موضوع :
معرفی رشته مهندسی پزشکی
استاد درس:
دانشجویان:
چکیده
در قرن بیستم نوآوری های تکنولوژی با چنان سرعتی در حال پیشرفت است که تقریباً در هر زمینه ای در زندگی انسان نفوذ کرده است. پیشرفت در مراقبت های پزشکی نیز بسیار چشم گیر بوده است که از جمله علل اصلی آن پیوند بین دو فضای علمی مهندسی و پزشکی را می توان برشمرد.این ترکیب موجب ایجاد رشته ای به نام مهندسی پزشکی گشته است. مهندسی پزشکی را به طور دقیق چنین تعریف کرده اند: بکارگیری علوم مهندسی (برق، مکانیک، شیمی و …) برای درک، تغییر، کنترل و مشاهده عملکرد سیستم های زنده. در کل مهندسی پزشکی رشته ای است که در آن در زمینه ی علوم مهندسی، زیستی و پزشکی تحقیق و فعالیت می شود تا از طریق روش های تحلیلی و تجربی مبتنی بر علوم مهندسی سلامت جامعه انسانی بهبود یابد.
در این سمینار ابتدا به بررسی تاریخچه علم پزشکی و سپس مهندسی پزشکی پرداخته و در مورد گرایش های مختلف آن به تفصیل بحث می کنیم. در آخر مرور کوتاهی بر آمادگی شغلی و زمینه های کاری آن خواهیم پرداخت.
فهرست مطالب
مقدمه 4
1- تاریخچه علم پزشکی 6
1-1- سیستم درمانی قدیم 6
1-2- سیستم درمانی مدرن 13
2- مهندس پزشک کیست؟ 16
3- زمینه های کار در مهندسی پزشکی 20 3-1- فعالیت های ویژه 23
4- حوزه های تخصصی مهندسی پزشکی 26
4-1- تقسیم بندی کلاسیک 26
4-1-1- بیوالکتریک 26
4-1-2- بیومکانیک 30
4-1-3- بیومتریال 33
4-2- حوزه های تخصصی جدید 34
4-2-1- بیواینسترومنت( ابزار دقیق) 35
4-2-2- بیوسیستم ها 35
4-2-3- فیزیولوژی سیستمها 38
4-2-4- مهندسی کلینیکی 38
4-2-5- مهندسی ارتوپدی و توانبخشی 39 4-2-6- بیولوژی محاسباتی 41
4-2-7- مهندسی سلولی و ملکولی 42
4-2-8- مهندسی سلول و بافت 43
4-3- رابطه متقابل میان حوزه های تخصصی 44
5- مهندسان پزشکی کجا کار می کنند؟ 45
5-1- آمادگی شغلی 46
5-2- موارد کاربردی در برنامه های آینده مهندسی پزشکی 46 5-3- جوامع پیشرفته 47
5-3-1- موسسه مهندسی پزشکی و بیولوژیکی آمریکا 47
5-3-2- جامعه مهندسی بیولوژی و پزشکی در IEEE (EMBS) 47
5-3-3- فدراسیون بین المللی مهندسی پزشکی و بیولوژی 48
5-4- مهندسی پزشکی در ایران 48
5-4-1- بیوالکتریک در دانشگا ه های ایران 48
5-4-2- بیومکانیک در دانشگاه های ایران 49
5-4-3- بیومتریال در دانشگاه های ایران 50
5-5- ماهنامه مهندسی پزشکی 54
ضمیمه1) سیلابس درسی کارشناسی مهندسی پزشکی گرایش بیوالکتریک
ضمیمه2) سیلابس درسی کارشناسی مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک
ضمیمه3) سیلابس درسی کارشناسی مهندسی پزشکی گرایش بیومواد
منابع
مقدمه
در قرن بیستم نوآوری های تکنولوژی با چنان سرعتی در حال پیشرفت است که تقریباً در هر زمینه ای در زندگی انسان نفوذ کرده است. پیشرفت در مراقبت های پزشکی نیز بسیار چشم گیر بوده است که از جمله علل اصلی آن پیوند بین دو فضای علمی مهندسی و پزشکی را می توان برشمرد.
این موضوع به خصوص در زمینه پزشکی و خدمات درمانی مشاهده می شود.گرچه هنر پزشکی سابقه طولانی دارد اما انقلاب خدمات درمانی که (بر پایه تکنولوژی می باشد و) قادر به انجام محدوده وسیعی از تشخیص ها و درمان ها است تقریباً جدید می باشد و موجب بوجود آمدن بیمارستان های بسیار مدرن به عنوان مراکز تکنولوژیکی ارایه دهنده خدمات درمانی می باشد.
از آنجایی که تکنولوژی چنین اثر بزرگی بر خدمات درمانی گذاشته است، متخصصین مهندسی در بسیاری از جنبه های پزشکی درگیر شده اند. در نتیجه مهندسی پزشکی به عنوان یک تلفیق کننده این دو تخصص دینامیک ( مهندسی و پزشکی) به وجود آمده است و هدف اصلی آن مقابله با امراض و بیماری ها از طریق فراهم آوردن وسایلی (مانند بیوسنسور ها ، بیو مواد ها ، پردازش گر های تصویر و هوش مصنوعی) در جهت تحقیق ، تشخیص و درمان به وسیله متخصصان درمانی می باشد. بنابراین مهندسان پزشک اعضای جدید جامعه پزشکی هستند که به دنبال راه حل های جدید برای مسایل پیچیده ای که جامعه مدرن امروزی با آن روبروست می باشند.
در کشور ما هم وابستگی روزافزون به تکنولوژی مدرن درمانی و پیچیده تر شدن انواع تجهیزات بیمارستانی و طبعاً راه اندازی و نگهداری از آن ها در مجموع باعث شده که جامعه پزشکی و درمانی ما شناخت بیشتری نسبت به رشته مهندسی پیدا کنند و نیاز کشور به فارغ التحصیلان این رشته به شدت افزایش یابد. از این رو توسعه مهندسی پزشکی در گرایش های مختلف آن (بیومتریال، بیومکانیک، بیوالکتریک)یک امر اجتناب ناپذیر به نظر می رسد.
در این سمینار مروری بر نقش تکنولوژی در خدمات درمانی در جامعه امروزی و همچنین نقش مهندسان پزشکی در حال حاضر خواهیم داشت.
1- تاریخچه علم پزشکی
1-1- سیستم درمانی قدیم
انسان های اولیه بیماری ها را ناشی از اعمال خدایان و ارواح می دانستند.در نتیجه درمان آنها را کار پزشکان جادو گر می دانستند.گرچه جادو یک جز جدانشدنی از مراحل درمانی بود اما هنر و عمل این پزشکان جادوگر تنها محدود به متافیزیک نمی شد. این افراد با استفاده از غریزه شخصی و تجارب گذشته دانش اولیه ای را بر پایه قوانین تجربی بنا می کردند. برای مثال از همین طریق اعمالی مانند جا انداختن استخوان ها و استفاده از گیاهان دارویی یا اعمال جراحی پیشرفت کرد. همان گونه که انسان های اولیه یاد گرفتند که بعضی گیاهان قابل خوردن و کاشت هستند پزشکان اولیه هم طبیعت بعضی از بیماریها را مشاهده و درک کردند و آنها را به نسلهای بعد خود انتقال دادند.
شواهد نشان می دهد که پزشکان اولیه علاوه بر درمان ساده ، به اعمالی از قبیل جراحی هم علاقه مند بودند. استخوانهای جمجمه سوراخ شده که در نواحی مختلف اروپا ، آسیا و آمریکای جنوبی کشف شده اند شاهد این مطلب می باشد. این سوراخ ها بر روی استخوان با وسایل محکمی برای دسترسی به مغز ایجاد شده بودند. به نظر می رسد که هدف عمده این اعمال جراحی جادو و باورهای دینی بوده است. احتمالاً بر این باور بوده اند که این پروسه منجر به آزاد کردن افکار و گازهای بد و شیطانی از مغز که منشا دردهای شدید سر( مانند میگرن) و یا حملات مغزی که منجر به از حال رفتن شخص (مانند صرع) می شود ، بوده است. بعضی از این بیماران پس از عمل زنده می ماندند . شاهد این مطلب لبه های صاف شده استخوان سر در محل سوراخ می باشد که نشان می دهد استخوان پس از جراحی مجدداً رشد کرده است. انسان های زنده مانده پس از عمل هم به جایگاه خاصی از تقدس دست می یافتند به طوری که فرضاً تکه هایی از استخوان جمجمه آنها به عنوان طلسم دور کننده حملات تشنجی به کار می رفت. این شروعی برای تلفیق پزشکی در فرهنگ و جوامع بشری بوده است.
جالب است که به سرنوشت بعضی از این پزشکان موفق هم اشاره شود. برای مثال مصری ها ایمهوتپ1 (معمار اولین هرم در BC 3000 ) را برای قرنها محترم می شمردند البته نه برای اینکه او سازنده هرم بود بلکه به این خاطر که یک پزشک بود.
کلمه ایمهوتپ به این معنی است که شخصی که ورودش موجب آرامش می شود.2 دلیل این نامگذاری این بود که او به بیماران سر می زد تا به آنها خواب راحت بدهد.
این پزشک به قدری در کار خود مهارت داشت که در فرهنگ مصر باستان به او لقب خدای شفا داده بودند. در افسانه های مصر باستان مانند ادیان اولیه بین ارتباط سلامت بشر و متافیزیک تاکید فراوان وجود داشته است. برای مثال به علامت افسانه ای Rx که همچنان آراینده نسخه های دارویی است توجه کنید. افسانه آن به چشم Horus برمی گردد. در افسانه آمده است که Horus در کودکی بینایی خود را بر اثر حمله شیطان از دست داد. Isis مادر Horus از مهمترین خدای سلامتی یعنی Thoth کمک خواست و او هم توانست چشم و قدرت Horus را به او برگرداند. به همین جهت چشم Horus به عنوان سمبل شفا و محافظت خدا در نظر گرفته شده و سمبل آن Rx واضح ترین پیوستگی بین پزشکی جدید و قدیم می باشد.
تفکر و اعمال ایمهوتپ روی پاپیروس ضبط شده و در قبرهای باستانی نگهداری می شده است. در کتیبه ای که توسط George Elbers در سال 1873 بدست آمد صدها روش درمانی برای عوارض مختلف از گزیدگی کروکودیل گرفته تا یبوست آورده شده است. در یک پاپیروس معروف دیگر مربوط به BC1700 که توسط Edwin Smith در 1862 کشف شد اغلب مسایل مربوط به جراحی آورده شده است. این پاپیروس ها جز بهترین نوشته ها در تاریخ پزشکی محسوب می شوند.
