سرپرست تیم ترجمه: مهندس محمد علایی
ایمیل: Translate@Tnt3.ir
تلفن همراه: 09192164907
مهندسی پزشکی یا مهندسی زیست پزشکی (به انگلیسی: Biomedical engineering) به دنبال ایجاد ارتباط منطقی بین علوم مهندسی و دانش پزشکی میباشد.
تا قبل از قرن بیستم میلادی تشخیص و درمان در زمان بیماری بر اساس بررسی حالات بیمار، مطالعه سندرمها و عارضههای مربوط و ارائه مجموعهای از روشهای شناخته شده مبتنی بر تجویز دارو یا اعمال برخی عملهای جراحی صورت میگرفت. اما در مهندس علایییل قرن بیستم و در اوج آن در دهههای ۳۰ و ۴۰ مفهوم جدیدی در پزشکی مطرح گردید. بر این اساس، ساختار بدن انسان به مثابه یک نظام بسیار هماهنگ مهندسی فرض و بیماری به عنوان عامل بینظمی در این ساختار مطرح گردید. به این ترتیب دانشی به عنوان مهندسی پزشکی بنیانگذاری شد که حوزه فعالیت آن مطالعه ساختار بدن انسان به صورت سیستمیک، کشف قوانین فیزیکی و معادلات ریاضی حاکم بر اجزاء سیستم، فهم اندرکنش بین آنها، مدلسازی این فرایندها و بررسی تأثیر بیماری بر روی این ساختار منظم و به تبع آن ارائه روشهای تشخیصی و درمانی مفیدتر برای بهبود بیماریها بود.
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.
مهندسی پزشکی یکی از تازهترین رشتههایی است که قدم به عرصه دنیای تکنولوژی جهانی نهاده و این رشته بدین منظور شکل یافته تا پزشکان را در تشخیص و درمان یاری دهد. مهندسی پزشکی دقت و تنوع در تشخیص را گسترش دادهاست بطوری که تشخیص بدون دستگاهها امکانپذیر نیست. تاکنون دستگاههایی از جمله EEG ,ECG ,MRI ,CT-Scan کمک بسیار بزرگی به پزشکی نمودهاند و هم راستای وسایل تشخیصی وسایل و ملزومات درمانی گسترش یافته تا بیماران را به گونهای تحت درمان قرار گیرند که میتوان سمعک، ونتیلاتور، دیالیز (تراکافت)، اولتراسوند و کاربردهای متعدد لیزر را نام برد. مهندس پزشکی در گامهای اولیه بهرهبرداری، تعمیر، پشتیبانی و نگهداری و تنظیم و استانداردسازی دستگاهها را انجام میدهد و در مراحل بالاتر توسعه، ارتقاء و بهبود دستگاههای پزشکی و یا حتی میتواند به طراحی و ساخت یک دستگاه اقدام کند. در این رشته به علت ابداعات و نوآوری وسیعی که صورت میگیرد شاخههای جدیدی از مهندسی پزشکی سازمان میگیرند که شرح مختصری از زیرشاخههای این رشته ذکر شدهاست.
مهندسی پزشکی رشتهای متشکل از گرایشهای متعدد مهندسی و علوم پزشکی 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:
اسم این رشته به خوبی انتخاب شده و ترکیبی صحیح از دو گروه ریاضی و تجربی است. مهندسی و پزشکی همکاری مطلوب و شایستهای را در کمک به بیماران و پزشکان آغاز کردهاند و در این راه گامهای مؤثری برداشته شدهاست که هر روزه بسیاری از خبرهای آن را در رسانههایی شنیدهاید با توجه به گسترش روزافزون سیستمهای مهندسی در حیطه بهداشتی و پزشکی، تربیت و وجود نیروی انسانی متخصص و متبحر که آشنا به وسایل و تجهیزات پزشکی امری ضروریست.
