مهندسی پزشکی : معرفی رشته و گرایش ها

تعریف رشته مهندسی پزشکی :

رشته مهندسی پزشکی (Biomedical Engineering) ، همان گونه که از عنوان آن مشخص است، ایجاد کننده یک ارتباط و به زبان ساده پل بین رشته‌های مهندسی (بخصوص مهندسی الکترونیک، مکانیک، کامپیوتر و مواد) و رشته‌ های پزشکی است. این رشته برای شما مفید است اگر به کاربرد علوم مهندسی و تکنولوژی در حوزه‌های مربوط به پزشکی و سلامت علاقه‌مند هستید. مهندسی پزشکی، با هدف بهبود کیفیت و افزایش کارآیی روش های تشخیصی و درمانی، عمدتا راه حل هایی را در قالب یک سخت‌افزار (دستگاه) یا نرم‌افزار (برنامه) و یا ترکیبی از این دو ارائه می‌شوند.

مهندسی پزشکی رشته ی نوپایی است که دامنه ی مهارت های آن به طور روز افزون در حال گسترش است .این رشته یکی از تازه ترین رشته هایی 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. مهندس پزشکی در گام های اولیه بهره برداری ، تعمیر ، پشتیبانی و نگهداری و تنظیم و استانداردسازی دستگاه ها را انجام می دهد و در مراحل بالاتر توسعه ، ارتقا و بهبود دستگاههای پزشکی و یا حتی می تواند به طراحی و ساخت یک دستگاه اقدام کند. در این رشته به علت ابداعات و نوآوری وسیعی که صورت می گیرد شاخه های جدیدی از مهندسی پزشکی سازمان می گیرند که شرح مختصری از زیرشاخه های این رشته ذکر شده است.هدف این رشته تربیت متخصصانی است که بتوانند با بهره گیری از مهارت های مهندسی و آنالیز مسائل بیولوژیکی و پزشکی وسایلی را طراحی کنند که به پزشکان در تشخیص دقیق تر و درمان بهتر کمک کند. البته پر واضح است که اگر علم مهندسی در حیطه ی پزشکی قدم نمی گذاشت ، بی شک این علم (پزشکی) امروزه چنین پیشرفت نمی کرد . به طور مثال اگربسیاری از وسایل تصویر برداری پزشکی ساخته نمی شد، بسیاری از بیماری ها قابل تشخیص نبود و یا اگر مثال پروتزها و ایمپلنت ها ساخته نمی شد بسیاری از بیماران قسمتی از توانایی های خود را برای همیشه از دست می دادند.

اهداف کلی رشته مهندسی پزشکی :

علم مهندسی پزشکی به ساخت اعضای مصنوعی مکانیکی یا الکتریکی محدود نمی شود بلکه حیطه این علم بسیار گسترده تر و متنوع تر می باشد. در کشورهای غربی، مهندسی پزشکی علمی حیاتی است تا جایی که بدون آن، علم پزشکی نمی تواند 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 امکان پذیر نیست. در ضمن باید توجه داشت که هدف این علم تنها تجهیزات پزشکی نیست بلکه ابعاد این رشته بسیار وسیع تر است. در این میان می توان به نقش این علم به عنوان پل ارتباطی بی مهندسی و پزشکی اشاره کرد؛ این علم تالش می کند تا مهندسین بتوانند از ایده های پزشکی استفاده کنند چون خیلی از روش هایی که در مهندسی جا افتاده است مثل شبکه عصبی یا سیستم فازی با الگو برداری از سیستم های بیولوژیکی ایجاد شده است.

گرایش های اصلی رشته مهندسی پزشکی:

رشته مهندسی پزشکی در مقطع کارشناسی داری سه گرایش میباشد:بیوالکتریک، بیو مکانیک و بیومتریال.

گرایش بیوالکتریک: هدف این رشته تربیت متخصصانی است که بتوانند از عهده تجهیز، نگهداری و طراحی دستگاه های پزشکی برآیند؛ یعنی مهندس الکترونیک مجربی باشند که با زمینه های پزشکی نیز آشنایی داشته و بتوانند دستگاه های پزشکی را طراحی کرده و بسازند یا اینکه مسئول سفارش دستگاه از خارج از کشور باشند.

