پایگاه آموزشی و اطلاع رسانی مهندسی پزشکی

گذری بر گرایش‌های مهندسی زیست پزشکی (بخش دوم)

در پی ارائه مقالاتی پیوسته که به معرفی جامع و کامل دانش جدید مهندسی پزشکی می پردازد ، تا کنون به مباحث «مهندسی پزشكی از  منظر واژه‌نامه‌ها  و مشاهير» ، «عوامل و انگيزه‌های پيدايش علم مهندسی پزشكی» ، «صاحب نظران پیشین ، چراغ راه آینده» ، «اولین مراکز آموزشی پژوهشی مهندسی پزشکی» و «مهندسی پزشکی در ایران ، از این سینا تا امروز» پرداخته شده است. در این بخش به معرفی گرایش های این رشته می پردازیم.

گرایش‌های توسعه ای-فن آوری
حوزه های تخصصی و گرایش های مهندسی زیست‌پزشکی در نگاه کلی به سه شاخه بنیادی-نظری ، توسعه ای-فن آوری و کاربردی-بالینی تقسیم بندی می شوند که در مقاله قبلی ، مروری بر گرایش‌های بنیادی-نظری داشتیم. در این مقاله ، گرایش دیگری از این رشته معرفی خواهد شد.

- برخی گرایش‌های توسعه ای-فن آوری ، مهندسی‌پزشکی-زیستی یا همان مهندسی پزشکی مرسوم:
•  مهندسی بیوالکتریک
•  مهندسی بیومکانیک
•  مهندسی بیومواد
•  مهندسی شیمی-زیست پزشکی

مهندسی بیوالکتریک
گرایش بیوالکتریک در مهندسی پزشکی دربرگیرنده‌ی یکی از گسترده ترین حوزه‌های تحقیقاتی در بین گرایش‌های درون دانشکده ای است. از حوزه‌های تحقیقاتی این گرایش می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• پردازش سیگنال‌های حیاتی:
همان گونه که در کلیه‌ی  مباحث پردازش سیگنال مطرح است ، بعد از ضبط سیگنال حیاتی که خود نیازمند طراحی و ساخت سخت افزارهای مناسب و بسیار مطمئن و استفاده‌ی  بهینه از فن آوری روز است ، دو مرحله‌ی پردازشی اصلی لازم است بر روی سیگنال حاصل شده اعمال شود تا به اهداف نهائی پردازش سیگنال برسیم. غیر از مراحل اصلی پردازشی ذکر شده ، اصولاً ثبت و آماده‌سازی بعضی از سیگنال‌های حیاتی نیاز به یک کار محاسباتی اولیه دارد که استفاده از برخی از روش‌های پردازشی خاص را لازم می‌کند.
از زیرشاخه‌های مهم پردازش سیگنال‌های حیاتی می‌توان به تشخیص خودکار بیماری ها ، فشرده سازی سیگنال‌های حیاتی ، تشخیص مشخصه‌های حیاتی ، اعمال اراده و ارسال فرامین به اندام‌های مصنوعی و کاربردهای خاص اشاره نمود.

• پردازش تصاویر پزشکی و سیستم‌های تصویربرداری:
تصاویر پزشکی با توجه به آنکه وضعیت بدن را به صورت دو بعدی و حتی سه بعدی (بوسیله کامپیوتر) نشان می‌دهند ، یکی از مهمترین وسایل تشخیص برای پزشکان هستند که همواره بخش عظیمی از تحقیقات را به خود اختصاص داده‌اند.

• پردازش صوت ، گفتار و طراحی سیستم‌های گفتار درمانی:
گفتار یکی از علائم بسیار مهم زیستی است که از هوشمندترین موجود روی زمین ، یعنی انسان صادر می‌شود. با توجه به توسعه‌ی وسیع سیستم‌های کامپیوتری و اهمیت روزافزون انواع پردازش‌های صوتی و گفتاری در جهان امروز و ارتباط تنگاتنگی که ویژگی‌های گفتار تولید شده با خصوصیات آناتومیک و عصبی دستگاه تولید گفتار و همچنین چگونگی عملکرد سیستم اعصاب مرکزی او دارد ، اهمیت پرداختن به این مقوله‌ی پرکاربرد مهندسی در دانشکده‌ی مهندسی پزشکی ظاهر می‌شود.

• مدلسازی سیستم‌های بیولوژیک:
مطالعه ، تحلیل و مدلسازی سیستم‌های بیولوژیکی در عین این که راهگشای پیشرفت فنی و علمی در دیگر شاخه‌های رشته بیوالکتریک است ، به صورت ایده بخشی قوی برای انجام ابداعات در شاخه‌های دیگر علوم مهندسی مانند: رشته‌ی پردازش سیگنال ، مخابرات و کنترل عمل می‌کند. اهمیت این شاخه از گرایش بیوالکتریک از زیربنایی بودن آن برای دیگر شاخه‌های این گرایش نشأت می‌گیرد.

