تاریخچه مهندسی پزشکی را می‌توان به سال‌های بسیار دور نسبت داد. در کشور آلمان در سال 2000 میلادی، مومیایی سه هزار ساله ای در thebas توسط باستان شناسان کشف شد. در بدن این مومیایی یک عضو مصنوعی چوبی مانند یک انگشت چوبی (انگشت شصت پا) وجود داشت که احتمال داده می شود این عضو یکی از قدیمی ترین اعضای مصنوعی شناخته شده باشد.
اولین مهندس پزشک در جهان
اگر بخواهیم شخصی را به عنوان نخستین مهندس پزشک در جهان معرفی کنیم و نگاهی جامع به تاریخچه مهندسی پزشکی داشته باشیم باید بگوییم در سال 1673 میلادی شخصی به نام آنتون لیون هوک اولین میکروسکوپ را در دنیا ساخت
او با ثبت این اختراع خود در انجمن پادشاهی انگلستان لقب نخستین مهندس پزشک و هم چنین پدر علم باکتریولوژی را به خود اختصاص داد و او به این دو نام شهرت پیدا کرد.
مهندسی پزشکی از گذشته تا به امروز
بدیهی است که دستگاه‌هایی که امروزه در دنیای مهندسی پزشکی وجود دارد و در درمان و سلامتی بیماران نقش اساسی ایفا می کند از تغییر دستگاه‌های ابتدایی موفق به وجود آمده است و در تکنولوژی پزشکی هیچ موضوعی پیشرفت نخواهد کرد مگر آنکه در تندرستی و سلامت انسان نقش داشته باشد.
برخی ابزارها مانند دندان‌های چوبی، عصاهای زیربغل و یا دیگر وسیله هایی که در کیف سیاه پزشکان در زمان های قدیم وجود داشت امروزه به دستگاه‌های پیشرفته و مدرنی مانند دستگاه های تنظیم کننده ضربان قلب،ماشین های دیالیز، ابزارهای تشخیصی و تکنولوژی تصویربرداری اعم از سی تی اسکن، ماموگرافی، رادیولوژی، آنژیوگرافی و اعضای مصنوعی اعم از ایمپلنت‌ها و بسیاری از دستگاه های دیگر موجود در مهندسی پزشکی و تکنولوژی پزشکی تبدیل شده‌اند.
Emil du Bios-Reymond دانشمندی اهل آلمان که در زمینه فیزیولوژی و الکتروفیزیولوژی فعالیت داشت الکتروفیزیولوژی را پایه گذاری کرد؛
شخص دیگری به نام Hermann von همزمان با او دیدگاه جدیدی بر نظریه وی تحت عنوان این مطلب که بکارگیری قوانین مهندسی در فیزیولوژی بدن انسان می تواند بسیاری از مشکلاتی که وجود دارد را برطرف کند افزود. این پزشک و فیزیکدان آلمانی عضلات را به صورت مقاومت و عصب‌ها را رسانای جریان معرفی کرد.
انجمن ملی مهندسان تعداد مهندسان فعالی که در زمینه های مختلف تکنولوژی سلامت در حال فعالیت هستند را در حدود 32 هزار نفر تخمین زده است که اعضای این انجمن در تلاش هستند تا بنیان‌های مهندسی پزشکی را بر مبنای پیشرفت هایی که در حدود 200 سال قبل در الکتروفیزیولوژی به دست آمد قرار دهند.
کشف اشعه x و آغازی برای رادیولوژی
ویلهلم رونتگن یک فیزیکدان آلمانی بود که در سال 1895 درحالی که در آزمایشگاه خود در حال کارکردن با یک لامپ پرتو کاتدی بود به صورت اتفاقی متوجه درخشش فلوروسنت از کریستال‌هایی که بر روی میز نزدیک لامپ بودند شد.
لامپی که رونتگن با آن کار میکرد متشکل از یک حباب شیشه‌ای بود که با الکترودهای مثبت و منفی محصور شده بودند و هوای داخل لامپ به صورت کامل تخلیه شده بود و هنگامی که ولتاژ بالایی اعمال می شد درخشش فلورسنت در لامپ به وضوح آشکار میشد.
رونتگن با بررسی‌های مختلفی که انجام داد لامپ را با یک ورق ضخیم مشکی پوشاند و توانست نور سبز رنگی را که از ماده ای که در چند قدمی لامپ قرار داشت و ساطع میشد کشف کند. او متوجه شد که پرتو جدیدی از لامپ ساطع شده است و این پرتو می‌توانست از کاغذ پوششی ضخیم گذر کند و مواد فسفورسنت نسبت به آن واکنش نشان می‌دادند.
در این حالت ویلهلم رونتگن متوجه شد که این پرتو جدید می تواند از بیشتر ماده ها از جمله بافت های نرم بدن انسان رد شود در صورتی که عبور این ماده از مواد فلزی و استخوان ها ممکن نبود. به این صورت یکی از نخستین تجربه های رونتگن و اولین رادیوگرافی از بدن انسان از دست چپ همسرش برتا در اواخر سال 1895 بود.
یک دهه بعد اشعه ایکس به یکی از وسیع‌ترین ابزارهای تشخیصی تبدیل شد و این تحقیق روی بافت‌هایی که اشعه x از آن‌ها عبور میکرد مسیر جدید و تازه‌ای را در مهندسی پزشکی برای ابداع و پیشرفت آخرین محصولات پیشرفته تکنولوژی تصویربرداری پزشکی و از بین بردن آسیب هایی که در طی عمل‌های جراحی پیش می‌آمد، باز کرد.
