آشنایی با مهندسی پزشکی

سال 1983 اولين بيمار، تحت عمل جراحي پيوند قلب مصنوعي قرار گرفت و 192 روز زنده ماند. سال 1988 تلمبه تنظيم کننده قلب ساخته شد.سال 1993 اولين پاي الکتريکي ساخته شد. پايي که با استفاده از سيستم بادي و کنترل هاي ريزپردازنده، سرعت قدم زدن فرد را دريافته و محفظه هاي بادي خود را به نحوي تنظيم مي کند که به طور طبيعي به جلو عقب حرکت کرده و مانع از لنگيدن فرد مي شود. و اکنون دانشمندان مهندسي پزشکي به ياري متخصصان رشته هاي مرتبط تلاش مي کنند تا چشم مصنوعي، کليه مصنوعي يا رگ مصنوعي را اختراع کنند.

البته علم مهندسي پزشکي به ساخت اعضاي مصنوعي مکانيکي يا الکتريکي محدود نمي شود بلکه حيطه اين علم بسيار گسترده تر و متنوع تر مي باشد.

در کشورهاي غربي، مهندسي پزشکي علمي حياتي است تا جايي که بدون آن،علم پزشکي نمي تواند کاري انجام دهد. براي مثال يک پزشک جراح بدون تجهيزات اتاق عمل واقعاً فلج است. يا بسياري از معاينات پزشکي بدون استفاده از تجهيزات پزشکي امکان پذير نيست. در ضمن بايد توجه داشت که هدف مهندسي پزشکي تنها تجهيزات پزشکي نيست بلکه ابعاد اين رشته بسيار وسيع تر است. در اين ميان مي توان به نقش اين علم به عنوان پل ارتباطي بين مهندسي و پزشکي اشاره کرد؛ اين علم تلاش مي کند تا مهندسين بتوانند از ايده هاي پزشکي استفاده کنند چون خيلي از روش هايي که در مهندسي جا افتاده است مثل شبکه عصبي يا سيستم فازي با الگو برداري از سيستم هاي بيولوژيکي ايجاد شده است.

مهندسي پزشکي

تعريف و شرح

مهندسي پزشكي عبارت است از كاربرد مهندسي در پزشكي از طريق مطالعه اصول و عملكرد سيستم هاي زنده و مدلسازي آن، به كار گرفتن اطلاعات و نتايج حاصل در جهت تشخيص و درمان بيماريها و همچنين جايگزين كردن اسكلت بندي هاي صدمه ديده در بدن. در مهندسي پزشکي با تلفيقي از علوم مهندسي برطرف کردن نيازهاي پزشکي در زمينه ساخت و نگهداري تجهيزات و نيز ساخت ابزارهاي پزشکي براي کاربردهاي پيشگيري، تشخيص و درمان بيماريها مد نظر مي‌باشد. اين رشته کاربرد علوم فني و مهندسي است در ياري‌رساندن به پزشکان در تشخيص و درمان بيماري‌ها.

 هدف اين رشته تربيت متخصصاني است كه بتوانند از عهده تجهيز، نگهداري و طراحي دستگاه هاي پزشكي برآيند يعني مهندس الكترونيك مجربي باشند كه با زمينه هاي پزشكي نيز آشنايي داشته و در نتيجه مي توانند دستگاه هاي پزشكي را طراحي كرده و بسازند يا اينكه مسوول سفارش دستگاه از خارج كشور باشند.

 زيرشاخه ها

مهندسي پزشکي رشته‌اي متشکل از گرايشهاي متعدد مهندسي و علوم پشکي است. در نتيجه پيدايش گرايشهاي جديد اين رشته دور از انتظار نخواهد بود. هم اکنون در ايران در مقاطع مختلف آموزش عالي گرايش‌هاي زير تدريس مي‌گردند:

  * مهندسي پزشکي باليني

به كار گيري تكنولوژي در فرايندهاي بيماري و باليني است.متخصص اين رشته همراه با گروهي متشكل از پزشكان، پرستارها و تكنسين ها يك تيم در ماني را تشكيل مي دهند.

مهندس پزشك باليني مسئول خريد، نگهداري ، تعمير، بررسي اطلاعات حياتي و... است. آنها هم چنين تجهيزات مورد نياز پزشكان و بيمارستان را در زمينه هاي خاص،طراحي يا تطبيق مي دهند.

تمامي اين موارد مستلزم بهره گيري از سيستم هاي كامپيوتري، به همراه تجهيزات و نرم افزار هاي طراحي شده براي كنترل اين تجهيزات و جمع آوري اطلاعات وتجزيه و تحليل انهاست.

مهندس پزشك باليني بايد همواره از آخرين تكنولوژي هاي مربوط به درمان و مراقبتهاي پزشكي بهره گيري كند.