زمانیکه اثر مصر باستان گسترش یافت، ایمهوتپ توسط یونانیان مانند خدای سلامتی خودشان Aesculapius شناخته شد. بر طبق افسانه پدر Aesculapius آپولو است که در یکی از دیدارهایش از زمین او را به وجود آورد. آپولو یک پدر بود و مانند بسیاری از پدر و مادرهای امروزی دوست داشت که فرزندش پزشک شود. به همین دلیل او از Chiron ، حیوانی افسانه ای با بالاتنه انسان و پایین تنه اسب، خواست که به فرزندش علم طب را تعلیم دهد. به زودی Aesculapius به قدری در پزشکی متبحر شد که از استاد خود پیشی گرفت و به قدری خوب بیماران را مداوا می کرد که کم کم موجب کاهش محبوبیت سایر خدایان شد و به همین دلیل در پی شکایات فراوان Hades و Pluto و خدای زیر زمین ، در نهایت Zeus با یک صاعقه او را کشت. این افسانه ها با وقایع تاریخی در هم آمیخته شده اند و معلوم نیست که آیا Aesculapius واقعا یک انسان مانند ایمهوتپ بوده است یا نه ولی یک مسئله واضح است و آن اینکه حتی از BC1000 پزشکی یک حرفه بسیار محترم بوده است. در یونان باستان معابدی برای انجام اعمال درمانی وجود داشته اند و جز اولین بیمارستانها محسوب می شوند. در این بیمارستان ها بیماران پذیرفته شده و از نظر روانی با اعمالی نظیر دعا و یا قربانی کردن برای درمان آماده می شدند. سپس اجازه می یافتند تا از لذت خواب در معبد بهره مند شوند. در نیمه شب پزشکان به سراغ آنها می آمدند و دستورات لازم از قبیل رژیم غذایی یا دارو را می دادند و همه اعتقاد داشتند که این روشها موثر است. از طرف دیگر اگر بیماری بهبود نمی یافت اعتقاد بر این بود که ناشی از کم ایمانی خود بیمار است و خدشه ای به مراحل درمان وارد نمی شد. این تفکر همچنان در روشهای درمانی امروزی در غالب جملهhealthy mind, healthy body کاربرد دارد.
یکی از مشهورترین این معابد درمانی در جزیره Cos یعنی محل تولد Hippocrates قرار دارد. او از جوانی علم پزشکی را پیش پدر فرا گرفت. شهرت Hippocrates به عنوان یک جمع آوری کننده روشها و تکنیک های درمانی تا آن زمان نبود بلکه به خاطر دید او به پزشکی به عنوان یک دانشمند بود تا یک کشیش. او به عنوان یک نوآور یک عنصر مهم را به پزشکی تزریق کرد: روح علمی آن را. کم کم مشاهدات تشخیصی و درمان های کلینیکی جای خرافات را گرفت. به جای سرزنش خدایان بابت بیماریها ، Hippocrates به مردم یاد داد که بیماریها پروسه های طبیعی هستند و علایم آنها ناشی از واکنش بدن به بیماریهاست. او تاکید داشت که خود بدن روشهایی برای درمان بیماری ها دارد و وظیفه یک پزشک کمک به این نیرو های درونی است. او در مورد هر بیمار کاملاً مطالعه کرده و یادداشت برداری می کرد. نوشته های زیرکانه او در مورد بیماریها حتی امروز هم برای پزشکان قابل استفاده است. شاگردان او به گوشه های مدیترانه سفر کردند تا علم او و افکارشان را گسترش دهند. به هر صورت Hippocrates اولین کسی بود که جادو و خرافات را شکست و پایه های علم پزشکی را علمی کرد و یک پزشک خوب را به عنوان دوست حرفه ای بیمار معرفی کرد.
زمانیکه امپراتوری روم در بیش از نیمی از دنیا گسترش یافت، وارث بسیاری از فرهنگ هایی که جذب کرده بود و از جمله دستاوردهای پزشکی آنها شد. گرچه خود آنها پیشرفت کمی در این زمینه داشتند، پس از آن به پیشرفت های زیادی در این زمینه دست یافتند. برای مثال آنها یک سپاه پزشکی تعلیم دیده داشتند که لژیون نظامی را همراهی می کرد تا در مواقع جنگ و درگیری، کمکهای اولیه را در مورد بیماران اعمال کنند. همچنین بیمارستان هایی را در نقاط مختلف امپراتوری دایر کردند. آنها با تصفیه آب آشامیدنی ، ضدعفونی کردن غذاها و جلوگیری از شیوع بیماری های واگیردار (کنترل اپیدمی) هم زندگی مدنی را ممکن کردند.
در ابتدا رومیها به پزشکان یونانی و هنر آنها علاقه چندانی نشان ندادند. اما پس مدتی با دیدن خدمات آنها به آنها توجه کردند و حتی قیصر روم(BC46 ) به خاطر خدمات آنها حق سکونت در شهرهای رومی را به آنها اعطا کرد. حتی در زمانهای قحطی که خارجی ها از شهرها اخراج می شدند، نه تنها این پزشکان از شهر ها اخراج نمی شدند بلکه به آنها پیشنهاد می شد که در شهر بمانند. جالب است بدانیم که Galen که مشهورترین پزشک رومی است اصلاً یونانی بوده و امپراتور به خاطر درمان تب همایونی به او لقب پزشک نامدار روم را داد. او شخص بسیار مغروری بود و برعکس Hippocrates تنها موارد موفقیت خود را گزارش می کرد ولی با تمام این حرف ها پزشک بسیار متبحری بود. برای او تشخیص یک هنر شده بود و علاوه بر بیماران خود به درخواست هایی که از مناطق دور دست فرستاده می شد هم پاسخ می داد. وی بسیار سخت کوش بود و بیش از 300 کتاب نوشت که در آنها مشاهدات آناتومیکی خود را به علاوه موارد مشخص و داروهایی که برای آنها تجویز کرده بود و همچنین لاف زدن ها و خودستایی هایش را ثبت کرده بود. با وجودی که Galen در زمینه پزشکی بسیار با نفوذ بود و بعدها توسط کلیسای کاتولیک مورد تایید قرار گرفت اما او در حقیقت از تحقیقات پزشکی منع شده بود ودر این دوران ممنوعیت و عصر تاریک، کتاب ها و نوشته ها و مشاهدات او برای پزشکان و کشیشان بعد از او کتاب قانون و کتاب مقدس به حساب می آمد.
آموزش های کلیسای کاتولیک مبنی بر اینکه تحقیق در مورد علل مرگ موجب قهر خداوند شده و نامطلوب است، روش های منطقی برای درمان بیماری ها را دخالت گناه آلود در کار خدا می دانستند و در نتیجه استعمال دارو توسط پزشک و بیمار را ناشی از کمبود ایمان می دانستند و در نتیجه علم اصولی پزشکی دچار کم توجهی شد. بنابراین برای تقریباً 1000 سال علم پزشکی به فراموشی سپرده شد و این ماجرا تا عصر رنسانس یعنی تقریباً S 1500 ادامه داشت. Hippocrates قبلاً گفته بود که بیماریها تنبیهی از طرف خدا نیستند و یک پدیده طبیعی هستند ولی زیر سلطه کلیسا و خدای جدید تصورات قدیمی و خرافاتی ماوراء طبیعی بودن بیماری ها مجدداً زنده شد و مجدداً روش های درمان بیماران به شکل قدیم خود ( دعا و …) بازگشت. البته این دوران زیاد هم سیاه نبود. مثلاً در این دوران با بیماران فقیر و ثروتمند به یک شکل برخورد می شد(!) و این دوران زمینه ساز سیستم درمانی مدرن شد. در زمان کنستانتین اول (اولین امپراتور روم که از مسیحیت استقبال کرد) معابد درمانی به شیوه قدیم بسته شد و بیمارستان هایی در هر شهر دایر گشت. با گسترش دین و آیین مسیحیت به خاور میانه، این سیستم بیمارستانی هم انتقال یافت. البته لازم به ذکر است که با وجود بیمارستان ها، پزشکان از بیماران خود فقط در خانه هایشان عیادت می کردند و این بیمارستان ها مربوط به مسافرین و انسان های بی پناه می شد. گرچه بعضی از این بیمارستان ها مجهز بوده و به خوبی اداره می شدند و با بیماران رفتار انسان دوستانه ای داشتند ولی در اکثر آنها افرادی نگه داری می شدند که بیماری های عفونی داشتند و باید از جامعه دور نگه داشته می شدند و با آنها رفتار خوبی نمی شد و علاوه بر آن آمار مرگ و میر هم در بیمارستان ها بالا بود به همین جهت در اذهان عمومی بیمارستان ها جایگاه خوبی نداشتند.
رنسانس و دگرگونی های قرون پانزدهم و شانزدهم باعث کاهش نفوذ کلیسا بر بیمارستان و علوم پزشکی شد. در این دوره بر تحقیقات روی علوم طبیعی تاکید بیشتری شد و بذر بسیاری از پیشرفت ها و تحقیقات بعدی هم توسط هنرمندانی چون میکل آنژ3 ، رافائل دورر4 و نابغه بزرگ لئوناردو داوینچی5 کاشته شد. آنها به انسان به گفته جالینوس نگاه نمی کردند و انسان را قسمتی از طبیعت می دیدند. نقاشان هنرمند آن دوره با به تصویر کشیدن انسان در سلامتی و بیماری و با دقت ریز به جزئیات قدم های بزرگی برداشتند. آن ها همچنین با نقاشی از انسان در زمان های خوشی و غم و … سعی داشتند اطلاعاتی را هم از احساسات انسان و رابطه آن با جسم کسب کنند. کم کم مدارس پزشکی به شکل امروزی آن مانند salerno ،bologna ، mont peliar ،padua و Oxford درآمدند و در آنها علم پزشکی به شکلی که Hippocrates اعتقاد داشت تدریس می شد. پس از آن عصر اندازه گیری شروع شد و پس از سخنرانی گالیله در 1592 در pardua در مورد علم ریاضی و اختراعات خود ( لنزهای تلسکوپی و ترموسکوپ و …) یکی از دانشجویان آنجا Sanctorius، مطالعات قابل توجهی در مورد بدن انسان و پالس انجام داد. یکی دیگر از فارغ التحصیلان این موسسهWilliam Harvey ، در مورد قانون حرکت گالیله و مکانیک برای مساله گردش خون مطالعاتی انجام داد. این مطالعات کمک های فراوانی به مشخص کردن اعمال قلب پرداختند. گالیله محققین را به روشهای اندازه گیری تجربی و در نتیجه به دست آوردن نتایج کمی به جای کیفی تشویق می کرد. کم کم از دمای بدن و نرخ پالس به عنوان کمک های پزشکی به پزشکان برای تشخیص بیماری ها استفاده می شد ولی متاسفانه از وسایل جدید در پزشکی استفاده نمی شد و فقط در دانشگاه ها بود که گروه های دانشمندان با هم همکاری داشتند.
در سالهای بعد سیستم پرستاری و پزشکی دچار تغییراتی شد و پزشکان متخصص و آکادمیک جای پزشکان قدیمی را گرفتند. استقبال مردم هم با گذشت زمان نسبت به بیمارستان ها افزایش یافت و کار به جایی رسید که دیگر ظرفیت بیمارستان ها کم شد و جا برای بیماران نبود . این موضوع مربوط به قرن هفدهم می شد و کار به جایی رسید که فرضاً دو بیمارستان در انگلستان فقط بیمارانی را که قابل درمان بودند می پذیرفتند و بقیه به حال خود رها می شدند تا سرنوشت به سراغ آن ها بیاید. در قرن هجدهم مساله برابری حقوق انسان ها و اینکه همه حق استفاده از امکانات درمانی را دارند مطرح شد. البته همچنان بیمارستان ها مکان های مرگ آوری برای بیماران و پزشکان محسوب شده و ترس از آنها همچنان بر قلب های مردم سایه داشت. دلیل اینکه ساخت بیمارستان ها به تاخیر می افتاد نیز همین بود. برای مثال اولین بیمارستان در امریکا یعنی بیمارستان پنسیلوانیا تا سال 1751 ساخته نشد. تا قرن نوزدهم بیمارستان ها خدمات چندان قابل توجهی ارایه نمی کردند ولی پس از آن پیشرفت هایی حاصل شد و محیط بیمارستان ها نیز عوض شد و دلیل آن ادعای فلورانس نایتینگل مبنی بر این موضوع بود که مرگ بیماران در بیمارستان ها بیشتر ناشی از محیط بد بیمارستانی است تا خود بیماری ها. اثر فلورانس نایتینگل به حدی بود که در نیمه دوم قرن نوزدهم تقریباً در سراسر دنیا بیمارستان ها به شیوه پیشنهادی او ساخته می شدند و در این شیوه هدف مراقبت از بیمار بود تا بیماری. از آن پس وضعیت بیمارستان ها بهتر شد ولی انقلاب به معنای واقعی در قرن بیستم به وقوع پیوست.