نگاهی کلی به تاریخچه مهندسی پزشکی
اولین عمل جراحی قلب مصنوعی
این عمل جراحی در سال 1983 انجام شد و بیماری که تحت این عمل جراحی قرار گرفته بود توانست 192 روز زنده بماند.
ساخت تلمبه تنظیم کننده قلب
تلمبه تنظیم کننده قلب در سال 1988 ساخته شد.
ساخت اولین پای الکتریکی
اولین پای الکتریکی در سال 1993 ساخته شد.این پای الکتریکی با استفاده از سیستم بادی و کنترل های ریزپردازنده،سرعت قدم زدن شخص را محاسبه کرده و سپس محفظه های بادی خود را به صورتی تنظیم می کند که به صورت طبیعی به جلو و عقب حرکت کرده و از لنگیدن فرد جلوگیری شود.
تاریخچه مهندسی پزشکی در ایران
تاریخچه مهندسی پزشکی در ایران به شیخ الرئیس ابوعلی سینا بر میگردد که در کتابی به نام نابغه شرق که تالیف نورالله لاوردی می باشد به این موضوع اشاره شده است و طرح ابداع استاد ابوعلی سینا در قرن 4 هجری قمری و درمان یکی از سرهنگ‌های سپاه خوارزم در این کتاب آورده شده است.
ابوعلی سینا یک ظرف مشک با سیم‌ها و اتصالاتی را ساخت که به بیمار متصل می شد و در این ظرف ماهیانی را قرار داد که از خود الکتریسیته تولید می کردند، با این کار جریان الکتریکی از طریق آب و سپس سیم‌ها به بیمار انتقال پیدا میکرد و به این صورت شوک الکتریکی به بیمار وارد میشد. بیمار که سلسله اعصاب او در اثر ضربه فلج شده بود پس از گذشت مدتی با داشتن رژیم غذایی مناسب بهبود پیدا کرد.
پژوهش‌های اولیه و ابتدایی در حوزه مهندسی پزشکی در دانشگاه صنعتی شریف توسط پروفسور نحوی صورت گرفت و اولین آزمایشگاه را در سال 1356 در دانشگاه صنعتی شریف تاسیس کرد.
تاریخچه برنامه‌ریزی مهندسی پزشکی در ایران
برنامه‌ریزی آموزشی در رشته مهندسی پزشکی در کشور ایران از سال 1359 یعنی همان اوایل انقلاب در ستاد فرهنگی و در گروه برنامه‌ریزی پزشکی، با هدف تعلیم و تربیت افراد متخصص در زمینه تعمیر و نگهداری لوازم پزشکی شروع شد.
در آن دوره در انبارهای مراکز درمانی و کلینیک ها حجم زیادی از دستگاه ها و وسایل پزشکی از کار افتاده وجود داشت که این موضوع بیش از هر زمان دیگری نیاز به افراد متخصص و ماهر در زمینه تعمیر و نگهداری و رفع مشکلات این دستگاه ها را ایجاب می کرد.
اگر چه هنوز تا آن زمان رشته مهندسی پزشکی مفهوم و جایگاه روشنی را در سطح جامعه و مراکز آموزش عالی و گروه های برنامه ریزی آموزش عالی نداشت اما بر اساس این نیاز به جهت تربیت تکنسین تعمیرکار دستگاه ها و تجهیزات پزشکی،برنامه ریزی مقطع کاردانی و حداکثر کارشناسی رشته تجهیزات پزشکی مطرح گردید.
در آغاز مدت زمان زیادی به جهت آمارگیری و جمع آوری اطلاعات در خصوص کیفیت و کمیت وسایل پزشکی مورد نیاز، به خصوص دستگاه‌هایی که نیاز به تعمیر و نگهداری داشتند صرف شد. سپس دستگاه‌ها و تجهیزات پزشکی از لحاظ نوع و ارتباط آن ها با زمینه‌های مهندسی و علمی دسته بندی شدند که در نهایت تمامی این فعالیت ها منجر به ارائه برنامه آموزشی مقطع کاردانی الکترونیک پزشکی (بیوالکتریک) و دوره الکترومکانیک پزشکی شد.
هدف از دوره کاردانی الکترونیک تعلیم و تربیت نیروی انسانی ماهر و متخصص فنی مورد نیاز بیمارستان ها و آزمایشگاه های پزشکی بود که بتوانند دستگاه‌های پزشکی، الکترونیکی ،کلینیکی و آزمایشگاهی را راه اندازی، تعمیر و نگهداری کند.
معرفی رشته مهندسی پزشکی
رشته مهندسی پزشکی یکی از رشته های جذاب دانشگاهی است که تحصیل در این رشته با شرکت در کنکور سراسری ریاضی امکان پذیر خواهد بود.مهندسی پزشکی ترکیب شیرینی از دو دنیای مجزا یعنی علوم پزشکی و علوم مهندسی می باشد که این ترکیب و اتصال دنیای جدیدی را به وجود آورده است.
مهندسی پزشکی در کشور ایران تقریبا به عنوان رشته ای نوپا معرفی می شود و در طی چند سال اخیر دانش آموزان بیشتری به سمت این رشته دانشگاهی گرایش پیدا کرده اند.
