یکی از رشته های تقریبا جدید که سالهای اخیر مورد نظر و علاقه مندی تعداد زیادی از دانشجویان و دانش آموزان قرار گرفته است و نه ایشان بلکه دنیای غلم و دانشگاه نیز نگاهی تازه بدان داشته است مهندسی پزشکی است.
شاید مهمترین علت آن , حرکت سریع دنیای علم در زمینه های الکترونیک و پدیده های زیستی باشد که نیاز به یک شاخه جدید را ضروری کرده است . هرچند در گذشته این رشته در کنار سایر رشته های مهندسی ژنتیک , مهندسی توانبخشی , مهندسی برق , مهندسی ابزاردقیق قرار داشته است ولی امروزه خود بعنوان یک شاخه اصلی با چندین گرایش روز به روز در حال گسترش است.
نگاهی گذرا به تاریخ علم پزشکی , از یونان باستان و داروسازی بقراط , روم و ایجاد اعضای مصنوعی برای سربازان , تا قرن هفدهم که اولین میکروسکوپ توسط جانسن هلندی ساخته شد و تحولی شگرف در علم پزشکی کرد و بعد در سال ۲۰۰۰ که اولین قلب مصنوعی در بدن انسان جای گرفت , همواره ردپایی از پژوهشگران مهندسی پزشکی می توان یافت هرچند که این عنوان در آن ادوار چندان آشنا و ملموس نبوده است ولی معنای عملی آن اثر غیرقابل انکاری در پیشرفت علم پزشکی داشته است .
امروز تسریع بخشیدن به پیشرفت های پزشکی , جستجوی اسرار سلول و ژن , تولید داروهایی با ویژگی خاص دروانی , ساخت ابزار و تجهیزات بیمارستانی تا ربوتیک سازی , طراحی و ساخت اعضای مصنوعی هوشمند , گسترش فناوری زیستی , افزایش طول عمر انسان , ایجاد فراوردهای گیاهی و حیوانی با فناوری نانو , حتی استفاده از فناوری زیستی برای ورزشکاران و… از جمله اهدافی است که در چندسال نه چندان دور ,پژوهشگران مهندسی پزشکی بدان ها دست خواهند یافت.
واژه بیومدیکال(Biomedical) در لغت بمعنای مطالعه و تحقیق بر روی بدن انسان به صورت موشکافانه و دقیق با استفاده از ابزار و تجهیزات پیشرفته است . و واژه بیواینجنرینگ (Bioengineering ) به معنای کاربرد اصول و علم مهندسی (طراحی – تولید ) در رهیافتی برای مسائل و معضلات پزشکی می باشد.
مهندسی پزشکی (Biomedical Engineering) که ختصارا آنرا ” BME” می نامند, شاخه ای از علوم پزشکی – مهندسی است که به بررسی و حل مسائل بیولوژی با استفاده از ایده های و طرح های مهندسی می پردازد . این رشته نه تنها به مطالعه و تحقیق بر روی بدن اانسان می پردازد بلکه بر محیط اطراف انسان نیز اشراف دارد و قادر است به یاری محققان در هر دو عرصه بپردازد.
این رشته(شاخه) دارای چندین تقسیم بندی است که معتبرترین آنها عبارتند از :
- براساس رشته های مقطع کارشناسی دانشگاه ها : بیوالکتریک – بیومکانیک – بیومتریال – بالینی
- براساس مباحث کلی و پژوهشی : بیوالکتریک – بیوشیمی – بیومکانیک
- بر اساس فناوری های جدیدو علوم نوین : بیو اینسترومنتنشن (Bioinstrumentation) – بیو نانو – بیو مکانیک
رشته مهندسی پزشکی لااقل تلفیق چهار رشته ” پزشکی – مهندسی مواد – مهندسی برق –مهندسی مکانیک ” می باشد که در مقطع کارشناسی دانشجویان به فراگیری دروسی چون ” بیوشیمی – آناتومی – فیزیولوژی – شناخت و دمان بیماری های انسان … (پزشکی), علم مواد – ساخت وتولید قطعات – شیمی معدنی و…(مهندسی مواد ), کلیات برق – طراحی مدارات دیجیتال – طراحی مدارات زیستی الکترونیکی و…(مهندسی برق) اصول و کاربرد مکانیک – کنترل سیستم های مدرن – شناخت و طراحی اعضای مصنوعی و… (مهندس مکانیک) می پردازند که تنها بخشی از مطالب و عناوینی است که دانشجویان آنها را می آموزند.
