فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی پزشکی زیستی
سال شانزدهم شماره 2 (تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/06
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سینا شامخی* صفحات 95-113

    بررسی شهودی لایه های شبکیه در تصاویر برش نگاری همدوسی اپتیکی حوزه طیف (SD-OCT) یکی از روش های اصلی مورد استفاده ی پزشکان برای تشخیص بیماری هایی شبکیه است. این روش با چالش هایی مانند نویز، پیچیدگی تصاویر و نزدیکی لایه های شبکیه مواجه می باشد. در سال های اخیر تشخیص خودکار بیماری های شبکیه چشم به یکی از موضوعات مهم بالینی در حوزه بینایی کامپیوتر تبدیل شده است. در این تحقیق، روشی جدید برای طبقه بندی کارآمد چندکلاسه خودکار تصاویر SD-OCT ارایه گردیده است. این روش متشکل از پنج مرحله پیش پردازش، تشخیص لایه ها، استخراج ویژگی ها، کاهش بعد، و طبقه بندی تصویر است. بررسی شکل لایهی RNFL و پیوند IS/OS به عنوان روشی بالینی در تصمیم گیری های پزشکان برای تشخیص بیماری های شبکیه موثر هستند. ازاین رو در این پژوهش، با الهام از این روش تشخیص بالینی، لایه RNFL و پیوند IS/OS توسط روشی جدید مبتنی بر الگوریتم بهبود رگ فرنگی و گرادیان تصویر تشخیص داده شده اند. سپس با استخراج و انتخاب انواعی از ویژگی های موثر از لایه ها، الگوریتمی برپایه درخت تصمیم ترکیبی برای طبقه بندی تصاویر شبکیه پیشنهاد گردیده و در قالب یک نرم افزار کاربردی در متلب ارایه شده است. روش پیشنهادی بر روی تصاویر دو پایگاه داده شناخته شده دوک و کرمنی ارزیابی گردیده است. بر اساس نتایج، دقت، حساسیت، اختصاصیت، درستی، نرخ منفی نادرست و معیار F1 روش پیشنهادی در پایگاه داده دوک به ترتیب برابر 7/98، 8/98، 4/99، 1/99، 3/1 و 7/98 درصد و در پایگاه کرمنی به ترتیب برابر 8/96، 7/96، 9/98، 4/98، 2/3، 7/96 درصد است. نتایج نشان دهنده برتری روش پیشنهادی در مقایسه با دیگر روش های مقایسه ای است. درمجموع بکارگیری ویژگی های کارآمد از لایه های تاثیرگذار شبکیه و توانمندی روش طبقه بندی، موجب ارتقای عملکرد روش پیشنهادی در مقایسه با روش های پیچیده تر پیشین شده است.

    کلیدواژگان: برش نگاری همدوسی اپتیکی حوزه طیف، شبکیه، فرنگی، درخت تصمیم ترکیبی، طبقه بندی
  • فائزه دانشمندبهمن، عاتکه گشوارپور* صفحات 115-131