1-2- سیستم درمانی مدرن
سیستم درمانی مدرن یک پدیده جدید است. تا قبل از سال 1900 علم پزشکی چیز زیادی برای عرضه نداشت. چون منابع اصلی آن پزشکان با تخصص آن زمان و کیف های مشکی اشان بود. در آن زمان پزشکان از امکانات کمی برخوردار بودند. قیمت ها پایین و تقاضا کم بود و بسیاری از خدماتی که توسط پزشکان و بیمارستان انجام می شد، توسط پزشکان تجربی و بدون تحصیلات آکادمیک هم انجام می شد. بیماران به جای رفتن و بیمارستان در خانه خود درمان می شدند و پرستار آنها نیز نزدیکان و اطرافیانشان بودند. در همین زمان ها بود که انقلاب عظیم تکنولوژی منجر به تحول سیستم درمانی شد. از قرن بیستم به بعد رشد پیشرفت های علمی بسیار صعودی شد و موجب برداشتن قدم های بزرگی در جهت این علم نیز شد. برای مثال در سال 1903 آینتهون اولین ECG را گرفت که نقطه عطفی در علوم پزشکی مربوط به قلب و همچنین اندازه گیری های الکتریکی محسوب می شود. از بین همه اکتشافات و اختراعات، کشف اشعه X نقطه عطف اساسی در علم پزشکی محسوب می شود چون مشاهده داخل بدن انسان را برای پزشکان مقدور کرد و به پزشکان قدرت تشخیص و درمان بسیاری از بیماری ها را داد. نقطه عطف دیگر که مربوط به 60 سال اخیر است معرفی Sulfanilamide در اواسط دهه 1930 و Penicillin در اوایل دهه 1940 بود که موجب منتفی شدن مهمترین خطر بستری شدن در بیمارستان یعنی عفونی شدن شد و مرگ های ناشی از عفونت شدیداً کاهش یافت. در 1900 گروه های مختلف خونی کشف شد و در 1913 از سیترات سدیم برای جلوگیری از لختگی استفاده شد ولی تا سال 1930 که سیستم سرمایش به شکل کنونی آن پیشرفت نکرده بود ساخت بانک های خون به صورت کنونی مقدور نبود و از خون به صورت همزمان استفاده می شد (بلافاصله از دهنده به گیرنده انتقال پیدا می کرد.)
در سال 1927 اولین رسپیراتور (رسپیراتور درینکر)
در 1939 اولین بایپس قلب-شش
در1940 کتتریزاسیون قلبی و آنژیوگرافی
در 1950 اولین میکروسکوپ الکترونی.
پس از جنگ جهانی دوم، علم با شتاب بیشتری پیشرفت کرد و بیمارستان ها بسیار مجهز شدند و از پیشرفت های علمی ناشی از جنگ در علوم دیگر استفاده شد و پس از دیگر شمردن پیشرفت ها ممکن نیست. مسایلی که در سال های 1930-1940 افسانه محسوب می شد به واقعیت پیوست. از 1970 به بعد ظهور کامپیوتر ها بر سرعت پیشرفت افزود و روز به روز تجهیزات مدرن تری وارد بازار می شدند و تجهیزات قبلی به سرعت دمده می شد. ورود کامپیوتر به عرضه پزشکی اعمال زیادی مثل توموگرافی یا MRI را ممکن کرد. بعد از اولین پیوند کلیه در 1954، پیوند اعضا هم ممکن و رایج شد و در نتیجه تکنولوژی تولید اعضای مصنوعی هم ایجاد و شروع به رشد کرد.
همه این اعمال جراحی و مسایل در بیمارستان ها انجام می شود. به همین جهت و بسیاری مسایل دیگر در حال حاضر بیمارستان مرکز خدمات درمانی محسوب می شود. ثبت های سیستم های کنترل از راه دور و تله متری ارتباط پزشک و بیمار را بسیار ساده کرده است. با ایجاد یک سیستم مرکزی ثبت، هر کس در هر مکانی قادر به ارسال ثبت های پزشکی خود به پزشک است.
2-مهندس پزشک کیست؟
امروزه بسیاری از مشکلاتی که متخصصان حرفه ای پزشکی با آن روبرو هستند بخاطر اهمیت فراوان مهندسان است؛ چون آنها با دستگاه ها و آنالیز سیستم ها و طراحی و کاربردهای عملی عمیقاً درگیر هستند و همه این موارد که در هر زمینه ای به چشم می خورند، از تخصصهای پایه ای مهندسین هستند. این مسایل طراحی کلینیکی در محدوده ی وسیعی، از ساخته های بسیار بزرگ و پیچیده مانند طراحی و ساخت آزمایشگاه های بزرگ و اتوماتیک پزشکی و یا سیستم اطلاعات بیمارستان، تا ساخت دستگاه های کوچک و ساده مانند الکترود های ثبت و مبدل ها ( که ممکن است برای نمایش یک فعالیت خاص فیزیولوژیکی و یا در تحقیقات کلینیکی استفاده شوند) را شامل می شوند. همچنین شامل بسیاری از فعالیت های پیچیده مانند تله متری و مانیتورینگ از راه دور و یا تجهیزات لازم برای اتاق های جراحی و واحدهای مراقبت ویژه (ICU) یا آمبولانس ها نیز می شوند. سیستم مراقبت درمانی امریکا بسیاری از مسایل پزشکی را که در رابطه با تخصص های مختلف پزشکی است وظیفه مهندسین پزشک می داند. مهندسین پزشکی با بسیاری از مسایل مربوط به مراقبت های درمانی از طریق مهارت های مهندسی خود (مهندسان برق، مکانیک، شیمی) ارتباط برقرار می کنند مثلاً ممکن است با استفاده از مهارت های مهندسی خود یک سیستم تصویرگر جدید بسازند و یا به پیشرفت یک پروتز برای کمک به معلولین، استفاده کنند. گرچه ممکن است در نگاه اول مواردی که این تخصص شامل آنها می شود بسیار واضح باشند اما هنوز هم در تعریف آن در بسیار از موارد عدم توافقاتی دیده می شود. برای مثال در دایرکتوری bioengineering 6 همه این اصطلاحات تعریف شده اند: biomedical engineering, 7bio engineering, biological engineering, clinical engineering . در Pacela از ترم مهندسی زیستی به عنوان زمینه کلی که سایر ترم ها را نیز در بر دارد یاد می شود. در تعریف مهندسی زیستی، همه فعالیتهایی که به سمت بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک جهت دار شده اند بر شمرده می شود. و به طور کلی شامل شناخت بخشی یا تمام سلول گیاهان و جانوران به منظور بهبود آن است. فرضاً با این علم قادر به باروری بیشتر گیاهان خواهیم بود.تعریف جدید این رشته بدین شرح می باشد: فعالیتهای پایه ای اغلب تحقیقاتی با استفاده از بازارها و مفاهیم علوم فیزیکی (پایه) برای دستیابی به درک بهتری از نحوه عملکرد سیستم های فیزیولوژیک و زیستی. قطعاً مهندسی زیستی در آینده آثار فراوانی بر کیفیت زندگی بشر خواهد گذاشت. توضیح کامل همه جنبه های این علم مشکل به نظر می رسد و لی در زیر به چند مورد اشاره می کنیم:
* توسعه گونه های پیشرفته ی گیاهان و جانوران برای تولیدات غذایی
* ابداع روش های جدید برای تشخیص بیماری ها
* ساخت واکسن های مصنوعی از سلول های تولید مثلی
* مهندسی محیط زیست برای محافظت زندگی گیاهی ، حیوانات و انسان ها از آلودگی ها و مواد سمی
* مطالعه واکنش های سطح پروتئینی
* مدل سازی رشد مخمرها و سلول های آبزی
* تحقیق در تکنولوژی آنزیم های غیر جابجا شونده
* توسعه پروتئین های درمانی و آنتی بادی های مونوکلونال
به نظر می رسد ترم مهندسی پزشکی8 گویاترین معنی را داشته باشد. مهندسان پزشکی علم برق، مکانیک، شیمی، اپتیک، شیمی و دیگر علوم مهندسی پایه را در جهت فهم، توصیف و کنترل سیستم های بیولوژیکی (اعم از انسان و حیوان) به کار می گیرند. زمانیکه یک مهندس پزشک در یک بیمارستان یا کلینیک کار می کند، بهتر است مهندس کلینیک نامیده شود. البته هنوز هم در حال حاضر به متخصصان حاضر در بیمارستان ها در امریکا مهندس پزشک گفته می شود.محدوده کار مهندسین پزشکی روزبروز در حال افزایش است. محدوده کاری آنان از توسعه وسایل پزشکی ( 1950s-1960s) درحال حاضر به محدودهِ بسیار گسترده ای از فعالیت ها افزایش یافته است. در حال حاضر این شامل موارد زیر می باشد:
* کاربرد های آنالیز سیستم های مهندسی (مدلسازی فیزیولوژیکی، شبیه سازی و کنترل مسایل بیولوژیکی)
* ردیابی، اندازه گیری و مانیتورینگ سیگنال های فیزیولوژیکی (برای مثال با استفاده از بیوسنسورها و تجهیزات پزشکی
* اعمال تشخیصی با استفاده از تکنیک های پردازش سیگنال اطلاعات بیوالکتریکی
* وسایل و پروسه های درمانی و توانبخشی(مهندسی توانبخشی)
* ساخت وسایلی برای جایگزین کردن اعضا بدن (ارگان های مصنوعی)
* تصمیم گیری کلینیکی و آنالیز کامپیوتری اطلاعات مربوط به بیمار (برای مثال اینفورماتیک پزشکی و هوش مصنوعی)
* تصاویر پزشکی به معنی نمایش گرافیکی جزئیات آناتومیکی و یا کارکردهای فیزیولوژیکی
* ساخت تولیدات جدید بیولوژیکی ( برای مثال بیوتکنولوژی و مهندسی بافت)
3-زمینه های کار در مهندسی پزشکی
* تحقیقات در مواد جدید برای ساخت ارگان های مصنوعی قابل کاشت.
* توسعه وسایل تشخیصی جدید برای آنالیز خون
* مدلسازی کامپیوتری کارکرد قلب انسان
* نوشتن نرم افزارهایی برای آنالیز اطلاعات تحقیقات پزشکی
* آنالیز خطرات وسایل پزشکی برای ایمنی و کارکرد بهتر
* توسعه سیستم های تصویرگر تشخیصی جدید
* طراحی سیستم های تله متری برای مانیتورینگ بیماران
* طراحی سیستم های پزشکی برای اندازه گیری متغیرهای فیزیولوژیک بدن
* توسعه سیستم های خبره برای تشخیص بیماری ها
* طراحی سیستم های کنترل حلقه بسته برای توزیع دارو
* مدلسازی سیستم های فیزیولوژیک بدن انسان
* طراحی تجهیزات برای پزشکی ورزش
* توسعه مواد دندان پزشکی جدید
* طراحی کمک های ارتباطی برای معلولین
* مطالعه دینامیک گازهای ریوی و تنفس
* مطالعه بیومکانیک بدن انسان
* توسعه مواد مورد استفاده در جایگزینی پوست انسان
لیستی که در اینجا آورده شد منحصر به فرد نیست. در بسیاری از کاربرد های دیگر از استعدادها و توانایی های مهندسین پزشکی استفاده می شود. در حقیقت لیست فعالیت های مهندسین پزشکی بستگی به محیط پزشکی دارد که در آن کار می کنند. این مساله به خصوص برای مهندسین کلینیکی (مهندسین پزشکی که در بیمارستان ها کار می کنند،) بسیار صحت دارد. مهندسین کلینیکی در بیمارستان ها لزوماً مسئول همه تجهیزات با تکنولوژی بالا و سیستمهای مورد استفاده و مسئول آموزش پرسنل بیمارستان برای استفاده ایمن از تجهیزات و همچنین طراحی انتخاب و استفاده بهینه و مطمئن از تکنولوژی برای خدمات درمانی هستند.
