معرفی مهندسی پزشکی

[samyar 3407]

مهندسی پزشکی

مهندسی پزشکی به دنبال ایجاد ارتباط منطقی بین علوم مهندسی و دانش پزشکی می‌باشد.

تا قبل از قرن بیستم میلادی تشخیص و درمان بیماری بر اساس بررسی حالات بیمار، مطالعه سندرمها و عارضه‌های مربوط و ارائه مجموع‌های از روش‌های شناخته شده مبتنی بر تجویز دارو یا اعمال برخی عمل‌های جراحی صورت می‌گرفت. اما در اوایل قرن بیستم و در اوج آن در دهه‌های ۳۰ و ۴۰ مفهوم جدیدی در پزشکی مطرح گردید. بر این اساس، ساختار بدن انسان به مثابه یک نظام بسیار هماهنگ مهندسی فرض و بیماری به عنوان عامل بی‌نظمی در این ساختار مطرح گردید. به این ترتیب دانشی به عنوان مهندسی پزشکی بنیان‌گذاری شد که حوزه فعالیت آن مطالعه ساختار بدن انسان به صورت سیستمیک، کشف قوانین فیزیکی و معادلات ریاضی حاکم بر اجزاء سیستم، فهم اندرکنش بین آنها، مدلسازی این فرآیندها و بررسی تاثیر بیماری بر روی این ساختار منظم و به تبع آن ارائه روشهای تشخیصی و درمانی مفیدتر‏‎‎برای بهبود بیماریها بود.

 

یک سیستم شنوایی مصنوعی جاسازی شده

در مهندسی پزشکی با تلفیقی از علوم مهندسی برطرف کردن نیازهای پزشکی در زمینه ساخت و نگهداری تجهیزات و نیز ساخت ابزارهای پزشکی برای کاربردهای پیشگیری، تشخیص و درمان بیماریها مد نظر می‌باشد.این رشته کاربرد علوم فنی و مهندسی است در یاری‌رساندن به پزشکان در تشخیص و درمان بیماری‌ها.

مهندسی پزشکی یکی از تازه‌ترین رشته‌هایی است که قدم به عرصه دنیای تکنولوژی جهانی نهاده و این رشته بدین منظور شکل یافته تا پزشکان را در تشخیص و درمان یاری دهد. مهندسی پزشکی دقت و تنوع در تشخیص را گسترش داده‌است بطوری که تشخیص بدون دستگاه‌ها امکان‌پذیر نیست. تاکنون دستگاه‌هایی از جمله EEG ,ECG ,MRI ,CT-Scan کمک بسیار بزرگی به پزشکی نموده‌اند و هم راستای وسایل تشخیصی وسایل و ملزومات درمانی گسترش یافته تا بیماران را به گونه‌ای تحت درمان قرار گیرند که می‌توان سمعک، ونتیلاتور، دیالیز، اولتراسوند و کاربردهای متعدد لیزر را نام برد. مهندس پزشکی در گام‌های اولیه بهره‌برداری، تعمیر، پشتیبانی و نگهداری و تنظیم و استانداردسازی دستگاه‌ها را انجام می‌دهد و در مراحل بالاتر توسعه، ارتقا و بهبود دستگاه‌های پزشکی و یا حتی می‌تواند به طراحی و ساخت یک دستگاه اقدام کند. در این رشته به علت ابداعات و نوآوری وسیعی که صورت می‌گیرد شاخه‌های جدیدی از مهندسی پزشکی سازمان می‌گیرند که شرح مختصری از زیرشاخه‌های این رشته ذکر شده‌است.

گرایشها

مهندسی پزشکی رشته‌ای متشکل از گرایشهای متعدد مهندسی و علوم پشکی است. در نتیجه پیدایش گرایشهای جدید این رشته دور از انتظار نخواهد بود. هم اکنون در ایران در مقاطع مختلف آموزش عالی گرایش‌های زیر تدریس می‌گردند:

مهندسی پزشکی بالینی

بیوالکتریک

بیومکانیک

بیومواد

مهندسی بافت

پردازش تصاویر پزشکی

مهندسی توانبخشی

مهندسی ورزش

مدل سازی سیستم‌های فیزیولوژیکی

ابزار دقیق در مهندسی پزشکی

گرایش بیوالکتریک

بیوالکتریک بر کاربرد دستاوردهای مهندسی برق و استفاده آن در علوم زیستی تمرکز دارد. دریافت، تقویت و پردازش سیگنالهای زیستی، طراحی و ساخت تجهیزات و ابزارهای دقیق پزشکی، تاثیرات میدانهای مختلف الکترومغناطیسی و پردازش تصاویر پزشکی از حوزه‌های فعالیت بیوالکتریک است.

در چند سال گذشته تمرکز و توسعه توجه بر شبکه‌های عصبی و تلاش برای کشف منطق و استفاده از آن برای درمان نارسایی‌های مختلف و همچنین بهبود شبکه‌های هوشمند؛ باعث ایجاد شاخه‌ای جدید به نام مهندسی اعصاب neural engineering شده‌است.

گرایش بیومکانیک

بیومکانیک به استفاده از مکانیک کلاسیک در زمینه‌های علوم زیستی می‌پردازد. استفاده از قوانین دینامیک جامدات برای تحلیلهای حرکتی؛ دینامیک سیالات برای ارزیابی جریانهای درون محیطهای زیستی؛ ترمودینامیک و انتقال حرارت برای تحلیل رفتارهای سلولی و انتقال مواد و جرم بین موجود زنده و محیط و رباتیک برای خلق وسایل تشخیصی و درمانی جدید نیازمند درک مسایل محیطهای زنده از زاویهٔ مهندسی است. پیشرفت در این شاخه به ساخت قلب مصنوعی، دریچه‌های قلب، مفاصل مصنوعی، ارتزها و پروتزها، ابزارهای کمکی تشخیصی و جراحی، درک بهتر از عملیات و کارکرد قلب، ریه، شریان‌ها، مویرگ‌ها، استخوان‌ها، غضروف‌ها، تاندون‌ها، دیسکهای بین مهره‌ای و پیوندهای سیستم اسکلتی-عضلانی بدن شده‌است.

گرایش بیومواد

کاربرد این شاخه استفاده از بافت‌های زنده و مواد مصنوعی و کاشت آنها در بدن است. انتخاب مواد صحیح برای کاشت و پیوند در بدن انسان و یکی از حساس‌ترین و مشکل‌ترین عملیات مهندسی پزشکی است. آلیاژهای فلزی، سرامیک‌ها، پلیمرها و کامپوزیت‌ها از مواد مورد استفاده در کاشت بافت‌ها مصنوعی هستند، اینگونه مواد باید غیرسمی، غیرسرطان‌زا و از نظر شیمیایی غیرفعال و بادوام و دارای قدرت مکانیکی کافی باشند. فارغالتحصیلان گرایش بیو مواد با کارگیری مواد مختلف از قبیل پلیمرها وسرامیک هاوکاپوزیت‌ها ومواد فلزی در بدن انسان ودر تجهیزات پزشکی اشنا می‌شوند.

گرایش مهندسی بافت

این گرایش بیشتر در زمینهٔ پزشکی و در گستردهی میکروسکوپیک می‌پردازد. در این شاخه تخصص درآناتومی بیوشیمی و مکانیک سلول‌ها و ساختارهای درون سلولی برای درک بیشتر در فرایند بیماری توانایی داخل شدن به بخشهای ویژه سلول لازم است. هدف این شاخه که در اواخر قرن بیستم پایه‌گذاری شده‌است، مطالعه و تهیه مدل‌های ایده‌آل از ماکرومولکول‌ها و ساختار سلولی است که منجر به درک بهتر پدیده‌های درون یاخته‌ای و همچنین فهم عمیق‌تر مکانیسم تاثیر عملکرد ناصحیح آنها در بروز حالات بیماری می‌شود. به علاوه این مدل‌ها سبب ارزیابی موثرتر فرضیه‌ها و نظریه‌های درمانی مانند طراحی انواع پروتئینها با خصوصیات منحصر به فرد لیگاند-رسپتوری می‌گردد. از جمله اهداف دیگر این شاخه، مطالعه و مدل‌سازی ساختار سلول و فرایند بازیابی جراحات در بافت‌های آسیب‌دیده به منظور ارائه روش‌های درمانی بهینه‌تر جهت تقلیل و رفع ضایعات بافتی و همچنین تولید نمونه‌های مصنوعی برای جایگزینی آنهاست. به این منظور علل و مکانیسم‌های تبدیل سلول‌های بنیادی‎ به بافت‌ها و ارگانهای مختلف بررسی و با استفاده از مدل‌های بدست آمده بافت‌های آسیب دیده ترمیم یا در خارج از بدن به صورت مصنوعی تولید می‌شود. از جمله این بافتها و ارگانها می‌توان به استخوان، غضروف، کبد، پانکراس، پوست و رگ‌های خونی اشاره کرد.‏

گرایش پردازش تصاویر پزشکی

در این رشته اطلاعات جمع‌آوری شده در تغییرات پدیده‌های فیزیکی در بدن را با بهره‌گیری از تکنولوژی تحلیل پردازش الکتریکی و سرعت بالای آن تجزیه و تحلیل می‌کنند و به صورت یک تصویر در می‌آورند و اغلب این تصاویر را می‌توان با اعمال غیر تهاجمی (بدون آسیب) بدست آورد به نحوی که هیچ اثر دردی برای بیمار نداشته باشد. در این گرایش تهیه تصویر از اجزاء ایستای بدن مانند استخوانها و بافتها و ادغام ویژگی‌های منحصر به فرد حالت‌های مختلف تصویربرداری مثل ‏CT‏ و ‏MRI‏ جهت تهیه تصاویر گویاتر مانند تصاویر سه‌بعدی و همچنین ارائه الگوریتم‌های پردازشی برای مدل‌سازی بافت‌های سالم و ضایعات آنها جهت ارائه روش‌های تشخیصی دقیقتر و غیر تهاجمی مورد بررسی قرار می‌گیرد.‏ همچنین بررسی فیزیولوژی و حرکت بافت‌های دینامیک در بدن مانند قلب و عروق از طریق تصویربرداری عملکردی‎(Functional Imaging) ‎‏ و تکنیک‌های ‏بی‌درنگ (Real Time)‏ و همچنین مدل‌سازی این رفتارها در بافت‌های سالم و ناسالم در جهت تشخیص بهتر ناهنجاریها و تصویربرداری مولکولی به منظور مطالعه موقعیت، ساختار و حرکت مولکول‌ها (مانند مولکول‌ها و سلول‌های سرطانی) و توجیه این حرکات بر اساس الگوریتم‌های آماری و همچنین مطالعه و مدل‌سازی مکانیسم‌های مختلف حیات در سطح مولکولی به صورت غیرتهاجمی برای ارائه روش‌های درمانی دقیق‌تر مثل طراحی آنتی‌بادیها و ردیابی آنها برای از بین بردن بهتر مولکول‌ها و سلول‌های مهاجم و تقلیل آسیب به سلولهای سالم بدن مورد نظر است.

گرایش مهندسی توانبخشی

یک شاخه جدید و توسعه یافته مهندسی پزشکی است. متخصصان این رشته به بالا بردن توانایی‌ها وبهبود بخشیدن به کیفیت زندگی افراد کمک می‌کند و با توجه به پیشرفت تکنولوژی به طراحی مح‌های جدید و روشهای نوین برای سکونت ارتباط و... کمک می‌نماید.

گرایش مدل‌سازی سیستم‌های فیزیولوژیکی

در این زمینه سعی می‌شود با استفاده از قوانین موجود در مهندسی و تکنیک‌های پیشرفته و ابزار لازم یک طرح کلی و جامع از ارگان‌های زنده، از باکتری گرفته تا انسان، تهیه می‌کنند. در این رشته برای تحلیل اطلاعات حاصل از آزمایشها و فرمول‌بندی کردن جزئیات فیزیولوژیکی با روابط ریاضی، از مدل‌سازی کامپیوتری استفاده می‌شود. سیستم‌های زنده دارای یک مجموعه بسیار با قاعده به همراه بازخورد برای کنترل خود هستند.

