسبت به دیگر روش ها و عدم نیاز به بستری شدن در طول مدت درمان را اشاره کرد. ولی محدودیت هایی از قبیل استفاده از پرتو های یونیزان و افزایش دز جذبی بیمار را دارد. لذا طراحی روند درمان و چگونگی دادن دز به نواحی تومورال اهمیت ویژه ای پیدا می کند. امروزه استفاده از نرم افزارهای طراحی درمان برای اطمینان از بهینه بودن روند درمان، در مراکز درمانی، رواج یافته است. هدف از این تحقیق بهینه سازی طراحی درمان در درمان توموری در مغز، از طریق شبیه سازی مغز یک بیمار دارای تومور مغزی، با استفاده از دستگاه شتاب دهنده ی خطی، با روش مونت کارلو و در نهایت مقایسه نتایج این شبیه سازی با داده های نرم افزار طراحی درمان، است. در این تحقیق از شبیه سازی به روش مونت کارلو برای شبیه سازی مغز انسان ، پرتودهی تومور مغزی و مقایسه نتایج با داده های نرم افزار طراحی درمان، استفاده شد. ابتدا به تعیین صحت و دقت روش و کد برنامه نویسی پرداخته شد. سپس با توجه به اطمینان از صحت روش و کدنویسی مورد استفاده یک فانتوم مغز با تومور فرضی مدل شده و مورد تابش قرار گرفت. در آخر از روی تصاویر سی تی بیماری مبتلا به تومور مغزی، فانتومی با ابعادی نزدیک به سر بیمار و جنس و چگالی مغز و همچنین با در نظر گرفتن توموری که در ابعاد و مکان قرار گرفته شده در تصویر ct ، در کد برنامه نویسی مدل شد و طیف فوتون با انرژی و میدان های متفاوت به آن تابیده شده و نتایج هر کدام از شبیه سازی ها با نتایج نرم افزار طراحی درمان مقایسه شد. خطای حاصل از شبیه سازی با روش مونت کارلو 2 تا 4 درصد بود. شبیه سازی مغز با تومور فرضی، در راستای محور مرکزی تابش با توجه به انرژی تابشی بیش از 95 درصد از دز جذبی به تومور رسید. نتایج این تحقیق نشان داد که هر چه عمق تومور بیشتر شود به انرژی های بیشتری نیاز است تا بیشترین دز به ناحیه ی تومورال برسد و بافت سالم دز کمتری جذب کند. همچنین باید تا حد امکان از میدان های کوچک تر تابش استفاده کرد تا در راستای محور تابش، پراکندگی دز در یک عمق خاص کمتر باشد و بیشتر دز به پهنای ناحیه ی تومورال برسد و هر چه این عمق به عمق ماکزیمم دز نزدیک تر باشد، جواب بهینه تر و دقیق تری خواهیم داشت.

شاید اولین و پایه ای ترین سوالی که در علم کنترل برای طراحان مطرح می شود این است: به منظور کنترل کردن یک فرآیند یا یک سیستم چه چیزی لازم است درباره آن بدانیم؟ و آیا برای یک سیستم فیزیکی که قرار است کنترل شود، می توان دینامیک های داخلی و اغتشاشات خارجی را بصورت زمان واقعی از روی داده های ورودی و خروجی اش تخمین زد؟ پاسخِ مثبت می تواند کاربرد زیادی در طراحی سیستم های کنترل داشته باشد، زیرا به معنی آن است که دیگر به مدل دقیق ریاضی سیستم احتیاجی نیست. «با adrc شاید نیازی به داشتن چیزی بیشتر از ورودی و خروجی ها، یعنی آنچه که قابل اندازه گیری است، نباشد». این ادعای جذابی است که در 15 سال اخیر مطرح شده است و با توجه به موارد متعدد کاربردهای عملی موفقیت آمیز آن، در حال ایجاد تحولی نوین در تئوری کنترل است. امروزه با توجه به استفاده وسیع و گسترده از ربات های صنعتی و بازوهای ماهر در صنایع گوناگون، لزوم انجام پژوهش های مختلف در رابطه با روش های مختلفِ کنترل آنها بر هیچکس پوشیده نیست. اما محاسبات پیچیده و لزوم تسلط کافی به ملاحظات مکانیکی و دینامیکیِ ربات، همیشه یکی از مشکلات اساسی طراحان و مهندسان در طراحی کنترل کننده برای ربات بوده است. در این پژوهش از ویژگیهای منحصر بفرد adrc برای کنترل ربات های صنعتی استفاده شده است. ردیابی مسیر مطلوب توسط مجری نهایی در بازوهای ماهر، دنبال کردن مسیر مطلوب در ربات های متحرک، تخمین مناسب اغتشاش و حذف اثر آن از جمله نتایجی مطلوبی است که با استفاده از شبیه سازی های انجام شده بدست آمده است. مقاومت این روش در برابر تغییر پارامترهای مدل ربات نیز مورد بررسی قرار گرفته است. این بررسی ها هم بر روی بازوهای ماهر و هم بر روی ربات های متحرک خودکار انجام گرفته است. همچنین به منظور بدست آوردن یک سیگنال کنترل قابل تحقق از لحاظ فیزیکی، تغییری در ساختار اولیه adrc ایجاد شده است. در نتیجه با توجه مزایای این روش در مقایسه با سایر روش های کنترلی مثل عدم نیاز به مدل ریاضی دقیق سیستم، می توان آن را جایگزین مناسبی برای روش های کنترلی موجود، در نسل های آینده ربات های صنعتی دانست.