گرایش بیومکانیک: بیومکانیک به استفاده از مکانیک کلاسیک در زمینه های مهندسی پزشکی و بررسی حرکت تغییرات مواد جریان های درون بدن می پردازد. پیشرفت در این شاخه به ساخت قلب مصنوعی ، ریه ، شریان ها ،مویرگ ها ،استخوان ها ،غضروف ها ، ، دیسکهای بین مهره ای و پیوندهای سیستم اسکلتی-عضالنی بدن موجب شده است.

گرایش بیومواد: کاربرد این شاخه استفاده از بافت های زنده و مواد مصنوعی و کاشت آنها در بدن است. آلیاژهای فلزی، سرامیک ها، پلیمرها و کامپوزیت ها از مواد مورد استفاده در کاشت بافت ها مصنوعی هستند، اینگونه مواد باید غیرسمی، غیرسرطان زا و از نظر شیمیایی غیر فعال و بادوام و دارای قدرت مکانیکی کافی باشند.

توانایی های لازم دانشجویان :

میزان واحدهای غیرمهندسی در این رشته بسیار محدود است و دانشجو باید علاقه مند به دروس رشته ریاضی فیزیک باشد و این انتظار هست که دید پایه های قوی در مهندسی داشته باشد، یعنی مهندس بیوالکتریک باید به الکترونیک و مهندس بیومکانیک به مکانیک و مهندس بیومواد به دروس مرتبط با مهندسی مواد علاقه مند بوده و در آن توانمند باشد. در ضمن یک مهندس پزشکی باید علم زیست شناسی و محیط کار بیمارستانی را دوست بدارد یعنی علاقه مند باشد که در بیمارستان یا محیط های مرتبط فعالیت کند.

ادامه تحصیل در این رشته :

امکان ادامه تحصیل در دوره کارشناسی ارشد در این رشته در سه گرایش عمده بیوالکتریک، بیومکانیک و بیومتریال (بیومواد) فراهم است. همچنین این رشته دارای دکترای تخصصی نیز می باشد. دانشجو برای گذراندن دوره کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی باید ۳۳ واحد درسی و تحقیقاتی شامل ۲۲ واحد درس های تخصصی، ۲ واحد سمینار و ۱۲ واحد پروژه را با موفقیت بگذراند. مهندسی پزشکی در مقطع کارشناسی ارشد در وزارت بهداشت در دو گرایش بیوالکتریک و بیومواد دانشجو پذیرش می کند.

معرفی جامع گرایش ها در کارشناسی ارشد و دکتری تخصصی :

گرایش بیوالکتریک:

بیوالکتریک علم استفاده از اصول الکتریکی، مغناطیسی و الکترومغناطیسی در حوزه پزشکی است. مهندس پزشکی در این تخصص اطلاعات تخصصی مهندسی برق، مهندسی کامپیوتر، مهندسی فناوری اطلاعات و پزشکی را دارد و در کار خود به کار می گیرد. این گرایش به عنوان پرطرفدارترین گرایش مهندسی پزشکی سالیان سال دانشجویان را به خود جذب کرده است. مهندس پزشکی با تخصص بیوالکتریک در حوزه های پردازش علائم حیاتی، پردازش تصاویر پزشکی و تصویربرداری، پردازش صوت و گفتار و طراحی سیستم های گفتار درمانی، مدل سازی سیستم های بیولوژیک، طراحی بخش های الکترونیکی و کنترل اعضا و اندام مصنوعی، ثبت سیگنال های حیاتی و طراحی سیستم های مانیتورینگ بیمارستانی، طراحی و ساخت سیستم های درمانی و آزمایشگاهی پزشکی، طراحی بانک های اطالعاتی پزشکی، طراحی سیستم های مورد نیاز در مانیتورینگ و یا جراحی بیمار از راه دور و ایجاد شبکه های تبادل اطالعاتی بین مراکز آموزشی-درمانی و بیمارستان های کشور جهت کنترل بیماری های مسری، انتقال بیماران و… فعالیت می کند. یکی از زمینه های کاری فعال در جهان برای بیوالکتریک ها زمینه تله مدیسن و مهندسی پزشکی از راه دور و اینترنت اشیا است که منجر به چاپ مقالات متعدد شده است.