گرایش ابزار دقیق در مهندسی پزشکی

کاربردی است از الکترونیک در تشخیص و برررسی ساختار بیماری‌ها، رایانه‌ها بخش اصلی این گرایش را بر عهده دارند سیستم‌های تصویر پزشکی به وسیله مهندسان این رشته ساخته می‌شوند.

 

معرفی رشته ی تحصیلی مهندسی پزشکی در مقطع کارشناسی

هدف:

علم مهندسی پزشکی عبارت است از کاربرد مهندسی در پزشکی از طریق مطالعه‌ی اصول و عملکرد سیستم‌های زنده و مدل‌سازی آن، به کار گرفتن اطلاعات و نتایج حاصل در جهت تشخیص و درمان بیماری‌ها و همچنین جایگزین کردن اسکلت بندی‌های صدمه دیده در بدن. هدف این رشته تربیت متخصصانی است که بتوانند از عهده‌ی تجهیز، نگهداری و طراحی دستگاههای پزشکی برآیند؛ یعنی مهندس الکترونیک مجربی باشند که با زمینه‌های پزشکی نیز آشنایی داشته و در نتیجه می‌توانند دستگاه‌های پزشکی را طراحی کرده و بسازند یا اینکه مسؤول سفارش دستگاه از خارج کشور باشند. دیگر توانایی‌های داوطلبان ورود به این رشته به شمار می‌آید.

تواناییهای فارغ التحصیلان

این رشته به گونه‌ای طراحی شده است که دانش‌آموختگان (فارغ التحصیلان) آن می‌توانند در زمینه‌ی طراحی، بهره‌برداری، نظارت، مدیریت، و نگهداری از سیستمهای مربوط به این رشته وارد شوند. آنها در این راستا وظایف زیر را می‌توانند برعهده گیرند:

الف) نصب و راه‌اندازی دستگاه‌ها، وسایل پزشکی و تجهیزات فنی بیمارستان‌ها.

ب) تعمیر و نگهداری تجهیزات بیمارستانی.

ج) مشاوره‌ی فنی در سفارش و خرید دستگاه‌های پزشکی.

د) کمک در به کارگیری بهینه از دستگاه‌های پزشکی.

هـ) همکاری در طراحی دستگاه‌های پزشکی.

و) همکاری در طرح‌های تحقیقاتی پزشکی.

ز) مسؤولیت فنی و مهندسی بیمارستان.

ح) ساخت وسایل و تجهیزات بیمارستانی.

زمینه‌های تحقیقاتی در رشته مهندسی پزشکی:

برخی از زمینه‌های تحقیقاتی که دانشجویان این رشته می‌توانند در آن فعالیت کنند عبارتند از:

۱ـ پردازش سیگنالهای حیاتی

EMG/ECG/EEG .

2ـ پردازش تصویر در پزشکی و سیستم‌های آندوسکوپی.

۳ـ کاربرد لیزر در پزشکی.

۴ـ مدل‌سازی و تجزیه و تحلیل (آنالیز) سیستم‌های فیزیولوژیک.

۵ـ به کارگیری رباتیک در طراحی‌های پزشکی.

۶ـ سیستم‌های هوشمند و علوم شناختی.

۷ـ دست سیبرنتیکی و سیستم‌های عصبی ـ عضلانی.

۸ـ مهندسی توان بخشی و اندام‌های مصنوعی.

۹ـ پردازش گفتار و نوشتار.

۱۰ـ بررسی پدیده‌ی خواب و بیهوشی.

۱۱ـ کاربرد فلزات و سایر مواد در بدن.

۱۲ـ رگ‌های مصنوعی و کاربرد لیزر در تولید اجزای زیست سازگار در بدن.

۱۳ـ شبکه‌های عصبی، مدل‌سازی ساختار و توابع عملکرد مغز انسانی، مدل‌سازی درک و تولید گفتار در انسان…

طرحهای تحقیقاتی:

نمونه‌هایی از طرح‌های تحقیقاتی که توسط دانشجویان رشته‌ی مهندسی پزشکی انجام شده است، به شرح زیر است.

۱ـ طرح (پروژه) پای مصنوعی.

۲ـ طراحی و ساخت دستگاه فشارسنج.

۳ـ طراحی و ساخت دستگاه آپتولموسکوپی.

۴ـ طراحی و ساخت دستگاه تنفس مصنوعی.

۵ـ تشخیص بیماری (M.S) از طریق بررسی پتانسیل‌های برانگیخته.

۶ـ طراحی و ساخت دستگاه دیاترمی.

۷ـ تفسیر اتوماتیک (ECG) به منظور تشخیص بیماری‌های قلبی، عروقی.

۸ـ آشکارسازی (QRS) توسط تکنیک‌های هوشمند.

۹ـ بررسی بیماری‌های پارکینسون توسط تفسیر دست نوشته.

۱۰ـ طراحی و ساخت هوتر مانیتورینگ.

۱۱ـ طراحی و ساخت سنسور فنواکوستیک.

۱۲ـ تجزیه و تحلیل (آنالیز) یک نمونه (مدل) ریاضی برای جریان خون در دریچه‌های قلب با استفاده از معادلات ناویراستوکس.

۱۳ـ طراحی و ساخت دستگاه قالب‌گیری دورانی برای تهیه‌ی لنزهای نرم چشم.

۱۴ـ بررسی روشهای نظری و عملی ساخت وسایل جراحی.

۱۵ـ ساخت دستگاه اندازه‌گیری بیوچسبندگی لایه‌های نرم بدن.

گرایش‌های مقطع لیسانس:

این رشته در خارج از کشور دارای دو گرایش الف) مهندسی زیست پزشکی ب) مهندسی پزشکی بالینی می‌باشد. که مهندسی زیست پزشکی بیشتر در زمینه‌ی طراحی و ساخت ابزار پزشکی و ثبت سیگنال‌های حیاتی می‌باشد و ارتباط زیادی با مهندسی برق دارد. مهندسی پزشکی بالینی بیشتر به بیمارستان‌ها و مراکز درمانی ارتباط دارد. در ایران در مقطع کارشناسی فقط مهندسی پزشکی بالینی یا بیوالکتریک تدریس می‌شود ولی با این حال درس‌های گرایش مهندسی زیست پزشکی هم ارایه می‌شود.

آینده‌ی شغلی، بازار کار، درآمد:

«در حال حاضر بازار کار هیچ رشته‌ای در حد ایده‌آل نیست و این شامل حال رشته‌ی مهندسی پزشکی نیز می‌شود اما بدون شک وضعیت فارغ‌التحصیلان این رشته، نسبت به رشته‌های مهندسی دیگر، مطلوب‌تر است. چون ارزش اقتصادی وسایلی که مهندسین پزشکی طراحی، تعمیر، نگهداری یا خریداری می‌کنند، بسیار بالا است. برای مثال اگر یک کامپیوتر یک یا دو میلیون تومان قیمت دارد، یک دستگاه پزشکی بطور متوسط ده‌ها میلیون تومان می‌ارزد. برای همین مسؤولان بیمارستان‌ها بطور نسبی برای حفظ و نگهداری آنها اهمیت بسیاری قائل‌اند. این امر باعث شده تا بسیاری از فارغ‌التحصیلان ما حتی دانشجویان ترم‌های آخر جذب بازار کار شوند. بویژه اگر فارغ‌التحصیل این رشته اصراری نداشته باشد که در تهران کار کند، می‌تواند در شهرستان‌ها جذب بیمارستان‌ها، سازمان تامین اجتماعی و مراکز متعدد دیگر شود».

فارغ‌التحصیلان همچنین می‌توانند در مراکز تحقیقاتی از قبیل موسسه‌ی استاندارد، بنیاد مستضعفان و جانبازان، مرکز تحقیقات وزارت دفاع و سایر مراکز تحقیقاتی مشغول کار شوند.

وزارت بهداشت، وزارت فرهنگ و آموزش عالی، وزارت صنایع، سازمان تامین اجتماعی، بیمارستان‌های دولتی و خصوصی و … از سایر اماکنی هستند که مهندسین پزشکی می‌تواند در آنجا مشغول به کار شوند.

صنعت و بازار کار رشته مهندسی پزشکی

گرایش‌ها و جهت‌گیری‌های کاری رشته مهندسی پزشکی، واقعاً وسیع است و زمینه‌های مختلفی از الکترونیک و پردازش سیگنال و مباحث نرم افزاری گرفته تا طراحی ، ساخت ، راه اندازی ، نصب و تعمیر دستگاهها و قطعات پزشکی یا اندام مصنوعی، همچنین مواد به کار رفته در این وسایل را شامل می‌شود. جدا از این توضیحات، زمینه‌های کاری این رشته را می‌توان به ۳ بخش کلی تقسیم کرد:

طراحی و ساخت:

الف- طراحی و ساخت دستگاههای آزمایشگاهی و الکترونیکی و تجهیزات مربوط به آنها، نظیر وسایل مخصوصی که با تکنیکهای خاص، عناصر موجود در یک نمونه (مثلاُ نمک خون و …) را به طرز دقیقی اندازه‌گیری کند مانند اسپکتروفتومتر که با تکنیکهای نوینی کار می‌کنند.

ب- طراحی و ساخت بخشهای مکانیکی و برقی سیستم‌های تصویرگر پزشکی، مانند سیستم‌های سونوگرافی، رادیوگرافی، سی‌تی‌اسکن و دیگر دستگاههای که تصاویر ثابت یا محرکی را از بسیاری از بخشهای بدن به نمایش می‌گذارند.

ج- طراحی و ساخت سیستم‌های اندازه‌گیری پزشکی و بیمارستانی، نظیر دستگاههای دریافت کننده سیگنالهای مغزی.

د- طراحی و ساخت قطعات و اندام مصنوعی بدن و موادی که در طول، تشخیص، درمان و معالجات بیماریها بکار می‌رود.

تعمیر و نگهداری و بهینه سازی:

از دیگر زمینه‌های کاری مهندسی پزشکی می‌توان به تعمیر، نصب، راه‌اندازی و نگهداری وسایل مورد نیاز است و البته واضح است که این نیروی مجرب باید دارای اطلاعات کافی در مورد قطعات و جزئیات کار آن وسیله یا دستگاه باشد.

در کنار این موارد، مسأله بهینه سازی یا تلفیق دستگاهها و عملکرد آنها نیز مطرح است. پروژه کنترل کامپیوتری فشار خون، یا پروژه سه بعدی سازی تصویر دستگاه MRI ، جزء همین بهینه سازی‌ها هست. دامنه کاربری این زمینه چنان وسیع است که اکنون سالانه چندصد مقاله در معتبر‌ترین نشریات جهانی مهندسی پزشکی در این زمینه چاپ می‌شود و بیشترین تعداد پروژه‌ها برروی موضوع تلفیق و بهینه سازی انجام می‌شود.

تشخیص بیماری و درمان:

یکی از مهمترین مباحث مطرح در زمینه پزشکی، بحث استفاده از لیزر در پزشکی (چه در تشخیص و چه در درمان) است. اصولاً لیزر از همان ابتدا با توجه به قابلیتهای منحصر به فردی که داشت، به عنوان یک انتخاب خوب برای بهینه سازی عملکرد بسیاری از سیستم‌ها بکار گرفته شده.