Biomedical Engineering یا در واقع همان مهندسی پزشکی برای افرادی که به کاربرد دانش فنی، مهندسی و تکنولوژی در زمینه های مرتبط با سلامت و تشخیص و درمان انواع بیماری‌ها علاقه مند هستند به وجود آمده است و ترکیب خوبی از دو رشته تجربی و ریاضی در دانشگاه می باشد که در ادامه در مورد جزئیات بیشتر این رشته توضیح داده خواهد شد.
شرایط ورود به رشته مهندسی پزشکی
رشته مهندسی پزشکی هم در دانشگاه های دولتی کشور و هم در دانشگاه های آزاد ارائه می شود.برای ورود به این رشته و تحصیل در دانشگاه های تراز اول کشور و دانشگاه های دولتی علاقه مندان باید در کنکور ریاضی شرکت کنند.اما برخی از واحدهای دانشگاه آزاد اسلامی رشته مهندسی پزشکی را بدون آزمون و صرفا بر اساس سوابق تحصیلی ارائه می دهند که از این میان دانش آموزان گروه های دیگر مانند رشته های تجربی و…نیز می توانند در این رشته تحصیل کنند.
آشنایی بیشتر با رشته مهندسی پزشکی
همانطور که می دانید با توسعه و گسترش علم و تکنولوژی، سیستم های مهندسی در حوزه های پزشکی و بهداشتی روز به روز جایگاه بیشتر و پررنگ تری را پیدا کردند که به همین دلیل وجود مهندسان و متخصصان که به صورت کامل با دستگاه ها و تجهیزات پزشکی آشنا باشند امری الزامی می باشد.
در حقیقت رشته مهندسی پزشکی در تلاش است تا با پیشبرد سیستم ها،تجهیزات و هم چنین ابزارهای پزشکی در حل مشکلات کلینیکی در راستای شناخت،تشخیص و درمان انواع بیماری کمک کند و امروزه با استفاده از دانش مهندسی پزشکی می توان بسیاری از بیماری ها،ناتوانی ها و آسیب های جسمی را درمان کرد.
رشته مهندسی پزشکی را می توان رشته ای جذاب و البته رشته ای تکنیکی و بسیار سخت معرفی کرد و دانشجویان در دوران تحصیل در این رشته باید دانش، مهارت و تخصص بالایی را در علوم بیولوژیکی(ارگان های زنده) و علوم مهندسی به دست آورند.
گرایش های رشته مهندسی پزشکی
در حال حاضر رشته مهندسی پزشکی در مقطع کارشناسی در سه گرایش ارائه می شود که عبارتند از:
- گرایش بیوالکتریک
- گرایش بیومکانیک
- گرایش بیومواد
در ادامه با هریک از گرایش ها بیشتر آشنا خواهید شد.
دانشجویان رشته مهندسی پزشکی پس از گذراندن حدود 2 الی 3 ترم باید با توجه به علاقه خود گرایش مورد نظر خودشان را انتخاب کنند که البته باید گفت در حدود 100 واحد درسی در میان هر سه گرایش مشترک می باشد.
برخی از دانشگاه ها و به خصوص واحدهای دانشگاه آزاد اسلامی رشته مهندسی پزشکی را بدون انتخاب گرایش در مقطع لیسانس ارائه می دهند و یا با توجه به واحد دانشگاهی دانشگاه تنها دارای یک گرایش می باشد و دانشجویان باید با توجه به همان گرایش انتخاب شده توسط دانشگاه ادامه تحصیل دهند.
آشنایی با گرایش های رشته مهندسی پزشکی
گرایش بیوالکتریک
واژه Bioelectric از دو واژه Bio به معنای زیستی و Electric به معنای همان الکتریک تشکیل شده است که در حقیقت بیوالکتریک دانش استفاده از اصول الکتریکی،مغناطیسی و الکترومغناطیسی در زمینه پزشکی،درمانی،سلامتی و زیست شناختی می باشد که هم چنین الگوبرداری از سیستم های بیولوژیکی را نیز در طراحی های جدید مهندسی شامل می شود.مهندسان بیوالکتریک با دیدگاه دانش خود به گرایش های مهندسی برق نگاه کرده و از فناوری اطلاعات و مهندسی کامپیوتر نیز یاری می گیرند. دانشجویان گرایش بیوالکتریک مهندسی پزشکی با مطالعه دروسی مانند آناتومی،فیزیولوژی،فیزیک پزشکی و … به توانایی علمی در زمینه پزشکی نیز می رسند.
گرایش بیوالکتریک در رشته مهندسی پزشکی می کوشد تا افرادی را تربیت کند که بتوانند در تجهیز،نگهداری و طراحی دستگاه ها و تجهیزات پزشکی موثر واقع شوند یعنی مهندسان این گرایش باید با کسب تجربه و دانش کافی با زمینه های پزشکی آشنا شوند و هم چنین بتوانند دستگاه های پزشکی را طراحی کرده و بسازند و یا دستگاه ها و تجهیزات مورد نیاز را از خارج از کشور وارد کنند.