گرایش بیو مکانیک:

در حوزه علم مکانیک و استفاده از آن در حوزه پزشکی و علوم زیستی دانش و تبحر کافی را دارد. این تخصص مهندسی پزشکی از قوانین دینامیک جامدات برای تحلیل های حرکتی، دینامیک سیالات برای ارزیابی جریان های درون محیط های 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 استفاده می کند. به طور کلی این مهندس پزشکی مفاهیم مکانیکی را در زمینه های پزشکی به کار می برد. به عنوان مثال در ساخت دست یا پای سیبرنتیکی و قلب مصنوعی باید یک متخصص بیومکانیک در مورد نحوه حرکت اندامهای یاد شده نظر دهد. همچنین در زمینه سازگاری محیط صنعتی و غیرصنعتی با بدن انسان علم بیومکانیک نقش مهمی را ایفا می کند.

گرایش بیومواد:

با تهیه مواد گوناگون مصنوعی (از قبیل پلیمرها، سرامیک ها، کامپوزیت ها ومواد فلزی) و طبیعی، طراحی روش های ساخت و قالب گیری نهایی ماده و در نهایت اصالح مواد برای کاربرد اختصاصی در پزشکی سر و کار دارد. برخی از کاربردهای این مواد در بدن عبارتند از: موادی که جایگزین یک بافت یا ارگان خاصی از بدن می شوند و باید رفتارهایی مشابه عضو جایگزین شده در بدن داشته باشند که این مورد بیشتر در کاربردهای مهندسی بافت مطرح است. موادی که به انجام یک پروسه خاص در بدن کمک می کنند تا یک فرایند در بدن راحت تر انجام شود مثل انتخاب موادی که مناسب یک حامل دارویی در رهایش دارو باشد تا پروسه دارورسانی در بدن راحت تر انجام شود. یا موادی که به عنوان جایگزین اعضای بدن یا در کنار عضوی از بدن، ساخته و به کار برده می شوند. مانند طراحی موادی برای ساخت یک پروتز به عنوان جایگزین یک ارگان در بدن و طراحی موادی برای ساخت ارتز برای کمک و بهبود به عملکرد یک ارگان، که این موارد بیشتر در ایمپلنت و جایگزین های بافتی مطرح است.

مهندس پزشکی گرایش بیومواد باید درک و فهم درستی از شیمی و فیزیک  مواد و محیط بیولوژیک بدن داشته باشد. مهندس پزشکی با گرایش بیومواد با کمک اطلاعات و تخصص خود، نقش مهمی در حل مشکلاتی از این قبیل دارد: جایگزینی و تعویض اعضا و اندام هایی از بدن که بر اثر بیماری یا آسیب، کاربری خود را از دست داده اند و به کمک تخصص بیومواد می توان جراحت یا بیماری اعضای مذکور را التیام داد، کاربری و عمل آنها را اصلاح و ناهنجاری یا وضعیت غیر طبیعی آنها را تصحیح کرد.

گرایش بالینی:

همراه با گروهی متشکل از پزشکان، پرستارها و تکنسین ها یک تیم درمانی را تشکیل می دهند. کار اصلی این تخصص مهندسی پزشکی به کارگیری تکنولوژی در فرآیندهای بیماری و بالینی است. این مهندس پزشکی همچنین تجهیزات مورد نیاز پزشکان و بیمارستان را در زمینه های خاص، طراحی یا تطبیق می دهد. البته تمامی این موارد مستلزم بهره گیری از سیستم های کامپیوتری، به همراه تجهیزات و نرم افزارهای طراحی شده برای کنترل این تجهیزات، جمع آوری اطلاعات و تجزیه و تحلیل آنهاست. بنابراین مهندس پزشکی با تخصص بالینی باید همواره از آخرین تکنولوژی ها و دستاوردهای این حوزه آگاهی داشته باشد. شاید بتوان تخصص های ذکر شده را به عنوان تخصص های اصلی و پایه مهندسی پزشکی مطرح کرد. البته تخصص های دیگری نیز در این حوزه وجود دارد که به نوعی از دل موارد بالا بیرون آمده است. از جمله آن ها می توان به مهندسی بافت، مهندسی ورزش و … اشاره کرد. به عنوان مثال مهندسی بافت که ارتباط زیادی با تخصص بیومتریال دارد، به استفاده از اصول و روش های مهندسی و علوم زیستی جهت درک عمیق ارتباط بین ساختمان و عملکرد بافت های بدن پستانداران در شرایط مختلف سالمت و بیماری و تولید جایگزین های بیولوژیک جهت بازسازی، حفظ و یا بهبود عملکرد بافت ها می پردازد.