• طراحی بخش‌های الکترونیکی ، کنترل اعضا و اندام مصنوعی:
شاید بتوان اعلام کرد که مهمترین امور تحقیقات در بیومکانیک ، مدلسازی و استخراج پارامترهای بیومکانیکی بدن انسان است ؛ چرا که در کنار حصول نتایج این تحقیقات ، دانش آموختگان این رشته قادر خواهند بود توانمندی خود را در قالب‌های زیر نشان دهند:
الف) طراحی و ساخت اندام‌های مصنوعی و سیستم‌های مصنوعی بدن
ب) طراحی و تحلیل بخش‌های مکانیکی تجهیزات پزشکی و وسایل کمک به معلولین
به موازات موارد فوق ، دانش آموختگان این رشته قادر به خدماتی چون مشارکت در امور تحقیقات پزشکی و هم چنین نصب و راه اندازی دستگاه‌های پزشکی خواهند بود.

مهندسی بیومکانیک
بیومکانیک ، کاربرد علوم و مهندسی مکانیک در سیستم‌های زیستی و حوزه‌ی علوم پزشکی است. مثال‌های مرسوم برای معرفی حوزه‌ی بیومکانیک ، کاربرد مکانیک در تحلیل حرکت انسان ، تغییر شکل و نیروهای وارد بر بافت‌ها (استخوان ، مفاصل و عضلات) ، جریان سیالات بیولوژیک ، تغییرات انرژی و غلظت مواد در واکنش‌های بیوشیمیایی هستند.

برخی از گرایش‌های مهندسی بیومکانیک عبارتند از:
کینزیولوژی ، آنتروپومتری ، ارگونومی تحلیل سینماتیکی و سینتیکی حرکت ، بیومکانیک استخوان و صدمات استخوانی بیومکانیک بافت نرم (عضله ، تاندون ، لیگامان ، غضروف ، دیسک و ...) ، مدلسازی بیومکانیکی سیستم‌های حیاتی و شبیه سازی کامپیوتری ، مکانیک سیالات در سیستم‌های زیستی ، ترمودینامیک و پدیده انتقال حرارت در سیستم‌های حیاتی ، انتقال جرم در سیستم‌های حیاتی ، رباتیک و بیورباتیک ، اندام‌های مصنوعی ، مفاصل و بافت‌های مصنوعی و مهندسی توانبخشی است. وجود درس هایی با عنوان دروس جبرانی و با نگاه پزشکی حکایت از آن دارد که این رشته ، یک رشته Multidisciplinary بوده و به هدفی چون استفاده از یافته‌های پزشکی و مهندسی مکانیک در کنار هم اشاره دارد.

مهندسی بیومواد
اگرچه به کارگیری مواد مصنوعی در بدن تاریخچه‌ای به قدمت بشریت دارد ؛ اما علم بیومواد به صورت یک فن و رشته علمی پیشینه‌ای کمتر از یک قرن دارد. مهندسی بیومواد در یک نگاه ، علوم و فنون مهندسی مواد قابل استفاده در بدن بوده و به مفهوم طراحی ، ساخت و به کارگیری تمامی موادی است که به نوعی با بدن انسان در تماس است.
هدف از این روش ، جایگزینی بافت‌های آسیب دیده با اعضای مصنوعی مشابه به منظور اصلاح عیب ، ترمیم ، بهبود عملکرد و همچنین زیبایی است.