بهترین مشاور انتخاب رشته کنکور کیست و چه روشی برای انتخاب رشته بهتر است؟
زمینه فعالیت مهندسان گرایش بیوالکتریک
گرایش بیوالکتریک در رشته مهندسی پزشکی یکی از وسیع ترین زمینه های تحقیقاتی را در میان گرایش های دیگر شامل می شود.دانشجویان در این گرایش در ابتدا باید دروس مهندسی برق به خصوص گرایش الکترونیک در مقطع کارشناسی را بگذرانند و به صورت کامل با مفاهیم اصلی و پایه ای برق و الکترونیک آشنا شوند و در ادامه باید دروس زیست شناختی مانند آناتومی،فیزیولوژی،فیزیک پزشکی و…را پشت سر بگذارنند و با استفاده از مسائل الکترونیکی و سیستم های کامپیوتری بتوانند تجهیزات و دستگاه هایی را بسازند و در زمینه های زیر نیز فعالیت و نقش موثری را ایفا کنند:
- پردازش سیگنال های حیاتی
- پردازش صوت،گفتار و طراحی سیستم های کمک درمانی
- پردازش تصاویر پزشکی و سیستم های تصویربرداری
- طراحی بخش های الکترونیکی،کنترل اعضا،اندام های مصنوعی و ساخت لوازم توانبخشی
- مدل سازی سیستم های بیولوژیکی
- طراحی و ساخت سیستم های درمانی و آزمایشگاهی پزشکی
- ثبت سیگنال های حیاتی و طراحی سیستم های مانیتورینگ بیمارستان ها
با هریک از حوزه های فعالیت مهندسان گرایش بیوالکتریک بیشتر آشنا شوید:
پردازش سیگنال های حیاتی
سیگنال های حیاتی برای شناخت فیزیولوژی و آناتومی از سری موضوعات بسیار مهم می باشد که پردازش این سیگنال ها از مباحث وسیع در بیوالکتریک است.بسیاری از گرایش های مهندسی به خصوص مهندسی مخابرات الکترونیک سیگنال های حیاتی را که بخشی از پردازش سیگنال هستند را مورد مطالعه قرار می دهند.
عوامل گوناگونی مثل محیط پیرامون،خطای دستگاه و یا اشتباه پزشک باعث می شوند که سیگنال هایی که به وسیله ارگان های بدن تولید می شوند با یکدیگر ترکیب شده و یا تحت تاثیر نویز قرار بگیرند.پردازش سیگنال های حیاتی به معنای جداسازی سیگنال مورد نظر از دیگر سیگنال های ترکیب شده و نویز دار و در نهایت استخراج پارامترهای مفید سیگنال است.از این پارامترها در تشخیص پزشکی استفاده می شود.
پردازش صوت، گفتار و طراحی سیستم های کمک درمانی
در جامعه امروزی اگرچه استفاده از دنیای مجازی و سیستم‌های کامپیوتری به صورت چشم گیری افزایش پیدا کرده است اما هم چنان یکی از علائمی که در زندگی انسان نقش مهم و موثری را دارد گفتار و صوت است و دستگاه های گفتاری و شنوایی همچنان جایگاه خود را به عنوان ابزار ارتباطات حفظ کرده اند.
تصور از دست دادن قدرت تکلم و شنیدن نیز دشوار است و قطعا هیچ کس راضی به از دست دادن این دو موهبت الهی نمی باشد و نحوه ایجاد صحبت و شنیدن برای افراد لال و ناشنوا همیشه از سری دغدغه های اصلی پزشکان و البته مهندس پزشکان بوده است.
دانشمندان ثابت کرده‌اند که صدای هر شخص، همانند اثر انگشت وی ویژگی منحصر به فرد همان شخص می باشد که حتی برای انسان‌های دوقلو نیز قابل تقلید و کپی نخواهد بود. در کشور انگلیس، کمپانی HSBC برای تلفن بانک های این کشور سیستم شناسایی از طریق صدای افراد را طراحی کرده و ادعا دارد این سیستم امن‌ترین سیستم قفل‌گذاری می‌باشد.
مهندسان و محققان در گرایش بیوالکتریک می‌کوشند تا با پردازش صوت و مدلسازی دستگاه صوتی شبیه به دستگاه صوتی انسان و هم چنین دستگاه شنوایی، وسایل و تجهیزات تشخیصی مانند شنوایی‌سنجی و دیگر تجهیزات شبیه به آن را طراحی کرده و بسازند و با ثبت و پردازش سیگنال‌های برانگیخته شنوایی بتوانند اعضای مصنوعی شنوایی همانند حلزون مصنوعی گوش را بسازند و به افراد ناشنوا و لال کمک نمایند.
پردازش تصاویر پزشکی و سیستم های تصویربرداری
در کنار سیگنال های حیاتی که در بخش های قبلی به آن اشاره شد تصاویر پزشکی که به صورت دو بعدی و سه بعدی از بدن انسان گرفته می‌شود کمک فراوانی را برای تشخیص، درمان و شناخت مسائل بیولوژیکی انسان به پزشکان می‌کند.در علم پزشکی تصاویری که از تجهیزات عکس برداری به دست می آیند خیلی قابل فهم نیستند و باید پردازش های لازم روی آن ها صورت گیرد که یک مهندسان با فراگیری دروس رشته بیوالکتریک می توانند در سلامت انسان نقش مهمی را ایفا کنند.