مهندسي پزشکي

  * بيومکانيک

بيومکانيک به استفاده از مکانيک کلاسيک در زمينه‌هاي علوم زيستي مي‌پردازد. استفاده از قوانين ديناميک جامدات براي تحليلهاي حرکتي؛ ديناميک سيالات براي ارزيابي جريانهاي درون محيطهاي زيستي؛ ترموديناميک و انتقال حرارت براي تحليل رفتارهاي سلولي و انتقال مواد و جرم بين موجود زنده و محيط و رباتيک براي خلق وسايل تشخيصي و درماني جديد نيازمند درک مسايل محيطهاي زنده از زاويه? مهندسي است. پيشرفت در اين شاخه به ساخت قلب مصنوعي، دريچه‌هاي قلب، مفاصل مصنوعي، ارتزها و پروتزها، ابزارهاي کمکي تشخيصي و جراحي، درک بهتر از عمليات و کارکرد قلب، ريه، شريان‌ها، مويرگ‌ها، استخوان‌ها، غضروف‌ها، تاندون‌ها، ديسکهاي بين مهره‌اي و پيوندهاي سيستم اسکلتي-عضلاني بدن شده‌است.

  * بيومتريال

رشته‌ي بيومتريال كه يكي از گرايش‌هاي زير مجموعه‌ي مهندسي پزشكي است از حدود ?? سال پيش به عنوان يك زمينه‌ي‌ علمي مطرح شد و همانند ديگر گرايش‌هاي مهندسي پزشكي برپايه‌ي تركيب چند رشته بنا شد.

در اين رشته‌ بطور معمول برروي تهيه‌ي مواد گوناگون مصنوعي و طبيعي، طراحي روش‌هاي ساخت و قالب‌گيري نهايي ماده و در نهايت اصلاح مواد براي كاربرد اختصاصي در پزشكي تحقيق صورت مي‌گيرد. توسعه‌ي انواع مدل‌هاي وسايل پزشكي نيازمند انتخاب، ساخت و آزمايش مواد است كه لازمه‌ي آن درك و فهم درست از شيمي و فيزيك مواد و شناخت محيط بيولوژيك بدن است. به عبارت ديگر بايد توجه داشت كه آينده‌ي علم بيومتريال در گرو توانائي ما در فهم كشفيات جديد در شيمي، فيزيك، بيولوژي و پزشكي است.

بطور كلي موارد استفاده‌ي بيومتريال‌ها در جايگزيني و تعويض اعضاء و اندام‌هايي از بدن است كه بر اثر بيماري يا آسيب، كاربري خود را از دست داده‌اند تا از اين طريق جراحت يا بيماري اعضاء مذكور التيام پذيرد، كاربري و عمل آنها اصلاح شود و ناهنجاري يا وضعيت غير طبيعي آنها تصحيح گردد.

  * مهندسي بافت

اين گرايش بيشتر در زمينه? پزشکي و در گستردهي ميکروسکوپيک مي‌پردازد. در اين شاخه تخصص درآناتومي بيوشيمي و مکانيک سلول‌ها و ساختارهاي درون سلولي براي درک بيشتر در فرايند بيماري توانايي داخل شدن به بخشهاي ويژه سلول لازم است. هدف اين شاخه که در اواخر قرن بيستم پايه‌گذاري شده‌است، مطالعه و تهيه مدل‌هاي ايده‌آل از ماکرومولکول‌ها و ساختار سلولي است که منجر به درک بهتر پديده‌هاي درون ياخته‌اي و همچنين فهم عميق‌تر مکانيسم تاثير عملکرد ناصحيح آنها در بروز حالات بيماري مي‌شود. به علاوه اين مدل‌ها سبب ارزيابي موثرتر فرضيه‌ها و نظريه‌هاي درماني مانند طراحي انواع پروتئينها با خصوصيات منحصر به فرد ليگاند-رسپتوري مي‌گردد.

قلب مصنوعي

 از جمله اهداف ديگر اين شاخه، مطالعه و مدل‌سازي ساختار سلول و فرايند بازيابي جراحات در بافت‌هاي آسيب‌ديده به منظور ارائه روش‌هاي درماني بهينه‌تر جهت تقليل و رفع ضايعات بافتي و همچنين توليد نمونه‌هاي مصنوعي براي جايگزيني آنهاست. به اين منظور علل و مکانيسم‌هاي تبديل سلول‌هاي بنيادي‎ به بافت‌ها و ارگانهاي مختلف بررسي و با استفاده از مدل‌هاي بدست آمده بافت‌هاي آسيب ديده ترميم يا در خارج از بدن به صورت مصنوعي توليد مي‌شود. از جمله اين بافتها و ارگانها مي‌توان به استخوان، غضروف، کبد، پانکراس، پوست و رگ‌هاي خوني اشاره کرد.‏

  * پردازش تصاوير پزشکي

در اين رشته اطلاعات جمع‌آوري شده در تغييرات پديده‌هاي فيزيکي در بدن را با بهره‌گيري از تکنولوژي تحليل پردازش الکتريکي و سرعت بالاي آن تجزيه و تحليل مي‌کنند و به صورت يک تصوير در مي‌آورند و اغلب اين تصاوير را مي‌توان با اعمال غير تهاجمي (بدون آسيب) بدست آورد به نحوي که هيچ اثر دردي براي بيمار نداشته باشد.