استفاده از لیزر برای تشخیص ضایعات چشمی یا نمایش فشار خون در نازکترین مویرگها یا سوراخ کردن و یا ایجاد کانال مصنوعی در قلب، سوزاندن و بریدن برخی ضایعات درونی یا تومور‌های مختلف و . . . روز به روز درحال افزایش است. بحث شبکه‌های عصبی طبیعی و درمان انواع ضایعات عصبی مانند ضایعات نخاعی با کمک تحریکات الکتریکی و با کمک علم ژنتیک نیز از بحثهای مهم و جدید رشته مهندسی پزشکی است.

کارشناسی مهندسی پزشکی، به نوعی هم خانواده همان رشته برق و الکترونیک است و این قرابت و نزدیکی حتی در دوره‌های کارشناسی ارشد و دکترا نیز تا حدی ادامه می یابد. بنابراین یک دانشجوی مهندسی پزشکی در دوره کارشناسی تقریباً ملزوم به گذراندن تمامی دروس اصلی مجموعه مهندسی برق است و به همین خاطر، فارغ‌التحصیلان رشته مهندسی پزشکی می‌توانند گرایش‌های کارشناسی ارشد مجموعه مهندسی برق را انتخاب کنند و همپای مهندسین کنترل، مخابرات، قدرت و الکترونیک، به تحصیل در مقطع کارشناسی ارشد مهندسی برق بپردازند.

بنابراین، عنوان مهندس پزشکی به هیچ عنوان نباید باعث شود که داوطلبان تصور کنند که این رشته

بی ارتباط یا کم ارتباط با مباحث ریاضی و مهندسی است، چون دانشجویان این رشته به طور کامل با ریاضیات مهندسی پیشرفته و فیزیک در ارتباطند و از سنگین‌ترین نوع ریاضیات، به عنوان ابزار کار، دائماً بهره می‌برند، تا آنجا که دانشجویان این رشته، تا دروس ریاضیات مهندسی پیشرفته و معادلات دیفرانسیل و فیزیک الکتریسیته، موج، ارتعاش و حرکت را نگذرانند، قادر به اخذ دروس چندانی در دانشگاه خود نیستند.

توانایی‌های مورد نیاز و قابل توصیه

الف) توانایی علمی: دانشجوی این رشته لازم است در دروس ریاضی و فیزیک قوی باشد زیرا باید دید پایه‌ای قوی در مهندسی الکترونیک داشته باشد؛ یعنی با کوشش و مطالعه‌ی بسیار، هم در دروس اصلی رشته‌ی الکترونیک و هم در دروس تخصصی خود توانمند باشد.

همچنین باید ذهنی خلاق همراه با قدرتِ خلق، آفرینش و ابداع مدل‌ها داشته باشد تا نمونه‌های متفاوت در زمینه‌ی آلات و وسایل پزشکی را بسازد.

ب) توانایی جسمی: دانشجوی این رشته باید محیط کار بیمارستانی را دوست بدارد؛ یعنی علاقه‌مند باشد که در بیمارستان و یا محیط‌های مرتبط فعالیت کند.

ج) علاقمندی‌ها: داوطلبان این رشته باید با تمایل و رغبت شخصی آن را و محیط کار ان را انتخاب نمایند.

د) توانایی مالی: مورد خاصی ذکر نشده است.

وضعیت ادامه تحصیل در مقاطع بالاتر: (کارشناسی ارشد و …)

امکان ادامه تحصیل در دوره کارشناسی ارشد در رشته مهندسی پزشکی در سه گرایش عمده بیوالکتریک بیومکانیکی و بیومواد فراهم است. همچنین این رشته دارای دکترای تخصصی نیز می‌باشد. دانشجو برای گذراندن دوره کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی باید ۳۸ واحد درسی و تحقیقاتی شامل ۲۴ واحد درسهای تخصصی، ۲ واحد سمینار و ۱۲ واحد پروژه را با موفقیت بگذراند.

رشته‌های مشابه و نزدیک به این رشته:

این رشته حدود۸۰%دارای دروس مهندسی الکترونیک است و لذا با مهندسی برق و الکترونیک در رابطه‌ای تنگاتنگ است. البته در این رشته از واحدهای پزشکی قسمت‌های فیزیولوژی و آناتومی هم تدریس می‌شود.

وضعیت نیاز کشور به این رشته در حال حاضر:

با توجه به توضیحات آورده شده و نوپا بودن این رشته در کشورمان به نظر می‌رسد تا سالیان متمادی امکان اشتغال برای فارغ‌التحصیلان این رشته میسر باشد. ولی باید به موارد گفته شده شرایط خاص جامعه و هماهنگ نبودن بخش مهندسی و بخش پزشکی را افزود. در نهایت می‌توان گفت برای ارتقای کیفی خدمات پزشکی، دستگاه‌هاـ نیاز به متخصصان این رشته روزافزون است.

«در حال حاضر مسوولیت سفارش دستگاه‌های پزشکی بر عهده پزشکان است. متخصصانی که تنها نحوه‌ی استفاده از تجهیزات پزشکی را می‌دانند و هیچ اطلاعی از کیفیت فنی دستگاه‌ها ندارند. از سوی دیگر چون در بیمارستان‌ها مسوولیت نگهداری و تعمیر تجهیزات پزشکی برعهده‌ی مهندس پزشکی نیست، بیمارستان‌های ما به گورستانی از دستگاه‌های پزشکی تبدیل شده‌اند، تجهیزاتی که به دلیل اِشکالات جزئی استفاده نمی‌شوند.

یکی از دانشجویان ما که برای کارآموزی به بیمارستان رفته بود، تعریف می‌کرد که یک یونیت (صندلی دندانپزشکی) را با وجود قیمت گران آن، فقط به خاطر این که سرپیچ لامپش خراب بود، کنار گذاشته بودند. البته تعویض یک قطعه یا تعمیر آن وظیفه مهندس پزشکی نیست. اما چون او به کلیّت دستگاه اشراف دارد، می‌تواند اشکال آن را تشخیص دهد. سپس تکنسین قطعه مورد نظر را تعویض یا تعمیر کند.

همچنین یک مهندس پزشکی می‌تواند یک دستگاه پزشکی را به درستی راه‌اندازی کرده و نحوه‌ی استفاده صحیح آن را به پرستاران یا دیگر کارکنان بیمارستان آموزش دهد. برای مثال بسیاری از دستگاه‌های پزشکی نیاز به یک زمین دارد (نقطه‌ای که پتانسیل آن صفر باشد). برای ساخت این زمین ما در ابتدا نیاز به چاهی داریم که عمق آن امکان دارد ۲ متر، ۱۰ متر یا ۷۰ متر باشد تا از خطر برق گرفتگی جلوگیری شود. اما ما می‌بینیم که در بسیاری از بیمارستان‌ها، زمین دستگاه را به شوفاژ وصل می‌کنند، در حالی که این کار نه تنها غیرعلمی است بلکه خطرناک نیز می‌باشد. به همین خاطر در کشورهای پیشرفته هر بیمارستانی، یک دپارتمان مهندسی پزشکی دارد که در بخش‌های مختلف بیمارستان فعالیت دارند.

برای مثال در اتاق عمل هنگامی که دکتر ارتوپد می‌خواهد پلاتین را در پای شکسته قرار دهد، ابتدا مهندس پزشک میزان گشتاوری که باید به پلاتین وارد شود اندازه‌گیری می‌کند تا از شکسته شدن پلاتین تحت فشارهای مختلف جلوگیری شود و سپس پزشک عمل جراحی را انجام می‌دهد. یا در کنار اتاق عمل یک کارگاه تراش وجود دارد و میله‌هایی را که در شکستگی‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند، برحسب شکل و اندازه عضو شکسته شده، می‌تراشند تا عضو شکسته پس از ترمیم کوتاه یا بلند نشود. حال این وظیفه‌ی یک مهندس پزشکی است که دستور ساخت یا تراشیدن میله‌ها را بدهد. و در نهایت یک مهندس پزشکی می‌تواند در مؤسسات و شرکت‌های خصوصی یا دولتی، در زمینه‌ی ساخت تجهیزات پزشکی فعالیت کند. برای مثال فارغ‌التحصیلان ما به راحتی می‌توانند دستگاه شنوایی سنجی را بسازند. دستگاهی که به وسیله‌ی آن باید تمامی کودکانی که می‌خواهند برای سال اول دبستان ثبت نام کنند، مورد سنجش شنوایی قرار گیرند. اما متاسفانه حتی بعضی از مراکز استان‌های ما چنین دستگاهی را ندارند.

این همه، بیانگر ضرورت حضور متخصصان مهندسی پزشکی در جامعه است».

پیش‌بینی وضعیت آینده‌ی این رشته در ایران: (نظر کارشناس)

با توجه به توضیحات گفته شده آینده‌ی این رشته در ایران از چشم‌انداز روشنی برخوردار است، به شرط هماهنگی بخش پزشکی و بخش مهندسی. ضرورت وجود مهندسان پزشکی در بیمارستان‌ها، خرید تجهیزات و … در صرفه‌جویی اقتصادی هم کاملاً احساس می‌شود. در نهایت می‌توان گفت که زمینه‌ی توسعه‌ی این رشته فراهم است و برای کار بیشتر فضای مناسبی دارد.

دروس رشته و واحدهای رشته:

حداقل و حداکثر مجاز طول دوره کارشناسی مهندسی پزشکی در سه گرایش مطابق آئین نامه های دوره کارشناسی شورایعالی برنامه ریزی است.

تعداد کل واحد های درسی در طول دوره ۱۴۰ واحد می باشد که شامل دروس عمومی، پایه، اصلی، تخصصی و اختیاری ، به شرح زیر می باشد:

۱- دروس عمومی ۲۰ واحد

۲- دروس پایه ۲۶ واحد

۳- دروس اصلی ۴۷ واحد

۴- دروس تخصصی ۴۷ واحد

[mani24 29665]

دورنمای مهندسی پزشکی

 

مهندسی پزشکی پل ارتباطی مهندسی و پزشکی میباشدکه بابه کارگرفتن اصولی وابتکاری تکنیک های مهندسی,به مطالعه اصول وعملکردسیستم های زنده ومدل سازی آنها می پردازدواز نتایج حاصل در جهت تشخیص ودرمان بیماری ها استفاده می کند.همچنین با ایجاد الگوریتم ها وساخت دستگاهها و سیستم های جدید موجب پیشرفت دانش در علوم بیولوژی وپزشکی می شودوسطح سلامت راارتقا می دهد.

 

دانشجویان معمولا رشته مهندسی پزشکی را به دلایل زیر انتخاب می کنند:

·خدمت به مردم

·هیجان کاربا سیستم های زنده

·به کاربردن تکنولوژی پیشرفته درمسائل پیچیده مراقبت های پزشکی

 

از جمله مسئولیت های مهندسان پزشکی عبارت است از:

·طراحی و راه اندازی دستگاه ها وتجهیزات پزشکی

·گرد آوری اطلاعات وعلوم از منابع گوناگون به منظور توسعه روش های جدید

·مطالعه وتحقیق برای دستیابی به دانش مورد نیاز در حل مسائل جدید

[mani24 29665]

موقعیت شغلی مهندسان پزشکی :

 

·صنایع تولید تجهیزات و دستگاههای پزشکی ,بیمارستانی و کلینیکی

·بیمارستان ها

·مراکز تحقیقاتی موسسات آموزشی وپزشکی

·مراکز آموزشی

·موسسه استاندارد

·شرکت های خصوصی

 

گرایشات:

بیوالکتریک و ابزاردقیق

 

 

بیوالکتریک و ابزاردقیق ,کاربرد الکترونیک و اصول وتکنیک های اندازه گیری در توسعه دستگاه هایی است که در تشخیص و درمان بیماریها به کار می رود.کامپیوترها به طور فزاینده ای در بیوالکتریک و ابزاردقیق اهمیت یافته اند.محدوده کاربرد کامپیوتر در بیوالکتریک,ازمیکروپروسسورهایی که برای انجام کارهای کوچک گوناگون در تجهیزات تک منظوره مورد استفاده قرار می گیرد تا توان محاسبه ای که در پردازش حجم بالایی از اطلاعات در یک سیستم تصویربرداری پزشکی مورد نیاز است ,تغییر می کند.

