تجزیه و تحلیل سیگنال های پزشکی

شرح

این کتاب با بررسی آموزشی موضوعات اساسی و پیشرفته همراه با بیش از 350 تصویر و تصویر ، به خواننده در توسعه تکنیک های تجزیه و تحلیل سیگنال های پزشکی و تشخیص رایانه کمک می کند.

طیف گسترده ای از تکنیک های فیلتر برای ارائه برنامه های مختلف ارائه شده است

800 عبارت و معادله ریاضی

سوالات کاربردی ، مشکلات و تمرینات آزمایشگاهی

شامل فرکتال و نظریه آشوب با کاربردهای پزشکی است

درباره نویسنده

Rangaraj M. Rangayyan ، PhD ، استاد گروه مهندسی برق و کامپیوتر و استاد جانبی جراحی و رادیولوژی در دانشگاه کلگری در کلگری کانادا است. دکتر رنگاییان بیش از 150 مقاله در مجلات و 250 مقاله در مقالات کنفرانس منتشر کرده است و دو کتاب درسی ، تجزیه و تحلیل سیگنال های پزشکی (Wiley-IEEE Press 2002/2015) و تجزیه و تحلیل تصویر پزشکی (CRC Press 2005) تألیف کرده است. وی با مدال مهندس برجسته 2013 IEEE کانادا شناخته شد و به عنوان عضو انجمن IEEE ، انجمن مهندسی پزشکی و زیست شناسی کانادا ، موسسه آمریکایی مهندسی پزشکی و بیولوژیکی پزشکی و سایر جوامع انتخاب شد.

مدل سازی چند مقیاس در مهندسی پزشکی

شرح

این کتاب زمینه اساسی برای یک روش محاسباتی عمومی برای مدل سازی چند مقیاس را ارائه می دهد و نشان می دهد که چگونه می توان این روش را در زمینه های مختلف پزشکی ، به ویژه ارتوپدی و پزشکی قلب و عروق به کار برد. نویسندگان با توصیف رابطه بین مدل سازی چند مقیاس و بیولوژی سیستم ها شروع می کنند ، سپس به طور سیستماتیک در سطوح سلسله مراتبی از بافت مولکولی ، سلولی به اندام به سمت بالا حرکت می کنند. پس از این ، تمرکز بر روی بررسی برنامه های کاربردی مدل سازی چند مقیاس در زمینه های خاص است: انتقال مکانیکی ، اسکلتی عضلانی و قلبی عروقی.

تدریس فیزیک لیزر با شکوفه ساتری

بیوالکترومغناطیس

بیوالکترومغناطیس ، همچنین به عنوان بیوالکترومغناطیس شناخته می شود ، مطالعه تعامل بین میدانهای الکترومغناطیسی و موجودات بیولوژیکی است. حوزه های مورد مطالعه شامل میدانهای الکترومغناطیسی تولید شده توسط سلولهای زنده ، بافتها یا ارگانیسمها ، تأثیر منابع بشر در زمینههای الکترومغناطیسی مانند تلفنهای همراه و استفاده از تابش الکترومغناطیسی در درمانها برای درمان شرایط مختلف است.

فهرست

1 پدیده های بیولوژیکی

2 اثرات زیستی تابش الکترومغناطیسی

3 اثرات تابش الکترومغناطیسی بر سلامت انسان

مهندسی بیوالکتریک

مهندسی بیوالکتریک

مقاله اصلی: بیوالکتریک

مهندسی بیوالکتریک شامل میدانهای الکتریکی تولید شده توسط سلولها یا موجودات زنده است. مثالها شامل پتانسیل الکتریکی ایجاد شده بین ماهیچه ها یا اعصاب بدن است. این رشته نیاز به دانش در زمینه های برق و زیست شناسی دارد تا بتوان از این مفاهیم برای بهبود یا پیشرفت بهتر فرآیندهای زیستی یا فناوری فعلی استفاده کرد.

بیوالکتروشیمی - شیمی مربوط به انتقال الکترون/پروتون در سراسر سلول

Bioelectronics - زمینه تحقیق در زمینه اتصال بیولوژی و الکترونیک

گروه آموزشی شکوفه ساتری

4 برنامه ها و زمینه ها

4.1 در صنعت

4.1.1 افزایش مقیاس

4.2 صنایع مرتبط

4.2.1 مهندسی زیستی

4.2.2 بیوشیمی

4.2.3 مهندسی بیوشیمیایی

4.2.4 بیوتکنولوژی

4.2.5 مهندسی بیوالکتریک

4.2.6 مهندسی پزشکی

4.3 مهندسی شیمی

4.4 آموزش و برنامه ها

مهندسی زیست مولکولی

مهندسی زیست مولکولی کاربرد اصول و شیوه های مهندسی برای دستکاری هدفمند مولکولهای منشأ بیولوژیکی است. مهندسان زیست مولکولی دانش فرآیندهای بیولوژیکی را با دانش اصلی مهندسی شیمی ادغام می کنند تا بر راه حل های مولکولی مسائل و مشکلات مربوط به علوم زیست محیطی ، کشاورزی ، انرژی ، صنعت ، تولید غذا ، بیوتکنولوژی و پزشکی متمرکز شوند.