    اختلالات اضطرابی از شایع ترین و ناتوان کننده ترین اختلالات روانی در سراسر جهان به شمار می-آیند. از طرفی، از سال 2019 با شیوع کووید-19 اضطراب بین مردم و به خصوص کادر درمان افزایش پیدا کرده است. در حال حاضر اضطراب (زمانیکه علایم کافی و شدید باشد) با استفاده از پرسشنامه و توسط افراد متخصص تشخیص داده می شود. برای رفع این کاستی، اخیرا توجه محققان به استفاده از سیگنال های مغزی جلب شده است. به همین منظور، مطالعه حاضر با هدف تشخیص اضطراب با استفاده از سیگنال مغزی انجام شده است. نوآوری این مطالعه استفاده از نقشه آشوبگون چبیشف برای اولین بار در تحلیل سیگنال بیولوژیکی است. در این مطالعه از پایگاه داده DASPS استفاده شد که شامل الکتروآنسفالوگرام (Electroencephalogram; EEG) 14 کاناله از 23 نفر (10 مرد و 13 زن، با میانگین سنی 30 سال) است. از نمرات آزمون خودارزیابی آدمک برای تقسیم اضطراب به دو و چهار سطح استفاده شد. ابتدا داده ها نرمال سازی شدند. سپس، نقشه آشوبگون بازسازی و به 128 نوار تقسیم شد. چگالی نقاط در هر یک از نوارها محاسبه شد. دو شاخص 1) حداکثر چگالی و 2) نمونه مربوط به آن، به عنوان ویژگی در نظر گرفته شد. در نهایت ویژگی ها به 5 روش، (1) ویژگی 1 تمام کانال ها، (2) نگاشت ویژگی 1 تمام کانال ها با استفاده از تجزیه و تحلیل اجزای اصلی (Principal Components Analysis; PCA)، (3) ویژگی 2 تمام کانال-ها، (4) نگاشت ویژگی 2 تمام کانال ها با استفاده از PCA و (5) هر ویژگی-هر کانال به طور جداگانه به دو طبقه بند ماشین های بردار پشتیبانی (Support Vector Machines; SVM) و k-نزدیک ترین همسایه ها (K-Nearest Neighbors; K-NN) اعمال شدند. نتایج حاکی از حداکثر صحت 75/93 % برای تشخیص دو سطح اضطراب و 15/96 % برای تشخیص چهار سطح اضطراب است. علاوه بر این، عملکرد K-NN از SVM بهتر بود. در نتیجه می توان الگوریتم پیشنهادی را به عنوان یک رویکرد مناسب برای تشخیص اضطراب معرفی کرد.

    کلیدواژگان: نقشه آشوبگون چبیشف، اضطراب، تجزیه و تحلیل اجزای اصلی، الکتروانسفالوگرام، طبقه بندی
  • تشخیص زبان اشاره فارسی و حرکات دست توسط تجزیه سیگنال های الکترومایوگرام سطحی و اینرسی با تبدیل موجک تجربی
    مسعود مرادی، سینا شامخی* صفحات 121-130

    در سال های اخیر ساخت ابزارهایی که بتواند دشواری ارتباط میان افراد ناشنوا و عموم جامعه را آسان کرده و زبان اشاره را ترجمه کند مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. اما مشکلاتی مانند پایین بودن صحت و سرعت محاسبات و هزینه زیاد ابزار مانع تجاری سازی تحقیقات شده -است. دیگر چالش موجود در ساخت ابزار کاربردی، لزوم عملکرد خوب روش ها در دیدگاه آموزش به روش کنارگذاشتن یک نفر یا به بیانی دیگر در طبقه بندی داده های یک فرد جدید است. از این رو در این مقاله روشی کارآمد برای تشخیص حرکات دست با هدف ترجمه زبان اشاره ارایه شده است تا ضمن بکارگیری روشی با ابعاد کم، عملکرد بهتری در انواع روش های آموزش به دست آید. در روش پیشنهادی، ویژگی های مقدار میانگین قدر مطلق، واریانس، ریشه میانگین مربعات، طول شکل موج، کشیدگی و چولگی از تبدیل موجک تجربی سیگنال های الکترومایوگرام و اینرسی استخراج گردیده است. سپس با روش ReliefF ویژگی های موثر انتخاب و برای طبقه بندی حرکات دست از ماشین بردار پشتیبان با هسته تابع پایه شعاعی استفاده شده است. درصدهای صحت روش پیشنهادی روی پایگاه داده ی PSL و مجموعه های DB2، DB3، DB5 و DB7 از پایگاه داده نیناپرو به ترتیب در دیدگاه کلمه-فرد برابر 31/99%، 11/97%، 58/96%، 12/96% و 32/97%، در دیدگاه کلمه-همه افراد برابر 78/99%، 22/97%، 46/95%، 23/97% و 72/97% و در دیدگاه کنارگذاشتن یک فرد برابر 43/97%، 68/94%، 66/89%، 55/91% و 81/94% به دست آمده است.