حوزه فعالیت:

·طراحی وساخت سنسورها برای اندازه گیری عناصر شیمیایی خون مانند پتاسیم سدیم o2co2 وphخون

·طراحی وساخت وسایل ثبت سیگنال های الکتریکی مانندECG(نمایش ثبت شده پتانسیل های بیوالکتریکی قلب)وسیله گرفتن نوارقلب

EEG(نمایش ثبت شده پتانسیل های بیوالکتریکی که براثر فعالیت های الکتریکی مغز ایجاد می شود)و...

·طراحی و ساخت ووارسی سیستم های تصویربرداری پزشکی که بر مبنای اشعه ایکس (CT),ایزوتوپ ها(PET),میدان مغناطیسی (MRI

)و..

[mani24 29665]

مهندسی کلینیکی (بالینی)

 

مهندسی کلینیکی,کاربرد تکنولوژی درمراقبت های بهداشتی در بیمارستان است.

مسئولیت های مهندسان کلینیکی:

·ایجادوحفظ پایگاه دادههای کامپیوتری از سوابق لوازم وتجهیزات پزشکی

·خریداری واستفاده از دستگاه های پیچیده پزشکی

·کارکردن برروی پروژهها به همراه پزشکان وتطابق تجهیزات بانیازهای پزشک وبیمارستان (این عمل اغلب شامل ارتباط تجهیزات با سیستم های کامپیوتری از طریق مدارهای واسط وطراحی نرم افزارهای کامپیوتری برای کنترل دستگاه و آنالیز داده ها می باشد)

 

بیو مکانیک

 

کاربرد علم مکانیک در مسائل بیولوژیک و پزشکی

وشامل مطالعه موارد زیر می باشد:

·حرکت انسان

·تغییر شکل مواد در سیستم های حیاتی یا مرتبط با آن

·جراحی رباتیک وکاربرد حس لامسه

 

تلاش هایی که در زمینه بیو مکانیک صورت گرفته:

·قلب مصنوعی

·تعویض در دریچه های قلب

·کلیه مصنوعی و...

 

 

بیومتریال

 

دانش بیومتریال,بافت زنده و همچنین موادی که در ایمپلنت کردن(بافت یا ماده ای که در بدن قرار داده شده یا پیوند زده می شود) به کار می روند را توصیف می کند. شناخت ویژگی ها مواد زنده برای طراحی ایمپلنت حیاتی است .اتنخاب مواد مناسب برای قرار دادن در بدن انسان یکی از مشکل ترین کارهایی است که مهندس پزشکی باآن روبرو است .برخی از آلیاژهای فلزی .سرامیک ها ,پلیمرها

باید دارای خصوصیات زیر باشد:

1.غیرسمی باشد

2.سرطان زانباشد

3.ازنظر شیمیایی خنثی وپایدار باشد

4.از نظر مکانیکی به اندازه کافی مستحکم باشد.

 

 

برگرفته از کتاب مقدمه ای بر مهندسی پزشکی زیستی

ترجمه پروفسورسیامک نجاریان

مهندس هاله مستشفی

[mani24 29665]

گرایش مهندسی بافت

این گرایش بیشتر در زمینهٔ پزشکی و در گستردهی میکروسکوپیک می‌پردازد. در این شاخه تخصص درآناتومی بیوشیمی و مکانیک سلول‌ها و ساختارهای درون سلولی برای درک بیشتر در فرایند بیماری توانایی داخل شدن به بخشهای ویژه سلول لازم است. هدف این شاخه که در اواخر قرن بیستم پایه‌گذاری شده‌است، مطالعه و تهیه مدل‌های ایده‌آل از ماکرومولکول‌ها و ساختار سلولی است که منجر به درک بهتر پدیده‌های درون یاخته‌ای و همچنین فهم عمیق‌تر مکانیسم تاثیر عملکرد ناصحیح آنها در بروز حالات بیماری می‌شود. به علاوه این مدل‌ها سبب ارزیابی موثرتر فرضیه‌ها و نظریه‌های درمانی مانند طراحی انواع پروتئینها با خصوصیات منحصر به فرد لیگاند-رسپتوری می‌گردد. از جمله اهداف دیگر این شاخه، مطالعه و مدل‌سازی ساختار سلول و فرایند بازیابی جراحات در بافت‌های آسیب‌دیده به منظور ارائه روش‌های درمانی بهینه‌تر جهت تقلیل و رفع ضایعات بافتی و همچنین تولید نمونه‌های مصنوعی برای جایگزینی آنهاست. به این منظور علل و مکانیسم‌های تبدیل سلول‌های بنیادی‎ به بافت‌ها و ارگانهای مختلف بررسی و با استفاده از مدل‌های بدست آمده بافت‌های آسیب دیده ترمیم یا در خارج از بدن به صورت مصنوعی تولید می‌شود. از جمله این بافتها و ارگانها می‌توان به استخوان، غضروف، کبد، پانکراس، پوست و رگ‌های خونی اشاره کرد.‏

گرایش پردازش تصاویر پزشکی

 

در این رشته اطلاعات جمع‌آوری شده در تغییرات پدیده‌های فیزیکی در بدن را با بهره‌گیری از تکنولوژی تحلیل پردازش الکتریکی و سرعت بالای آن تجزیه و تحلیل می‌کنند و به صورت یک تصویر در می‌آورند و اغلب این تصاویر را می‌توان با اعمال غیر تهاجمی (بدون آسیب) بدست آورد به نحوی که هیچ اثر دردی برای بیمار نداشته باشد. در این گرایش تهیه تصویر از اجزاء ایستای بدن مانند استخوانها و بافتها و ادغام ویژگی‌های منحصر به فرد حالت‌های مختلف تصویربرداری مثل ‏CT‏ و ‏MRI‏ جهت تهیه تصاویر گویاتر مانند تصاویر سه‌بعدی و همچنین ارائه الگوریتم‌های پردازشی برای مدل‌سازی بافت‌های سالم و ضایعات آنها جهت ارائه روش‌های تشخیصی دقیقتر و غیر تهاجمی مورد بررسی قرار می‌گیرد.‏ همچنین بررسی فیزیولوژی و حرکت بافت‌های دینامیک در بدن مانند قلب و عروق از طریق تصویربرداری عملکردی‎(Functional Imaging) ‎‏ و تکنیک‌های ‏بلادرنگ (Real Time)‏ و همچنین مدل‌سازی این رفتارها در بافت‌های سالم و ناسالم در جهت تشخیص بهتر ناهنجاریها و تصویربرداری مولکولی به منظور مطالعه موقعیت، ساختار و حرکت مولکول‌ها (مانند مولکول‌ها و سلول‌های سرطانی) و توجیه این حرکات بر اساس الگوریتم‌های آماری و همچنین مطالعه و مدل‌سازی مکانیسم‌های مختلف حیات در سطح مولکولی به صورت غیرتهاجمی برای ارائه روش‌های درمانی دقیق‌تر مثل طراحی آنتی‌بادیها و ردیابی آنها برای از بین بردن بهتر مولکول‌ها و سلول‌های مهاجم و تقلیل آسیب به سلولهای سالم بدن مورد نظر است.

گرایش مهندسی توانبخشی

 

یک شاخه جدید و توسعه یافته مهندسی پزشکی است. متخصصان این رشته به بالا بردن توانایی‌ها وبهبود بخشیدن به کیفیت زندگی افراد کمک می‌کند و با توجه به پیشرفت تکنولوژی به طراحی مح‌های جدید و روشهای نوین برای سکونت ارتباط و... کمک می‌نماید.

گرایش مدل‌سازی سیستم‌های فیزیولوژیکی

 

در این زمینه سعی می‌شود با استفاده از قوانین موجود در مهندسی و تکنیک‌های پیشرفته و ابزار لازم یک طرح کلی و جامع از ارگان‌های زنده، ازباکتری گرفته تا انسان، تهیه می‌کنند. در این رشته برای تحلیل اطلاعات حاصل از آزمایشها و فرمول‌بندی کردن جزئیات فیزیولوژیکی با روابط ریاضی، از مدل‌سازی کامپیوتری استفاده می‌شود. سیستم‌های زنده دارای یک مجموعه بسیار با قاعده به همراه بازخورد برای کنترل خود هستند

[mani24 29665]

[h=2]تاریخچه مهندسی پزشکی[/h]

دریک دیدگاه وسیع تلاش های هزاران سال پیش، مهندسی پزشکی را برای ما در این قرن هموار ساخته است.در سال 2000 میلادی باستان شناسان در آلمان یک مومیایی سه هزار ساله را درThebes کشف کردند که یک عضومصنوعی چوبی همانند یک انگشت چوبی در پایش بکار گرفته شده بود که ممکن است قدیمی ترین عضو مصنوعی شناخته شده باشد.

 

یونانیان همچنین از یک نی تو خالی برای شنیدن و دیدن آنچه که در بدن انسان رخ میدهد استفاده می کردند.

در سال 1816 میلادی فیزیکدان فرانسوی Rene laennec با قرار دادن گوشش در نزدیکی قفسه ی سینه ی بیمار و با استفاده از یک روزنامه ی لوله شده به صداهای درون آن گوش داد. بوجود آمدن این ایده برای اختراع او ، امروزه به ساختن گوشی طبی رهنمون شده است.

هیچ موضوعی در تکنولوژی پزشکی پیشرفت نمی کند مگر آنکه تندرستی انسان را تامین کند. دستگاه های امروزه ی مهندسی پزشکی از تغییر دستگاههای موفق اولیه بوجود آمدند.

ابزارهایی مانند دندان های چوبی ، عصاهای زیر بغل ، و هر وسیله ی که در کیف سیاه پزشکان پنهان شده بود به ابزار های شگفت مدرن که شامل دستگاههای تنظبم کننده ی ضربان قلب ، ماشین های دیالیز و ابزارهای تشخیصی و تکنولوژی تصویربرداری در انواع مختلف (آنژ یو گرافی ،مامو گرافی ،رادیو لوژی ،...)و اعضای مصنوعی شامل ایمپلنت ها و...

 

انجمن ملی مهندسان تعداد مهندسین فعالی که در حوزه های مختلف از تکنولوژی سلامت مشغول به کار می باشند نزدیک 32000 نفر تخمین زده است.اعضای این انجمن می کوشند تا بنیان های مهندسی پزشکی را بر پایه پیشرفت هایی که 200 سال پیش در الکتروفیزیولوژی بدست آمد قرار دهند.پایه گذاری الکتروفیزیولوژی با Dubois Reymond آغاز شد همزمان با او Hermann von با دیدگاهی نو بر این نظر عقیده داشت که بکار بستن قوانین مهندسی در فیزیولوژی بدن بسیاری از مشکلات موجود را برطرف می کند.او عضلات را بصورت مقاومت و عصب ها را رسانای جریان معرفی کرد.

 

در سال 1895 Wilhelm Roentgen لامپ اشعه ی کاتد را بصورت تصادفی کشف کرد.این دستگاه که شامل یک ورقه روکش دار از آلیاژهای مس نیکل و تنگستن به همراه باریم بود . Roentgen به طور قطع فهمید که این لامپ باید انواع اشعه های نافذ را ساطع کند. او این اشعه را X نامید چون تا آن زمان ناشناخته بود. حتی زمانی که لامپ و ورقه در اتاق های جداگانه بودند تابش اشعه وجود داشت .در مدت زمان کوتاهی او حدس زد که اگر او اشعه X را از بین دست عبور دهد و آن را روی یک صفحه ثبت کند استخوان های دست را بوضوح خواهد دید.در حقیقت اولین رادیو گرافی از بدن انسان دست چپ Mrs Roentgen بود. در دهه بعد اشعه ی X به یک ابزار تشخیصی وسیع تبدیل شد . از استخوان ها تصویر واضحی همانند بک شی سفید در یک صفحه با زمینه ی سیاه نمایش داده می شد . این تحقیق او بر روی بافت هایی که این اشعه می گذشت یک مسیر را برای آخرین محصولات مدرن تکنولوژی تصویر برداری پزشکی و حذف آسیب هایی که در جراحی رخ می داد ، باز کرد.