پارامترهای همودینامیک مانند حجم ضربه ای و نسبت زمان سیستولی، شاخصی از نیروی قلب، جهت به گردش در آوردن خون در سیستم قلب و عروق هستند. ارزیابی این پارامترها برای تصمیم گیری در نحوه ی اداره بالینی، اتخاذ شیوه ی درمان و پیش آگهی بیماران مبتلا به بسیاری از ناهنجاری های قلبی مادرزادی و اکتسابی از اهمیت بسزایی برخوردار است. قلب نگاری امپدانسی روشی غیرتهاجمی برای ارزیابی پارامترهای همودینامیک می باشد. با توجه به اهمیت دستگاه قلب نگار امپدانسی در درمان و تشخیص بیماری های قلبی و عروقی، نبودن نمونه ی داخلی و محدود بودن نمونه های خارجی آن در کشور، در این پژوهش یک دستگاه قلب نگار مبتنی بر امپدانس و راکتانس طراحی و توسعه داده شده است. امپدانس ناحیه ی قفسه ی سینه به علت تغییرات حجم خون در طول دوره های سیستول و دیاستول، به صورت متناوب با نرخ ضربان قلب تغییر می کند. به کمک اصول حجم سنجی امپدانسی این تغییرات امپدانس ثبت می شود بدین ترتیب که «واحد منبع جریان» یک جریان سینوسی khz50 با دامنه ی ma2 به قفسه ی سینه اعمال می کند و ولتاژ مدوله شده توسط امپدانس قفسه ی سینه به کمک «واحد ثبت ولتاژ» اندازه گیری می شود. اطلاعات امپدانس در دامنه و فاز سیگنال ولتاژ قرار دارند که توسط «واحد استخراج پوش» و «واحد استخراج فاز» به دست می آید. سیگنال ثبت شده شامل دو بخش ثابت و متغیر با زمان است که به ترتیب امپدانس پایه و تغییرات امپدانس قفسه ی سینه نام دارد و مشتق تغییرات امپدانس، با نام سیگنال icg شناخته می شود. علاوه بر امپدانس پایه و تغییرات امپدانس یک لید سیگنال ecg نیز به طور همزمان ثبت و به کمک «واحد دیجیتال سازی و ارسال» به صورت بی سیم به رایانه منتقل می شوند. سپس از ترکیب امپدانس پایه، سیگنال icg و سیگنال ecg پارامترهای همودینامیک استخراج می گردند. از قابلیت های دستگاه طراحی شده می توان به اندازه گیری پارامترهایی نظیر نرخ ضربان قلب، دوره ی پیش-تخلیه، زمان تخلیه ی بطن چپ، حجم ضربه ای، محتوای مایعات قفسه ی سینه و شاخص هیتر اشاره نمود. پارامترهای ذکر شده برای 4 فرد سالم توسط این دستگاه ثبت گردید و نتایج در محدوده ی طبیعی قرار داشت. همچنین برای یکی از افراد 4 پارامتر: دوره ی پیش تخلیه، زمان تخلیه ی بطن چپ، حجم ضربه ای و برون ده ی قلب با نتایج روش داپلر-اکوکاردیوگرافی مقایسه شد و درصد خطای نسبی هر کدام به ترتیب برابر با 5/2% ، 9%، 8% و 7% بود. نتایج به دست آمده حاکی از دقت قابل قبول دستگاه برای این فرد خاص است و در صورت انجام تست های اعتبارسنجی بر روی این سیستم، می توان از آن برای درمان و تشخیص بیماری-های قلبی وعروقی بهره گرفت.