مهندسي پزشکي

در اين گرايش تهيه تصوير از اجزاء ايستاي بدن مانند استخوانها و بافتها و ادغام ويژگي‌هاي منحصر به فرد حالت‌هاي مختلف تصويربرداري مثل ‏CT‏ و ‏MRI‏ جهت تهيه تصاوير گوياتر مانند تصاوير سه‌بعدي و همچنين ارائه الگوريتم‌هاي پردازشي براي مدل‌سازي بافت‌هاي سالم و ضايعات آنها جهت ارائه روش‌هاي تشخيصي دقيقتر و غير تهاجمي مورد بررسي قرار مي‌گيرد.‏ همچنين بررسي فيزيولوژي و حرکت بافت‌هاي ديناميک در بدن مانند قلب و عروق از طريق تصويربرداري عملکردي‎(Functional Imaging) ‎‏ و تکنيک‌هاي ‏بي‌درنگ (Real Time)‏ و همچنين مدل‌سازي اين رفتارها در بافت‌هاي سالم و ناسالم در جهت تشخيص بهتر ناهنجاريها و تصويربرداري مولکولي به منظور مطالعه موقعيت، ساختار و حرکت مولکول‌ها (مانند مولکول‌ها و سلول‌هاي سرطاني) و توجيه اين حرکات بر اساس الگوريتم‌هاي آماري و همچنين مطالعه و مدل‌سازي مکانيسم‌هاي مختلف حيات در سطح مولکولي به صورت غيرتهاجمي براي ارائه روش‌هاي درماني دقيق‌تر مثل طراحي آنتي‌باديها و رديابي آنها براي از بين بردن بهتر مولکول‌ها و سلول‌هاي مهاجم و تقليل آسيب به سلولهاي سالم بدن مورد نظر است.

  * مهندسي توانبخشي

يک شاخه جديد و توسعه يافته مهندسي پزشکي است. متخصصان اين رشته به بالا بردن توانايي‌ها وبهبود بخشيدن به کيفيت زندگي افراد کمک مي‌کند و با توجه به پيشرفت تکنولوژي به طراحي مح‌هاي جديد و روشهاي نوين براي سکونت ارتباط و... کمک مي‌نمايد.

  * مهندسي ورزش

  * مدل سازي سيستم‌هاي فيزيولوژيکي

در اين زمينه سعي مي‌شود با استفاده از قوانين موجود در مهندسي و تکنيک‌هاي پيشرفته و ابزار لازم يک طرح کلي و جامع از ارگان‌هاي زنده، از باکتري گرفته تا انسان، تهيه مي‌کنند. در اين رشته براي تحليل اطلاعات حاصل از آزمايشها و فرمول‌بندي کردن جزئيات فيزيولوژيکي با روابط رياضي، از مدل‌سازي کامپيوتري استفاده مي‌شود. سيستم‌هاي زنده داراي يک مجموعه بسيار با قاعده به همراه بازخورد براي کنترل خود هستند.

  * ابزار دقيق در مهندسي پزشکي

ابزاردقيق ,کاربرد الکترونيک و اصول وتکنيک هاي اندازه گيري در توسعه دستگاه هايي است که در تشخيص و درمان بيماريها به کار مي رود. کامپيوترها به طور فزاينده اي در بيوالکتريک و ابزاردقيق اهميت يافته اند.محدوده کاربرد کامپيوتر در بيوالکتريک,ازميکروپروسسورهايي که براي انجام کارهاي کوچک گوناگون در تجهيزات تک منظوره مورد استفاده قرار مي گيرد تا توان محاسبه اي که در پردازش حجم بالايي از اطلاعات در يک سيستم تصويربرداري پزشکي مورد نياز است ,تغيير مي کند.

 

  * بيوالکتريک

 

 

اين رشته تربيت متخصصاني است که بتوانند از عهده تجهيز، نگهداري و طراحي دستگاههاي پزشکي برآيند؛ يعني مهندس الکترونيک مجربي باشند که با زمينه هاي پزشکي نيز آشنايي داشته و بتوانند دستگاه هاي پزشکي را طراحي کرده و بسازند يا اينکه مسؤول سفارش دستگاه از خارج از کشور باشند.

 

مهندسي پزشکي در ايران

دانشکده

در ايران برنامه ريزي آموزشي اين رشته از سال 1359 توسط ستاد انقلاب فرهنگي آغاز شد. پس از بررسي و تحقيق کارداني اين رشتهکه شامل 82 واحد بود پايه گذاري شد. در سال 1363 اين رشته در مقطع کارشناسي آغاز به کار نمود و پس از آن در سال 1366 ده نفر دانشجو در اين رشته در مقطع کارشناسي ارشد وارد دانشگاه شريف که به طور مشترک با دانشگاه علوم پزشکي ايران متولي اين رشته در دو زمينه بيوالکتريک و بيومکانيک بود، شدند. پس از آن زمان کنفرانس ها و همايش هاي گوناگوني در ايران برگزار شد.