حداقل و حداکثر مجاز طول دوره کارشناسی مهندسی پزشکی در سه گرایش مطابق آئیننامههای دوره کارشناسی شورایعالی برنامه ریزی است. تعداد کل واحدهای درسی در طول دوره ۱۴۰ واحد میباشد که شامل دروس عمومی، پایه، اصلی، تخصصی و اختیاری، به شرح زیر میباشد:
گرایشها و جهتگیریهای کاری رشته مهندسی پزشکی، واقعاً وسیع است و زمینههای مختلفی از الکترونیک و پردازش سیگنال و مباحث نرمافزاری گرفته تا طراحی، ساخت، راهاندازی، نصب و تعمیر دستگاهها و قطعات پزشکی یا اندام مصنوعی، همچنین مواد به کار رفته در این وسایل را شامل میشود. جدا از این توضیحات، زمینههای کاری این رشته را میتوان به ۳ بخش کلی تقسیم کرد:
الف- طراحی و ساخت دستگاههای آزمایشگاهی و الکترونیکی و تجهیزات مربوط به آنها، نظیر وسایل مخصوصی که با تکنیکهای خاص، عناصر موجود در یک نمونه (مثلاً نمک خون و...) را به طرز دقیقی اندازهگیری کند مانند اسپکتروفتومتر که با تکنیکهای نوینی کار میکنند. ب- طراحی و ساخت بخشهای مکانیکی و برقی سیستمهای تصویرگر پزشکی، مانند سیستمهای سونوگرافی، رادیوگرافی، سیتیاسکن و دیگر دستگاههای که تصاویر ثابت یا محرکی را از بسیاری از بخشهای بدن به نمایش میگذارند. ج- طراحی و ساخت سیستمهای اندازهگیری پزشکی و بیمارستانی، نظیر دستگاههای دریافت کنندة سیگنالهای مغزی. د- طراحی و ساخت قطعات و اندام مصنوعی بدن و موادی که در طول، تشخیص، درمان و معالجات بیماریها بکار میرود.
از دیگر زمینههای کاری مهندسی پزشکی میتوان به تعمیر، نصب، راهاندازی و نگهداری وسایل مورد نیاز است و البته واضح است که این نیروی مجرب باید دارای اطلاعات کافی در مورد قطعات و جزئیات کار آن وسیله یا دستگاه باشد. در کنار این موارد، مسئله بهینهسازی یا تلفیق دستگاهها و عملکرد آنها نیز مطرح است. پروژه کنترل کامپیوتری فشار خون، یا پروژه سه بعدی سازی تصویر دستگاه MRI، جزء همین بهینهسازیها هست. دامنه کاربری این زمینه چنان وسیع است که اکنون سالانه چندصد مقاله در معتبرترین نشریات جهانی مهندسی پزشکی در این زمینه چاپ میشود و بیشترین تعداد پروژهها برروی موضوع تلفیق و بهینهسازی انجام میشود.
یکی از مهمترین مباحث مطرح در زمینه پزشکی، بحث استفاده از لیزر در پزشکی (چه در تشخیص و چه در درمان) است. اصولاً لیزر از همان ابتدا با توجه به قابلیتهای منحصر به فردی که داشت، به عنوان یک انتخاب خوب برای بهینهسازی عملکرد بسیاری از سیستمها بکار گرفته شده. استفاده از لیزر برای تشخیص ضایعات چشمی یا نمایش فشار خون در نازکترین مویرگها یا سوراخ کردن و یا ایجاد کانال مصنوعی در قلب، سوزاندن و بریدن برخی ضایعات درونی یا تومورهای مختلف و... روز به روز درحال افزایش است. بحث شبکههای عصبی طبیعی و درمان انواع ضایعات عصبی مانند ضایعات نخاعی با کمک تحریکات الکتریکی و با کمک علم ژنتیک نیز از بحثهای مهم و جدید رشته مهندسی پزشکی است.
کارشناسی مهندسی پزشکی، به نوعی هم خانوادة همان رشته برق و الکترونیک است و این قرابت و نزدیکی حتی در دورههای کارشناسی ارشد و دکترا نیز تا حدی ادامه مییابد؛ بنابراین یک دانشجوی مهندسی پزشکی در دوره کارشناسی تقریباً ملزوم به گذراندن تمامی دروس اصلی مجموعه مهندسی برق است و به همین خاطر، فارغالتحصیلان رشته مهندسی پزشکی میتوانند گرایشهای کارشناسی ارشد مجموعه مهندسی برق را انتخاب کنند و همپای مهندسین کنترل، مخابرات، قدرت و الکترونیک، به تحصیل در مقطع کارشناسی ارشد مهندسی برق بپردازند؛ بنابراین، عنوان مهندس پزشکی به هیچ عنوان نباید باعث شود که داوطلبان تصور کنند که این رشته بی ارتباط یا کم ارتباط با مباحث ریاضی و مهندسی است، چون دانشجویان این رشته به طور کامل با ریاضیات مهندسی پیشرفته و فیزیک در ارتباطند و از سنگینترین نوع ریاضیات، به عنوان ابزار کار، دائماً بهره میبرند، تا آنجا که دانشجویان این رشته، تا دروس ریاضیات مهندسی پیشرفته و معادلات دیفرانسیل و فیزیک الکتریسیته، موج، ارتعاش و حرکت را نگذرانند، قادر به اخذ دروس چندانی در دانشگاه خود نیستند.