    کلیدواژگان: زبان اشاره فارسی، حرکات دست، تبدیلات زمان - فرکانس، تبدیل موجک تجربی، انتخاب ویژگی، کنار گذاشتن یک فرد
  • امیرحسین جوانفر، مهدی بامداد* صفحات 133-145

    مدل سازی بیومکانیک مفاصل انسان، با توجه به اهمیت بالا و کاربرد آن، از دیر باز مورد توجه محققان بوده است، لذا همواره روش های مدل سازی مفاصل و تحلیل دینامیک حرکت انسان، در حال توسعه است. در این مقاله، مدل بیومکانیکی زانو توسعه داده شده است، و یک روش کلی برای تجزیه و تحلیل دینامیکی مسایل تماس در ترکیب با مدل اسکلتی عضلانی ارایه شده است، تا تحت شرایط بارگذاری واقعی رفتار مدل دینامیکی زانو ارزیابی شود. توسعه ی این مدل دینامیکی، شامل بیان هندسی منحنی های تماسی و الگوریتمی برای تعیین نقاط تصادم است. این مطالعه به محاسبه ی عمق نفوذ غضروف و نیروی تماس از طریق قانون تماس ناپیوسته ی غیرخطی می پردازد. بنابراین، حرکت نسبی استخوان ران و ساق از طریق نیروهای عکس العمل، شامل تماس دو زیر لایه ی تماسی غضروف و استخوان در زانو، مدل سازی می شود. علاوه بر این، مدل جدید منحنی برازش شده-صفحه، و مدل کره-صفحه، مقایسه شده اند، و یک تحلیل برای مواردی مانند آرتروز زانو، ارایه شده است. در پژوهش حاضر، حداکثر 12 درصد تفاوت در عمق نفوذ غضروف مفصل تیبیوفمورال داخلی، مشاهده شده است، که با توجه به ضرورت مدل سازی دقیق تر برای محاسبه گشتاور های زانو، این مساله از اهمیت برخوردار است. در مقایسه ی زانوی سالم و آرتروزی، مشاهده می کنیم که لزوما نیروی تماس در بیماران آرتروزی افزایش نمی یابد، بلکه کاهش ضخامت غضروف موجب پیدایش پدیده ی تماس استخوان-استخوان در فرآیند گام برداری می شود. میزان پیک عمق نفوذ در زانوی سالم 0.705 میلیمتر گزارش شده است. در حالی که این میزان برای زانوی 75% آرتروزی حدود 28 درصد کاهش می یابد. این روش پیشنهادی، با محاسبات نسبتا سریع و دقیق، ابزار مناسبی در تحلیل و کنترل مکانیزم های اسکلت خارجی می باشد.

    کلیدواژگان: دینامیک مستقیم، ناپیوسته ی غیر خطی، مدل تماس، آرتروز، مدل سازی اسکلتی عضلانی، غضروف، عمق نفوذ
  • حمید شفاعت فر، مهدی تقی زاده*، مرتضی ولی زاده، محمدحسین فاتحی صفحات 147-158

    تشخیص خودکار آریتمی های قلبی برای درمان موفق بیماری های قلبی از اهمیت زیادی برخوردار است و یادگیری ماشین برای این منظور مورد استفاده قرار می گیرد. برای طبقه بندی صحیح کلاس های آریتمی، استخراج ویژگی های مناسب جهت ایجاد تمایز بین کلاس های مختلف، اهمیت زیادی دارد. در این مقاله، از یک شبکه عصبی کانولوشنی عمیق برای استخراج ویژگی استفاده می شود. با توجه به اینکه ضربان های قلبی بیماران مختلف دارای تفاوت زیادی هستند، کلاس های آریتمی دارای تغییرات درون کلاسی زیادی خواهند بود. برای کاهش تغییرات درون کلاسی، ضربان های قلبی هر بیمار با یک تابع اختصاصی به نحوی نگاشت داده می شود که شباهت آن به ضربان های قلبی یکی از بیماران آموزشی افزایش یابد. نگاشت اختصاصی پیشنهادی سبب کاهش تغییرات درون کلاسی می شود و دقت طبقه بندی آریتمی های قلبی را به میزان قابل ملاحظه ای افزایش می دهد. برای اثبات کارایی روش پیشنهادی، نتایج آن با چندین تحقیق جدید بر اساس سه معیار ارزیابی دقت، حساسیت و اختصاصیت و بر روی مجموعه داده یکسان مقایسه شد. دقت بدست آمده حدود 24/96 درصد بوده که کارایی بهتر روش پیشنهادی را در مقایسه با سایر کارها، نشان می دهد

