درس بیوالکترومغناطیس

سلام! به سایت درس بیوالکترومغناطیس نیمسال دوم ۹۸-۹۹ خوش آمدید.

دانشجویان این درس در این صفحه به منابع، تمرینات و اخبار فوری این درس دسترسی دارند.


اخبار:

** به اطلاع می رساند که نمرات درس بیوالکترومغناطیس به زودی نهایی می شود. اگر دوستان درخواست بازنگری دارند حداکثر تا  ۱۲ شهریور ایمیل و پیگیری نمایند.

کسانی که کمتر از ۱۲ نمره در امتحان متبی پایان ترم کسب کرده اند می توانند در یک پرسش و پاسخ شفاهی شرکت کنند که در آن باید به سوالاتی مفصل پاسخ دهند. اگر موفق شوند به سوالات پاسخ دهند نمره آنان بر اساس ارزیابی مذکور تجدید نظر می شود.

** دوستان می‌توانند ریز نمرات خود را به همراه نمره نهایی در اینجا مشاهده نمایند. لطفا در صورت نقد به این نمرات، شرح حداکثر تا ۲۴ مردادماه از طریق ایمیل ارسال شود.

** در خصوص ارائه‌ پروژه‌ها در روز چهارشنبه ۱۵ مرداد ساعت ۱۶.۳۰ الی ۱۹.۳۰ به اطلاع می‌رساند: هر یک از دوستان ۱۵ دقیقه فرصت ارائه خواهند داشت (۱۰ دقیقه ارائه و ۵ دقیقه پرسش و پاسخ). در خصوص نحوه نگارش گزارش نهایی توضیحاتی در همین سایت آمده و در جلسه نیز نکاتی بیان می شود که در گزارش نهایی باید لحاظ شود. 

** پیرو درخواست دوستان به اطلاع می رساند که تغییر شرایط ترم مستلزم بازنگری در وزن های ارزشیابی بود. بازنگری بارم نمرات در ترم جاری به این شرح است: 10 نمره برای آزمون پایان ترم   |  6 نمره برای تمرینات  |  4 نمره برای پروژه |  همچنین موعد جلسه ارائه مجازی پروژه ها  حدودا 15 مرداد 1399 خواهد بود. در صورتی که دوستان تقاضای تجدید نظر در این موارد دارند با ذکر استدلال تا پایان تیرماه از طریق ایمیل ارسال نمایند. 

♦ دانشجویان عزیز درس بیوالکترومغناطیس لطفا نمرات آزمون پایان ترم و  کلید حل سوالات را بررسی نمایید و در صورت احساس ضرورت بازنگری در مواردی از برگه خود از طریق ایمیل اطلاع دهید. 

♦ دوستان عزیز لطفا برای امتحان پایان ترم موارد زیر را در نظر داشته باشند:

+ مباحث امتحان به صورت مقابل هستند: سوالات مفهومی از کل درس  + ۴ مساله محاسبه ای از بخش‌های: فصل سوم (خواص مواد – بهره غشا و …) / فصل چهارم (نفوذ- تحریک الکتریکی و مغناطیسی و …) / فصل پنجم و ششم (برآورد میدان در شرایط مختلف و تطابق سناریو با استاندارد….).

+ سوالات مفهومی به صورت تستی یا جواب کوتاه هستند و سوالات محاسباتی باید حل را نوشته و عکس گرفته و عکس را در نرم افزار آزمون (مودل) بارگزاری نمایید. لذا ابزار لازم برای عکس  و انتقال عکس به رایانه را در نظر داشته باشید. همچنین شما بایستی همزمان در سامانه نیما (lms) برای حضور و غیاب و رفع اشکال با استاد حضور داشته باشید. برای امکان تایپ پیام متنی و بیان سوال صوتی ابزار لازم را داشته باشید. 

+ متناسب با شرایط جاری تلاش شده تا حتی الامکان حل هیچ یک از سوالات طولانی نباشد. دوستان دقت کنند که در محاسبات استفاده از تقریب بلامانع است و دوستانی که نگرش عمیقی به مطالب کلاس داشته و در تمرینات خوب اندیشیده‌اند بر اساس درکی که از درس دارند می‌توانند زاویه نگاه درست به مساله داشته باشند.