مهندسی پزشکی بالینی از رشتههای تخصصی شاخه مهندسی پزشکی است که مسئولیت پیادهسازی تکنولوژی پزشکی و بهینهسازی خدمات بهداشتی و درمانی دارد. نقش مهندسی پزشکی بالینی شامل آموزش و نظارت تکنسین تجهیزات پزشکی، همکاری با قانون گذاران و بازرسان بیمارستانهای دولتی و دادن مشاورهٔ فنی برای دیگر کارکنان بیمارستان مانند پزشکان، مدیران، آی تی و... . مهندس پزشکی بالینی همچنین براساس تجربههای بالینی خود به تولیدکنندگان وسایل پزشکی در زمینه بهبود طراحیهای آیندهشان مشاوره میدهد درحالی که به عنوان ناظر بر پیشرفت قسمتهای فنی بیمارستانها، الگوهای خرید آنهارا با توجه به بخش تولید راهنمایی میکند. توجه اصلی آنها بر اجرای عملی تکنولوژی باعث شده که مهندسین این رشته بیشتر به سمت دوباره طراحی و پیکربندی دوباره گرایش پیداکنند. به عنوان «انقلابی» تحقیق و توسعه یا ایدههای نابی که میتوانند خود رابرای سالهای متمادی با پزشکی بالینی وفق دهدند؛ در حال حاضر در این برهه زمانی، بیشتر تلاشها برای گسترش تأثیر مهندسی پزشکی بالینی در مسیر زیست پزشکی نوین است. مهندس پزشکی بالینی در نقشهای مختلف خود، ازآنجایی که به هردو نقطه نظر (تولید و مصرف کننده) «در خط مقدم» نزدیک است و هم در ساخت و فرایند محصولات آموزش دیده است، به شکل یک «پل یا رابط» بین تولید کنندههای محصولات پزشکی و مصرف کنندگان نهایی است. بخشهای مهندسی پزشکی بالینی بیمارستانهای بزرگ گاهی اوقات نه تنها مهندسان زیست پزشکی را استخدام میکنند، بلکه از مهندسین صنعتی / سیستم برای تحقیق در عملیاتها، عوامل انسانی، تجزیه و تحلیل هزینه، ایمنی، و غیره کمک میگیرند.
این گرایش از مهندسی پزشکی دامنه بسیار وسیعی را شامل میشود اما در تعریفی کوتاه، بیوالکتریک را میتوان علم استفاده از اصول الکتریکی، مغناطیسی و الکترومغناطیسی در حوزه پزشکی دانست؛ همچنین الگوبرداری از سیستمهای بیولوژیکی در طراحیهای نوین مهندسی نیز در حیطه این علم قرار دارد. در واقع یک مهندس بیوالکتریک علاوه بر این که به تمام گرایشهای مهندسی برق (به ویژه گرایش الکترونیک در مقطع کارشناسی و گرایشهای کنترل و مخابرات در مقاطع بالاتر) با دیدگاهی از حوزه علم خود نظر دارد، از برخی از شاخههای مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات نیز در حیطه علم مهندسی پزشکی یاری میجوید. هدف از ایجاد این گرایش در مقطع کارشناسی، تربیت مهندسان الکترونیکی است که با گذراندن واحدهای درسی و آزمایشگاهی ای نظیر فیزیولوژی، آناتومی و فیزیک پزشکی، به نوعی بلوغ ذهنی و توانایی علمی در حوزه پزشکی دست یابند. دانشجویان پس از فراگیری علوم پایه مهندسی مثل ریاضی و فیزیک و تا حد مختصری علوم پایه پزشکی با مدارهای الکتریکی و تکنیکهای بکار رفته در تجهیزات پزشکی مانند سیستمهای تصویر برداری، سیستمهای پرتوپزشکی، سیستمهای بکار رفته در اتاق عمل و بخشهای CCU و ICU و تجهیزات الکتریکی بکار رفته در بدن آشنا میشوند. البته این آشناییها محدود میباشد و جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه، تحصیل در مقاطع بالاتر مورد نیاز است. در حال حاظر بازار کار این گرایش نسبت به سایر گرایش های مهندسی برق در جایگاه بهتری قرار دارد. اهم حوزههایی که یک مهندس بیوالکتریک در آن فعالیت میکند عبارتند از:
الف – پردازش سیگنالهای حیاتی
ب – پردازش تصاویر پزشکی و سیستمهای تصویر برداری
پ – پردازش صوت وگفتار و طراحی سیستمهای گفتار درمانی جهت کمک به معلولین گفتاری
ت – مدلسازی سیستمهای بیولوژیک
ث – طراحی بخشهای الکترونیکی و کنترل اعضاء و اندام مصنوعی و ساخت وسایل توانبخشی
ج – ثبت سیگنالهای حیاتی و طراحی سیستمهای مانیتورینگ بیمارستانی
چ – طراحی و ساخت سیستمهای درمانی و آزمایشگاهی پزشکی
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 زاویهٔ 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.