در نتیجه مهندسی پزشکی شاخه ای از علم مهندسی است که کاملاً وابسته به هر دو علوم زیستی و مهندسی است. این رشته از این نظر که بسیار وسیع و گسترده است و هیچ کس نمی تواند در همه جزئیات آن تخصص پیدا کند مانند پزشکی است.در نتیجه محدوده وسیع متخصصان مهندسی پزشکی جنبه های مختلف این رشته را پوشش می دهند که البته بخاطر ماهیت مشابه آنها این زمینه های تخصصی به شدت هم پوشانی دارند.برای مثال کار مهندسین پزشکی که در زمینه بیوسنسورها فعالیت می کنند ممکن است با مهندسینی که مشغول ساخت یک پروتز هستند و علاقمند به همان سیگنال های بیوالکتریکی ثبت شده توسط سنسور می باشند همپوشانی داشته باشد. یا فرضاً ممکن است افرادی که در حال اتوماتیک کردن آزمایشگاه شیمی بیمارستان هستند با آنهایی که در حال توسعه سیستم های خبره برای کمک به کارکنان بیمارستان در گرفتن تصمیمات بر پایه اطلاعات آزمایشگاهی خاص می باشند در تبادل اطلاعات قرار بگیرند. این احتمالات بیپایان است.
در کل می توان گفت ،مهندسی پزشکی، رشته ای است که موجب پیشرفت دانش در علوم مهندسی، بیولوژیکی و پزشکی می شود و سطح سلامت انسان را از طریق فعالیت های بین رشته ای که علوم مهندسی را با علوم پزشکی بالینی و روش های کلینیکی توام می سازند، ارتقاء می دهد و شامل موارد زیر می باشد:
* فراگیری علوم جدید و شناخت سیستم های زنده، از طریق کاربرد ابتکاری و اصولی تکنیک های تجربی و تحلیلی که بر پایه علوم مهندسی است.
* ایجاد دستگاه ها، الگوریتم ها، فرآیند ها و سیستمهای جدید که موجب پیشرفت بیولوژی و دانش پزشکی شده و سطح پزشکی و مراقبت های بهداشتی را ارتقاء می دهد.
عبارت "تحقیقات مهندسی پزشکی" با مفهوم گسترده ای تعریف می شود. این عبارت تنها شامل کاربرد مناسب مهندسی در پزشکی نیست بلکه علوم زیستی را نیز در بر می گیرد.
در مورد حرفه مهندسی پزشکی به طور خاص می توان گفت که مهندسی پزشکی، تخصص مهندسی را با نیازهای پزشکی ترکیب می کند تا سطح سلامت را ارتقاء دهد. این رشته، شاخه ای از مهندسی است که در آن، دانش و مهارت ها ، توسعه یافته و برای تعریف و حل مسائل بیولوژی و پزشکی به کار گرفته شده است.
دانشجویان معمولاً رشته مهندسی پزشکی را به دلایل زیر انتخاب می کنند:
* خدمت به مردم
* هیجان کار با سیستم های زنده
* به کار بردن تکنولوژی پیشرفته در مسایل پیچیده مراقبت های پزشکی
یک مهندس پزشکی، در حرفه مراقبت های بهداشتی یعنی گروهی که شانل پزشکان ، پرستاران و تکنسین ها می باشد، فعالیت می کند.
از مهندسان پزشکی درخواست می شود :
* تجهیزات و دستگاه ها را طراحی کنند.
* برای توسعه روش های جدید، علوم را از منابع متعدد گرد آوری نمایند.
* برای دستیابی به دانشی که برای حل مسائل جدید مورد نیاز است ، تحقیقاتی را به انجام رسانند.
3-1- فعالیت های ویژه
موارد زیر ، مثال هایی از فعالیت هایی است که توسط مهندسان پزشکی انجام می گیرد:
* طراحی و ساخت :
– ضربان سازهای قلب
– دفیبریلاتورها
– کلیه مصنوعی
– ریه مصنوعی ( اکسیژنراتورهای خون)
– قلب مصنوعی
– عروق خونی مصنوعی
– مفصل های مصنوعی
– اعضای مصنوعی(دست و پا)
* طراحی سیستمهای کامپیوتری برای مانیتور کردن بیمار در حین جراحی یا در مراقبت ویژه و یا برای مانیتور کردن شخص سالم در محیطهای غیر معمول، مانند فضانوردان در فضا یا غواصان در عمق زیاد.
* طراحی و ساخت سنسورها برای اندازه گیری عناصر شیمیایی خون مانند پتاسیم، سدیم، O2 ، CO2 ، pH خون.
* طراحی دستگاهها و تجهیزات برای کاربردهای درمانی ، مانند دستگاه لیزر برای جراحی چشم یا دستگاهی برای آزاد کردن خودکار انسولین.
* توسعه راهبردهایی برای تصمیم های کلینیکی که بر پایه سیستمهای تخصصی و هوش مصنوعی می باشد، مانند سیستم مبتنی بر کامپیوتر برای انتخاب تشکهای صندلی برای بیماران فلج یا برای مدیریت مراقبت از بیمارانی که دچار سوختگی های شدید هستند و یا برای تشخیص بیناریها.
* طراحی آزمایشگاه ها و سایر واحد های کلینیکی در بیمارستان و سیستم ارایه مراقبت های بهداشتی که تکنولوژی های پیشرفته را به کار می برد؛ مانند تحلیل گرهای کامپیوتری نمونه های خون، آمبولانس برای مناطق روستایی و یا آزمایشگاه کتتریزاسیون قلبی.
* طراحی، ساخت و وارسی سیستم های تصویربرداری پزشکی که بر مبنای اشعهX (CT)9 ، ایزوتوپ ها (PET)10، میدان مغناطیسی (MRI)11، اولتراسوند یا سایر عوامل درمانی ( فیزیکی) می باشند.
* ساخت و اجرا مدل های ریاضی و یا کامپیوتری سیستم های فیزیولوژیکی.
* طراحی و ساخت بیومتریال ها و تعیین ویژگی های مکانیکیف انتقال و زیست سازگاری مواد مصنوعی قابل ایمپلنت12.
* به کار بردن روشهای تشخیصی جدید، خصوصاً روش هایی که نیازمند آنالیزهایی مهندسی برای تعیین پارامترهایی هستند که مستقیماً قابل دسترس نمی باشند، مانند پارامترهایی در قلب و ریه ها .
* تحقیق درباره بیومکانیک آسیب و ترمیم زخم.
4- حوزه های تخصصی مهندسی پزشکی
این حوزه های تخصصی را می توان به دو شکل طبقه بندی کرد. تقسیم بندی کلاسیک و تقسیم بندی تخصصی جدید.
4-1- تقسیم بندی کلاسیک
اولین تقسیم بندی تقسیم بندی کلاسیک است که بر اساس آن گرایش های این رشته به موارد زیر تقسیم می شوند:
* بیوالکتریک
* بیومکانیک
* بیومواد
4-1-1- بیوالکتریک
بطور کلی در تعریف بیوالکتریک می توان گفت آن گرایشی از مهندسی پزشکی و زیستی است که با استفاده از قوانین الکترونیک به تحلیل سیستم های زیستی از یک سو و طراحی دستگاه های الکترونیکی متناسب با فعالیت های اندامی گوناگون بدن و بطور کلی دستگاه های دارای کاربرد کلینیکی می پردازد.
از نظر تاریخی شاید قدمت بیوالکتریک را بتوان چندین هزار سال دانست چرا که اگاهی از عمل الکتریکی ماهیچه و سلول های عصبی به چند سده پیش از میلاد یعنی به زمان ارسطو باز می گردد. ارسطو در سال 341 قبل از میلاد مسیح با مشاهده ماهی برق دار دریافت که این ماهی برای فلج کردن طعمه خود از الکتریسیته استفاده می کند. رومی ها از این نوع ماهی به منظور درمان استفاده می کردند. به این ترتیب که بیماران با ایستادن بر روی آن شوک الکتریکی یک کیلوواتی دریافت می کردند. همین پدیده یکی از عوامل اساسی پیدایش مدل هاجکین هاکسلی در 1952 برای رفتار آکسون بزرگ ماهی مرکب شد و این یکی از پیشرفت های عظیم در مدل سازی سلول های عصبی بود. امروزه با گسترش حوزه مشترک پزشکی و مهندسی ارتباط میان برق و الکترونیک و پزشکی نیز افزایش یافته است. به عنوان مثال در بخش مشترک این دو حوزه نیاز به وسایل مناسب اندازه گیری دقیق پارامتر های موجود و موثر در این حوزه از ضروریات است. به عنوان مثال مدل سازی یکی از جنبه های مهم اغلب مطالعات مهندسی پزشکی است که در بالا نیز به پیشینه آن اشاره شد. همچنین امروزه به کمک علوم مهندسی می توان با قرار دادن الکترود های مناسب بر سطح بدن و متصل کردن آنها به دستگاه های الکتریکی و الکترونیکی مناسب موج های مغزی و سیگنال فعالیت الکتریکی قلب را آشکار و تفسیر کرد. پیشرفت الکترونیک امکان داده که سوند ها و مبدل های الکترونیکی طوری طراحی شوند که بتوان آنها را تقریباً به تمام قسمت های بدن وارد کرد و به وسیله آنها اطلاعات لازم را به طرف گیرنده هایی در خارج بدن فرستاد بدون اینکه در فعالیتهای بدن اختلالی ایجاد شود. همچنین می توان با استفاده از تکنیک های فرا صوتی اطلاعاتی درباره اعضا و اندام های درونی بدن زنده بدست آورد.
امروزه حسابگرهای قیاسی جایگاه جدیدی در پژوهش های پزشکی و زیست شناسی یافته اند. از کامپیوترها نیز برای پردازش مقدار وسیعی اطلاعاتی که در جریان پژوهش های زیست شناسی و زیست شیمیایی بدست می آیند استفاده می شود. از این کامپیوترها در بسیاری از کشورها در کمک به پزشکان برای تشخیص سریع بیماری ها استفاده می شود.
معمولاً بیوالکتریک را به شاخه های علمی زیر تقسیم می کنند:
1. مدلسازی فیزیولوژیک، شبیه ساری و کنترل
بطور کلی مدل عبارت است از نمایش ساده شده اشیاء و سیستم ها. دو اصطلاح مدل سازی و شبیه سازی با آنکه معانی متفاوتی دارند، اغلب به جای یکدیگر به کار می روند. در صورتی که مدلسازی یعنی ساخت مدلی که با سیستم های فیزیکی برابری کند یا آن را تشریح نماید در حالی که شبیه سازی یعنی تحقیق یا اجرای این مدل، که اغلب در کامپیوترهای رقمی انجام می شود. به طور کلی در این حوزه شبیه سازی های کامپیوتری جهت توسعه فهم روابط فیزیولوژیکی به کار می رود.
2. بیواینسترومنت
در این شاخه به مانیتورینگ و اندازه گیری پدیدههای فیزیولوژیکی و توسعه بیوسنسور ها پرداخته می شود. در ادامه به طور مفصل در این مورد صحبت خواهد شد.