+ برای قطع نشدن پیش بینی شارژ‌کافی اینرتنت – شارژر باتری و power bank داشته باشید.

+ بر اساس قواعد اعلامی از سوی  دانشگاه یکی از سوالات هر فرد تعهد نامه ای است که باید رونویسی، امضا و عکس آن ارسال شود. همچنین سوالات دوستان با هم متفاوت است.

+ اگر دوستان نیاز به رفع اشکال احساس کنند می‌توانند امروز مانند قبل ایمیل بزنند و اشکالات خود را مطرح نمایند.

جدید: تمرین۷ و منابع جدیدی در بخش منابع درس بارگزاری شد.

 به اطلاع دانشجویان گرامی درس بیوالکترومناطیس  می رساند که این درس تا اطلاع ثانوی  به صورت برخط از طریق سامانه LMS برگزار می کردد.


پروژه/سمینارهای درس بیوالکترومغناطیس:

 همه دوستان بایستی حداکثر تا پایان ماه اول درس موضوع پروژه / سمینار خود را مشخص نمایند و کار خود را آغاز کنند. حدودا یک هفته قبل از امتحان پایان ترم موعد پایان پروژه‌ها و ارائه آن‌ها خواهد بود. همان‌طور که در کلاس گفته‌ شد، اگر بخواهید کار خلاقانه شما در این حوزه جدید علمی می‌تواند کاملاً نو، بدیع وعرصه‌گشا باشد.

پروژه‌های نوع اول: پروژه‌هایی که شامل یک جنبه مروری هستند، که مقالات آن را بایستی با استاد درس هماهنگ کنند. نتیجه این مرور ادبیات بایستی نشان دادن یک روند منطقی در رشد گام به گام علمی در حیطه موضوع کار باشد. در پایان هر یک از دانشجویان یک صفحه علمی را در بخش مرور مقالات (Litrature Review)  در وبسایت افق بیوالکترومغناطیس با نام خود تألیف می‌نمایند. همچنین در صورت تمایل جهت نوشتن مقاله بر اساس کارتان به شما کمک خواهد شد. لازم است در تدوین گزارش سایت از این شیوه استفاده نمایند: شیوه تنظیم گزارش برای سایت بین المللی افق بیوالکترومغناطیس.

پروژه‌های نوع دوم: پروژه‌هایی که جنبه محاسبه و نوآوری مستقیم در آن‌ها غالب است لازم است گزارشی در حدود سه صفحه شامل بخش‌های زیر ارسال نمایند. در جلسه ارائه در خصوص نحوه تنظیم گزارش یا نگارش مقاله نهایی راهنمایی خواهد شد.

سوال تحقیق چه بوده است؟

روش تحلیل یا جستجوی پاسخ چه بوده است؟

فرض‌های ما در محاسبه یا شبیه سازی چه بوده است؟

چه جواب‌هایی به دست آمده است؟ (تصاویر اولیه)

دوستان می‌توانند به تناسب زمینه و علاقه خود یکی از موضوعات مشخص شده (به تدریج) در این صفحه را انتخاب نمایند یا برای تعیین موضوعات دیگر به اینجانب مراجعه نمایند.

۱– آیا گیاهان تحت اثر میدان ابر سریع‌تر رشد می‌کنند؟ نقش میدان‌های درونزاد و برونزاد در رشد گیاه.

۲– استخراج یک مدل آماری برای پرتوگیری یک انسان عادی در درون قطار مترو از موبایل‌های موجود در محل (نوع دوم).