سیستم های تصویربرداری به گروه‌های مختلفی تقسیم می شود که عبارتند از:
- روش های اشعه X (رادیوگرافی،فلوئورسکوپی،CT)
- روش مغناطیسی MRI
- پزشکی هسته ای
- روش های ماوراء صوت
تصاویری که از روش‌های بالا به دست می آیند به صورت خام هستند و قابل استفاده نیستند و باید پردازشات لازم روی آن ها انجام شود که این پردازش ها به صورت زیر می باشد:
- پردازش تصاویر و استخراج اطلاعات مفید در تشخیص و پیدا کردن مواضع مورد توجه (ROI)
- بازسازی کردن تصاویر در کامپیوتر به صورت سه بعدی و درونیابی اطلاعات برای تولید برش های لازم از ارگان تحت تصویر برداری
- حذف کردن نویز، اختصاص رنگ و در نهایت بهبود و ارتقا کیفیت تصویر
طراحی بخش های الکترونیکی، کنترل اعضا، اندام های مصنوعی و ساخت لوازم توانبخشی
یکی از اصلی‌ترین کارها در رشته بیوالکتریک طراحی و شبیه سازی سیستم عصبی بدن انسان می باشد و به قطع می توان گفت که یکی از مهم‌ترین و اساسی‌ترین بخش‌های رشته مهندسی پزشکی در گرایش بیوالکتریک، طراحی و ساخت اعضای مصنوعی بدن انسان است.
برای ساخت یک عضو مصنوعی، مهندسین گرایش بیومکانیک باید بخش‌های مکانیکی اندام مصنوعی را تحلیل، طراحی و بسازند و در کنار آن‌ها مهندسان گرایش بیومواد نیز برای انتخاب مواد مناسب این اعضا به جهت سازگاری با دیگر اندام های بدن باید همکاری های لازم را انجام دهند.عضو ساخته شده برای حرکت کردن و دستور گرفتن و انجام دستور داده شده به مدارات الکتریکی که شبیه به سیستم عصبی انسان عمل کند و هم چنین سنسورهایی که بازخورد عملکرد عضو را نشان دهند نیاز دارد که اکنون این موارد بر عهده مهندسین گرایش بیوالکتریک می باشد.
طراحی و ساخت وسایل و تجهیزات توانبخشی نیز افزون بر طراحی و ساخت اعضای مصنوعی،شامل این دسته می‌شوند. برای مثال تجهیزاتی مانند سیستم “FES” یا تحریک الکتریکی عضلات افراد قطع نخاع برای حرکت دادن مصنوعی بخشی از این حوزه می باشد و یا تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی توانبخشی که به منظور بازیابی توانایی فیزیکی عضو آسیب دیده به کار گرفته می شود طیف گسترده ای از وسایل را شامل می شود.
مدل سازی سیستم های بیولوژیکی
مطالعه سیستم های بیولوژیکی افزون بر اینکه سبب پیشرفت علمی و فنی در دیگر شاخه های رشته بیوالکتریک می شود به گونه طرح ایده و نظر قسمتی قوی برای انجام کارهای جدید در دیگر شاخه های علوم مهندسی مانند رشته پردازش سیگنال،مخابرات و کنترل هم شده است.اهمیت این شاخه به دلیل زیربنایی بودن آن برای دیگر شاخه های این گرایش است.
حیطه مدلسازی سیستم های بیولوژیکی گسترده می باشد و از مدلسازس کمی و کیفی تا مدلسازی سیستم اعصاب مرکزی انسان،یعنی مغز ادامه دارد که می توان به موارد پرکاربرد زیر اشاره کرد:
- مدلسازی عضلات و سیستم عصبی محرک آن هاپ
- مدلسازی نخاع
- مدلسازی قشرهای حرکتی مغز
- مدلسازی نواحی دیداری،شنیداری و ادراکی مغز
- مدلسازی عقده های درون مغزی که نقص در آن ها به بیماری هایی مانند پارکینسون منجر می گردد
- مدلسازی مخچه و نحوه اجرای حرکات و ادراکات مهارتی
- مدلسازی چشم و سلول های عصبی بینایی
- مدلسازی سیستم تولید گفتار و شنوایی به صورت حلقه باز و حلقه بسته
- مدلسازی تنظیم فشار خون،ضربان قلب و میزان الاستیسیته رگ ها
- مدلسازی سیستم تنظیم درجه حرارت بدن
طراحی و ساخت سیستم های درمانی و آزمایشگاهی پزشکی
عمده تجهیزات در این قسمت در درمان بیماری ها کاربرد دارند و با اینکه در کشور ایران به این تجهیزات نیاز زیادی داریم اما با این حال این تجهیزات هنوز به صورت عمده عرضه نشده اند.محققین و مهندسان بیوالکتریک می توانند اینگونه تجهیزات را بسازند و یا در داخل تولید کنند.برخی از این موارد به شرح زیر می باشد:
- سنگ شکن های کلیه
- تجهیزات فیزیوتراپی و کایروپراکتیک
- تجهیزات رادیوتراپی
- لیزرها
ثبت سیگنال های حیاتی و طراحی سیستم های مانیتورینگ بیمارستان ها
این بخش به طراحی و ساخت وسیله هایی که علائم حیاتی بیمار را ثبت کند مربوط می شود.با توجه به این که فناوری دیجیتال روز به روز در حال گسترش است و اکثر سخت افزارها به کامپیوتر وصل هستند،تولید مدارهای واسط که با استفاده از فناوری و تکنولوژی روز ساخته شده باشند از مهم ترین بخش های تحقیقاتی این موضوع می باشند.برای مثال کاربرد فراوان در بیمارستان ها از جمله اتاق های عمل،ICU،CCU و آزمایشگاه های ثبت نوارهای قبلی و مغزی اهمیت اقتصادی فراوان این تجهیزات را به وضوح نشان می دهد.