3. تصویربرداری و پردازش تصویر
این شاخه جهت دستیابی به توصیف گرافیکی از جزئیات آناتومیک بدن و کارکردهای فیزیولوژیک به کار می رود.
4. آثار بیولوژیکی میدان های مغناطیسی
این رشته به بررسی و مطالعه آثار میدان های الکترومغناطیسی بر روی بافت های بیولوژیکی می پردازد.
پدیده و سیگنال های بیوالکتریک : مطالعه سلول های تحریک پذیر و فر ایندهای بیوالکتریک در بدن امروزه در مهندسی پزشکی بسیار مورد تاکید است. روش های کلینیکی از قبیل الکترونوروگرافی، الکترومایوگرافی، الکتروکاردیوگرافی و الکتروانسفالوگرافی همگی دربرگیرنده ثبت و تفسیر سیگنال های بیوالکتریکی هستند که از انتشار پتانسیل استراحت بر می خیزند. طبیعت سیگنال ثبت شده وابسته به فاکتورهایی هم چون تعداد سلول های شرکت کننده، خواص هندسی و الکتریکی مسیری که از آن جریان عبور می کند و فاصله الکترود ثبت کننده تا بافت تحریک شده است.
قوانین بیوالکتریسیته همچنین در توسعه و تولید تعدادی از ابزار کلینیکی جدید مورد استفاده در درمان نیز نتیجه بخش بوده اند. پیس میکر ها و سیمولاتورها برای تنظیم و حفظ کارکرد صحیح الکتریکی قلب، عضله و عصب به کار می روند. دیفیبریلاتور ها جهت خات مه دادن به آریتمی های مخرب به کار می روند. این ابزارها به طور گسترده و وسیعی با تکنیک های میکروپروسسوری توسعه و گسترش یافته اند. در مجموع می توان گفت مطالعه و بررسی پدیده ها و سیگنال های بیوالکتریک به طور گسترده ای افزایش یافته است و پیشرفت های صورت گرفته در این زمینه نیاز مهندسان را به آشنایی با قوانین بیوالکتریسیته بیشتر کرده است.
بیوالکتریک در دانشگا ه های ایران:
شاید رایج ترین گرایش کلاسیک مهندسی پزشکی در ایران گرایش بیوالکتریک باشد. چرا که در برنامه اموزشی تمام دانشگاه هایی که مقطع کارشناسی مهندسی پزشکی را ارایه می دهند بر مباحث بیوالکتریک تاکید فراوانی شده است و بهتر است بگوییم مقطع کارشناسی مهندسی پزشکی در ایران عملاً گرایش بیوالکتریک بوده است. همچنین در مقطع کارشناسی ارشد و دکترا نیز یکی از گرایش های سه گانه مهندسی پزشکی بیوالکتریک نام دارد. بهر ترتیب این گرایش نسبت به دو گرایش دیگر (بیومکانیک و بیو مواد) از رونق و اهمیت بیشتری برخوردار است.
4-1-2- بیومکانیک
بیومکانیک، کاربرد علم مکانیک در مسائل بیولوژیکی و پزشکی است و همواره یکی از اجزای اساسی مهندسی پزشکی بوده است. بیومکانیک به طور تاریخی جهت تحلیل و طراحی ابزارهایی برای حرکت و انتقال انسان، سیستم تنفس، مکانیسم عضلانی اسکلتی بافتهای نرم و سخت و مکانیک قلبی، عروقی و قلبی-ریوی به کار می رفته است. آموزش و تحقیق در این زمینه هنوز پابرجاست هر چند که تحقیقات بیومکانیک به سرعت به سوی سطوح بافت و سلول و ملکول پیش می روند. شاهد مثال این واقعیت رشته جدید مهندسی کاربردی بافت Functional Tissue Engineering است. مهندسی بافت علم بیولوژیکی را با بیومهندسی در هم می آمیزد تا ساختارهای بافتی جهت بازگرداندن کارکرد نرمال بیولوژیکی و ساختمان بافت تولید کند. مهندسی کارکردی بافت در صدد رسیدن به این هدف و نیز بازگرداندن کارکرد نرمال مکانیکی است.
این علم شامل موارد زیر می باشد:
1. حرکت انسان
2. تغییر شکل مواد
3. جریان سیالات در بدن و در دستگاهها(مهندسی قلبی-عروقی)
4. انتقال عناصر شیمیایی از غشاها و واسط های بیولوژیکی
5. جراحی رباتیک و کاربرد حس لامسه
تلاشهایی که در زمینه بیومکانیک صورت گرفته نتایج زیر را در بر داشته است:
1. قلب مصنوعی
2. تعویض دریچه های قلب
3. کلیه مصنوعی
4. هیپ (مفصل ران) مصنوعی
5. ریه مصنوعی
6. درک بهتر عملکرد اعضا و سیستم اسکلتی
برخی از کار های تحقیقاتی انجام شده در زمینه بیومکانیک عبارتند از:
1. طراحی بیوموادها به ویژه عملکرد بافت و چارچوب سازی سلولی، تحقیق پایه ای، مهندسی فضای بینهایت
2. مکانیک تمام اندام به ویژه کاربرد آن در غضروف، تنفس و سیستم های عروق قلبی، ریزابزارها (در مقیاس نانو)
3. طراحی ابزار های بیومدیکال(اندام مصنوعی)، درمان های سلولی و ملکولی کارکردی، تکنولوژیهای جراحی
4. بهینه سازی جلوه های (performance) انسانی، بیومکانیک آسیب، مهندسی توان بخشی، طراحی فاکتورهای انسانی و ارگونومیک، فیزیومیک physiomics (ژنومیک و پروتومیک از سطح ملکولی تا تمام ارگانیسم)
بیومکانیک در دانشگاه های ایران: در برنامه کارشناسی مهندسی پزشکی ایران رشته ای به نام بیومکانیک از سال 81 در دانشگاه امیرکبیر ارایه شده است دروسی مانن اصول توانبخشی و وسایل دستگاه ها به طور خاص، و استاتیک و مقاومت مصالح ، دینامیک، مقدمه ای بر رباتیک ، مکانیک سیالات و ترمودینامیک و انتقال حرارت(اختیاری) به طور عام با مباحث این علم تا حدودی مرتبط هستند. در مقطع کارشناسی ارشد و دکترا، بیومکانیک یکی از گرایش های اصلی رشته مهندسی پزشکی است اما معمولاً دانشجویانی در این گرایش تحصیل می کنند که دارای لیسانس مکانیک و گرایش های مربوطه باشند. در زیر مباحث مطرح شده در درس اصول توانبخشی و وسایل و دستگاه ها آورده شده است:
* مقدمه ای بر خواص مکانیکی و رفتار اجزای بدن استخوان ماهیچه، تاندون و . . .
* اندام های حرکتی مصنوعی (دست و پا)
* مکانیک درمان ضایعات ستون فقرات و گردن
* انواع ارتزهای داخلی و خارجی
* وسایل کهکی راه رفتن الگو های راه رفتن طبیعی و غیر طبیعی
* صندلی چرخدار
* تحریک الکتریکی عضلات و کاربرد آن در توانبخشی
* مفاصل مصنوعی
* مقدمه ای بر کینزیولوژی
با توجه این موارد ذکر شده و مقایسه آنها با مطالب ابن فصل در می یابیم که جای بسیاری از مباحث مهم بیومکانیک در برنامه کارشناسی بیومکانیک خالی است . به همین دلیل و نیز با توجه به اهمیت روزافزون علم بیومکانیک، تحقیقات بیشتر جهت بازنگری محتوای دروس موجود و یا احیاناً پیش بینی دروسی دیگر در زمینه بیومکانیک در خور اهمیت است.
ذکر این مطلب مهم است که با نگاهی به لیست تحقیقات دانشگاه های مختلف در می یابیم که تحقیقات بیومکانیک بسیار مورد توجه قرار گرفته است و به ویژه مهندسی توانبخشی از اهمیت زیادی برخوردار است و این امر بررسی دقیق را می طلبد.
4-1-3- بیومتریال
پیشرفت های پزشکی، نیاز به موادی را که می توانند به عنوان جایگزین در بدن به کار روند را افزایش داده است و در طول زندگی روزمره، ما شاهد استفاده فراوان از اندام های مصنوعی همراه با کشت سلولی برای کاربردهایی نظیر عروق خونی مصنوعی، پوست، زردپی، رباط، قرنیه، مری، لثه، دندان، غضروف استخوان، اعصاب و دیگر اندام های مصنوعی هستیم.
بیومتریال ، بافت های زنده و همچنین موادی که در ایمپلنت کردن به کار می روند را توصیف می کند. شناخت ویژگی های مواد زنده، برای طراحی ایمپلت ، حیاتی است . انتخاب مواد مناسب برای قرار دادن در بدن انسان یکی از مشکل ترین کارهایی است که مهندسی پزشکی با آن روبرو است. برخی از آلیاژهای فلزی، سرامیک ها، پلیمر ها و کامپوزیت ها به عنوان مواد قابل ایمپلنت مورد استفاده قرار می گیرند.
بیومتریال باید دارای خصوصیات زیر باشد:
1. غیر سمی باشد
2. سرطان زا نباشد
3. از نظر شیمیایی خنثی و پایدار باشد
4. از نظر مکانیکی به اندازه کافی مستحکم باشد که نیروهای مکرر را در طول زندگی تحمل کند
مباحث مهم در دانش بیومتریال
1. سم شناسی
2. زیست سازگاری
3. روند بهبود
4. موقعیت آناتومیکی
5. الزامات عملکردی و مکانیکی که نیاز مند دانش مواد و مهندسی است
6. طبیعت میان رشته ای
7. جنبه های اخلاقی
8. الزامات صنعتی(تجاری)
9. موسسات قانون گذاری
وظیفه اصلی یک مهندس بیومتریال به دست آوردن اطلاعات لازم برای حل مسائل عملی و متداول در زمینه ی پزشکی می باشد. به طور مثال از آنجایی که بسیاری از اعضاء و بافت های جایگزین شونده، آسیب دیده یا بیمار هستند لذا یک محقق باید تغییرات سلولی که منجر به نارسایی عملکرد سلول و غیر معمول شدن آن می شود را بشناسد.
4-2- حوزه های تخصصی جدید
برخی از حوزه های تخصصی جدید در زمینه مهندسی پزشکی عبارتند از:
* بیواینسترومنت(ابزار دقیق)
* بیوسیستم ها
* فیزیولوژی سیستم ها
* مهندسی کلینیکی
* توانبخشی و مهندسی و ارتوپدی
* بیولوژی محاسباتی
* مهندسی سلولی و ملکولی
* مهندسی سلول و بافت
4-2-1- بیواینسترومنت( ابزار دقیق)
بیوالکتریک و ابزار دقیق ، کاربرد الکترونیک و تکنیک ها و اصول اندازه گیری در توسعه دستگاههایی است که در تشخیص و درمان بیماریها بکار می روند. کامپیوترها بطور فزاینده ای در بیوالکتریک و ابزار دقیق اهمیت یافته اند. محدوده کاربرد کامپیوتر در بیوالکتریک از میکروپروسسوری 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 تصویر برداری پزشکی مورد نیاز است ، تغییر می کند.
4-2-2- بیوسیستم ها
بیوسیستم ها یکی از مباحث مهم گرایش بیوالکتریک مهندسی پزشکی است. در تعریف آن می توان گفت : کاربرد قوانین سیگنال ها و سیستم ها و کنترل در سیستم های زیستی است. توضیح آن که با توجه به اینکه بیوالکتریک در حقیقت پیوند میان مهندسی برق و پزشکی است و یا به بیان دیگر کاربرد قوانین الکترونیکی در مباحث زیستی است به طور موازی با آن بیوسیستم ها نیز به تطبیق قوانین سیگنال ها و سیستم در بدن موجودات زنده می پردازد.