۳– مطالعه خواص نیمه رسانایی در پلیمرهای طبیعی بدن و تلویحات آن‌ها در حوزه کنترل و مدیریت بدن. خانم المیرا طاهای ابدی + خانم بهاره کریمی

۴– تشخیص و به دام انداختن سلول های سرطانی از طریق امپدانس سنجی سلولی (کار آقای دکتر محمد عبدالاحد و همکاران)(نوع اول)

۵- بررسی ادعای علمی رایف (قرن نوزدهم) در خصوص درمان سرطان با میدانهای الکتریکی (مطالعه مستندات رایف- نوع اول)  . خانم سارا اصلانی

۶- خواص پیزوالکتریک استخوان و تحریک الکتریکی استخوان(نوع اول). | این را هم ببینید: مقالات پیشنهادی  خانم هلیا رحمتیان

۷- بررسی پدیده‌های غیرخطی بر اساس مدل غشای غیرخطی (نوع دوم) | این را هم ببینید: مقالات پیشنهادی   خانم فاطمه عقیلی

۸- بررسی مدل تحریک کالمدولین (یک گیرنده غشایی) در پاسخ به میدان الکتریکی (نوع اول). – آقای گوهری رئوف

۹- بررسی مسیرهای وابسته به کلسیم تاثیرپذیر از میدان الکتریکی در تکثیر و تمایز و آپوپتوز.

۱۰- بررسی مروری جدیدترین مقالات درخصوص آثار امواج نلفن همراه بر موجودات زنده | این را هم ببینید: مقالات پیشنهادی  خانم سارا سپهری

۱۱- بررسی دینامیک غیر خطی در تاثیر میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در رفتارهای مرتبط با رشد و تکثیر سلولی.  | این را هم ببینید: مقالات پیشنهادی

۱۲- شبیه سازی اعمال میدان‌های الکتریکی به داربست حاوی سلول (نوع دوم) خانم فرخی مقدم

۱۳- بازسازی نخاع با تحریک الکتریکی | این را هم ببینید: مقالات پیشنهادی

۱۴– تحریک مغزی و سازوکار آن (نوع دوم)  آقای علی رجبی

۱۵- القای الکترومغناطیسی در بستر فعالیت مغزی- همراه با بررسی دینامیک غیر خطی و مدلسازی درست میدان در معادلات خانم زهرا دهقان

۱۶- امپدانس متری برای تشخیص میکروارگانیسم ها آقای علی طالبی پور


قواعد تمرینات: هر تمرین جدید حدود دو هفته فرصت دارد. با آغاز مهلت، تمریناتی که در خلال هفته اول و تا پیش از صبح دوشنبه بعد تحویل داده شوند، از ۲۰٪ امتیاز اضافه بهره‌مند می‌شوند. تمریناتی که در هفته موعد تحویل تا روز تحویل (معمولاً دوشنبه) ارائه شوند، نمره عادی خواهند داشت. تمریناتی که تا پایان سه شنبه همان هفته به تدریس یار تحویل شوند با ۲۰٪ کسر امتیاز پذیرفته می‌شوند. پس از سه شنبه هفته تحویل، تمرینات پذیرفته نخواهند شد.

کتاب‌های مرجع درس: (نسخه‌های الکترونیکی هر سه منبع در درایو P  سایت دانشکده مهندسی پزشکی ذیل نام استاد درس موجود است.)

۱- مقدمه‌ای پایه‌ای بر بیوالکترومغناطیس، سی. دورنی. ترجمه بخشی از متن این کتاب از کتابفروشی جهاد دانشگاهی دانشگاه امیرکبیر (خیابان حافظ جنب درب اصلی) قابل تهیه است.

2. Chapters from Handbook of Biological Effects of Electromagnetic Fields, Frank S. Barnes, Ben Greenebaum, CRC Press; 3rd edition 2006

3. Chapters from Bioelectromagnetism: Principles and Applications of Bioelectric and Biomagnetic Fields,Robert Plonsey, Jaakko Malmivuo, Oxford University Press, 1995. available online at: http://www.bem.fi/book

 


تمرینات:

تمرین فکر اول – موعد تحویل: تا شنبه ۲۴ اسفندماه

تمرین فکر اول- بخش افزوده موعد تحویل تا ۳۰ اسفند ۱۳۹۸.