توانایی های مهندسان گرایش بیوالکتریک رشته مهندسی پزشکی
- پردازش تصاویر پزشکی و سیستم های تصویربرداری
- طراحی سیستم های گفتار درمانی
- ساخت تجهیزات توانبخشی و طراحی بخش های الکترونیکی و کنترل اعضاء و اندام های مصنوعی
- پردازش علائم حیاتی
- مدلسازی سیستم های بیولوژیکی
- طراحی سیستم های مانیتورینگ بیمارستان ها و طراحی و ساخت سیستم‌های آزمایشگاهی پزشکی
گرایش بیومکانیک
در اوایل دهه 70 میلادی واژه بیو مکانیک برای دانش مطالعه سیستم‌های حیاتی از دیدگاه مکانیکی انتخاب شد.بیومکانیک یکی دیگر از گرایش‌های مهندسی پزشکی است که در حقیقت به بررسی علم مکانیک در علوم پزشکی می پردازد. یک مهندس بیومکانیک، مهندس مکانیکی است که حوزه کار وی انسان و فعالیت‌های زیستی می باشد.
علم بیومکانیک به مطالعه ساختار و عملکرد جنبه های مکانیکی سیستم های بیولوژیکی،از ارگانیسم های کامل تا اندام ها،سلول ها و اندامک های سلولی با بهره گیری از روش های مکانیکی می پردازد.فارغ التحصیلان گرایش بیومکانیک در طراحی و گسترش محصولاتی که به حرکت در بدن کمک می کنند.
مهندسی پزشکی گرایش بیو مکانیک به عبارت دیگر بایو مکانیک به بررسی سیستم مکانیک در علوم پزشکی می پردازد.درواقع مهندسی بیو مکانیک کاربرد تلفیقی از علم مهندسی مکانیک و علم بیولوژیکی است و اینکه چطور می توان با استفاده از این دو علم برای ارتقای کیفیت زندگی مردم بهره گرفت.در مهندسی بیو مکانیک سه اصل اساسی را در بر می گیرد که عبارتند از:
- علم مکانیک
- علم استاتیک
- علم دینامیک
معرفی گرایش و رشته مهندسی بیومکانیک
مهندسی بیومکانیک با استفاده از مکانیک در زمینه علوم زیستی و پزشکی کاربرد دارد. پیشرفت چشمگیر مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک باعث ساخت قلب مصنوعی، اورتزها و پروتزها، ابزارهای کمکی تشخیصی و جراحی، مفاصل مصنوعی، دریچه‌های قلب، شناخت بهتر از عملکرد قلب، ریه شریان‌ها، استخوان‌ها، غضروف‌ها، تاندون و دیسک‌های بین مهره‌ای و پیوند های سیستم اسکلتی و استخوان‌ها، بدن شده‌اند.
هدف از ایجاد این گرایش درواقع تربیت مهندسان و دانش آموخته هایی که بعد از فارغ التحصیلی به مطالعه و فعالیت در رابطه با این موارد بپردازند:
- قابلیت مطالعه و تحقیقات بخش های مکانیکی تجهیزات پزشکی
- طراحی و تولید ابزار های مکانیکی در کاربرد پزشکی
- فعالیت های تحقیقاتی و مطالعاتی در حوزه های تخصصی پزشکی مکانیکی
- طراحی و تولید تجهیزات و ابزار های کمک به معلولین
- طراحی و ساخت اندام های مصنوعی
- ارائه خدمات در بخش نصب و راه اندازی بخش های مکانیکی تجهیزات پزشکی
- ارائه خدمات سرویس و نگهداری بخش های مکانیکی دستگاه های پزشکی
- ارائه مقالات و پژوهش های علمی در رابطه با استفاده از علم مکانیک در پزشکی
- ارائه راهکار های درست و دقیق به پزشکان و متخصصین و پرسنل های کادر درمان
- ارائه خدمات و تعمیرات تجهیزات پزشکی و اصول مربوط به سیستم های فنی و طبی و ارتوپدی و بیمارستانی
نرم افزار های مهندسی پزشکی گرایش بیو مکانیک
همانطور که می دانید رشته مهندسی پزشکی دارای گرایش های مختلفی می باشد که در قسمت های قبلی معرفی شدند.هر یک از گرایش های مهندسی پزشکی با توجه به کاربرد آن ها در شرایط مختلف،از نرم افزار های مختلفی نیز استفاده می شود که در ادامه به معرفی برخی از نرم افزار های مرتبط در رابطه با گرایش بیو مکانیک می پردازیم:
- نرم افزار متلب (MATLAB)
زمینه هایی که این نرم افزار فعالیت دارد مربوط می شود به پردازش تصویر،تحلیل و پردازش فیلم،تحلیل صوت،بررسی سیگنال های زیست محیطی،سیمولینک،شبکه های عصبی،پردازش انواع سیگنال خطی و متناوب،محاسبات عددی و ریاضی،بیو انفورماتیک،هوش مصنوعی و… می باشد.
- نرم افزار کتیا (CATIA)
با استفاده از این نرم افزار می توان به بررسی مواردی مانند: مونتاژ قطعات،طراحی قطعات،طراحی سطوح،شبیه سازی پیشرفته،طراحی و مهندسی سازه،نقشه کشی،برنامه نویسی،قالب سازی،ماشین کاری،نقشه های ساخت و … پرداخت که به صورت اصولی این موارد مربوط به علم مهندسی علم زیست پزشکی،مکاترونیک،طراحی اندام ها و ارگان های بدن،طراحی سیستم های بیولوژیکی و فیزیولوژیکی،اورتز و پروتز،بیومکانیک،شبیه سازی های قطعات رباتیک پزشکی و دستگاه های پزشکی می باشند.