اگر چه تمامی این دروس در همه گرایشات مهندسی پزشکی مورد مطالعه قرار می گیرد اما سرنوشت و جهت گیری گرایش رشته معمولا در سال آخر (سال چهارم – ترم ۷و۸) پدیدار می گردد.
گرایش بیو الکتریک :
این گرایش از مهندسی پزشکی دامنه گسترده و وسیعی را شامل می گردد اما بطور خلاصه می توان گفت :” این گرایش به کاربرد اصول الکتریکی , مغناصیسی و الکترو مغناطیس در زمینه پزشکی می پردازد . ” در این گرایش بیشتر فعالیت پژوهشگران اش منوط به دوره ی کارشناسی ارشد و دکترا می گردد.
معمولا در دوره کارشناسی , دانشجویان به فراگیری علوم و دروس مقدماتی پزشکی , فیزیک پزشکی, الکترونیک , شیمی و … و نیز به مدل سازی های فرضی می پردازند . اعم فعالیت های این گرایش به طور خلاصه عبارتند از:
۱- پردازش سیگنال های حیاتی:
در این گرایش دانشجویان با مباحث سیگنال آشنا شده و روش های حذف نویز و پاسخ حداکثر سیگنال را می آموزند. این آموخته ها با ایشان کمک می کنند تا بتوانند سیگنا لهای ضعیف را از بدن گرفته , تقویت کرده سپس به آنالیز و تحلیل آن بپردازند .
دستگاه هایی چون الکترو کاردیوگرافی () , الکتروآنسفالوگرافی () و … از جمله سیستم هایی هستند که نیاز به ثبت سیگنال از بدن و دستیابی به نتایج صحیح دارند .
۲- پردازش تصاویر پزشکی و سیستم های تصویر برداری
امروزه یکی از پرکاربردترین روش های تشخیص بیمارهای درون بدن انسان , استفاده از تصویر برداری به وسیله تجهیزات پزشکی است. این تجهیزات با یکی از روش های : بازتاب , جذب , انتقال و… سیگنال های نوری , فرکانسی , مغناطیسی و … عمل کرده و به ایجاد تصاویراز هدف می پردازند.
- CT روش های اشعه ایکس : رادیو گرافی – سونوگرافی – رادیولوژی
- MRI روش میدان مغناطیسی : تهیه تصاویر رنگی از مغز
- Ultra Sound روش فراصوت : اکوکاردیوگرافی (Echocardiography)- اکوآنسفالوگرافی(Echoencephalography)
- سیستم های پزشکی هسته ای : که با استفاده از رادیو اکتیویته , اشعه گاما و.. تصویر برداری می کنند.
۳- مدل سازی سیستم های بیولوژیک ای :
مطالعه , تحقیق و پژوهش در زمینه مسائل بیولوژک از جمله ضرورت های همه گرایشات شاخه مهندسی پزشکی است اما گرایش بیوالکتریک تمرکز خاصی بر روی آن دارد . چراکه یکی از مهمترین عمکردهای بدن ایجاد سیگنال هایی برای کنترل تمامی اجزاء و اندام بدن است. این سیگنال ها ممکن است در کنترل یک سلول و پاسخ به عامل تحریک باشد و یا در قلب , مرکز سیستم گردش خون باعث تنظیم ضربان گردد و بدون شک بزرگترین شبکه الکتریکی بدن در سیستم اعصاب (مغز و نخاع) قراردارد که با استفاده از پیام های صادر شده از سلول های تحریک شده به آنالیز و ارسال پاسخ مناسب می پردازد .