    کلیدواژگان: آریتمی قلبی، طبقه بندی، استخراج ویژگی، نگاشت فضای ویژگی
  • هادی نیک بخت، سید یوسف احمدی بروغنی*، وحید اربابی صفحات 159-166

    در یک زانوی پرانتزی تعادل بار در دو طرف مفصل زانو به هم خورده و تنش وارده به قسمت داخلی مفصل بیشتر از مقدار آن در مقایسه با یک پای سالم است. این عارضه در بسیاری اوقات پیش رونده بوده و به تدریج منجر به ساییدگی و درد می شود. در این مطالعه، مدل اجزای محدود برای دو نمونه ی مفصل زانوی سالم و زانوی پرانتزی در حالت ایستادن معمولی، از روی تصاویر ام آرآی تولید شده است و پس از بارگذاری و حل مساله، وضعیت توزیع تنش در منیسک ها و غضروف ها برای هر دو حالت به دست آمده است. نتایج به دست آمده، تفاوت در حداکثر تنش ها و تفاوت شکل نواحی توزیع تنش را نشان می دهد. همچنین نتایج نشان می دهد که مقادیرحداکثر تنش فون مایسز و نیز فشار تماسی در ناحیه ی داخلی زانو برای زانوی پرانتزی مقادیر بسیار بالاتری در مقایسه با پای سالم دارد. در حالت ایستاده حداکثر فشار تماسی در ناحیه ی داخلی مفصل، تحت یک بار 400 نیوتنی که بر انتهای بالایی سر استخوان ران وارد شده، به ترتیب 4/527 و 7/821 مگاپاسکال برای زانوی سالم و پرانتزی به دست آمد. حداکثر مقادیر تنش فون مایسز در ناحیه ی داخلی زانو به ترتیب 2/821 و 6/501 مگاپاسکال به دست آمد. با توجه به نتایج و تفاوت در تنش ها، نیاز به جراحی برای متعادل کردن تنش ها و بارهای دو طرف زانو برای بیمار مبتلا به واروس زانو ضروری است. میزان تصحیح را می توان علاوه بر بررسی هندسه مفصل، با مطالعه ی تفاوت تنش ها در دو طرف مفصل به شیوه ی دقیق تری تعیین کرد.

    کلیدواژگان: زانوی پرانتزی، مفصل زانو، مدل اجزای محدود، تنش، منیسک، غضروف
  • فردین نعمت زاده*، ابوالفضل مجیدی صفحات 191-204