به دلیل اهمیت بیو سیستم ها به مختصری از پیشینه آنها اشاره می کنیم: مفهوم استفاده از روش ها و مد ل های کمی جهت کمک به فرایندهای فیزیولوژیکی دارای تاریخی طولانی است. فیزیولوژیست های بزرگ همچونA. V. Hill می کوشیدند تا نتایج حاصل از آزمایش سیستم های کنترل شده ورودی-خروجی را با مدل های کمی پیوند دهند. اهمیت اساسی تنظیم و مرتب سازی فرآیند های فیزیولوژیکی برای اولین بار ت.سط Claude Bernard در اواخر قرن نوزدهم میلادی مطرح شد و بطور سیستماتیک توسط Walter Canon در اوایل قرن بیستم میلادی مورد استناد قرار گرفت.
سیبرنتیک کلاسیک13 به کاربرد تئوری کنترل جهت فهم نظم و رگولاسیون ارگانیسم هایبیولوژیکی کمک شایانی نمود. گسترش و پیشرفت سریع دانش نظری در تئوری سیستم ها و کنترل در فاصله زمانی 1960-1950 -به همراه تمرکز بسیاری از ریاضیدانان و دانشمندان مشهور بر روی کاربردهای بیولوژیکی- کمک شایان توجهی به نزدیک کردن مهندسی به پزشکی و بیولوژی و مرنبط نمودن آنها با یکدیگر نمود و به طور آشکار یکی از ریشه های اساسی تکامل زمینه آموزشی مهندسی پزشکی و زیستی در دهه شصت بود. در دهه هفتاد چندین کتاب به عنوان متن درسی ارایه می شد . این کتاب ها در ابتدا تئوری کنترل و سیستم های خطی را جهت توصیف سیستم به کار می بردند و غالباً در هر دو حوزه زمان و فرکانس از توانایی های خوبی برخوردار بودند. در بیشتر حالت ها تمرکز بر روی مدل های ینامیک بیوسیستمی بود که غالباً روش تابع تبدیل سیگنال ورودی به سیگنال خروجی (SISO) و گاهی نیز روش های فضای حالت را به کار می برد. در زمینه پزشکی یک نتیجه مفید این دانش جدید بازنویسی بخش هایی از متون درسی کلاسیک فیزیولوژی بود. به عنوان مثال در چاپ 1968 کتاب Mountcastle با عنوان Medical Phisiology ایده های تئوری سیستم های مهندسی در برخی از فصول جهت توصیف نظم و کارکرد اندام به کار گرفته شد. در زمینه تئوریک نیز مثال های بیولوژیکی در حوزه های جدید و نوظهور از جمله کنترل تطبیقی و بهینه (optimal) به کار گرفته می شد. بدین ترتیب دانش سیستم ها و کنترل یکی از ویژگی های اساسی مهندسی پزشک توانایی او در بکارگیری روش های کمی جهت توصیف بیوسیستم ها و نیز استفاده از تئوری کنترل جهت مطالعه و بررسی سیستم های کنترل فیزیولوژیک گردید. این امر تاثیر خود را در فرآیندها و محصولات پزشکی از انواع دستگه دیالیز گرفته تا پیس میکر بر جای گذاشت.
در دهه هشتاد با گسترش و ظهور برنامه های جدید مهندسی پزشکی، بیوسیستم ها نیز به سوی تخصصی شدن سوق یافت بدین ترتیب دروس پیشرفته تئوری کنترل ( از جمله کنترل تطبیقی، اپتیمال، غیر خطی و … ) و نیز مفاهیم و ابزارهای غیر خطی پیشرفته (همچون شبکه های عصبی، سیستم های فازی و … ) شاهد رشد چشم گیری بودند.
دو چرخش و روند اساسی در حوزه بیوسیستم ها از سال 1990 تا کنون دارای تاثیر فراوانی بوده اند:
1- شبیه سازی در آموزش کنترل سیستم های مهندسی دارای نقش اساسی و مرکزی بوده است به گونه ای که یک متن علمی تنها در صورتی مورد توجه قرار می گیرد که روشها و ابزارهای مدلسازی و شبیه سازی در آن ذکر شده باشد. (بطور خاص Matlab به همراه کاربرد Simulink ، Control Toolbox ) و این امر به طور واضح و آشکار بر چگونگی تدریس بیوسیستم ها نیز اثر گذاشته است.
2- عامل دیگر تاکید در به کارگیری سیستم های پیشرفته و ابزارهای تطبیقی جهت حل مسایل در بیولوژی مدرن بوده است. امروزه بسیاری از برنا مه های مهندسی پزشکی بر روی بیولوژی محاسباتی و بیوانفورماتیک به عنوان حوزه های اساسی و کلیدی جهت رشد و پیشرفت تاکید دارند.
4-2-3- فیزیولوژی سیستمها
فیزیولوژی سیستمها عبارتی است که جنبه هایی از مهندسی پزشکی را توصیف می کند که در آن، ابزار، فنون و راهبردهای مهندسی برای رسیدن به درک جامع و فراگیری از عملکرد ارگانیسم های زنده، از باکتری تا انسان، به کار می رود. مدلسازی در آنالیز داده های آزمایشگاهی و در فرموله کردن توصیفات ریاضی رویدادهای فیزیولوژیک به کار می رود. در تحقیقات از مدلها در طراحی آزمایشهای جدید به منظور ارتقاء سطح دانش و تصحیح دانسته های ما استفاده می شود.سیستمهای زنده دارای سیستم های کنترل فیدبکی بسیار تنظیم شده ای هستند که می توانند از این طریق مورد آزمایش قرار گیرند، بیوشیمی متابولیسم و کنترل حرکات اندام مثال هایی از این مورد می باشند.
4-2-4- مهندسی کلینیکی
مهندسی کلینیکی، کاربرد تکنولوژی در مراقبت های بهداشتی در یبمارستان هاست. مهندس کلینیکی عضوی از تیم مراقبت های بهداشتی در کنار پزشکان، پرستاران و سایر کارکنان بیمارستان است. مهندسان کلینیکی مسئول:
1. ایجاد و حفظ پایگاه داده های کامپیوتری از سوابق لوازم و تجهیزات پزشکی
2. خریداری و استفاده از دستگاه های پزشکی پیچیده
3. کار کردن بر روی پروژه ها همراه پزشکان و تطابق تجهیزات با نیازهای پزشک و بیمارستان. این عمل اغلب شامل ارتباط تجهیزات با سیستم های کامپیوتری از طریق مدارهای واسط و نرم افزار سفارشی برای کنترل دستگاه و آنالیز داده ها می باشد.
مهندسان کلینیکی هیجان استفاده از آخرین تکنولوژی ها را در مراقبت های بهداشتی احساس می کنند.
4-2-5- مهندسی ارتوپدی و توانبخشی
مهندسی توانبخشی یک زمینه جدید و در حال رشد در مهندسی پزشکی محسوب می شود. مهندسان توانبخشی، توانایی های افراد معلول را توسعه می دهند و کیفیت زندگی آنها را بهبود می بخشند. به دلیل اینکه کار این مهندسان بسیار شخصی است ، اغلب برای افراد خاص یا گروه های کوچکی قابل استفاده می باشد، مهندس توانبخشی غالباً بطور مستقیم با افراد معلول کار می کند.
مهندسی ارتوپدی (که به عنوان مهندسی استخوان یا بیومکانیک ارتوپدی نیز شناخته می شود) در ارتباط با مکانیک و بیولوژی استخوان در زمینه پیشگیری ، تشخیص و درمان بیماری های سیستم اسکلتی-عضلانی می باشد.
خدمات توانبخشی، برای افرادی که دچار معلولیت های مادرزادی، معلولیتهای تکاملی، عقب ماندگی ذهنی، اختلالات فیزیکی و شناختی، سکته و ضایعات مغزی تروماتیک می باشند و یا بر اثر سانحه دچار معلولیت شده اند، قابل استفاده است. خدمات توانبخشی به کارفرمایان نیز در رابطه با جلوگیری از آسیب های تکراری و تغییر و اصلاح محل کار برای ایجاد انطباق معقول با ناتوانی های ددجو کمک می کند و علاوه بر این می تواند در آموزش تکنولوژی قابل انطباق برای مددجویان، کارفرمایان و افرادی که در حرفه توانبخشی فعالیت می کنند، سودمند باشد.
زمینه های کاری مهندسی توانبخشی:
1. دسترسی از طریق کامپیوتر
2. تغییر و اصلاح وسیله نقلیه
3. واحد های کنترل محیطی
4. محل نشستن یا استقرار
5. تغییر و اصلاح خانه
6. سازگاری یا انطباق با مزرعه و روستا
7. تجهیزات کمکی برای اختلالات شنوایی و ناشنوایی
8. تجهیزات کمکی برای اختلالات بینایی و نابینایی
9. تجهیزات کمکی برای نابینایان و نا شنوایان
10. وسایل کمکی برای زندگی روزانه
11. ارتوزها و پروتزها
مثالی از کاربرد مهندسی توان بخشی (ویلچرها)
ویلچر، یک نوع وسیله با قابلیت حرکت است و دستگاه پر کاربردی محسوب می شود.
ویلچرهای مرسوم، دارای یک صندلی که بین دو چرخ بزرگ قرار گرفته است با دو چرخ کوچکتر در جلو هستند. ویلچرهای دستی می توانند به وسیله خود معلول رانده شده یا بوسیله شخص دیگری هل داده شوند.
ویلچرهای برقی مانند شکل زیر ، با باطری کار می کنند و می توانند از طریق سوئیچ های الکترونیکی کنترل شوند. ویلچرهای برقی به افرادی که دچار فلج یا ضعف شدید عضلات قسمت تحتانی بدن هستند قابلیت تحرک می دهند. معمولاً کاربران ویلچرهای برقی، کودکان و بزرگسالانی هستند که خواستار تحرک مستقل می باشند.
پیشرفت در تکنولوژی به این معناست که که یک کنترلر مناسب یا سوئیچ ها حتی زمانیکه یک فرد محدودیت های جسمانی شدیدی دارد، بتوانند مورد استفاده قرار گیرند.