 

مهندسی پزشکی یک ترکیب بی مانند از علوم مهندسی وپزشکی است و علومی همچون بیو فیزیک و فیزیک پزشکی را در ابتدای این قرن بوجود آورد. در آغاز این سه رشته به صورت بالقوه غیر قابل تشخیص بودند. و هیچ برنامه ی سلسله واری وجود نداشت .

در زمان بین جنگ جهانی اول و دوم تعدادی از لابراتور ها تحقیق را روی بیو فیزیک و فیزیک پزشکی عهده دار شدند. اما تنها یک آزمایشگاه یک ایده ی منسجم را ارایه داد . در سال 1921 Oswalt در فرانکفورت آلمان موسسه ای را پایه گذاری کرد که موضوعات فیزیک را در پزشکی بررسی می نمود .اعضای این انجمن می کوشیدند تا تاثیر تشعشع را بر عناصر زیستی بیابند. موسسه ی Oswalt و دانشگاه فرانکفرت به سرعت رشته ی بیوفیزیک را تا مقطع دکترا راه اندازی کردند. دروس آنها شامل اثر اشعه ی X بر روی بافت و خا صیت الکتریکی بافت بود. اساتید دانشگاه و محققین و دستیاران و تکنسین شامل 20 نفر بودند.

پیرو جنگ جهانی دوم مجری کمییته حوزه های مختلف پزشکی و مهندسی و زیست را با یکدیگر ترکیب کردند و دانس فیزیک پزشکی در سال 1943 در آلمان پایه گذاری شد.

5 سال بعد اولین کنفرانس مهندسی در پزشکی و زیست در آمریکا برگزار شد که تحت حمایت انجمن مهندسی برق و الکترونیک در آمریکا بود.

در این نشست کوچک تقریبا 20 صفحه به حاضرین جلسه که تعدادشان کمتر از 100 نفر بود تقدیم شد موضوع مورد برسی پیرامون یونیزاسیون توسط اشعه و مفهوم آن بود.

در سال 1985 کنفرانس بر پایه ی استفاده از کامپیوتر در پزشکی و زیست بود . در سال 1961 جمعییتی نزدیک به 3000 نفر شرکت کردند.

در سال 1983 نخستین بیمار تحت عمل جراحی قلب مصنوعی قرار گرفت و 192 روز زنده ماند.در سال 1988 تلمبه ی تنظیم کننده ی قلب ساخته شد .در سال 1993 اولين پاي الكتريكي ساخته شد. پايي كه با استفاده از سيستم بادي و كنترلهاي ريزپردازنده، سرعت قدم زدن فرد را دريافته و محفظه هاي بادي خود را به نحوي تنظيم ميكند كه به طور طبيعي به جلو عقب حركت كرده و مانع از لنگيدن فرد ميشود. و اكنون دانشمندان مهندسي پزشكي به ياري متخصصان رشتههاي مرتبط تلاش ميكنند تا چشم مصنوعي، كليه مصنوعي يا رگ مصنوعي را اختراع كنند.

 

در ایران این رشته در چهار گرایش بیو الکتریک ، بیو مکانیک ، بیومواد,مهندسی پزشکی بالینی ارایه می شود .

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[mani24 29665]

[h=2]معرفی گرایش بیو الکتریک[/h]

مقدمه :

 

عنوان مهندسی پزشکی ، کم و بیش بیانگر زمینه ي تحصیلی و کاری این رشته می باشد ، اما با توجه به استقبال داوطلبان آزمون سراسری در سالهای اخیر به این رشته و نیاز غیر قابل انکار جامعه علمی کشور به ایجاد زبان مشترک و بستر همکاری میان جامعه پزشکان و مهندسان ، قصد داریم تا در این مقاله ، به تبیین و توضیح بیشتر مهندسی پزشکی در ایران و چالشهایی که دانشجویان، فارغ التحصیلان و اساتید این رشته با آن رو به رو هستند بپردازیم ، به این امید که خواننده این مطلب با ماهیت این رشته و جایگاه آن در جامعه علمی و صنعتی امروز آشنایی بیشتری پیدا کند . همچنین در مورد زمینه های تخصصی گرایش بیوالکتریک مهندسی پزشکی و موقعیتهای شغلی باالفعل و باالقوه یک مهندس بیوالکتریک نیز اطلاعاتی اجمالی در اختیار خواننده قرار خواهدگرفت .

 

از زمان استفاده از پروتزهای چوبی و نوارهای آغشته به گل ، در درمان شکستگی ها و دررفتگی مفاصل گرفته تا قرن بیست و یکم و به کارگیری پیشرفته ترین تجهیزات تشخیصی و درمانی نظیر MRI ، همواره پزشکان برای تشخیص بیماری و درمان آن نیازمند استفاده از تجهیزات پزشکی بوده اند و از زمانی که مهندسی پزشکی به صورت آکادمیک پزشکان را در این امر یاری می رساند ، چیزی حدود صد سال می گذرد . در ابتدا این رشته بخشی از مهندسی برق و مهندسی مکانیک بود ، اما به مرور و با نیاز روز افزون جامعه به متخصصان این علم ، مهندسی پزشکی هویتی کاملا مستقل یافت و امروز با بهره گیری از علوم مختلف زیستی و پزشکی ، برق ، مکانیک ، پلیمر و مواد ، در میان رشته های دانشگاهی، از جایگاهی استراتژیک و رو به رشد برخوردار است ؛ تا جایی که امروزه شاهد ظهور رشته هایی جدید نظیر مهندسی بافت ، مهندسی ورزش و مهندسی شبکه های عصبی در بستر این علم هستیم .

 

هدف این رشته تربیت متخصصانی است که از عهده تجهیز ، نگهداری و طراحی دستگاههای پزشکی و اندامهای مصنوعی برآیند و بتوانند میان دو دنیای مهندسی و پزشکی ، زبانی مشترک ایجاد کنند. مهندسی پزشکی به علت ماهیت بین رشته ای خود ، گاه در دانشکده های پزشکی ، گاه در دانشکده های مهندسی و گاه با همکاری هر دو تاسیس می شود ، در ایران نخستين گام بمنظور ايجاد رشته مهندسي پزشكي با پروژه سيبرنتيكي و تاسيس آزمايشگاه مهندسي پزشكي در سال 1366 در دانشكده مهندسي برق دانشگاه صنعتی امیرکبیر برداشته شد . اين پروژه به سرپرستي دكتر هاشمي گلپايگاني و همكاري استادان ديگري از دانشگاههاي مختلف و دانشجويان مقاطع كارشناسي ارشد و دكترا در سال 1368 موفق به دريافت جايزه اول جشنواره خوارزمي گرديد . در ادامه فعاليتهاي آزمايشگاههاي مهندسي پزشكي ، توسعه پروژه دست سيبرنتيكي و پروژه شبكه­هاي عصبي شروع گرديد و در اين ارتباط ، تعداد بسياري از دانشجويان مقاطع كارشناسي ، كارشناسي ارشد و دكترا پروژه­هاي خود را در اين آزمايشگاه به انجام رسانيدند و مقالات زيادي از فعاليتهاي آنان در داخل و خارج از كشور منتشر گرديد . در مهر ماه سال 1371 اولین دانشکده مهندسی پزشکی ایران در دانشگاه صنعتی امیرکبیر ، بنیان نهاده شد و در سال 1374 دوره کارشناسی در سه گرایش بیوالکتریک ، بیومکانیک و بیومتریال در این دانشکده دایر گردید .

 

از علل تفکیک این رشته به سه گرایش فوق الذکر ، حجم زیاد دروسی است که یک مهندس پزشکی باید فرا بگیرد و چون امکان ارائه محتوای تمام این دروس در دوره 4 ساله کارشناسی وجود ندارد و از طرفی ایجاد یک رشته کارشناسی ارشد پیوسته در دانشگاههای فنی با خلأ قانونی مواجه است ، از این رو این تفکیک گرایشی طبق روال اکثر دانشگاههای فنی دنیا صورت گرفت ؛ اما نباید فراموش کنیم که بیشتر پروژه های مهندسی پزشکی نیاز به همکاری و ارتباط تنگاتنگ دانشجویان این سه گرایش با یکدیگر دارد .

 

بیوالکتریک( (Bioelectric:

 

این گرایش از مهندسی پزشکی دامنه بسیار وسیعی را شامل می شود اما در تعریفی کوتاه ، بیوالکتریک را می توان علم استفاده از اصول الکتریکی ، مغناطیسی و الکترومغناطیسی در حوزه پزشکی دانست ؛ همچنین الگوبرداری از سیستم های بیولوژیکی در طراحی های نوین مهندسی نیز در حیطه این علم قرار دارد . در واقع یک مهندس بیوالکتریک علاوه بر این که به تمام گرایشهای مهندسی برق (به ویژه گرایش الکترونیک در مقطع کارشناسی و گرایشهای کنترل و مخابرات در مقاطع بالاتر) با دیدگاهی از حوزه علم خود نظر دارد ، از برخی از شاخه های مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات نیز در حیطه علم مهندسی پزشکی یاری می جوید .

 

هدف دانشکده از ایجاد این گرایش در مقطع کارشناسی ، تربیت مهندسان الکترونیکی است که با گذراندن واحدهای درسی و آزمایشگاهی ای نظیر فیزیولوژی ، آناتومی و فیزیک پزشکی ، به نوعی بلوغ ذهنی و توانایی علمی در حوزه پزشکی دست یافته اند .

 

اهم حوزه هايی که یک مهندس بیوالکتریک در آن فعالیت می کند عبارتند از :

 

الف – پردازش سيگنال هاي حياتي

 

پردازش علائم حياتي يكي از گسترده‌ترين مباحث موجود در فعاليت‌هاي گرايش بيوالكتريك است. اين مبحث در واقع بخشي از مبحث كلّي ”پردازش سيگنال“ است كه مورد بررسي و استفاده بسياري از گرايش‌هاي مهندسي، به ويژه مهندسي مخابرات و الكترونيك مي‌باشد، امّا بنا به ماهيت خاص سيگنال مورد پردازش دركارهاي پزشكي، توجه به نكات خاصي در پردازش سيگنال‌هاي حياتي الزامي است كه به اين مبحث موجوديت خاص و ويژه‌اي داده است.

 

همچنین در تمامي موارد ثبت سيگنال، دادة اخذ شده داراي نويزها و آرتيفكت‌هاي مختلف است كه لازم است قبل از هر كاري بر روي سيگنال، اين زوايد از آن حذف شوند. از این رو مبحث حذف نويز، يا در حالت كلي‌تر، بهبود كيفيت سيگنال از جمله مباحث مهم در پردازش سيگنال است .

 

ب- پردازش تصاوير پزشکي و سيستم هاي تصوير برداري

 

تصاوير پزشكي با توجه به آنكه وضعيت بدن را به صورت دو بعدي و حتي سه بعدي (بوسيله كامپيوتر) نشان مي‌دهند، يكي از مهمترين وسايل تشخيص براي پزشكان هستند كه همواره بخش عظيمي از تحقيقات را به خود اختصاص داده‌اند. سيستمهاي تصوير برداري را مي توان به گروههاي زير تقسيم كرد:

 

· روشهاي اشعه ايكس (راديوگرافي، فلوئورسكوپي و CT).