    دندان به عنوان یکی از اعضای مهم بدن، در زیبایی نقش اساسی داشته و یکی از بهترین راه ها برای درمان نامرتبی و خرابی آن تا به امروز، استفاده از ارتودنسی می باشد. سیم های ارتودنسی هوشمند به جهت مرتب کردن دندان و بدلایلی نظیر رفتار ابرکشسانی، مقاومت در برابرخوردگی، عمرخستگی بالا، سازگاری خوب با دهان و کرنش برگشت پذیر کاربرد بسیاری دارند. در این مقاله از روش اجزاء محدود جهت بررسی رفتار مکانیکی سیم های ارتودنسی هوشمند مطابق استاندارد با اعمال نیروی کششی و با در نظرگرفتن خواص متالورژیکی آنها استفاده شد. مدل ماکروسکوپی جهت توصیف خواص ماده بر اساس انرژی آزاد ترمودینامیکی هلمهولتز بود. نتایج نشان داد: با تغییر10 درجه ای دمای کلینیکی از 26 تا 36 درجه سانتیگراد، تنش های مسطح بالایی و پایینی و انرژی الاستیک ذخیر شده به ترتیب حدود10و 28/18درصد کاهش یافتند. همچنین با تغییر10درجه ای دمای کلینیکی از 36 تا 46 درجه سانتیگراد، به ترتیب تنش های مسطح بالایی و پایینی و انرژی الاستیک ذخیر شده حدود 18و 26/47درصد افزایش یافتند. در نهایت سیم ارتودنسی هوشمند با سطح اختلاف تنش های مسطح بالایی و پایینی کمتر ، انرژی کرنش الاستیک پایین تر، حلقه هیسترزیس وابسته به رفتار ابرکشسانی کامل تر و تطابق بالای نتایج تجربی و عددی مربوط به تغییرات نیرو-کرنش، عملکرد بهتری نشان داد. این مطالعه عددی میتواند یک روشی برای بررسی رفتار مکانیکی سیم های ارتودنسی هوشمند با توجه به اثرات خواص متالورژیکی و مکانیکی جهت اثر بخشی طول درمان در دندان ارایه نماید.

    کلیدواژگان: دندان، سیم های ارتودنسی هوشمند، خواص مواد، بررسی محاسباتی
|
  • Sina Shamekhi * Pages 95-113

    Intuitive examination of retinal layers in Spectral-domain Optical Coherence Tomography (SD-OCT) images is one of the main methods used by physicians to diagnose retinal diseases. This method faces challenges such as noise and image complexity and the proximity of retinal layers. In recent years, the automatic diagnosis of retinal diseases has become an important clinical issue in computer vision. In this research, a new method for efficient multi-class automatic classification of SD-OCT images has been proposed. This method consists of five stages, preprocessing, layer recognition, feature extraction, and image classification. Examination of the shape of the RNFL layer and IS/OS junction as a clinical method is influential in physicians' decisions to diagnose retinal diseases. Therefore, in this study, inspired by this clinical diagnosis method, the RNFL layer, and the IS/OS junction have been detected by a new method based on the Frangi vessel enhancement algorithm and the gradient of the image. Then, by extracting and selecting several efficient features from the curves of the layers, an algorithm based on the ensemble decision tree has been proposed for classifying SD-OCT images of the retina and presented as a MATLAB application. The proposed method has been evaluated using images of two well-known databases of Duke and Kermany. Based on the results, precision, sensitivity, specificity, accuracy, miss rate and F1-score of the proposed method in Duke database were equal to 98.7, 98.8, 99.4, 99.1, 1.3, and 98.7, respectively, and in Kermany database were 96.8, 96.7, 98.9, 98.4, 3.2 and 96.7 respectively. The results show the superiority of the proposed method compared to other comparative methods. In summary, the use of efficient features of retinal effective layers and a powerful algorithm for classification has improved the performance of the proposed method compared to previous more complex methods.

    Keywords: SD-OCT, Retina, Frangi, Ensemble Decision Tree, Classification
  • Faezeh Daneshmand-Bahman, Ateke Goshvarpour * Pages 115-131

    Anxiety disorders are one of the most common and debilitating mental disorders worldwide. On the other hand, since 2019, with the outbreak of Covid-19, anxiety has increased among people, especially the medical staff. Currently, anxiety is diagnosed (when the symptoms are severe enough) using a questionnaire by a specialist. To resolve this shortcoming, researchers have recently paid attention to the use of brain signals. Consequently, the present study aimed to diagnose anxiety using brain signals. The novelty of this study is the use of the Chebyshev chaotic map for the first time in biological signal analysis. It used the DASPS database, which includes a 14-channel electroencephalogram (EEG) of 23 people (10 men and 13 women, with a mean age of 30 years). The self-assessment manikin scores were used to divide anxiety into two and four levels. First, the data were normalized. Then, the chaotic map was reconstructed and divided into 128 strips. The density of points in each of the strips was calculated. Two indicators were considered as features, 1) maximum density and 2) its corresponding sample. Finally, features were applied to Support Vector Machines (SVM) and k-Nearest Neighbors (K-NN) in 5 ways, (1) feature 1 of all channels, (2) feature1 mapping of all channels using principal component analysis (PCA) (3) feature 2 of all channels, (4) feature2 mapping of all channels using PCA and (5) each feature - each channel separately. The results show a maximum accuracy of 93.75 % for diagnosing two levels of anxiety and 96.15 % for diagnosing four levels of anxiety. In addition, K-NN outperformed SVM. Accordingly, the proposed algorithm can be introduced as a suitable approach for diagnosing anxiety.