- نرم افزار سالیدورکس (SOLIDWORKS)
با استفاده از این نرم افزار می توان به عوامل شبیه سازی،مونتاژ قطعات تجهیزات پزشکی،اندام ها،تجهیزات توانبخشی،بیو ربات ها،مدل سازی،دستگاه های توانبخشی،ارتز و پروتز،سیستم های بیولوژیکی و فیزیولوژیکی به صورت تک تک پرداخت.
- نرم افزار میمیکس (MIMICS)
با استفاده از این نرم افزار می توان به بخش های عمده ی مربوط به تصاویر و پردازش عکس ها پرداخت.در ادامه به موارد بیشتر و کاربرد آن ها می پردازیم.با این نرم افزار می توان عکس ها و دیتا های دریافتی از مراکز CT اسکن،MRI،FMRI را به سایز های اصلی ساجیتال،آکسیال و کرونال تبدیل کرد و به وسیله این نتایج به دست آمده این تصاویر را با محاسبات استاتیک اعضا و مقاومت مصالح به حالت های سه بعدی به دست آورد.این نرم افزار کاربرد های بسیاری دارد که پزشکان برای جراحی قلب و عروق،مغز و اعصاب و جراحی های خارج کردن تومور از مغز انسان از این نرم افزار می توانند کمک بگیرند و در نتیجه بافت های نرم و عضلات را به شکل قبلی که گفته شد بصورت سه بعدی دریافت کرد.
- نرم افزار آنسیس (ANSYS)
از مواردی که در رابطه با این نرم افزار می توان عنوان کرد این است که با استفاده از این نرم افزار بررسی های مربوط به ضریب اطمینان تجهیزات پزشکی در کارکرد،استحکام تجهیزات پزشکی تولید شده،بهینه سازی در ساخت و تولید های ایمپلنت های دندانی و اندام های مصنوعی می توان بیشتر پرداخت.
- نرم افزار آباکوس (ABAQUS)
از این نرم افزار نیز برای شبیه سازی سیستم های دستگاه های پزشکی و بیولوژیکی،ایجاد نقشه طرح استخوان ها و مفاصل و تعیین المان های مکانیکی در سیستم های بیولوژیکی انتقال حرارت،منتشر کردن جرم،مسائل مربوط به صوت و التراسوند و تحلیل های پیزوالکتریک،کاربرد های بیشتری دارند.این نرم افزار در گروه مهندسی پزشکی گرایش بیو مکانیک قرار دارد که با استفاده از آن به به موارد زیر نیز می توان پرداخت از جمله طراحی تجهیزات پزشکی سخت،رابط ها و مفاصل مکانیکی در تجهیزات پزشکی،طراحی انوان اورتز و پروتز های زانو و دندان،شبیه سازی میزان فرسودگی و میزان قابلیت اعتماد به ایمپلنت ها،طراحی و نقشه دریچه قلب،ارزیابی جراحت ها،مدل سازی مفاصل و شبیه سازی فیزیولوژیکی پاسخ عصب های بدن به سیستم های مختلف پرداخت.
مهندسی پزشکی گرایش بیو متریال
مهندسی پزشکی گرایش بیومتریال از دو کلمه تشکیل شده است که بیو (Bio) به معنای زیستی و متریال (Material) به معنای مواد می باشد که به همین دلیل به این گرایش بیو مواد نیز گفته می‌شود.
بیومتریال‌ها نقش مهمی در علم داروسازی با احیا کردن بخش های آسیب دیده بدن و یا تسهیل روند بهبودی برای بیماران پس از آسیب دیدگی دارند.بیومتریال به نوع طبیعی و مصنوعی (سنتز) می باشند که کاربرد های مختلفی نیز در پزشکی دارند. در زمان‌های گذشته مصریان باستان برای بخیه کردن از رباط‌های بدن حیواناتی مانند سگ، اسب و… استفاده می‌کردند که درواقع اولین دوران استفاده از بیومتریال به مصریان باستان بر میگردد.
در ساخت بیومتریال می توان از مواد های اولیه مانند پلیمر‌ها، فلزات، سرامیک‌ها، شیشه‌ها، سنگ‌ها و حتی از سلول‌های زنده و بافت‌ها استفاده کرد و با استفاده از این مواد ها می توان در الیاف‌ها، فیلم‌ها و فوم‌ها و پارچه‌ها ساخت و تولید کرد. و این موارد را در کاربرد‌های پزشکی مانند دریچه‌های قلب، ایمپلنت‌های دندانی، جایگزین مفصل ران و… استفاده کرد.
دانشگاه‌هایی که بصورت روزانه و پردیس خودگردان پذیرش دارند که ظرفیت دانشگاه های روزانه حدودا 100 دانشجو در سال و دانشگاه های پردیس خودگردان حدودا 50 نفر دانشجو در سال پذیرش می کنند. در ادامه برخی از این دانشگاه ها را با اعلام میزان ظرفیت پذیرش در ادامه معرفی میکنیم:
- دانشگاه شهید بهشتی که طبق اعلامیه وزارت علوم کشور این دانشگاه حدودا 20 نفر پذیرش دارد.
- دانشگاه صنعتی شاهرود که طبق اعلامیه وزارت علوم کشور این دانشگاه حدودا 30 نفر پذیرش می کند.
- دانشگاه تبریز که بر طبق وزارت علوم کشور این دانشگاه حدودا 20 نفر پذیرش دارد.