 

· روش مغناطيسي MRI .

 

· پزشكي هسته‌اي (Nuclear Medicine).

 

· روش‌هاي ماوراء صوت.

 

تصاوير حاصله در روشهاي فوق عموماً و به صورت خام قابل استفاده نيستند، لذا پردازشهاي وسيع و گسترده‌اي روي آنها صورت مي‌گيرد كه عموماً شامل موارد زير است:

 

· پردازش تصاوير و استخراج اطلاعات موثر در تشخيص و يافتن مواضع مورد توجه (ROI).

 

· بازسازي تصاوير در كامپيوتر به صورت سه بعدي و درونيابي اطلاعات جهت توليد برشهاي لازم از ارگان تحت تصوير برداري.

 

· حذف نويز، اختصاص رنگ و در كل ارتقاء كيفيت تصوير.

 

 

 

پ - پردازش صوت وگفتار و طراحي سيستم هاي گفتار درماني و کمک همراه معلولين گفتاري

 

گفتار يکي از علايم بسيار مهم زيستي است که از هوشمندترين موجود روي زمين، يعني انسان صادر مي‌گردد. با توجه به توسعة وسيع سيستم‌هاي کامپيوتري و اهميت روزافزون انواع پردازش‌های صوتی و گفتاری در جهان امروز و ارتباط تنگاتنگی که ويژگي‌های گفتار توليد شده با خصوصيات آناتوميک و عصبي دستگاه توليد گفتار و همچنين چگونگي عملکرد سيستم اعصاب مرکزي او دارد، اهميت پرداختن به اين مقولة پرکاربرد مهندسي در دانشکدة مهندسي پزشکي ظاهر مي‌گردد. البته علائق و نوع رويکرد برخورد با مسائل مهندسي در اين دانشکده باعث تفاوت‌هاي پايه‌ای و اصولي در نوع برخورد با اين مسئله نسبت به دانشکده‌هائي مثل برق يا کامپيوتر و رشته‌هائي مثل مخابرات و کامپيوتر شده‌است. در آن جا معمولاً به سيگنال گفتار به صورت يک سيگنال عادی که حاوي اطلاعاتی است که بايد به هر صورت ممکن از آن استخراج گردد، نگاه مي شود در حاليکه در دانشکدة مهندسي پزشکي، محققين در پي دنبال کردن مسئله و مدلسازي آن به صورتي هستند که تا حد ممکن با اصول عملکرد جهاز صوتي و مبانی زيستی توليد گفتار در انسان هماهنگي داشته باشد و سعي مي‌نمايند از روش‌هاي استخراج ويژگي و مدل‌هائي استفاده کنند که به روش‌های زيستي انساني نزديکتر باشند

 

 

 

موارد ديگر مربوط به اين رشته، طراحي و ساخت وسائل و تجهيزات تشخيصی مثل شنوائي سنجي و ثبت و پردازش سيگنال‌های برانگيختة شنوائي، انجام پردازش های لازم در اعضای مصنوعي شنوائي مثل حلزون مصنوعي گوش و ساخت دستگاه‌هائي است که به کمک افراد لال و يا داراي مشکلات حاد گفتاري بيايند و به صورت دستگاهي کمک همراه معلول و يا کمک درمان او عمل نمايند.

 

 

 

ت - مدلسازي سيستم هاي بيولوژيک

 

مطالعه، تحليل و مدلسازي سيستم‌هاي بيولوژيکي در عين اينکه راهگشاي پيشرفت فني و علمی در ديگر شاخه های رشتة بيوالکتريک مي باشد، به صورت ايده بخشي قوي برای انجام ابداعات در شاخه‌هاي ديگر علوم مهندسي مثل رشتة پردازش سيگنال، مخابرات و کنترل عمل مي‌کند. اهميت اين شاخه از گرايش بيوالکتريک از زيربنائي بودن آن براي ديگر شاخه‌های اين گرايش نشأت مي‌گيرد.

 

سيستم هاي بيولوژيک دارای ساختارهاي فيزيولوژيک و کنترلي بسيار پيچيده و کارآ ميباشند. تحليل و مدلسازي کيفي و کمّي آنها در اکثر موارد فاصلة فوق‌العاده‌ای نسبت به آنچه که در واقع است، مي‌گيرد، ولي حرکت در اين جهت علاوه بر اينکه به مدل‌هائي مهندسي منجر مي‌شود که قابل استفاده در بخش‌هاي ديگر مهندسي بيوالکتريک هستند، ايده بخش ابداع روش‌هاي قوي تر در شاخه‌های ديگر مهندسي نيز ميباشد. برای مثال مدل‌هاي مهندسي مثل شبکه‌هاي عصبي مصنوعي و بسياری از پردازشگرها و کنترلرهاي هوشمند، ايدة اولية خود را از چگونگي عملکرد سيستم‌هاي بيولوژيک و زنده اخذ نموده‌ و مي‌نمايند.

 

مدلسازي سيستم‌هاي بيولوژيک محدود به دايرة خاصي نيست و از مدلسازي کمّي و کيفي يک سلول تا مدلسازي سيستم اعصاب مرکزي انسان، يعني مغز، ادامه مي‌يابد. از آن ميان، به عنوان مثال مي‌توان به موارد پرکاربرد زير اشاره نمود:

 

· مدلسازي عضلات و سيستم عصبی محرک آنها

 

· مدلسازي نخاع

 

· مدلسازي قشرهاي حرکتي مغز.

 

· مدلسازي نواحي ديداري، شنيداري و ادراکي مغز.

 

· مدلسازي عقده‌هاي درون مغزي که اِشکال در آنها به بيماري‌هائي مثل پارکينسون منجر مي‌گردد.

 

· مدلسازي مخچه و چگونگي اجراي حرکات و ادراکات مهارتي

 

· مدلسازي چشم و سلول‌هاي عصبي بينائي

 

· مدلسازي سيستم توليد گفتار و شنوائي به صورت حلقه باز و حلقه بسته

 

· مدلسازي سيستم تنظيم فشار خون، ضربان قلب و ميزان الاستيسيتة رگ‌ها

 

· مدلسازي سيستم تنظيم درجة حرارت بدن

 

علاوه بر استفاده‌هاي فراوان مهندسي که اين مدل‌هاي رياضي (و يا حتي در مواردي کيفي) دارند، در موارد درماني خاص نيز مي‌توان از آنان بهره گرفت . براي مثال اگر مدل نسبتاً مناسبي از يک سيستم مهم بدن مثل سيستم تنظيم فشار خون محاسبه شود، مي‌توان اثرات اعمال داروهاي مختلف کاهش يا افزايش فشار خون را در دوزهاي مختلف و فواصل و نرخ اعمال دارو را بدون اينکه خطري برای کسي داشته باشد توسط رايانه، با استفاده از برنامه‌هاي شبيه سازي که در آن از مدل رياضي ساخته شده برای آن سيستم استفاده شده است، آزمايش نمود.

 

 

 

ث - طراحي بخش هاي الکترونيکي و کنترل اعضاء و اندام مصنوعي و ساخت وسايل توانبخشي

 

از بخش های مهم و تخصصی رشتة مهندسي پزشکي طراحي و ساخت اندام مصنوعي است. در اين راه علاوه بر تخصص‌های بيومکانيک جهت طراحي و ساخت بخش‌های مکانيکي اندام مصنوعي و بيومواد جهت سازگار ساختن آنها با ويژگي‌ها و حساسيت‌های اندام طبيعي که در مجاورت آنها قرار مي‌گيرند، در مواردي که اندام مصنوعي از نوع فعال هستند، نيازمند مدارات الکتريکي، الکترونيکي و ديجيتالي ميباشند. از اين نوع اندام مصنوعي برای مثال مي‌توان از دست و پاي مصنوعي فرمان‌پذير، حلزون مصنوعي گوش و چشم مصنوعي نام برد که همگي از فن‌آوري‌های بسيار پيشرفتة روز استفاده مي‌کنند. طراحي و ساخت اين گونه وسايل، يکي از جالب‌ترين و مهم‌ترين بخش‌هاي فني و پژوهشي مربوط به گرايش مهندسي بيوالکتريک است.

 

به عنوان مثال در طراحي بخش‌هاي کنترلي "دست سيبرنتيک" که از طرح‌هاي ملي اجرا شده در دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی امیرکبیر است، که در واقع يکنوع دست مصنوعي قابل کنترل ارادي، جايگزين دست قطع شدة معلولين مي‌باشد، ابتدا از سخت‌افزارهاي دريافت و تقويت سيگنال‌هاي “EMG” جهت ثبت علايم مذکور از عضلات سالم معلول استفاده مي‌شود و سپس حجم وسيعي از پردازش‌ها و طبقه‌بندي‌هاي هوشمند سيگنال‌هاي “EMG” به منظور آشکارسازي جهت ارادة فرد معلول و يافتن حرکت مورد نظر او به کار گرفته مي‌شوند. در ادامه، روش‌هاي پيشرفته و غير خطي کنترلي توسط سيستم‌های ميکروپروسسوري، جهت تحقق صحيح آن حرکت در شرايط بسيار متغير دست مثل بارگذاري متغير و زواياي مختلف اجزاي متصل آن که توليد سيستمي بسيار غير خطي مي‌کنند، پياده سازي مي‌شوند.

 

مشاهده مي گردد که بخش وسيعي از دانش فني سخت‌افزاري و نرم‌افزاري برای طراحي و ساخت اعضاي مصنوعي مختلف لازم هستند که باعث وسيع شدن دايرة عملکرد اين بخش ميگردند.

 

علاوه بر موارد مربوط به ساخت اعضاي مصنوعي، طراحي و ساخت وسايل و تجهيزات توانبخشي را نيز مي‌توان در اين دسته قرار داد. از اين ميان ميتوان به تجهيزاتي مثل سيستم “FES” يا تحريک الکتريکي عضلات افراد قطع نخاع جهت حرکت دادن مصنوعي آنها اشاره کرد، و يا تجهيزات الکتريکی و الکترونيکي توانبخشی که دايرة وسيعي از وسايل را شامل مي‌گردند و جهت بازيابي توانائي فيزيکي اعضاي صدمه ديده به کار مي‌روند.

 

 

 

ج - ثبت سيگنال هاي حياتي و طراحي سيستم هاي مانيتورينگ بيمارستاني

 

اين بخش مربوط به طراحي و ساخت وسايلي جهت ثبت داده‌ها و علائم حياتي از بيمار می شود. با توجه به توانايي‌ها و گسترش روزافزون فن‌آوري ديجيتال، اين سخت افزارها غالباً به كامپيوتر متصلند و لذا توليد مدارهاي واسط مناسب بوسيلة فن‌آوري روز يكي از زير مجموعه‌هاي مهم تحقيقاتي در اين مقوله محسوب مي‌شود.

 

با توجه به حجم بسيار بالاي استفاده از تجهيزات مانیتورینگ و ثبت داده در محيط‌هاي بيمارستاني، از جمله اتاق های عمل، آي‌سي يو، سي‌سي‌يو و آزمايشگاه‌هاي ثبت نوارهاي قلبي و مغزي، اهميت اقتصادي توليد چنين تجهيزاتي آشکار مي‌گردد و ارزش کار مهندسي و تحقيقاتي بر روي اين گونه وسايل را نشان مي‌دهد.