4-2-6- بیولوژی محاسباتی
بیولوژی محاسباتی (Computational Biology) به طور گسترده برای توصیف کاربرد ریاضیات و کامپیوتر در مسایل بیولوژیکی به کار می رود. در سال های اخیر دانش پزشکی به طور نمایانی بر کامپیوتر ها اتکا نموده است و تا حدودی همه جنبه های تحقیقات بیومدیکال بر این ابزارها متکی اند. به عنوان مثال می توان موارد زیر را نام برد :
1. تولید و تنظیم دیتابیس ها در مطالعات ژنتیک و آزمایش های کلینیکی
2. مدلسازی فرآیند های دینامیک ساختاری(مانند زنجیره پروتئین)
3. تحلیل کمی داده ها
4. آشکارسازی گرافیک فرآیندهای کمپلکس
اما تعداد بیولوژیست هایی که اطلاعات و دانش کافی در زمینه ریاضیات و محاسباتداشته باشندو نیز تعداد ریاضیدانان و مهندسان و متخصصان کامپیوتری که آشنایی کامل با بیولوژی داشته باشند بسیار کم است و این ضعفی است که متوجه بیولوژی محاسباتی است. همچنین یافتن افرادی که در هر دو زمینه بیولوژی و محاسبات دارای اطلاعات قوی و عمیق باشند بسیار مشکل و شاید محال باشد. لیکن به نظر می رسد مهندسی پزشکی موقعیت بسیار خوبی برای رهبری این زمینه علمی بسیار مهم به وسیله آموزش تحقیق و مطالعه باشد. تماس مهم و با دوام مهندسی پزشکی با محاسبات زیستی (Biocomputing) نباید تنها در زمینه بیوانفورماتیک باشد بلکه باید در زمینه جمع آوری اطلاعات ژنتیکی جهت بررسی کارکرد روانشناسانه سلول، بافت و اندام نیز گسترش یابد. مدلسازی سیستم های فیزیولوژیکی یکی از جنبه های مهم مهندسی پزشکی از زمان پیدایش آن بوده است. به هر حال تمرکزها در این زمینه بر سیستم های ماکروسکوپی و چنداندامی بوده است که در چارچوب سیستم های کلاسیک و تئوری کنترل توصیف شده اند (مانند تنظیم سدیم در مایعات برون سلولی) . همان گونه که در 10 سال اخیر در پزشکی حرکتی به سوی مقیاس های میکروسکوپی به وجود آمده است به همان ترتیب در زمینه مهندسی پزشکی نیز این تغییر مقیاس دیده می شود. در زمینه مطالعات ژنتیکی از جمله کارهایی که توسط بیولوژی محاسباتی انجام خواهد شد تولید سلول های بافت و اندام های مجازی ترانس ژنتیک جهت بررسی پرسش هایی است که درباره چگونگی تاثیر نقص های ژنتیکی و ملکولی بر کارکرد فیزیولوژیکی مطرح می شوند.
4-2-7- مهندسی سلولی و ملکولی
به طور کلی در تعریف مهندسی سلولی و ملکولی می توان گفت که این رشته علمی است که کاربرد اصول و قوانین مهندسی در سطح سلول و ملکول بحث می کند. کاربرد قوانین مهندسی در سطح سلولی و ملکولی یک زمینه رو به رشد در آموزش، تحقیق و فرصت های شغلی بیومهندسی است. آموزش سنتی مهندسی پزشکی (BME) به طور گسترده ای بر سیستم هایی در سطح فیزیولوژی از قبیل بیومکانیک یا اینسترومنت متمرکز شده است. با گسترش دانش در سطح سلولی و ملکولی به هر حال افراد به مهارت های قوی مهندسی مجهز شده اند و آگاهی در زمینه بیوشیمی مدرن و بیولوژی سلولی مشترکاً سهم بزرگی در علوم زیست و پزشکی دارا می باشند. پیشرفت های سریع و گسترده در زمینه بیولوژی سلولی و ملکولی در طی 25 سال اخیر درک ما از ارگانیسم های زنده به طور پایه ای تغییر داده است.
4-2-8- مهندسی سلول و بافت
از پیدایش مهندسی سلولی و بافت چندین دهه می گذرد. مهندسی سلولی با این ویژگی شناخته می شود که در آن قوانین و روش های مهندسی برای فهم بیولوژی سلول (و شامل پدیده های مولکولی) و توسعه تکنولوژی های سلولی به کار می روند. مهندسی بافت به عنوان توسعه بدل های بیولوژیکی و پرورش مدلسازی دوباره ای شناخته می شود و هدف آن داشتن کارکرد جایگزینی، تعمیر و نگهداری است. مهندسی بافت تکنولوژی است که بر مهندسی سلولی پایه ریزی شده است. در حقیقت مهندسی بافت تا حدودی نتیجه مهندسی سلولی است و با توجه به پتانسیل های خود قابلیت گسترش به دیگر زمینه های پزشکی را دارد. صنعت مهندسی بافت بسیار نو و تازه کار است. اولین محصولات این صنعت پوست های مصنوعی بوده اند و نیز تحقیقاتی در زمینه غضروف، استخوان، رگ ها، دریچه های قلب، پل های عصبی و لوزالمعده مصنوعی انجام پذیرفته است ولی هنوز به مرحله تولید و عمل نرسیده اند. مباحث مهم این رشته علمی عبارتند از:
5. منابع سلولی
6. ساخت کارکرد سلولی
7. مهندسی ساختارهای مشابه بافت طبیعی در طراحی و کارکرد
8. تولید محصولاتی در یک مقیاس و با کیفیت لازم جهت پاسخ به نیاز بیماران
9. آمیزش سیستم زنده با مواد مصنوعی جایگزین شده
4-3- رابطه متقابل میان حوزه های تخصصی
حوزه های تخصصی مذکور غالباً به یکدیگر وابسته هستند. مهندس پزشکی که در زمینه عملی کار می کند اغلب از علومی که توسط مهندسان پزشکی در زمینه های دیگر جمع آوری شده است، استفاده میکند. برای مثال، طراحی مفصل مصنوعی ران(هیپ مصنوعی) عمدتا با کمک مطالعات بیومکانیکی این مفصل انجام می شود. نیروهایی که بر مفصل ران اعمال می شوند، می توانند در طراحی و انتخاب مواد برای پروتز در نظر گرفته شوند. بطور مشابه، طراحی سیستمهایی برای تحریک الکتریکی عضله فلج به منظور حرکت این عضلات به روشی کنترل شده، دانش رفتار سیستم اسکلتی- عضلانی انسان را به کار می گیرد. انتخاب مواد مناسبی که در این دستگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند، در حوزه تخصص مهندس بیو متریال است.
5- مهندسان پزشکی کجا کار می کنند؟
مهندسان پزشکی در مراکز زیر استخدام می شوند:
* صنعت
* بیمارستان ها
* مراکز تحقیقاتی موسسات اموزشی و پزشکی
* مراکز آموزشی
* ادارات قانون گذاری و استاندارد
* شرکت های خصوصی
این مهندسان، اغلب کارهای هماهنگ سازی یا برقراری ارتباطات را بااستفاده از زمینه ای که در حوزه های مهندسی و پزشکی دارند، انجام می دهند. در صنعت نیز می توانند طرح هایی را ارایه دهند که این طرح ها مستلزم درک عمیقی از سیستم های زنده و تکنولوژیکی است. همچنین ممکن است این مهندسان به تست عملکرد تولیدات جدید یا پیشنهادی اشتغال یابند. در بیمارستان، مهندس پزشکی توصیه و پیشنهادهایی را درباره انتخاب و کاربرد تجهیزات پزشکی ارایه می دهد و تست عملکرد و نگهداری این تجهیزات را نیز سرپرستی می نماید. مشاغل دولتی اغلب شامل ایمنی و تست محصول و نیز تایید استانداردهای ایمنی برای دستگاه هاست. این مهندسان همچنین دستگاه های سفارشی را برای نیاز های تحقیقاتی یا مراقبت های بهداشتی خاص می سازند. در موسسات تحقیقاتی، مهندسان پزشکی ازمایشگاه ها و تجهیزات را سرپرستی می نمایند و بر فعالیت های تحقیقاتی با همکاری محققان دیگر با زمینه هایی مانند پزشکی، فیزیولوژی و پرستاری نظارت یا در این فعالیت ها شرکت می کنند. بعضی از مهندسان پزشکی، مشاور بخش فنی فروش شرکت ها هستند و بعضی در مشاغل مدیریتی فعالیت می کنند. بعضی از مهندسان پزشکی نیز آموزش های پیشرفته ای در سایر زمینه ها دیده اند. برای مثال برخی از مهندسان پزشکی که دارای درجه دکترا می باشند، شناختی را که از تکنولوژی پیشرفته دارند با مراقبت مستقیم از بیمار یا تحقیقات کلینیکی توام می سازند.
5-1- آمادگی شغلی
مهندس پزشکی در ابتدا و قبل از هر چیز باید درصدد باشد که یک مهندس معتبر و کارآمد باشد. بعد از آن بایددرک شغلی از واژگان و سیستمهای علوم زیستس داشته باشد. مهارت های ارتباطی خوب نیز مهم است زیرا مهندس پزشکی ارتباطی میان حر فه های پزشکی ، فنی و سایر زمینه ها ایجاد می کند. رشته اصلی برخی از دانشجویان مهندسی مواد، برق، شیمی و مکانیک است و تخصص آنها در زمینه مهندسی پزشکی می باشد. زمانیکه در حوزه معینی از پزشکی بالینی کار می کنید، آگاهی از اینکه چگونه بیماریها عملکرد طبیعی را تغییر می دهند نیز مزیت می باشد. این دانش، حوزه ای از پاتوفیزیولوژی است. با چنین دانشی، مهندس پزشکی مجبور نیست برای اطلاعاتی پیرامون ارگانیسم های زنده به دیگران متکی باشد.
5-2- موارد کاربردی در برنامه های آینده مهندسی پزشکی:
در آینده در میان برنامه های مهندسی پزشکی شاهد رشد کاربردهایی همچون دوره های انترنی، آزمایش تحقیقاتی، آزمایشگاه های متوالی، راه حل های پایه بیومهندسی بکارگیرنده بیولوژی سلول و ملکولی، تمرین حرفه ای، یادگیری عملی و گروهی و آزمایش های صنعتی، توسعه شکلی مهارت های مورد نیاز جهت عملکرد موثر در واکنش های جمع و مدیریت پروژه و آزمایش های طراحی خواهیم بود.
5-3- جوامع پیشرفته:
5-3-1- موسسه مهندسی پزشکی و بیولوژیکی آمریکا14:
ایالات متحده آمریکا صاحب بزرگترین جامعه مهندسی پزشکی دنیاست. عمده ترین و حرفه ای ترین سازمان هایی که با این زمینه همپوشانی دارند عبارتند از : کالج مهندسی پزشکی آمریکا، موسسه مهندسین شیمی آمریکا، موسسه اطلاعات پزشکی آمریکا، جامعه مهندسین کشاورزی آمریکا، جامعه ارگان های مصنوعی داخلی آمریکا، جامعه مهندسین پزشکی آمریکا، موسسه تجهیزات پیشرفته پزشکی، جامعه مهندسین مکانیک، جامعه مهندسی بیولوژی و پزشکی در IEEE ، جامعه مربوط به توسعه توانبخشی و تجهیزات کمکی و جامعه بیومواد.
5-3-2- جامعه مهندسی بیولوژی و پزشکی در IEEE (EMBS)15 :
IEEE بزرگترین سازمان حرفه ای جهان است و بیش از 37 جامعه و سازمان را تحت پوشش خود دارد. از این 37 موسسه EMBS بزرگترین سازمان بین المللی عضو IEEE است که برطرف کننده نیازهای بیش از 8000 عضو مهندس پزشک خود در سراسر دنیا میباشد. زمینه کار EMBS شامل کاربرد علوم مهندسی و فیزیکی در بیولوژی و پزشکی می باشد. این جامعه هر ساله اسپانسر یک کنفرانس بزرگ و جهانی می باشد و در تامین و برگزاری بسیاری از کنفرانس های کوچکتر هم دست دارد.
5-3-3- فدراسیون بین المللی مهندسی پزشکی و بیولوژی16:
این فدراسیون در سال 1959 تاسیس شده و سازمانی است که اعضای آن ملت هایی هستند که عضو سازمانهای بین المللی می باشند. از ملت های عضو در حال حاضر می توان به آرژانتین، استرالیا، بلژیک، برزیل، بلغارستان، کانادا، چین، کوبا، قبرس، دانمارک، فنلاند، فرانسه، آلمان، یونان، اسراییل، ایتالیا، ژاپن، هلند، مکزیک،چک و اسلواکی، نروژ، لهستان، آفریقای جنوبی، کره جنوبی، اسپانیا، سوئد، تایلند، انگلستان و ایالات متحده آمریکا اشاره کرد. اولین سازمان بین المللی که عضو این فدراسیون شد IEEE EMBS بود.در حال حاضر فدراسیون بیش از 25.000 عضو دارد.
