آشنایی با مهندسی پزشکی

مقدمه

سال 1983 اولین بیمار، تحت عمل جراحی پیوند قلب مصنوعی قرار گرفت و 192 روز زنده ماند. سال 1988 تلمبه تنظیم کننده قلب ساخته شد.سال 1993 اولین پای الکتریکی ساخته شد.  

پایی که با استفاده از سیستم بادی و کنترل های ریزپردازنده، سرعت قدم زدن فرد را دریافته و محفظه های بادی خود را به نحوی تنظیم می کند که به طور طبیعی به جلو عقب حرکت کرده و مانع از لنگیدن فرد می شود. و اکنون دانشمندان مهندسی پزشکی به یاری متخصصان رشته های مرتبط تلاش می کنند تا چشم مصنوعی، کلیه مصنوعی یا رگ مصنوعی را اختراع کنند.

در کشورهای غربی، مهندسی پزشکی علمی حیاتی است تا جایی که بدون آن،علم پزشکی نمی تواند کاری انجام دهد. برای مثال یک پزشک جراح بدون تجهیزات اتاق عمل واقعاً فلج است.  

یا بسیاری از معاینات پزشکی بدون استفاده از تجهیزات پزشکی امکان پذیر نیست. در ضمن باید توجه داشت که هدف مهندسی پزشکی تنها تجهیزات پزشکی نیست بلکه ابعاد این رشته بسیار وسیع تر است. 

 در این میان می توان به نقش این علم به عنوان پل ارتباطی بین مهندسی و پزشکی اشاره کرد؛ این علم تلاش می کند تا مهندسین بتوانند از ایده های پزشکی استفاده کنند چون خیلی از روش هایی که در مهندسی جا افتاده است مثل شبکه عصبی یا سیستم فازی با الگو برداری از سیستم های بیولوژیکی ایجاد شده است. 

 

تعریف و شرح

مهندسی پزشکی عبارت است از کاربرد مهندسی در پزشکی از طریق مطالعه اصول و عملکرد سیستم های زنده و مدلسازی آن، به کار گرفتن اطلاعات و نتایج حاصل در جهت تشخیص و درمان بیماریها و همچنین جایگزین کردن اسکلت بندی های صدمه دیده در بدن.  

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. 

 هدف این رشته تربیت متخصصانی است که بتوانند از عهده تجهیز، نگهداری و طراحی دستگاه های پزشکی برآیند یعنی مهندس الکترونیک مجربی باشند که با زمینه های پزشکی نیز آشنایی داشته و در نتیجه می توانند دستگاه های پزشکی را طراحی کرده و بسازند یا اینکه مسوول سفارش دستگاه از خارج کشور باشند. 

 زیرشاخه ها

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

به کار گیری تکنولوژی در فرایندهای بیماری و بالینی است.متخصص این رشته همراه با گروهی متشکل از پزشکان، پرستارها و تکنسین ها یک تیم در مانی را تشکیل می دهند. 

مهندس پزشک بالینی مسئول خرید، نگهداری ، تعمیر، بررسی اطلاعات حیاتی و... است. آنها هم چنین تجهیزات مورد نیاز پزشکان و بیمارستان را در زمینه های خاص،طراحی یا تطبیق می دهند. 

تمامی این موارد مستلزم بهره گیری از سیستم های کامپیوتری، به همراه تجهیزات و نرم افزار های طراحی شده برای کنترل این تجهیزات و جمع آوری اطلاعات وتجزیه و تحلیل انهاست. 

مهندس پزشک بالینی باید همواره از آخرین تکنولوژی های مربوط به درمان و مراقبتهای پزشکی بهره گیری کند. 

   

* 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 زاویه 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. 

  * بیومتریال

رشته‌ی بیومتریال که یکی از گرایش‌های زیر مجموعه‌ی مهندسی پزشکی است از حدود ?? سال پیش به عنوان یک زمینه‌ی‌ علمی مطرح شد و همانند دیگر گرایش‌های مهندسی پزشکی برپایه‌ی ترکیب چند رشته بنا شد. 

در این رشته‌ بطور معمول برروی تهیه‌ی مواد گوناگون مصنوعی و طبیعی، طراحی روش‌های ساخت و قالب‌گیری نهایی ماده و در نهایت اصلاح مواد برای کاربرد اختصاصی در پزشکی تحقیق صورت می‌گیرد. توسعه‌ی انواع مدل‌های وسایل پزشکی نیازمند انتخاب، ساخت و آزمایش مواد است که لازمه‌ی آن درک و فهم درست از شیمی و فیزیک مواد و شناخت محیط بیولوژیک بدن است. به عبارت دیگر باید توجه داشت که آینده‌ی علم بیومتریال در گرو توانائی ما در فهم کشفیات جدید در شیمی، فیزیک، بیولوژی و پزشکی است. 

بطور کلی موارد استفاده‌ی بیومتریال‌ها در جایگزینی و تعویض اعضاء و اندام‌هایی از بدن است که بر اثر بیماری یا آسیب، کاربری خود را از دست داده‌اند تا از این طریق جراحت یا بیماری اعضاء مذکور التیام پذیرد، کاربری و عمل آنها اصلاح شود و ناهنجاری یا وضعیت غیر طبیعی آنها تصحیح گردد. 

  * مهندسی بافت

این گرایش بیشتر در زمینه? 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.‏ 

  * 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.  

ر 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. 

  * 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. 

  * مهندسی ورزش

  * مدل سازی 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. 

  * ابزار دقیق در مهندسی پزشکی

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. 

  * بیوالکتریک

این رشته تربیت متخصصانی است که بتوانند از عهده تجهیز، نگهداری و طراحی دستگاههای پزشکی برآیند؛ یعنی مهندس الکترونیک مجربی باشند که با زمینه های پزشکی نیز آشنایی داشته و بتوانند دستگاه های پزشکی را طراحی کرده و بسازند یا اینکه مسؤول سفارش دستگاه از خارج از کشور باشند.  

مهندسی پزشکی در ایران 

در ایران برنامه ریزی آموزشی این رشته از سال 1359 توسط ستاد انقلاب فرهنگی آغاز شد. پس از بررسی و تحقیق کاردانی این رشتهکه شامل 82 واحد بود پایه گذاری شد. در سال 1363 این رشته در مقطع کارشناسی آغاز به کار نمود و پس از آن در سال 1366 ده نفر دانشجو در این رشته در مقطع کارشناسی ارشد وارد دانشگاه شریف که به طور مشترک با دانشگاه علوم پزشکی ایران متولی این رشته در دو زمینه بیوالکتریک و بیومکانیک بود، شدند. پس از آن زمان کنفرانس ها و همایش های گوناگونی در ایران برگزار شد.

تهیه کننده: محمدصادق ابراهیمی