تمرین فکر دوم – موعد تحویل‌: تا ۱۴ فروردین ۱۳۹۹

تمرین فکر افزوده (بدون لزوم تحویل) : ناوبری پرندگان

تمرین فکر سوم – موعد تحویل:۳۰ فروردین ۱۳۹۹

تمرین فکر چهارم– موعد تحویل: دوشنبه نهم اردیبهشت ماه ۱۳۹۹

تمرین فکر افزوده (بدون لزوم تحویل): بهره غشای مدل سلول کروی.

تمرین فکر پنجم – موعد تحویل دوشنبه ۱۶ اردیبهشت‌ماه.  توصیه می‌شود دوستان حل این سوالات را در هفته اول مهلت انجام دهند.

تمرین فکر ششم: موعد تحویل: دوشنبه ۵ خردادماه بخش نظری – بخش کامپیوتری نیز تا دوشنبه ۱۲ خردادماه قابل تحویل است. توصیه: بخش کامپیوتری را از همین هفته شروع نمایید! مدل بدن انسان برای انجام این تمرین را اینجا دریافت نمایید. فایل sat برای ورود مستقیم هندسه این مدل بدن به هر نسخه ای cst را هم از اینجا دریافت نمایید. این مدل را یکی از دانشجویان از روی ابعاد فیزیکی خودش ساخته است. فراموش نکنید که بایستی در محیط MWS کار کنید و خواص الکتریکی مدل را باید خودتان برای فرکانس کار از نو تنظیم نمایید.برای این کار ابتدا بایستی فرض Dispersion را در پنجره تنظیمات ماده خاموش کنید. اگر با این مدل (به دلیل مشکلات نسخ مختلف CST) مشکلی داشتید می‌توانید مدل دیگری را از اینجانب دریافت نمایید. تدریس یار محترم همزمان ویدیوی آموزشی CST را تهیه نمایند. دوستان دقت کنند که برخی ویدیوهای آموزشی نیز در این لینک در همین سایت موجود است.

تمرین فکر هفتم: سه سوال از پنج سوال به انتخاب شما. موعد تحویل دوم تیرماه می باشد.

درباره این که چرا میدان های الکتریکی فرکانس پایین را نمی توان با توزیع بار ساکن یا کند تغییر در بافت ایجاد نمود دیدن این تمرین مناسب است (توصیه می شود اما تحویل الزامی نیست).


منابع:

دوستانی که فکر می کنند روی مباحث مربوط به مختصات کروی و استوانه ای نیاز به مرور سریعی دارند موارد زیر را مشاهده نمایند. البته این مباحث در جریان اصلی درس مورد نیاز نخواهد بود ولی از آن جا که در فصل حاضر مورد استفاده هستند مطالعه توصیه می شود:

مطالعه (۱): مختصات استوانه‌ای و کروی : مطالب مفیدی در سایت رشد وجود دارد .همچنین خلاصه‌ای از معرفی این دستگاه‌ها و المان‌گیری در این متن قابل مطالعه است. اگر می‌خواهید تصاویر جمع وجوری از المان‌ها داشته باشید این دوصفحه هم مفید است

مطالعه(۲): خلاصه درس فیزیک الکتریسیته برای محاسبه میدان الکتریکی از روی قاعده تراوش در این برگه قابل مطالعه است

توصیه مطالعه: دوستانی که بخواهند مطالعه وسیع‌تری در نظریه الکترومغناطیس داشته باشند می‌توانند کتاب مقدمه‌ای بر الکترودینامیک، ترجمه دکتر حسین فرمان، نوشته دیوید گریفیتز را مطالعه نمایند.

مطالعه (۳): در خصوص نقش میدان‌های الکتریکی به عنوان حامل پیام برای سلول‌ها و رشد و بازسازی و تمایز بافت‌ها، این مقاله مروری جالب است (حاوی تصاویری از رشد مجدد پای قطع شده یک قورباغه.)

فایل پرده نمای مقدمه شهودی بر ارتباطات بین سلولی که در کلاس ارائه شد.

فیلم های پخش شده در کلاس: فرایندهای حیاتی درون سلول،  و مایتوکندریا.