بحث سیستم واسط مغز-رایانه یا ((bci) brain-computer interface)، از جمله مباحثی است که طی دهه اخیر مورد توجه بسیاری از گروه های تحقیقاتی قرارگرفته است. سیستم واسط مغز-رایانه، سیستمی است که بتواند سیگنال های ثبت شده از تعدادی فعالیت ذهنی را از یکدیگر تفکیک کند و از آن یک الفبای ساده را تشکیل دهد. بصورتی که کاربر این سیستم بتواند با انجام ترکیب های مختلفی از این الفبا، با دنیای اطراف ارتباط برقرار کند. تحقیقات بسیاری بر روی سیستم های واسط مغز-رایانه انجام شده است که اکثر آن ها بر اساس استراتژی ها و حالات مختلف ذهنی، طراحی شده و از ویژگی های استخراج شده از سیگنال های مغزی جهت دسته بندی این حالات مختلف ذهنی استفاده کرده اند. یکی از مسائل مهم در طراحی یک سیستم واسط مغز-رایانه انتخاب نوع فعالیت ذهنی برای تصور است. در تعدادی از این سیستم ها فعالیت ذهنی با قصد کاربر و عملی که باید توسط سیستم واسط مغز-رایانه کنترل شود متفاوت است و در تعدادی دیگر سیگنال دریافتی حاوی همان فعالیت های ذهنی مرتبط با عملی است که باید توسط سیستم واسط مغز-رایانه انجام گیرد. در مواردی که فعالیت ذهنی با عمل مورد نظر هماهنگی دارد می توان تصور و قصد کاربر را به عنوان استراتژی فرایند در نظر گرفت. به طور مثال، می توان حرکات مختلف دست مانند حرکت بالا بردن و پایین آوردن را قصد کاربر و فعالیت های ذهنی تصور و اراده ی این اعمال را دستورات اعمال شده به سیستم در نظر گرفت که از چندین کانال خاص ثبت و بنا بر تفاوت ها و ویژگی های منحصر به فرد از هم تفکیک و دسته بندی کرد. هدف این پروژه تشخیص و تفکیک تصور چندین حرکت دست از جمله حرکت بالا بردن و پایین آوردن کل دست، باز کردن آرنج و بستن مچ از روی سیگنال های الکتروانسفالوگرافی (eeg) است. از این طریق هماهنگی بین تصور ذهنی با عملی که توسط سیستم واسط مغز-رایانه در خروجی آن تولید شده ایجاد شده است. تحقیقات بر روی دو مجموعه سیگنال آماده که مبتنی بر تصور حرکت هستند، انجام شده است که شامل تصور حرکت بالا بردن و پایین آوردن کل دست راست، باز کردن آرنج و بستن مچ دست راست است. این مجموعه سیگنال های آماده در کل مربوط به پنج فرد سالم بوده است. در این پروژه یک الگوریتم چند مرحله ای با پنج روش مختلف برای استخراج ویژگی ها و سه الگوریتم برای دسته بندی پنج دسته داده (بالا و پایین آوردن کل دست، باز کردن آرنج، بستن مچ و حالت استراحت) طراحی شد. در ابتدا با بررسی نتایج اولیه مناسب ترین روش استخراج ویژگی برای هر دسته بندی کننده انتخاب شد و بر اساس این انتخاب پنج الگوریتم برای پنج داوطلب طراحی شد که بر اساس بهترین روش های استخراج ویژگی بوده است. این پنج الگوریتم سه بار پیاده سازی شدند که در هر بار یکی از سه الگوریتم دسته بندی استفاده شد، تا در نهایت بهترین الگوریتم ویژه هر نفر طراحی گردید.

سیگنال الکترومایوگرام یا سیگنال الکتریکی عضله، مقدار فعالیت عضلات اسکلتی را منعکس می کند. این سیگنال با نیروی عضلانی همبستگی دارد و برای سنجش وقایع بیوالکتریکی که در ارتباط با انقباض فیبرهای عضلانی هستند به کار می رود. هدف این پژوهش، تخمین نیرو یا گشتاور از روی سیگنال های الکترومایوگرام سطحی عضلات دو سر بازویی، براکیورادیالیس، و سه سر بازویی است. از مهم ترین کاربردهای این تخمین، در پروتز، بیومکانیک، ارگونومی، و توان بخشی می باشد. در این پژوهش، تخمین گشتاور آرنج، در دو مرحله انجام گرفت. مرحله اول، تخمین دامنه سیگنال های الکترومایوگرام، و مرحله بعدی یافتن مدلی بود که نشان دهنده رابطه بین دامنه سیگنال ها و سیگنال گشتاور باشد. تا کنون مدل های خطی و غیرخطی بسیاری در مدل سازی این رابطه استفاده شده اند. در این پژوهش، با به کار گیری مدل فازی، علاوه بر کاهش خطای تخمین، تفسیرپذیری و عمومیت مدل هدف قرار داده شده اند. در نتیجه، تعداد قواعد فازی نیز اهمیت دارد. روش خوشه بندی کاهشی با شبکه anfis، و یک روش فازی- عصبی دیگر با امکان انتخاب ساختار و تعداد قواعد مورد بررسی قرار گرفتند. کارایی روش های مختلف، با اندازه گیری خطای نسبی و درصد vaf، با در نظر گرفتن تعداد قواعد فازی تعیین شده است. تحلیل حساسیت بر روش خوشه بندی کاهشی، شعاع 0/4 را پیشنهاد داد و با به کار گیری این روش با این شعاع، خطای نسبی برای همه تخمین ها، 0/154±0/242 (انحراف معیار±میانگین)، و درصد vaf، 12/10±92/56 نتیجه شد. در مورد روش فازی- عصبی با امکان انتخاب تعداد قواعد بهینه، خطای نسبی برای همه تخمین ها 0/080±0/183، و درصد vaf،3/38±96/40 به دست آمد. همچنین، برای هر دو روش این نتیجه حاصل شد که تعداد قواعد فازی 1±5 قاعده، بهترین تخمین را ایجاد می کند. خطا و vaf به دست آمده، با نتایج حاصل از پیاده سازی یک مقاله اخیر با استفاده از داده های این پژوهش مقایسه شد و بهبود کارایی روش پیشنهادی مشخص شد.