صفحه اصلی
مهندسی برق
دوره های آموزشی
تحقیق و توسعه
همکاری بانهادها
اخبار
محصولات
سوالات متداول
9+1 دليل انتخاب ما
نمایندگی ها
درباره ما
   مهندسی پزشکی(بیوالکتریک)

 

 

 

 

مهندسی برق-پزشکی

 

مهندسی پزشکی(بیوالکتریک)

 معرفی کلی و تاریخچه:

مهندسی پزشکی یا مهندسی زیست پزشکی به دنبال ایجاد ارتباط منطقی بین علوم مهندسی و دانش پزشکی می‌باشد.

تا قبل از قرن بیستم میلادی تشخیص و درمان 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 اوایل 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.

سال 1983 اولین بیمار، تحت عمل جراحی پیوند قلب مصنوعی قرار گرفت و 192 روز زنده ماند. سال 1988 تلمبه تنظیم کننده قلب ساخته شد.سال 1993 اولین پای الکتریکی ساخته شد. پایی که با استفاده از سیستم بادی و کنترل‌های ریزپردازنده، سرعت قدم زدن فرد را دریافته و محفظه‌های بادی خود را به نحوی تنظیم می‌کند که به طور طبیعی به جلو عقب حرکت کرده و مانع از لنگیدن فرد می‌شود. و اکنون دانشمندان مهندسی پزشکی به یاری متخصصان رشته‌های مرتبط تلاش می‌کنند تا چشم مصنوعی، کلیه مصنوعی یا رگ مصنوعی را اختراع کنند. البته علم مهندسی پزشکی به ساخت اعضای مصنوعی مکانیکی یا الکتریکی محدود نمی‌شود بلکه حیطه این علم بسیار گسترده‌تر و متنوع‌تر 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:

·       طراحی و ساخت

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.

·       تعمیر و نگهداری و بهینه­سازی

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.

·       تشخیص بیماری و درمان

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.

 در کشورهای غربی،‌ مهندسی پزشکی علمی حیاتی است تا جایی که بدون آن،‌ علم پزشکی نمی‌تواند کاری انجام دهد. برای مثال یک پزشک جراح بدون تجهیزات اتاق عمل واقعاً فلج است. یا بسیاری از معاینات پزشکی بدون استفاده از تجهیزات پزشکی امکان‌پذیر نیست. در ضمن باید توجه داشت که هدف مهندسی پزشکی تنها تجهیزات پزشکی نیست بلکه ابعاد این رشته بسیار وسیع‌تر است. در این میان می‌توان به نقش این علم به عنوان پل ارتباطی بین مهندسی و پزشکی اشاره کرد؛ این علم تلاش می‌کند تا مهندسین بتوانند از ایده‌های پزشکی استفاده کنند چون بسیاری از روش‌هایی که در مهندسی جا افتاده است، مانند شبکه عصبی یا سیستم فازی با الهام گرفتن و الگو برداری از سیستم‌های بیولوژیکی پدیدار شده­اند.

گرایش­ها

اين رشته در مقطع کارشناسی داري سه گرايش مي باشد:بيوالکتريک، بيو مکانيک و بيومتريال. در اغلب دانشگاه­ها، مهندسی پزشکی دارای دپارتمان مستقلی نیست و گرایش­های مختلف آن به ترتیب در دانشکده­های برق، مکانیک و مواد ارائه می­شوند. دانشگاه صنعتی امیرکبیر به عنوان قطب مهندسی پزشکی، دانشکده­ی مهندسی پزشکی دارد. در این دانشکده علاوه بر سه گرایش گفته شده، در مقطع کارشناسی ارشد گرایش مدیکال انفورماتیک یا مهندسی فناوری اطلاعات پزشکی و مهندسی ورزش نیز ارائه می­شود.

آنچه که مربوط به مهندسی برق است گرایش بیوالکتریک می­باشد که به معرفی آن می­پرازیم.

مهندسی پزشکی- بیوالکتریک(Bioelectric)

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. اهم حوزه‌هایی که یک مهندس بیوالکتریک در آن فعالیت می‌کند عبارتند از:

·       پردازش سیگنال‌های حیاتی

·       پردازش تصاویر پزشکی و سیستم‌های تصویر برداری

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 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.

·       پردازش صوت وگفتار و طراحی سیستم‌های گفتار درمانی جهت کمک به معلولین گفتاری

·       مدلسازی سیستم‌های بیولوژیکی

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 کنند. در این حوزه 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 بیولوژیکی دربستره مهندسی پزشکی با یک فرمت جدید می‌توان تحلیل کرد علوم پزشکی مشرق زمین است فی الجمله طب سنتی ایران و چین که شاید به علت قدمتش با پزشکی نوپای غربی همپا نشده وسرشار از رموز واسرار است.

·       طراحی بخش‌های الکترونیکی و کنترل اعضاء و اندام مصنوعی و ساخت وسایل توانبخشی

·       ثبت سیگنال‌های حیاتی و طراحی سیستم‌های مانیتورینگ بیمارستانی

علم ابزار دقیق، امکانات زیادی را برای اهداف پزشکی ارائه داده است، استفاده از تجهیزات الکترونیکی مانند بیوسنسورها، برای تشخیص و بررسی ساختار بیماری‌ها، بخش اصلی این زمینه هستند. سیستم‌های تصویر پزشکی به وسیله مهندسان فعال در این شاخه ساخته می‌شوند.

·       طراحی و ساخت سیستم‌های درمانی و آزمایشگاهی پزشکی

 

 

 

 

خانه مهندسی برق ایران

خانه مهندسی برق ایران

" گامی تخصصی بسوی اشتغال در صنعت برق کشور"