فیلم: فرایند رشد جنین در رحم مادر – یک پویانمایی ارزنده

مطالعه(۴): خواص الکتریکی اندازه‌گیری شده برای آب و مدل ریاضی آن

مطالعه(۵): خواص الکتریکی محلول آب نمک با غلظت‌های مختلف

مطالعه(۶-الزامی): خواص الکتریکی بافت‌ها، مقاله Gabriel-96: داده‌های این مقاله تقریباً به صورت عمومی برای تخمین خواص بافت‌های در فرکانس‌های مختلف مورد استفاده است. با این حال دقت نمایید که مولفین این مقاله نتوانسته‌اند اندازه‌گیری خوبی در فرکانس های کم انجام دهند و نتایج آن‌ها در این فرکانس‌ها صرفاً‌متکی بر برون‌یابی با مدل‌ریاضی است. و این هم یک مقاله جدیدتر که در آن این بار اندازه‌گیری خواص الکتریکی فرکانس پایین بافت‌ها گزارش شده است.

مطالعه (۷): مدل‌های ریاضی برای بیان خواص بافت: بخش اول، بخش دوم، بخش سوم، بخش چهارم. * حتماً مدل Cole-Cole را مطالعه نمایید.

در خصوص خواص الکتریکی بافت‌های زیستی این منبع در چهار قسمت به مدل‌های ریاضی مربوطه اختصاص دارد. هدف در این مبحث یافتن عبارات ریاضی مناسبی است که با تنها چند پارامتر بتوانند داده‌های اندازه‌گیری را با کم‌ترین خطا در خود خلاصه کنند. ما در کلاس تنها مدل Debye را مورد بررسی قرار مي‌دهیم. اما مدل‌هایی با تفاوت‌های مختصر نسبت به این مدل مطرح شده‌اند که می‌توانند بر داده‌های آزمایشی بهتر  تطبیق داده شوند. البته در مواردی انتخاب این عبارات مبتنی بر ملاحظات فیزیکی است..

مدل کرم در موجتاب خازنی را از اینجا دریافت نمایید.

مطالعه (۸- مطالعه قویا توصیه می شود): مدل‌سازی محاسباتی توزیع میدان در ساختار چندسلولی بر اساس روش مدارهای گسترده. لطفا مطالعه نمایید و فکر کنید. انتظار دارم چالش‌هایی در ذهن دوستان پدید آید و با طرح سوال در کلاس، ابهامات روشن شوند.

مطالعه (۹): مقاله تحلیل اختلاف پتانسیل غشایی: در این مقاله بر خلاف درس ما که یک سلول را با حضور سلول‌های دیگر در اطرافش در نظر گرفتیم (مانند بافت متراکم) یک تک سلول کروی در فضای بی انتهایی از الکترولیت خارج سلولی فرض شده و با اعمال یک میدان الکتریکی در این محیط، پتانسیل القا شده در غشا به روش تحلیلی (حل معادله لاپلاس) حساب شده است.

مطالعه (۱۰) الزامی: مرور مبانی قواعد ترکیب: فرمول‌های مختلف ترکیب در این‌جا به اختصار تشریح شده‌اند.

به عنوان مرجع افزوده و برای درک عمیق‌تر پایه نظری این روابط مطالعه این مقاله مروری را توصیه می‌کنیم.

کدهای Matlab  برای فرمول‌های ترکیب: در این مجموعه یک رابط گرافیکی هم هست. ولی چون ما علاقه‌مندیم مسائل را به صورت بنیادی فرابگیریم توصیه می‌کنم از m-file ها به صورت توابع Matlab استفاده کنید و برای مدل کردن مواد مستقیما کد بنویسید.

مطالعه (۱۱-قویا توصیه می‌شود) نمونه مدل‌سازی خواص الکتریکی بافت: در این متن بافت قرنیه با استفاده از قواعد ترکیب و غیر آن مدل‌‌سازی شده است.