مهندسان زیست مولکولی به طور هدفمند کربوهیدرات ها ، پروتئین ها ، اسیدهای نوکلئیک و لیپیدها را در چارچوب رابطه بین ساختار آنها (نگاه کنید به: ساختار اسید نوکلئیک ، شیمی کربوهیدرات ، ساختار پروتئین ،) ، عملکرد (نگاه کنید به: عملکرد پروتئین) و خواص و در ارتباط با قابلیت دستکاری در زمینه هایی مانند اصلاح محیط زیست ، تولید محصولات زراعی و دامی ، سلول های سوخت زیستی و تشخیص مولکولی زیستی. ترمودینامیک و سینتیک تشخیص مولکولی در آنزیم ها ، آنتی بادی ها ، هیبریداسیون DNA ، پیوند زیستی/بی حرکتی و جداسازی زیستی مورد مطالعه قرار می گیرد. همچنین به ابتدایی مولکولهای مهندسی شده در سیگنالینگ سلولی ، سینتیک رشد سلول ، مهندسی مسیر بیوشیمیایی و مهندسی بیوراکتور توجه می شود.

بیوراکتورها در مهندسی بافت

بیوراکتور

در مهندسی بافت ، بیوراکتور وسیله ای است که سعی می کند محیط فیزیولوژیکی را شبیه سازی کند تا رشد سلول یا بافت را در شرایط آزمایشگاهی تقویت کند. یک محیط فیزیولوژیکی می تواند از پارامترهای مختلف مانند دما ، فشار ، غلظت اکسیژن یا دی اکسید کربن یا اسمولالیته محیط مایع تشکیل شده و می تواند به انواع محرک های بیولوژیکی ، شیمیایی یا مکانیکی گسترش یابد. بنابراین ، سیستم هایی وجود دارند که ممکن است شامل اعمال نیروهایی مانند نیروهای الکترومغناطیسی ، فشارهای مکانیکی یا فشارهای سیال بر روی بافت باشند. این سیستم ها می توانند راه اندازی دو یا سه بعدی باشند. بیوراکتورها را می توان در کاربردهای دانشگاهی و صنعتی مورد استفاده قرار داد. بیوراکتورهای مصارف عمومی و کاربردهای خاص نیز به صورت تجاری در دسترس هستند که ممکن است باعث تحریک شیمیایی استاتیک یا ترکیبی از تحریک شیمیایی و مکانیکی شوند.

تکثیر و تمایز سلولی تا حد زیادی تحت تأثیر نشانه های مکانیکی [62] و بیوشیمیایی [63] در محیط ماتریس خارج سلولی اطراف است. بیوراکتورها به طور معمول برای تکرار محیط فیزیولوژیکی خاص بافت در حال رشد ایجاد می شوند (به عنوان مثال ، برش انعطاف پذیر و مایع برای رشد بافت قلب). [64] این می تواند به رده های سلولی تخصصی اجازه دهد تا در محیط هایی که محیط بومی خود را تکثیر می کنند ، رشد کنند ، اما باعث می شود که واکنشگرهای زیستی ابزارهای جذابی برای کشت سلول های بنیادی باشند. یک بیوراکتور موفق مبتنی بر سلولهای بنیادی در گسترش سلولهای بنیادی با خواص یکنواخت و/یا ترویج تمایز کنترل شده و قابل تکرار به انواع سلولهای بالغ موثر است. [65]

انواع بیوراکتورها برای کشت سلولی سه بعدی طراحی شده اند. اتاقک های کوچک استوانه ای پلاستیکی و همچنین اتاق های شیشه ای با رطوبت داخلی و رطوبت تنظیم شده به طور خاص برای رشد سلول ها در سه بعد طراحی شده است. [66] این بیوراکتور از مواد مصنوعی زیست فعال مانند غشاهای پلی اتیلن ترفتالات برای احاطه سلولهای کروی در محیطی که سطوح بالای مواد مغذی را حفظ می کند ، استفاده می کند. [67] [68] آنها به راحتی باز و بسته می شوند ، به طوری که اسفروئیدهای سلولی را می توان برای آزمایش حذف کرد ، اما محفظه قادر است رطوبت 100٪ را در کل حفظ کند. [69] این رطوبت برای دستیابی به حداکثر رشد و عملکرد سلول مهم است. محفظه بیوراکتور بخشی از یک دستگاه بزرگتر است که می چرخد ​​تا از رشد سلولی برابر در هر جهت در سه بعد اطمینان حاصل کند. [69]