جنبه‌های مختلف علم مهندسی بیومواد را می‌توان در دیدگاه‌های زیر ارائه نمود:
الف) مهندسی بافت: این شاخه از علم بیومواد بر ساخت داربست‌های زیستی به منظور بستری برای رشد سلول است. با استفاده از آموزش‌های ارائه شده در این شاخه ، دانشجویان قادر خواهند بود با ساخت داربست‌های مختلف و خصوصیات مهندسی حاکم بر آن ها آشنا شده ، چگونگی برهمکنش سلول و داربست را تفسیر نموده و الگویی از بسترهای تخریب پذیر جهت رشد سلول ارائه کنند.
ب) مهندسی رهایش کنترل شده مواد فعال بیولوژیکی: هدف این شاخه از علم بیومواد ، رهایش کنترل شده و طولانی مدت مواد فعال و همچنین آزادسازی آنها در مکان و زمان معین است.
پ) ارتز و پروتز: این بخش از علم بیومواد با تأکید بر ساختارهای پایه مهندسی بیومواد نظیر سرامیک ، فلز ، کامپوزیت و پلیمر ، ساخت کلیه اعضاء و اندام مصنوعی و لوازم جانبی پزشکی از دیدگاه خواص مواد و فرآیندهای شکل‌دهی را مورد بررسی قرار می‌دهد.
ت) بیوسرامیک: بیوسرامیک‌ها (Bioceramics) ، سرامیک هایی با طراحی خاص هستند که در ترمیم و نوسازی اعضاء معلول یا مصدوم بدن مورد استفاده قرار می‌گیرند. اگر چه سالیان درازی است که سرامیک و شیشه به عنوان شیشه عینک ، وسائل تشخیص بیماری ، ظروف آزمایشگاهی ، دماسنج ها ، فلاسک‌های کشت بافت و الیاف نوری جهت آندوسکوپی به کار می‌روند اما در اواخر دهه 1960 ، انقلاب عظیمی در استفاده از سرامیک‌ها برای بهبود نحوه زندگی بشر رخ داد که منجر به توسعه بیوسرامیک‌ها شد.
به طور کلی بیوسرامیک‌ها یا سرامیک هایی که در پزشکی کاربرد دارد ، باید با یک یا چند شرط زیر مطابقت داشته باشد:
•  از نظر شیمیایی کاملاً خنثی باشد.
•  اثرات مخرب بر بافت‌های مجاور نداشته باشد.
•  طول عمر آن زیاد باشد.
•  استحکام خستگی بالا داشته باشد.
•  اثرات مخرب بر فرآیندهای متابولیسم آزاد بدن نداشته باشد.
عوامل فوق تحت عنوان زیست سازگاری یا Bio compatibility دسته بندی می‌شود.

با توجه به چندوجهی بودن علم بیومواد به عنوان فصل مشترک علوم بیولوژیک و مهندسی، آشنایی با ساختار ماده، فرآیندهای ساختی، خواص مختلف مواد گوناگون،‌زیست سازگاری در کنار مفاهیم اساسی و بنیادین علوم بیولوژیک نظیر آناتومی، فیزیولوژی، سلول‌شناسی و ... از مهم ترین اهداف در تربیت افراد متخصص است.

مهندسی شیمی-زیست پزشکی
مهندسی شیمی گرایش زیست پزشکی از رشته‌های نسبتاً جوان در مقطع کارشناسی ارشد می‌باشد. این گرایش در صدد است تا با به کارگیری آخرین روش‌ها و دستاوردهای علم شیمی ، روش‌های تشخیصی و درمانی مناسبتری برای درمان بیماری‌ها پیشنهاد دهد. به‌عنوان مثال ، در حوزه‌ی داروسازی ، زیست پزشکی با ارائه سیستم‌های کنترل انتقال دارو توانسته است روشی ارائه کند که سرعت آزاد شدن دارو در بدن را بهینه کرده ، اثرات نامطلوب جانبی آن را کاهش داده و دارو را در نقاط عمل متمرکز کند. این اقدامات به نوبه خود باعث ارتقاء روند درمان خواهد شد. همچنین در حوزه‌ی مهندسی بافت، با استفاده از زیست پزشکی می‌توان بافت‌های معیوب بدن را ترمیم کرد. روش‌هایی برای درمان برخی از امراض ارائه داد و دستگاه‌های مورد استفاده در بدن را با بدن سازگار کرد.

منبع: ماهنامه مهندسی پزشکی

* مطالب مرتبط:

مهندسی پزشکی از نگاه واژه نامه ها و مشاهیر

عوامل و انگيزه ‌های پيدايش علم مهندسی پزشکی

مهندسی پزشکی ؛ صاحب‌نظران ‌پيشين ، چراغ راه آينده

آشنایی با اولين مراکز آموزشی و پژوهشی جهان در زمينه مهندسی پزشکی

مهندسی پزشکی در ایران ؛ از ابن سینا تا به امروز

گذری بر گرایش‌های مهندسی زیست پزشکی (بخش اول)

کلمات کلیدی: biomedical engineering ، مهندسی پزشکی ، آشنایی با مهندسی پزشکی ، معرفی مهندسی پزشکی ، مهندسی پزشکی گرایش بالینی ، مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک ، مهندسی پزشکی گرایش بیوالکتریک ، مهندسی پزشکی گرایش بیومتریال (بیومواد) ، مهندسی پزشکی ایران ، مهندسی پزشکی دانشگاه پیام نور ، پایگاه آموزشی و اطلاع رسانی مهندسی پزشکی ، اخبار و تازه های مهندسی پزشکی ، مقالات مهندسی پزشکی ، آموزش مهندسی پزشکی ، دانلود کتاب های مهندسی پزشکی ، دانلود جزوه های مهندسی پزشکی ، دانلود نمونه سوالات امتحانی مهندسی پزشکی ، گرایش های مهندسی پزشکی ، مهندسی پزشکی زیستی