    Keywords: Chebyshev chaotic map, Anxiety, Principal Component Analysis, Electroencephalogram, Classification
  • Detection of Persian sign language and hand gestures by decomposition of surface electromyogram, and inertia signals with empirical wavelet transform
    Masoud Moradi, Sina Shamekhi * Pages 121-130

    In recent years, the fabrication of devices that can facilitate the difficulty of communication between deaf people and the general public and translate sign language has attracted interest from researchers. But problems such as low accuracy and calculation speed and the high cost of tools have hindered the commercialization of research. Another challenge in making a practical tool is the necessity of good performance of the methods in the perspective of training by leave-one-subject-out or in other words classifying the data of a new person. Therefore, in this article, an efficient method for detecting hand gestures with the purpose of sign language translation has been presented, so that while using a method with lower dimensions, better performance can be obtained in all kinds of training methods. In the proposed method, the features consisting of the mean absolute value, variance, root mean square, waveform length, kurtosis, and skewness have been extracted from the empirical wavelet transformation of the electromyogram and inertial signals. Then, by the ReliefF method, effective features have been selected and for the classification of hand gestures, a support vector machine classifier has been used. The accuracy percentages of the proposed method on the PSL database and DB2, DB3, DB5, and DB7 datasets of the NinaPro database, have been respectively obtained as follows: 99.31%, 97.11%, 96.58%, 96.12%, and 97.32% in the word-subject training approach, 99.78%, 97.22%, 95.46%, 97.23%, and 97.72% in the word-all-subject training approach, and 97.43%, 94.68%, 89.66%, 91.55%, and 94.81% in the leave-one-subject-out method.

    Keywords: Persian sign language, Hand gesture, Time-frequency transformation, Empirical wavelet transform, feature selection, Leave-one-subject-out
  • Amirhosein Javanfar, Mahdi Bamdad * Pages 133-145

    Biomechanical modeling of human joints has been considered for a long time by researchers due to its high importance and application. Therefore, methods of modeling joints, and kinematic and dynamic analysis of human movement have continuously been developing. In this paper, a biomechanical human knee model is developed, and a generic procedure for dynamic analysis of contact problems in combination with the musculoskeletal model is introduced. The development of this knee dynamic model includes the geometric expression of collision curves and an algorithm for determining collision points. This presentation addresses cartilage penetration depth and contact force calculation through nonlinear discontinuous contact law. Therefore, the femur and tibia's relative motion is modeled through the combined collision reactions of cartilage and bone in the knee. Moreover, two knee models, the novel curve fitted-plane contact model, and the spherical-plane contact model, have been compared, and a personalized model has been developed for such cases as knee osteoarthritis. There is a difference (average 12%) between the results of the enhanced model and the sphere on the plane model in the cartilage penetration. In the simulation, maximum penetration depth in a healthy knee is reported to be 0.705mm, while in a 75% KOA is 0.521mm, including 0.5mm cartilage-cartilage contact and 0.021mm bone-bone contact. The contact force is not increased in KOA despite the general belief. The cartilage penetration depth exceeds cartilage thickness, and the bone-bone contact leads to pain. It is a suitable tool for the analysis and control of the auxiliary device in order to control the relative motion of the tibia femur and their separation in patients with osteoarthritis of the knee.