QuinXell Technologies در حال حاضر تحت عنوان Quintech Life Sciences از سنگاپور یک بیوراکتور معروف به بیوراکتور بیکسسیال TisXell را توسعه داده است که مخصوص مهندسی بافت طراحی شده است. این اولین واکنشگر زیستی در جهان است که دارای یک محفظه شیشه ای کروی با چرخش دو محوری است. به طور خاص برای تقلید چرخش جنین در رحم ؛ که محیط مساعدی را برای رشد بافت ها فراهم می کند. [70]

چندین شکل تحریک مکانیکی نیز در یک بیوراکتور واحد ترکیب شده است. با استفاده از تجزیه و تحلیل بیان ژن ، یک مطالعه آکادمیک نشان داد که استفاده از ترکیبی از فشار حلقوی و تحریک سونوگرافی به سلولهای پیش از استئوبلاست در یک بیوراکتور باعث بلوغ و تمایز ماتریس می شود. [71] از فناوری این بیوراکتور تحریک ترکیبی می توان برای رشد سریعتر و موثرتر سلولهای استخوانی در درمانهای سلولهای بنیادی بالینی آینده استفاده کرد. [72]

MC2 Biotek همچنین یک بیوراکتور معروف به ProtoTissue [66] ایجاد کرده است که از تبادل گاز برای حفظ سطح بالای اکسیژن در محفظه سلول استفاده می کند. بهبود نسبت به بیوراکتورهای قبلی ، زیرا سطوح بالای اکسیژن به رشد سلول کمک می کند و تحت تنفس طبیعی سلول قرار می گیرد. [73]

زمینه های فعال تحقیق در مورد بیوراکتورها شامل افزایش مقیاس تولید و تصفیه محیط فیزیولوژیکی است که هر دو می تواند کارایی و کارایی بیوراکتورها را در تحقیقات یا استفاده بالینی بهبود بخشد. در حال حاضر بیورآکتورها برای مطالعه ، درمانهای سطح سلولی و بافتی ، پاسخ سلولی و بافتی به تغییرات فیزیولوژیکی محیط خاص و ایجاد بیماری و آسیب استفاده می شوند.

بیوراکتورهای بافتهای تخصصی

بسیاری از سلول ها و بافت ها ، به ویژه پستانداران ، برای رشد باید دارای سطح یا پشتیبان ساختاری دیگری باشند و محیط های آشفته اغلب برای این نوع سلول ها و بافت ها مخرب هستند. ارگانیسم های بالاتر ، به عنوان آکسوتروف ، همچنین نیاز به محیط های رشد بسیار تخصصی دارند. این زمانی چالش ایجاد می کند که هدف کشت تعداد بیشتری سلول برای اهداف تولید درمانی باشد و در مقایسه با بیوراکتورهای صنعتی مورد استفاده برای رشد سیستم های بیان پروتئین مانند مخمر و باکتری ، طراحی قابل توجهی مورد نیاز است. [نیاز به استناد]

بسیاری از گروههای تحقیقاتی بیوراکتورهای جدیدی را برای رشد بافتها و سلولهای تخصصی بر روی داربست ساختاری توسعه داده اند تا بتوانند ساختارهای بافتی مانند اندام را در شرایط آزمایشگاهی بازسازی کنند. از جمله این موارد می توان به بیوراکتورهای بافتی که می توانند بافت قلب را رشد دهند ، [6] [7] بافت ماهیچه ای اسکلتی ، [8] رباط ها ، مدل های بافت سرطانی و دیگران اشاره کرد. در حال حاضر ، مقیاس بندی تولید این بیوراکتورهای تخصصی برای مصارف صنعتی همچنان چالش برانگیز است و یک منطقه فعال تحقیقاتی است.

برای اطلاعات بیشتر در مورد کشت بافت مصنوعی ، مهندسی بافت را ببینید.

بیوراکتورها در مهندسی بافت

6.1 مقدمه 169

6.2 واکنشگرهای زیستی 170

6.3 برنامه های کاربردی بیوراکتورها در مهندسی بافت 175

6.4 خلاصه و چشم اندازهای آینده 191

تصدیق 191

اختصارات 191

منابع 192