بهینه‌سازی ضرایب مدل ساختاری هایپرالاستیک بافت نرم با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری و داده‌های تجربی

Abstract

در این مطالعه، هدف شناسایی مدل ساختاری بافت نرم می‌باشد. به این منظور از یک دستگاه رباتیک مجهز به حس‌گر لامسه‌ای برای اعمال نیرو به بافت نرم استفاده شده است. بافت سینه‌ی فرد توسط دستگاه مورد معاینه قرار گرفته است و خروجی تنش و کرنش در طی دو مرحله‌ی بارگذاری و باربرداری استخراج شده است. مجموعه‌ی داده‌های دقیق تجربی برای تولید مدل ساختاری از رفتار هایپرالاستیک بافت مورد استفاده قرار می‌گیرد. هشت مدل ساختاری هایپرالاستیک برای تطبیق با داده‌های تجربی تنش-کرنش بافت نرم معرفی گردیده است. به منظور محاسبه‌ی بهینه‌ی پارامترهای مدل‌ها و همچنین انتخاب مدل بهینه، یک تابع هدف تعریف شده است که اختلاف میان داده‌های تجربی و مدل-سازی می‌باشد. برای کمینه کردن مقدار تابع هدف از یک الگوریتم بهینه‌سازی قدرتمند به نام الگوریتم رقابت استعماری استفاده شده است. مدل ساختاری بدست آمده یک مدل قابل اعتماد و دارای کمترین تفاوت نسبت به رفتار طبیعی بافت است. نوآوری پژوهش حاضر در بدست آوردن یک مدل ریاضی واقعی دارای دقت بالا از بافت نرم با استفاده از داده‌های تجربی می‌باشد. از این مدل می‌توان برای پیش‌بینی رفتار مکانیکی بافت تحت معاینه‌ی پزشک و طراحی شبیه‌ساز جراحی بافت سینه برای کمک و آموزش به جراحان استفاده نمود. از دیگر برتری‌های مهم مدل تولید شده این است که با دسته‌بندی پارامترهای بدست آمده از نمونه‌های بیمار و سالم، می‌توان محدوده‌ای مخصوص به پارامترهای بافت سالم و همچنین بافت بیمار بدست آورد. این امر کمک مؤثری در راستای تشخیص بیماری بدون استفاده از تکنیک‌های تصویربرداری و یا نمونه‌برداری از بافت است.