    Keywords: Nonlinear discontinuous, contact law, Osteoarthritis, Musculoskeletal modeling, cartilage, penetration depth
  • Hamid Shafaatfar, Mehdi Taghizadeh *, Morteza Valizadeh, MohamadHosein Fatehi Pages 147-158

    Automatic detection of cardiac arrhythmias is very important for the successful treatment of heart disease and machine learning is used for this purpose. To correctly classify arrhythmic classes, it is important to extract the appropriate features to distinguish between different classes. In this paper, a deep convolutional neural network is used to extract the feature. Due to the fact that the heart rates of different patients are very different, arrhythmia classes will have many intra-class changes. To reduce intra-class changes, each patient's heart rate is mapped with a dedicated function to increase its resemblance to the heart rate of one of the training patient data’s. The proposed specific mapping reduces intra-class changes and significantly increases the classification accuracy of cardiac arrhythmias. To prove the effectiveness of the proposed method, its results were compared with several new studies based on three criteria for accuracy, sensitivity and specificity and on the same data set. The accuracy obtained is about 96.24%, which shows the better performance of the proposed method compared to other works.

    Keywords: Cardiac Arrhythmia, Classification, Feature Extraction, Feature Space Mapping
  • Hadi Nickbakht, Seyed Yousef Ahmadi Brooghani *, Vahid Arbabi Pages 159-166

    In a varus knee, the load balance on two sides of the knee joint is disturbed and the stress applied to the medial side of the joint will be greater than that of a healthy knee. Such a case is often progressive and gradually leads to wear and pain. In this study, the finite element model for two 3D samples of healthy knee joint and varus knee in normal standing position was generated from MRI images and after loading and solving the problem, the stress distribution status in menisci and cartilage is obtained for both modes. The obtained results show the difference in maximum stresses and the difference in the shape of stress distribution areas. The results also show that the maximum values of von Mises stress and also the contact pressure in the inner area of the knee for the varus knee are much higher values compared to a healthy knee. In the standing position, the maximum contact pressure in the inner area of the joint, under a 400 Newtons load applied to the upper end of the femoral head, was obtained 4.527 and 7.821 MPa for a healthy knee and varus, respectively. For maximum values of von Mises stress, 2.821 and 6.501 MPa was obtained respectively.Due to the results and differences in stresses, the need for surgery to balance the stresses and loads on two sides of the knee is essential for a patient with varus knees. The amount of correction can be determined in addition to examining the joint geometry by examining the differences in stresses on both sides of the joint in a more accurate way.

    Keywords: Varus knee, Knee joint, Stress, Finite elements model, Meniscus, cartilage
  • Fardin Nematzadeh *, Abolfazl Majidi Pages 191-204

    Teeth, as one of the most important organs of the body, play an essential role in beauty and one of the best ways to treat its disorder and damage to date is the use of orthodontics. Smart wires are widely used in orthodontics for tidying teeth and for reasons such as superelastic behavior, corrosion resistance, high fatigue life, good compatibility and reversible strain. In this paper, the finite element method was used to investigate the mechanical behavior of smart orthodontic wires according to the standard by applying tensile force and considering their metallurgical properties. The macroscopic model for describing the properties of matter was based on Helmholtz thermodynamic free energy. The results showed that: With a 10°C changes in clinical temperature from 26°C to 36°C, the upper and lower plateau stresses and the strain elastic energy decreased about 10% and 18.28% respectively. Also with 10°C change in clinical temperature from 36°C to 46°C, the upper and lower plateau stresses and the strain elastic energy increased approximately 18% and 47.26% respectively. In conclusion, the smart orthodontic wire due to the lower level of the difference between the upper and lower plateau stresses, less elastic strain energy, hysteresis loop and complete dependent on superelastic behavior and high correlation of experimental and numerical results related to force-strain changes showed better performance. This numerical study can provide a method to study the mechanical behavior of smart orthodontic wires with respect to the effects of metallurgical and mechanical properties for the effectiveness of the length of treatment in the tooth.

    Keywords: Computational study, material properties, smart, Orthodontic Wire, Teeth