 

 

 

ح - طراحي و ساخت سيستم هاي درماني و آزمايشگاهي پزشکي

 

در اين بخش تجهيزات فراواني وجود دارد كه برخلاف موارد بيان شده كه در تشخيص كاربرد داشتند، در درمان بيماريها كاربرد دارند و با وجود نياز فراوان به آنها در نقاط مختلف كشور، تا كنون در كشور ساخته و به صورت عمده عرضه نشده‌اند. محققان و متخصصان بيوالكتريك قادرند به ساخت اينگونه تجهيزات و يا تا حدامكان توليد داخل نمودن آنها اقدام نمايند. مواردي از اين دست را مي‌توان به شرح زير ذكر كرد:

 

1. سنگ شكنهاي كليه

 

2. تجهيزات فيزيوتراپي و كايروپراكتيك

 

3. تجهيزات راديوتراپي

 

4. ليزرها

 

 

 

علاوه بر موارد فوق ، می توان به امکان فعالیت مهندسان بیوالکتریک در حوزه های گسترده ای نظیر:

 

· طراحی بانکهای اطلاعاتی پزشکی ،

 

· طراحی سیستم های مورد نیاز در مانیتورینگ و یا جراحی بیمار از راه دور،

 

· ایجاد شبکه های تبادل اطلاعاتی بین مراکز آموزشی-درمانی و بیمارستانهای کشور جهت کنترل بیماریهای مسری ، انتقال بیماران و ...

 

 

 

اشاره کرد که نیازمند همکاریهای بین بخشی گسترده ای در سطح کشور می باشد.

 

همچنین با توجه به نقش اساسی تجهیزات پزشکی در ارتقاء شاخصهای بهداشت عمومی ، و در نظر داشتن این مطلب که سالانه صدها میلیون دلار صرف خرید این تجهیزات برای بیمارستانهای کشور می شود، استفاده از مشاوره علمی و فنی مهندسان پزشکی در سفارش و خرید این تجهیزات، موجب کاهش هزینه های احتمالی ناشی از معیوب بودن دستگاه و یا ناکارآمدی آن می شود.

 

گفتنی است به علت عدم تعریف جایگاه مهندسان این رشته در نمودار سازمانی بیمارستانهای کشور ، متأسفانه هزینه های سنگینی به بخش درمان تحمیل می شود؛ به عنوان مثال ، دستگاهی به قیمت گزاف از شرکتهای واسطه ای که معمولا تخصص ویژه ای در حوزه مهندسی پزشکی ندارند، خریداری می شود، در بیمارستان به علت عدم آشنایی پرسنل با جزئیات فنی دستگاه و نگهداری آن و یا به هر دلیل دیگری، دستگاه دچار اشکال فنی می شود، حال یا به گورستان این تجهیزات در بیمارستانهای کشور منتقل می شود و یا با صرف هزینه های غیر واقعی که از سوی شرکت سازنده درخواست می شود اقدام به تعمیر دستگاه مورد نظر می شود. از این رو حضور مهندسان پزشکی به عنوان مسئول فنی و مهندسی در بیمارستانها ، و آموزش تکنسینها توسط ایشان جهت نگهداری و تعمیر تجهیزات، می تواند موجب صرفه جویی های اقتصادی و تضمین هر چه بیشتر سلامت بیماران شود.

 

 

 

منابع: کاتالوگ جامع مهندسی پزشکی دانشکده ، مصاحبه با دکترفلاح ، دکترغریب زاده و دکترمالکی و منابع متفرقه

[mani24 29665]

[h=2]معرفی گرایش بیومکانیک[/h]

تقريباً در اوايل دههُ 70 ميلادی، جامعهُ بين المللی واژه "بيو مکانيک" را برای دانش مطالعه سيستم های حياتی از ديد مکانيکی انتخاب نمود. بيو مکانيک از ابزار مکانيک برای مطالعات آناتوميکی و بررسی کارکرد اندام حياتی استفاده می کند. ااين علم طيف گسترده ای را از مطالعه تئوری تا کاربردهای عملی می پوشاند.

 

مطالعه کامل مکانيک شامل دو موضوع اساسی می باشد: استاتيک، که مطالعه اجسامی است که، در اثر نيرويی که بر آن ها ااعمال می شود، در حال سکوني يا وضعيت تعادل باقی می‌مانند و ديناميک، که مطالعه اجسام متحرک است. ديناميک را به نوبه خود می توان به زير گروه های سينماتيک و سينتيک تقسيم بندی نمود. سينماتيک را می توان علم حرکت ناميد، زيرا ااين علم، در مورد روابطی بحث می کند که مابين جابجايی ها، سرعت ها و شتاب ها در حرکت انتقالی و دورانی وجود دارند. اين علم با نيروهای درگير کاری ندارد بلکه فقط به توصيف حرکت ناشی از آن ها می پردازد. سينتيک در مورد اجسام متحرک و نيروهايی بحث می کند که عمل می نمايند تا ايجاد حرکت کنند. برای روشن شدن اين مطلب که مطالب مکانيکی فوق را چگونه در مورد بيومکانيک به کار می بريم، می توان به موارد زير اشاره کرد:

 

Eberhort و همکارانش (1954)، در تحقيق های خود در رابطه با حرکت انسان، ابتدا سينماتيک قدم زدن را مورد بحث قرار دادند و جابجايی های قطعات بدن را در سه صفحه مختصات اصلی توصيف نمودند که اين جا بجايی ها شامل تا کردن و باز کردن ران و ساق پا، چرخش لگن و... بود. سپس آن ها سينتيک قدم زدن را با تحليل نيروهای ماهيچه ای و هم چنین نيروهای گرانشی و عکس العمل سطح، يعنی تمام نيروهایی که برای فشار بدن به طرف جلو و کنترل جابجايی قطعه ای بدن لازم بودند، بررسی کردند.

 

Dillman (1971)، سينماتيک و سينتيک حرکت تاب خوردن پا را در طول دويدن، مطالعه کرد. در حالی که، plangenhoef (1968)روش مطالعه ديناميک را با استفاده از يک کامپيوتر پيشنهاد نمود. در حال حاضر صدها مطالعه و بررسی مربوط به استاتيک و ديناميک فعاليت های بدن، ارائه و منتشر گرديده است.

 

با وجود آنکه بيومکانيک از لحاظ انجمن های رسمی بين المللی دانش نوينی به حساب می آيد اما تاريخچه پيدايش و ادامه حيات آن چيز ديگری را نشان می دهد:

 

در بررسی هايی که در مطالعات ارسطو در قرن 14 پيش از ميلاد صورت گرفته است، مشخص شده که وی قصد داشته تا با استفاده از تحليل های هندسی، کارکرد ماهیچه ها را در توليد حرکت حيوانات توصيف کند.

 

حدود 2000 سال بعد، لئوناردو داوينچی (1519-1425 بعد از ميلاد) در نقاشی های آناتوميکی معروفش، مکانيک ايستادن، راه رفتن و پريدن را تشريح کرد و گاليله(1643-1564بعد از ميلاد) حدود صد سال بعد اولين تلاش ها را برای آناليز رياضی کارکردهای فيزیولوژيکی انجام داد. به خاطر تلاش های پيشگامانهwilliam Harvey (1657-1578 بعد از ميلاد) در تعريف آناتوميکی سيرکولاسيون خون در بدن، او را پدر مكانيك سيالات زيستي(biofluid) مدرن مي دانند. Alfonso Borelli را نيز به خاطر فعاليت های گسترده اش در زمينه تفسير و توضيح نيروهايی که توسط ماهيچه توليد می شود، نقش استخوان ها به عنوان محور و ارتباط تنگاتنگ سيستم استخوانی با ماهيچه ها، پدر مکانيک جامدات زيستی (biosolid) قلمداد می کنند.

 

از اولين متوني كه به بررسي كمي بيومكانيك راه رفتن و آناليز گيت (gait) مي پرداخت، مي توان به كتابDe Muto Animalum نوشتۀ Borelli اشاره كرد. وي شاگرد گاليله بود و در كارهايش از نتايجي كه گاليله در مطالعات خود به دست آورده بود براي پيشبرد اهدافش در زمينه مطالعه بيومكانيك استفاده نمود.

 

كارهاي اين پيشگامان در زمينه بيومكانيك توسط افراد بزرگي نظير Isaac Newoton (1727-1642بعد از ميلاد)، Danie Bernoulli(1782-1700بعداز ميلاد)،Jean.L.M Poiseuille (1869-1799بعد از ميلاد)، Thomas Young(1829-1773بعد از ميلاد) و بسياري ديگر پيگيري شد. بررسي تمام فعاليت ها و اقدامات اين افراد در زمينه بيومكانيك نياز به فضايي بسيار زياد براي توضيح دارد كه در اين بحث نمي گنجد. اما با نگاهي گذرا به اين اسامي قوانين معتبر علوم فيزيكي و مهندسي به ذهن مي آيد. براي مثال معادله برنولي در هيدروديناميك، مدول يانگ در تئوري الاستيسيته، معادله پويسوله براي سيالات و... . براستي اولين جرقه ها براي بيان اين قوانين و معادلات از كجا آغاز شد؟ از بررسي سيستم هاي صنعتي!!!؟ بسياري از اين قوانين و معادلات از مطالعات فيزيولوژيكي و پزشكي براي بررسي و تشريح ساختار و كاركرد سيستم هاي حياتي نشأت گرفته اند.

 

اما نكته بسيار مضحك در اين زمينه، اين است كه تأثير اين قوانين بر پيشرفت صنعت بيش از اثري بود كه مطالعات فيزيولوژيك گذاشتند. اين امر ضرورت وجود شاخه اي از علوم مهندسي به نام مهندسي پزشكي را به خوبي روشن مي كند. دانشي كه امروزه در سرتاسر دنيا به صورت گسترده اي مورد توجه قرار گرفته است.

 

اما سوالي كه ممكن است در اين قسمت مطرح شود اين است كه وارد كردن علم مكانيك در حوزه مباحث زيستي و حياتي چه ثمري دارد؟ و اگر علمي به نام بيومكانيك وجود نمي داشت، چه اتفاقي رخ مي داد؟

 

براي پاسخ به اين گونه سؤالات و روشن شدن ضرورت وجود دانش بيومكانيك چند مثال مي زنيم:

 

رشد و نمو در انسان از آغاز تولد شروع مي شود و به صور مختلفي در بخش هاي متفاوت بدن، در تمام طول حيات ادامه مي يابد. نيروهاي مكانيكي مي توانند اثر عمده اي بر رشد بدن ايجاد كنند. نيروهاي عمود بر بدن به آن اجازه مي دهند تا به يك روش نمونه رشد كند. براي مثال ساختار داخلي كلي استخوان عمدتاً با تعداد دفعات بارگذاري بر روي استخوان كنترل مي شود. حال فرض كنيد در زمان رشد سريع، نيروهايي غير طبيعي بر بدن وارد شود، اين مسئله مي تواند منجر به الگوهاي رشد غير عادي شود.

 

اگر بتوانيم تعيين كنيم كه يك تغيير شكل چگونه ايجاد شده يا مي شود، قادر خواهيم بود تا نيروهاي تغيير شكل دهنده را رفع كنيم و نيروهايي را به كار بريم كه مي توانند فرآيند را معكوس نموده و آن را تصحيح نمايند. درمان بسياري از تغيير شكل هاي مادرزادي و غيرمادرزادي توسط ابزارآلات توانبخشي نظير ارتزها، نمونه هايي براي فهم اصول بيومكانيكي به كاررفته در رشد و نمو مي باشند.

 

از زماني كه رونگتن اشعه ايكس را به صورت اتفاقي كشف نمود تا به امروز تحقيقات و مطالعات فراواني بر روي تجهيزات و روش هاي تشخيصي در پزشكي انجام گرفته است. بسياري از اين روش ها بر مبناي خواص مكانيكي بافت هاي مختلف بدن صورت گرفته است. يكي از جديد ترين بررسي ها در اين زمينه " الاستوگرافي" است.

 

الاستوگرافي با استفاده از تكنيك امواج فرا صوتي (Ultrasound) ميزان سختي و سفتي بافت ها را تصوير مي كند. تفاوت ميزان سختي در بافت هاي سرطاني نسبت به بافت هاي اطرافشان باعث بروز كنتراست در تصوير حاصل مي شود و تشخيص سرطان (خصوصاً در سرطان سينه و پروستات) را براي پزشك به سادگي ممكن مي كند. اين مثال نيز كاربرد بيومكانيك را در مددرساني به رشته پزشكي به خوبي روشن مي كند.