دانشجویان این گرایش با فراگیری نحوه عملکرد بدن و افزایش معلومات خود در این راستا , به مدل سازی های گوناگون می پردازند که مهمترین آنها عبارتند از :
- مدل سازی عضلات و سیستم حرکتی
- مدلسازی نخاع
- مدلسازی چشم و سلول های عصبی بینایی
- مدل سازی مخچه و چگونگی اجرای حرکات و ادراک تعادل
- مدل سازی سیستم تنظیم فشارخون و ضربان قلب
- مدل سازی سیستم تنظیم حرارت بدن
- …
۴- طراحی بخش های الکترونیکی و کنترل اعضا و اندام مصنوعی:
در راستای توانبخشی به معلولین و افرادی که به هر دلیل عضوی را بر اثر حادثه , مسائل ژنتیکی و… از دست داده اند , طراحی و کنترل اعضای مصنوعی از اهمیت بخصوصی برخوردار است . در این گرایش با درک این اهمیت پژوهشگران به طراحی و ساخت قطعات , مدارات و حتی دستگاهای الکترونیکی می پردازند که بتواند عملکرد صحیح , حداقل خطا, حداکثر همخوانی , حداقل اغتشاش در بدن و… را داشته باشد .
اگر چه ساخت بخش مکانیکی و کنترل سیستم آن نیز (در بعضی از اندام )از اهمیت خاصی برخوردار است و نیاز مبرم به اطلاعات کافی و دانش فنی دارد .
در این بحث می توان به طرح اجرا شده در دانشگاه صنعتی امیرکبیر , دانشکده مهندسی پزشکی اشاره کرد که دانشجویان آن دانشگاه توانستند ” دست سیبرنتیک” را ساخته و بر روی یک معلول آزمایش کنند.
۵- ثبت سیگنالهای حیاتی و طراحی سیستم های مانیتورینگ بیمارستانی
گافی فراتر از پردازش سیگنالهای بدن , دستیابی به مرحله ای است که بتوان سیگنالهای حیاتی بدن افراد را به طور مرتب کنترل و ثبت کرد و اطلاعات کافی و مفید را به متخصصان امر ارائه داد.
امروزه اتاق های عمل , ICU ,CCU , ثباتهای مغزی و قلبی و… در بیمارستان ها همه نمونه هایی از تلاش پژوهشگران مهندسی پزشکی هستند که از یک طرف با ایجاد محیط های مناسب بیمار را در شرایط مطلوب مهیا می سازند و از طرف دیگر به ارائه اطلاعات مفید و ضروری در زمان های بسیار کوتاه به متخصصان می پردازند.
۶- طراحی و ساخت سیستم های درمانی و آزمایشگاهی
دراین زمینه تاکنون تولیدات و پیشرفت های بسیاری شده است که برخی از آنها عبارتند از:
سنگ شکنهای کلیه , تجهیزات فیزیوتراپی , تجهیزات رادیولوژی , تجهیزات آنالیز شیمیای خون و ادرار , تجهیزات آنالیز ژنیتیکی , لیز ها و …
۷- طراحی های کنترل از راه دور (Telemetric) و طراحی شبکه های اطلاع رسانی(IT)
یکی از زیر شاخه های فعالیت مهندسی پزشکی , گرایش بیوالکتریک ” کنترل سیگنالهای حیاتی بیمار از راه دور – حفظ و انتشار اطلاعات پزشکی – ایجاد شبکه های بین المللی برای افزایش سطح آگاهی و سلامت عمومی جامعه و… ” می باشد که نیاز مبرم به فراگیری علوم کامپیوتر در سطوح عالی می باشد.
در این راستا دانشجویان به فراگیری واحد های درسی در زمینه کامپیوتر و برنامه نویسی می پردازند.
آخرین نظرات