5-4- مهندسی پزشکی در ایران
5-4-1- بیوالکتریک در دانشگا ه های ایران
شاید رایج ترین گرایش کلاسیک مهندسی پزشکی در ایران گرایش بیوالکتریک باشد. چرا که در برنامه اموزشی تمام دانشگاه هایی که مقطع کارشناسی مهندسی پزشکی را ارایه می دهند بر مباحث بیوالکتریک تاکید فراوانی شده است و بهتر است بگوییم مقطع کارشناسی مهندسی پزشکی در ایران عملاً گرایش بیوالکتریک بوده است. همچنین در مقطع کارشناسی ارشد و دکترا نیز یکی از گرایش های سه گانه مهندسی پزشکی بیوالکتریک نام دارد. بهر ترتیب این گرایش نسبت به دو گرایش دیگر (بیومکانیک و بیو مواد) از رونق و اهمیت بیشتری برخوردار است.
5-4-2- بیومکانیک در دانشگاه های ایران
در برنامه کارشناسی مهندسی پزشکی ایران رشته ای به نام بیومکانیک از سال 81 در دانشگاه امیرکبیر ارایه شده است دروسی مانن اصول توانبخشی و وسایل دستگاه ها به طور خاص، و استاتیک و مقاومت مصالح ، دینامیک، مقدمه ای بر رباتیک ، مکانیک سیالات و ترمودینامیک و انتقال حرارت(اختیاری) به طور عام با مباحث این علم تا حدودی مرتبط هستند. در مقطع کارشناسی ارشد و دکترا، بیومکانیک یکی از گرایش های اصلی رشته مهندسی پزشکی است اما معمولاً دانشجویانی در این گرایش تحصیل می کنند که دارای لیسانس مکانیک و گرایش های مربوطه باشند. در زیر مباحث مطرح شده در درس اصول توانبخشی و وسایل و دستگاه ها آورده شده است:
* مقدمه ای بر خواص مکانیکی و رفتار اجزای بدن استخوان ماهیچه، تاندون و . . .
* اندام های حرکتی مصنوعی (دست و پا)
* مکانیک درمان ضایعات ستون فقرات و گردن
* انواع ارتزهای داخلی و خارجی
* وسایل کهکی راه رفتن الگو های راه رفتن طبیعی و غیر طبیعی
* صندلی چرخدار
* تحریک الکتریکی عضلات و کاربرد آن در توانبخشی
* مفاصل مصنوعی
* مقدمه ای بر کینزیولوژی
با توجه این موارد ذکر شده و مقایسه آنها با مطالب ابن فصل در می یابیم که جای بسیاری از مباحث مهم بیومکانیک در برنامه کارشناسی بیومکانیک خالی است . به همین دلیل و نیز با توجه به اهمیت روزافزون علم بیومکانیک، تحقیقات بیشتر جهت بازنگری محتوای دروس موجود و یا احیاناً پیش بینی دروسی دیگر در زمینه بیومکانیک در خور اهمیت است.
ذکر این مطلب مهم است که با نگاهی به لیست تحقیقات دانشگاه های مختلف در می یابیم که تحقیقات بیومکانیک بسیار مورد توجه قرار گرفته است و به ویژه مهندسی توانبخشی از اهمیت زیادی برخوردار است و این امر بررسی دقیق را می طلبد.
5-4-3- بیومتریال در دانشگاه های ایران
در رشته بیومتریال زمینه های مختلف و رو به رشدی وجود دارد که از آن جمله می توان به مهندسی بافت، سیستم های رهایش کنترل شده دارو، اصلاح سطوح بیومتریال ها و نانوتکنولوژی اشاره نمود که هریک در جایگاه خود خدمات منحصر به فردی در جهت بهبود زندگی انسان ارائه می دهند. به طور مثال در زمینه رهایش کنترل شده دارو امید های زیادی برای درمان بیماری های خطرناک و صعب العلاج مانند سرطان و ایدز فراهم گردیده است، یا در زمینه مهندسی بافت امیدواری زیادی برای ترمیم اعصاب قطع شده و جایگزینی غضروف به وجود آمده است.
به طور خلاصه اهداف ایجاد رشته بیومتریال در کشور را می توان در موارد زیر خلاصه نمود:
1.با توجه به منابع بسیار فراوان مواد اولیه فلزی، سرامیکی و پلیمری در کشور و توانمندی مهندسان کشور، شرایط مناسبی برای رسیدن به خودکفایی و یا محدود کردن واردات بسیاری از تجهیزات پزشکی مورد نیاز کشور فراهم می گردد.
2.تقویت زمینه های ارتباطی بین پزشکان و مهنسان در جهت رفع مشکلات پزشکی در قالب همکاری های مشترک
3. از آنجایی که رشته بیومتریال یک رشته تازه تاسیس در بسیاری از دانشگاه های جهان می باشد بنابر این با توجه ویژه به این رشته می توان حداقل در این رشته فاصله علمی کشور را با دیگر کشورهای پیشرو تا حدود زیادی کاهش داد، به ویژه در زمینه نانوتکنووژی که از اولویت های مهم بسیاری از کشورها و نیز کشور ما می باشد.
4.تربیت نیروهای متخصص متناسب با نیاز کشور و طبیعت چند جانبه این رشته دانشجویان ماهری را جذب خواهد کرد تا بتوانند با جمع کردن جنبه های مختلف علوم بهترین راه حل های عملی را برای مشکلات پزشکی پیدا کنند.
5.گشودن زمینه های نو و جدید تحقیقاتی در زمینه مواد پزشکی
6.توسعه صنایع مرتبط با رشته بیومتریال
5-5- ماهنامه مهندسی پزشکی
ماهنامه مهندسی پزشکی با تیراژ 6000 نسخه در ماه به عنوان نخستین و فراگیرترین نشریه در زمینه محصولات پزشکی و آزمایشگاهی افتخار فعالیت دارد. هدف اصلی آن اطلاع رسانی همه جانبه در زمینه تجهیزات و نوآوریهای شگفت آن و طرح مسائل صنفی در این زمینه است. مخاطبان ماهنامه به سه طیف اصلی کاربران، دانش آموختگان مهندسی پزشکی و تامین کنندگان محصولات تقسیم می شوند.
کاربران شامل ادارات و مراکز متنوع وزارت بهداشت، اساتید، گروهها و دانشکده های دانشگاه های علوم پزشکی کشور، بیمارستانهای سراسر کشور، آزمایشگاههای تشخیص طبی، کلینیکها، مراکز رادیولوژی و مراکز دندانپزشکی است. دانش آموختگان مهندسی پزشکی که پشتیبان علمی ماهنامه هستند، شامل اساتید، فارغ التحصیلان و دانشجویان رشته مهندسی پزشکی در مقاطع مختلف هستند. تامین کنندگان هم شامل شرکتهای تولیدکننده و واردکننده محصولات پزشکی، آزمایشگاهی، دندانپزشکی و داروسازی هستند و تعداد قابل توجه دیگری نیز مشترکین علاقمند به ماهنامه را تشکیل می دهند. لذا محتوای ماهنامه بسته به علاقمندی سه طیف اصلی مخاطبان شامل قسمتهای زیر است:
الف) بخشهای صنفی و اجتماعی:
– سرآغاز: تحلیلی کوتاه در مورد اصلی ترین موضوع مطرح صنفی.
– چهره به چهره: گفتگو با مسئولان و تصمیم گیرندگان اصلی مربوط به صنف.
– گزارش ویژه: گزارش مفصل در مورد معضلات و مسائلی که به تجهیزات پزشکی مربوط می شود و طرح نظرات گوناگون موجود و نتیجه گیری نهایی.
– گزارشهای کوتاه: طرح بعضی مسائل و مشکلات، مصاحبه، گزارش از نمایشگاههای داخلی و خارجی، بازدید ماه به نوبت از شرکتهای تامین کننده.
– معرفی انجمنهای علمی تخصصی پزشکی.
– اخبار.
– روی آنتن جهانی.
– مطلب حقوقی.
– مطلب گمرکی.
– بازدید ماه.
– بیمارستان.
– آزمایشگاه.
– دانشگاه.
ب) بخشهای علمی:
– میهمان ویژه.
– زنگ تحقیق: بخش مفصل علمی و فنی ماهنامه است که در هر شماره در مورد یک دستگاه یا روش یا مجموعه روشها و ابزارهای یک تخصص پزشکی و آزمایشگاهی اطلاعات کاملی ارائه می کند که شامل معرفی کاربردهای آن روش یا دستگاه از زبان متخصص پزشک یا کاربر، اصول کارکرد و بلوک دیاگرام فنی، نکات مهم و کلیدی دستگاه و جدول مقایسه سازندگان است.
– مقالات علمی کوتاه در معرفی دستگاه و روشهای علمی تشخیصی و درمانی.
– Infotizing: مقالات علمی از جانب شرکتهای تولیدکننده یا وارد کننده در مورد محصولات و روشهای جدید.
– تازه های علمی.
– خلاصه مقالات اساتید یا پایان نامه های فارغ التحصیلان کارشناسی ارشد از دانشکده های مهندسی پزشکی کشور.
– خلاصه مقالات مجلات علمی خارجی و برنامه کنفرانسهای علمی جهان.
ج) بخش بازرگانی:
– رپرتاژ آگهی برای معرفی محصولات یک شرکت و امکانات آن.
– آگهی های رنگی: معرفی شرکتها و محصولات آنها برای کمک به تصمیم گیری طیف وسیع کاربران در انجام خرید.
– آگهی های سیاه و سفید تمام صفحه و کوچکتر.
– بخش بازار کار که به صورت رایگان آگهی های جویای کار واستخدام در آن به چاپ می رسد.
د) بخش انگلیسی:
– شامل خلاصه ای از مهم ترین قسمتهای ماهنامه در سه صفحه برای آشنایی مخاطبین خارجی.
صاحب امتیاز و مدیر مسوول: مهندس یحیی رضوی
مدیر اجرایی: صائب ماکویی
زیر نظر شورایسردبیری
دبیر علمی: مهندس پیمان پویانژاد
منابع
1) Introduction to Biomedical Engineering ، Joseph D. Bronzino
2) Standard Handbook of Biomedical Engineering and Design
3) پایان نامه کارشناسی، بررسی نظام آموزش مهندسی پزشکی در ایران و جهان، عبدالمهدی ساکیان
4) پایان نامه کارشناسی، بررسی وضعیت حوزه آکادمیک مهندسی پزشکی و روند توسعه آن در دنیا ، فرزین دیانی
5) مقدمه ای بر مهندسی پزشکی زیستی، دکتر سیامک نجاریان، مهندس هاله مستشفی
6) http://www.iranbmemag.com
7) http://www.magiran.com
8) http://www.isbme.org
9) http://www.engr.colostate.edu/bep/whatis/whatis.html
10) http://en.wikipedia.org/wiki/Biomedical_engineering
11) http://www.msoe.edu/eecs/be/whatisbe.shtml
1 Imhotep
2 He who cometh in peace
3 Michelangelo
4 Raphael Durer
5 Leonardo da Vinci
6 Pacela,1990
7 مهندسی زیستی
8 Biomedical engineering
9 Computer assisted tomography
10 Positron emission tomography
11 Magnetic resonance imaging
12 Implant : پیوندزدن یا قراردادن بافت یا ماده ای در بدن- وسیله یا ماده ای که در بدن قرار داده شده یا پیوند زده می شود.
Control and communication in the organism and the winter(machine 1948, MIT Press)- 13
14 American Institute for Medical and Biological Engineering
15 IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
16 International Federation for Medical and Biological Engineering
—————
————————————————————
—————
————————————————————
2