- دانشگاه اصفهان که این دانشگاه نیز بر طبق اعلامیه وزارت علوم کشور ظرفیت پذیرش این دانشگاه حدودا 60 نفر می باشد.
- دانشگاه صنعتی همدان که طبق اعلامیه سازمان وزارت علوم کشور ظرفیت پذیرش این دانشگاه حدودا 30 نفر می باشد.
- دانشگاه صنعتی امیر کبیر تهران که بر طبق اعلامیه وزارت علوم کشور ظرفیت پذیرش این دانشگاه حدودا 20 نفر می باشد.(کلیه مقاطع و فعال در مقاطع فوق)
توانایی هایی که مهندسی پزشکی گرایش بیو متریال لازم دارد
- داشتن اطلاعات کافی در مورد بیوسنسور ها
- داشتن مهارت و اطلاعات کافی در مورد مهندسی بافت
- داشتن اطلاعات کافی در زمینه نحوه کارکرد تجهیزات پزشکی
- داشتن اطلاعات لازم علم تولید مواد اولیه پلیمر ها و سرامیک ها و فلزات و…
- داشتن مهارت های لازم در زمینه فیزولوژی و آناتومی بدن انسان
- داشتن مهارت و علاقه کافی برای علم دارو رسانی
گرایش های کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی
- مهندسی بیو مواد
- مهندسی ورزش
- مهندسی بیو مکانیک
- مهندسی بیو الکتریک
- مهندسی بافت
گرایش‌های مقطع دکتری رشته مهندسی پزشکی
- مهندسی بیو الکتریک
- مهندسی بیو مکانیک
- مهندسی بیو متریال
دانشگاه هایی که در رشته بیو متریال پذیرش دانشجو دارند
- دانشگاه صنعتی امیرکبیر تهران
- دانشگاه غیر انتفاعی علم و هنر شهر یزد
- دانشگاه غیر انتفاعی سجاد مشهد
استخدام مهندسی پزشکی بیو مواد
وضعیت استخدامی در کشور همانطور که می دانید بسیار سخت بوده و نیازمند مهارت و تخصص فرد در رشته تحصیلی خود و شغل مربوطه می باشد.مشاغلی مانند کارشناس مهندسی پزشکی در بیمارستان،کارشناس تجهیزلات پزشکی در مراکز درمانی،کارشناس آزمایشگاه غذا و دارو،کارشناس آرایشی بهداشتی،کارشناس تحقیقات بازار تجهیزات و مواد پزشکی و… مواردی هستند که می توان بعنوان مهندسی پزشکی گرایش بیو متریال فعالیت داشت.
مهندسی پزشکی گرایش بیو متریال در خارج از کشور ایران
در این رشته مهندسین پزشکی گرایش بیو متریال در رابطه با سیستم های گردش خونی و بیولوژیکی انسان و حیوانات مطالعه و تحقیقات دارند که با همکاری دانشمندان علوم پزشکی و شیمی دانان خواهد بود.وظیفه ی این افراد بررسی و… ساخت و ارائه موادی است که در ساخت و تولید تجهیزات پزشکی و لوازم پزشکی مانند پروتز ها،اورتز ها،تجهیزات اتاق جراحی،ایمپلنت و فیکسچر های دندانی و… می تواند بسیار کمک کننده باشند.
مهندسی پزشکی گرایش بیومتریال در داخل کشور ایران
طبق آماری که گزارش شده است امروزه مهندسین پزشکی کشور ایران دست به پیشرفت های خوبی زده و رشد چشمگیری داشته اند.به همین دلیل مهندسین پزشکی با گرایش بیو متریال در طی دوران تحصیل بعنوان کارآموز و بعد از فارغ التحصیلی بعنوان کارشناس مهندسی پزشکی در این شرکت ها شروع به فعالیت کنند.همانطور که در بخش های قبل گفته شد،مهندسانی که از مهارت،تکنیک و دانش بالاتری برخوردار باشند شانس بیشتری در همکاری با این شرکت ها را خواهند داشت.
سخن آخر
برای افرادی که هنوز تصمیم برای انتخاب این رشته ندارند و اطلاعاتی ندارند لازم به ذکر است که مهندسانی در این رشته موفق خواهند شد که برخی از مهارت ها و توانایی ها را در خود گسترش داده و عملکرد خوبی داشته باشند که در ادامه برخی از مهارت های لازم را معرفی خواهیم کرد.
- تسلط عالی به زبان انگلیسی (چه کسانی که داخل ایران قصد فعالیت دارند و چه کسانی که هدف خارج از کشور ایران را دارند)
- داشتن علاقه زیاد به شیمی و مواد اولیه
- داشتن علاقه به موارد درمانی پزشکی
- داشتن علاقه به موارد تحقیقاتی
- داشتنن روحیه کار تیمی
- داشتن علاقه به محیط های آزمایشگاهی
- داشتن علاقه به محیط های پزشکی بیمارستانیپ
- داشتن علاقه به علم ریاضی
- داشتن علاقه به مسائل کامپوتری
- داشتن علاقه به هوش مصنوعی
- داشتن علاقه به کار های پژوهشی و تولیدی
- داشتن علاقه به کارآفرینی
- داشتنن علاقه به مواد پلیمری
- داشتن شناخت کافی به مواد اولیه مانند فلزات و…
- داشتن علاقه به آموزش و یادگیری
- داشتن روابط عمومی بالا
نویسنده: مهندس مبینا تقوی، مهندس فرزاد صوفی‌زاده