در این رشته بطور معمول برروی تهیهٔ 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. توسعهٔ انواع مدلهای وسایل پزشکی نیازمند انتخاب، ساخت و آزمایش مواد است که لازمهٔ آن درک و فهم درست از شیمی و فیزیک مواد و شناخت محیط بیولوژیک بدن است. به عبارت دیگر باید توجه داشت که آیندهٔ علم بیومتریال در گرو توانائی ما در فهم کشفیات جدید در شیمی، فیزیک، بیولوژی و پزشکی است.
بطور کلی موارد استفادهٔ 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 غیرطبیعی آنها تصحیح گردد.
کاربرد این شاخه استفاده از بافتهای زنده و مواد مصنوعی و کاشت آنها در بدن است. انتخاب مواد صحیح برای کاشت و پیوند در بدن انسان و یکی از حساسترین و مشکلترین عملیات مهندسی پزشکی است. آلیاژهای فلزی، سرامیکها، پلیمرها و کامپوزیتها از مواد مورد استفاده در کاشت بافتها مصنوعی هستند، اینگونه مواد باید غیرسمی، غیرسرطانزا و از نظر شیمیایی غیرفعال و بادوام و دارای قدرت مکانیکی کافی باشند.
فارغ التحصیلان گرایش بیومواد با کارگیری مواد مختلف از قبیل پلیمرها و سرامیکها و کامپوزیتها و مواد فلزی در بدن انسان و در تجهیزات پزشکی آشنا میشوند.
با توجه به مطالب آموزش داده شده در طول دوران تحصیل دانشگاهی، بطور خلاصه تواناییهای یک مهندس بیومتریال را میتوان بدین صورت برشمرد:
این گرایش بیشتر در زمینهٔ 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 مهندس علاییخر 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 تأثیر 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.
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. در 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.
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.
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. ازجمله علومی که با مدل سازی سیستمهای بیولوزیکی دربستره مهندسی پزشکی با یک فرمت جدید میتوان تحلیل کرد علوم پزشکی مشرق زمین است فی الجمله طب سنتی ایران وچین که گسترهای از پارامدیک دست نیافتهاست وشاید به علت قدمتش با پزشکی نوپای غربی همپا نشده وسرشار از رموز واسرار است.
کاربردی است از الکترونیک در تشخیص و بررسی ساختار بیماریها، رایانهها بخش اصلی این گرایش را بر عهده دارند سیستمهای تصویر پزشکی به وسیله مهندسان این رشته ساخته میشوند.
دوره کارشناسی ارشد فناوری اطلاعات پزشکی به عنوان گرایش جدید از رشته مهندسی پزشکی پیشنهاد شدهاست. ضرورت وجود اطلاع رسانی پزشکی در حوزه پزشکی در دهههای گذشته از عوامل مهم در توجیه فناوری اطلاعات به عنوان یک رشته کاربردی مهم در دهه اخیر بودهاست. نظر به گسترش سریع حوزه فناوری اطلاعات مدیریت در این حوزه اهمیت روزافزونی یافتهاست. فناوری اطلاعات پزشکی هم اکنون از زمینههای مهم فناوری اطلاعات است و طبیعتاً مدیریت فناوری اطلاعات در این حوزه اهمیت زیادی دارد.
حداقل طول این دوره ۴ نیمسال است، بدین معنی که دانشجویانی که ناچار به گرفتن دروس جبرانی نیستند، چنانچه کار درسی و تحقیقاتی خود را بنحو مطلوبی انجام دهند، میتوانند دوره را در۴ نیمسال به پایان برسانند.
نظام آموزشی آن واحدی است و مدت تدریس ۱ واحد نظری ۱۷ ساعت میباشد.
دانشجو برای تکمیل دوره کارشناسی ارشد فناوری اطلاعات و مدیریت بصورت مجازی باید حداقل۳۲ واحد درسی و تحقیقاتی بشرح زیر با موفقیت بگذراند.
علاوه بر موارد فوق، هر دانشجو این دوره که قبلاً در دوره کارشناسی یا لیسانس، دروس جبرانی رانگذرانده باشد، باید با موفقیت آنها را بگذراند، از دروس جبرانی واحدی به دانشجو تعلق نمیگیرد.