مطالعه (۱۲): در خصوص مدار الکتریکی جوّی کره زمین که از طریق آن‌ها می‌توان پیدایش میدان الکتریکی جوی را بیشتر درک کرد، کتاب نسبتا قطوری هست که این متن بیست صفحه‌ای، منتخب آن است و تصویر شماتیک مداری جالبی هم در این مقاله از آن ترسیم شده است. علاقه‌مندان می‌توانند کتاب کامل را اینجا دریافت نمایند.برخی مطالعات درباره سازوکار نسبتاً اسرارآمیز برق‌دار شدن ابرهای رعدزا که مانند مولّد در مدار بزرگ جوی زمین عمل می کنند نیز در این مقاله بحث شده است.

مطالعه (۱۳-قویا توصیه می‌شود): یک فصل منتخب درباره میدان‌های محیطی از منابع طبیعی و ساخته دست بشر: جداول مربوط به میدان‌های نوعی ابزار خانگی و مشابه آن جالب توجه است. میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی تلویزیون‌های آنالوگ CRT هم مورد بحث واقع شده است. 

نمودار طیف فرکانسی میدان‌های ناشی از منابع ساخته دست بشر با فرکانس حدودی آن‌ها.

نمودار محدودیت‌های پایه در استاندارد ICNIRP .

مطالعه (۱۴): توصیه نامه ۱۹۹۸ کمیته ICNIRP (مطالعه قویا توصیه می شود و در صورت کار در این زمینه الزامی است) برای حفاظت تشعشعی از ۱ هرتز تا ۳۰۰ گیگاهرتز. همچنین نسخه تجدید نظر شده برای فرکانس پایین (مطالعه کلی آن الزامی است) . فرکانس‌پایین از ۱ هرتز تا ۱۰۰ کیلوهرتز را شامل می شود. نشانی سایت این کمیته http://www.icnirp.org  می‌باشد که نسخ به روز را دارد.

مطالعه (۱۵): چند مقاله که استاندارد مورد استفاده را به زبان فارسی تشریح می‌کند.

پاسخ سوال: نحوه محاسبه صحیح چکالی خطی بار سطح روی سیم های خط انتقال برق: اینجا

مطالعه (۱۶): و بالاخره آغاز شد! میدان‌های درونزاد و بحث‌های شیرین آن. یک فصل منتخب از کتاب مرجع  که بخشی از مطالب کلاس را مورد بحث قرار داده است

مطالعه (۱۷): در خصوص لایه های اپیتلیال و خاصیت سدی آن‌ها در قبال جریان‌های یونی،‌ این مقاله قابل توجه است.

مطالعه (۱۹):  این مقاله یک نمونه از گمانه‌زنی‌های نظری در مورد منبع دیگری از میدان‌های درونزاد فرکانس بالا را نشان می‌دهد که در ابتدای ترم تحت عنوان ارتعاش (یا چرخش) دوقطبی‌ها به آن اشاره شد. 

مطالعه (۲۰): در خصوص نقش میدان‌های الکتریکی به عنوان حامل پیام برای سلول‌ها و رشد و بازسازی و تمایز بافت‌ها، که در کلاس با کلید واژه بحث مخابرات DC یا آنالوگ بدن به آن اشاره کردم  این مقاله مروری بسیار جالب است (حاوی تصاویری از رشد مجدد پای قطع شده یک غورباقه.)

مطالعه (۲۱): دررابطه با آثار میدان‌های فرکانس پایین سه مقاله مهم اینجا هستند: مقاله ۱ ، مقاله ۲،  مقاله ۳.

مطالعه (۲۲-الزامی): مقاله مروری در خصوص نقش کانال‌های کلسیمی کنترل شده با ولتاژ در اثار غیرحرارتی میدان‌های الکترومغناطیسی.

مطالعه (۲۳): در خصوص لایه های اپیتلیال و خاصیت سدی آن‌ها در قبال جریان‌های یونی،‌ این مقاله قابل توجه است.

مطالعه (۲۴): مطابق وعده ، در خصوص نحوه محاسبه میدان‌های الکتریکی ‌و مغناطیسی زیر خطوط فشار قوی چند فاز که در مقالات متعددی بحث شده است- این مقاله به عنوان نمونه ارائه می‌شود.