 

از اين دست مثال ها به فراواني مي توان در زندگي روزمره انسان ها، در محيط كار و زندگي مشاهده كرد. در يك محيط كار سالم و امن در درجه اول حفظ سلامت كارگر در محيط كار مطرح مي شود نه ساخت مصنوعات صنعتي. كارگران در محيط كارشان با وسايل مختلفي سروكار دارند كه هر يك مي توانند سلامت آن ها را به مخاطره بياندازد. ارگونومي رشته اي است كه در رابطه با طراحي دستگاه ها، ابزار، تجهيزات و وظايفي مي باشد كه سازگار با ويژگي هاي آناتوميك، فيزيولوژيك، ادراكي، رفتاري و مكانيكي انسان ها هستند. تحليل مكانيكي حركت و وضعيت بدن در طول كار به ارگونوميست اجازه مي دهد تا اعمال غيرايمن و شرايط غير ايمن را تشخيص دهد.

[mani24 29665]

حوزه های تخصصی در مهندسی پزشکی

 

1- بیوالکتریک و ابزار دقیق

هدف‌ این‌ رشته‌ تربیت‌ متخصصانی‌ است‌ كه‌ بتوانند از عهده‌ تجهیز، نگهداری‌ و طراحی‌ دستگاه‌های‌ پزشكی‌ برآیند؛ یعنی‌ مهندس‌ الكترونیك‌ مجربی‌ باشند كه‌ با زمینه‌های‌ پزشكی‌ نیز آشنایی‌ داشته‌ و ‌بتوانند دستگاه‌های‌ پزشكی‌ را طراحی‌ كرده‌ و بسازند یا اینكه‌ مسؤول‌ سفارش‌ دستگاه‌ از خارج‌ از كشور باشند. بیوالکتریک بر کاربرد دستاوردهای مهندسی برق و استفاده آن در علوم زیستی تمرکز دارد. دریافت، تقویت و پردازش سیگنالهای زیستی، طراحی و ساخت تجهیزات و ابزارهای دقیق پزشکی، تاثیرات میدانهای مختلف الکترومغناطیسی و پردازش تصاویر پزشکی از حوزه‌های فعالیت بیوالکتریک است. بیوالکتریک و ابزار دقیق، کاربرد الکترونیک و اصول و تکنیک های اندازه گیری در توسعه ی دستگاه هایی است که در تشخیص و درمان بیماری ها به کار می روند. کامپیوترها به طورگسترده ای در بیوالکتریک و ابزار دقیق اهمیت یافته اند تا توان محاسباتی- که در پردازش حجم بالایی از اطلاعات مورد نیاز است- را تامین کنند. ساخت، شناخت و تعمیر انواع دستگاه های پزشکی در حیطه ی وظایف یک مهندس بیوالکتریک قرار دارد.

2- بیومکانیک

دانشجوی‌ مهندسی‌ پزشكی‌ گرایش‌ بیومكانیك‌ با به‌ كارگیری‌ مفاهیم‌ مكانیكی‌ در زمینه‌های‌ پزشكی‌ آشنا می‌شود. اهمیت‌ این‌ رشته‌ زمانی‌ آشكار می‌شود كه‌ بدانیم‌ جلوه‌های‌ مختلف‌ انسانی،‌ جنبه‌های‌ مكانیكی‌ قوی‌ دارد. مثلاً در ساخت‌ دست‌ یا پای‌ مصنوعی و قلب‌ مصنوعی‌ باید یك‌ متخصص‌ بیومكانیك‌ در مورد نحوه‌ حركت‌ اندام‌‌ یاد شده‌ نظر بدهد. همچنین‌ در زمینه‌ سازگاری‌ محیط‌ صنعتی‌ و غیرصنعتی‌ با بدن‌ انسان‌ علم‌ بیومكانیك‌ نقش‌ مهمی‌ را ایفا می‌كند. بیومکانیک به استفاده از مکانیک کلاسیک در زمینه‌های علوم زیستی می‌پردازد. در واقع، بیومکانیک کاربرد علم مکانیک در مسائل بیولوژیک و پزشکی است. استفاده از قوانین دینامیک جامدات برای تحلیلهای حرکتی؛ دینامیک سیالات برای ارزیابی جریانهای درون محیطهای زیستی؛ ترمودینامیک و انتقال حرارت برای تحلیل رفتارهای سلولی و انتقال مواد و جرم بین موجود زنده و محیط و رباتیک برای خلق وسایل تشخیصی و درمانی جدید نیازمند درک مسایل محیط های زنده از زاویه مهندسی است. بیومکانیک شامل مطالعه موارد زیر می باشد :حرکت انسان، تغییر شکل مواد در سیستم های حیاتی یا مرتبط با آن، جریان سیالات در بدن و دستگاه ها(مهندسی قلبی-عروقی)، جراحی رباتیک و کاربرد حس لامسه. تلاش هایی که در زمینه بیومکانیک صورت گرفته تاکنون نتایج زیر را در برداشته است: ساخت قلب مصنوعی، تعویض دریچه های قلبی، کلیه مصنوعی، هیپ مصنوعی، ریه مصنوعی و درک بهتر عملکرد اعضاء و سیستم های اسکلتی-عضلانی.

3- بیومتریال

فارغ‌التحصیل‌ گرایش‌ بیومواد با كار مواد مختلف‌ از قبیل‌ پلیمرها، سرامیك‌ها، كامپوزیت‌ها و مواد فلزی‌ در بدن‌ انسان‌ و در تجهیزات‌ پزشكی‌ آشنا می‌شود. دانش بیومتریال، بافت های زنده و همچنین موادی که در ایمپلنت کردن به کار می روند را توصیف می کند. کاربرد این شاخه استفاده از بافت‌های زنده و مواد مصنوعی و کاشت آنها در بدن است. انتخاب مواد صحیح برای کاشت و پیوند در بدن انسان و یکی از حساس‌ترین و مشکل‌ترین عملیات مهندسی پزشکی است. آلیاژهای فلزی، سرامیک‌ها، پلیمرها و کامپوزیت‌ها از مواد مورد استفاده در کاشت بافت‌ها مصنوعی هستند، اینگونه مواد باید غیرسمی، غیرسرطان‌زا و از نظر شیمیایی غیرفعال و بادوام و دارای قدرت مکانیکی کافی باشند. فارغ التحصیلان گرایش بیو مواد با کارگیری مواد مختلف از قبیل پلیمرها وسرامیک ها وکاپوزیت‌ها ومواد فلزی در بدن انسان ودر تجهیزات پزشکی آشنا می‌شوند. انتخاب مواد مناسب برای قرار دادن در بدن انسان یکی از مشکلترین کارهایی است که یک بیومتریالیست با آن روبرو است. برخی آلیاژهای فلزی، سرامیک ها، پلیمرها و کامپوزیت ها به عنوان مواد قابل ایمپلنت مورد استفاده قرار می گیرند. بیومتریال ساخته شده باید دارای خصوصیت های زیر باشد: غیرسمی باشد، سرطان زا نباشد، از نظر شیمیایی خنثی و پایدار باشدو از نظر مکانیکی به اندازه کافی مستحکم باشد که نیروهای مکرر را در طول زندگی تحمل کند.

4- مهندسی کلینیکی (بالینی)

مهندسی بالینی، کاربرد تکنولوژی در مراقبت های بهداشتی در بیمارستان ها است. مهندس بالینی عضوی از تیم مراقبت های بهداشتی در کنار پزشکان، پرستاران و سایر کارکنان بیمارستان است. مسئولیت های مهندس بالینی عبارتند از :

- ایجاد و حفظ پایگاه داده های کامپیوتری از سوابق لوازم و تجهیزات پزشکی.

- خریداری و استفاده از دستگاه های پزشکی پیچیده.

- کار کردن بر روی پروژه ها به همراه پزشکان و تطابق تجهیزات با نیازهای پزشک و بیمارستان(این عمل اغلب شامل ارتباط تجهیزات با سیستم های کامپیوتری از طریق مدارهای واسط و طراحی نرم افزارهای کامپیوتری برای کنترل دستگاه و آنالیز داده ها می باشد.)

5-مهندسی ارتوپدی و توان بخشی

یک شاخه جدید و توسعه یافته مهندسی پزشکی است. متخصصان این رشته به بالا بردن توانایی‌ها و بهبود بخشیدن به کیفیت زندگی افراد کمک می‌کند و با توجه به پیشرفت تکنولوژی به طراحی روشهای نوین برای سکونت، ارتباط و... کمک می‌نماید. مهندسی توان بخشی یک زمینه جدید و در حال رشد در مهندسی پزشکی محسوب می شود. مهندسان توان بخشی، توانایی های افراد معلول را گسترش می دهند. به دلیل اینکه حاصل کار این مهندسان بسیار شخصی است، اغلب برای افراد خاص یا گروه های کوچکی قابل استفاده می باشد. مهندس توان بخشی غالبا به طور مستقیم با افراد معلول کار می کند. مهندس ارتوپدی(که به عنوان مهندس استخوان یا بیومکانیک ارتوپدی نیز شناخته می شود) در ارتباط با مکانیک و بیولوژی استخوان در زمینه پیش گیری، تشخیص و درمان بیماری های سیستم اسکلتی-عضلانی است.

رابطه متقابل میان حوزه های تخصصی

حوزه های تخصصی مذکور غالبا به یکدیگر وابسته هستند. مهندس پزشکی که در زمینه عملی کار می کند اغلب از علومی که توسط مهندسان پزشکی در زمینه های دیگر جمع آوری شده است استفاده می نماید. برای مثال، طراحی مفصل هیپ عمدتا به کمک مطالعات بیومکانیکی این مفصل انجام می شود. نیروهایی را که بر مفصل ران اعمال می شوند می توان در طراحی و انتخاب مواد برای ساخت پروتز در نظر گرفت. به طور مشابه در طراحی سیستم هایی جهت تحریک الکتریکی عضلات فلج برای به حرکت درآوردن کنترل شده این عضلات، از دانش رفتار سیستم اسکلتی-عضلانی انسان استفاده می شود. انتخاب مواد مناسب مورد استفاده در این دستگاه ها، در حوزه تخصص مهندس بیومتریال است.

 

موقعیت شغلی مهندسان پزشکی

مهندسان پزشکی در مراکز زیر استخدام می شوند:

- صنایع تولید تجهیزات پزشکی و دستگاه های پزشکی، بیمارستانی و کلینیکی.

- بیمارستان ها.

- مراکز تحقیقاتی موسسات آموزشی و پزشکی.

- مراکز آموزشی.

- موسسه استاندارد.

- شرکت های خصوصی.

 

آمادگی شغلی

قبل از هر چیز لازم است متخصص مهندسی پزشکی دید پایه ای قوی در دانش مهندسی داشته باشد. یعنی در دروس اصلی و پایه مهندسی توانمند و به آنها علاقه مند باشد. بعد از آن، باید درک شغلی از واژگان و سیستم های علوم زیستی داشته باشد. داشتن ذهن خلاق همراه با قدرت خلق و ابداع مدل ها به منظور طراحی و ساخت نمونه های گوناگون آلات و تجهیزات پزشکی نیز مهم است. از آنجایی که مهندسی پزشکی پل ارتباطی بین حوزه های پزشکی، فنی و مهندسی است، دارا بودن مهارت های ارتباطی نیز ضروری است. همچنین آگاهی از دانش پاتوفیزیولوژی مفید است زیرا با چنین دانشی متخصص مهندسی پزشکی برای دستیابی به اطلاعاتی پیرامون ارگانیسم های زنده می تواند به خود متکی باشد.