گرایش مهندسی بافت:

این گرایش بیشتر در زمینه پزشکی و به گستره میکروسکوپیک می پردازد. در این شاخه تخصص در آناتومی، بیوشیمی، مکانیک سلول ها و ساختارهای درون سلولی برای درک بیشتر در فرایند بیماری و توانایی داخل شدن به بخش های ویژه سلول لازم است. هدف این شاخه که در اواخر قرن بیستم پایه گذاری شده است، مطالعه و تهیه مدل های ایده آل از ماکرومولکول ها و ساختار سلولی است که منجر به درک بهتر پدیده های درون یاخته ای و همچنین فهم عمیق تر مکانیسم تأثیر عملکرد ناصحیح آنها در بروز حالات بیماری می شود. به علاوه این مدل ها سبب ارزیابی موثرتر فرضیه ها و نظریه های درمانی مانند طراحی انواع پروتئین ها با خصوصیات منحصر به فرد لیگاند-رسپتوری می شود. از جمله اهداف دیگر این شاخه، مطالعه و مدلسازی ساختار سلول و فرایند بازیابی جراحات در بافت های آسیب دیده به منظور ارائه روش های درمانی بهینه تر جهت تقلیل و رفع ضایعات بافتی و هم چنین تولید نمونه های مصنوعی برای جایگزینی آنهاست. به این منظور علل و مکانیسم های تبدیل سلول های بنیادی به بافت ها و ارگان های مختلف بررسی و با استفاده از مدل های بدست آمده بافت های آسیب دیده ترمیم یا در خارج از بدن به صورت مصنوعی تولید می شود. از جمله این بافت ها و ارگان ها میتوان به استخوان، غضروف، کبد، پانکراس، پوست و رگ های خونی اشاره کرد.

گرایش پردازش تصاویر پزشکی:

در این رشته اطلاعات جمع آوری شده در تغییرات پدیده های فیزیکی در بدن را با بهره گیری از تکنولوژی تحلیل پردازش الکتریکی و سرعت بالای آن تجزیه و تحلیل می کنند و به صورت یک تصویر در می آورند. اغلب این تصاویر را می توان با اعمال غیرتهاجمی (بدون آسیب) بدست آورد به نحوی که هیچ اثر دردی برای بیمار نداشته باشد. در این گرایش تهیه تصویر از اجزای ایستای بدن مانند استخوان ها و بافت ها و ادغام ویژگی های منحصر به فرد حالت های مختلف تصویربرداری مثل CT و MRI جهت تهیه تصاویر گویاتر مانند تصاویر سه بعدی و همچنین ارائه الگوریتم های پردازشی برای مدلسازی بافت های سالم و ضایعات آن ها جهت ارائه روش های تشخیصی دقیق تر و غیر تهاجمی مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین بررسی فیزیولوژی و حرکت بافت های دینامیک در بدن مانند قلب و عروق از طریق تصویربرداری عملکردی (Imaging Functional) و تکنیک های بی درنگ (Time Real) و همچنین مدلسازی این رفتارها در بافت های سالم و ناسالم در جهت تشخیص بهتر ناهنجاری ها و تصویربرداری مولکولی به منظور مطالعه موقعیت، ساختار و حرکت مولکول ها (مانند مولکول ها و سلول های سرطانی) و توجیه این حرکات بر اساس الگوریتم های آماری و همچنین مطالعه و مدلسازی مکانیسم های مختلف حیات در سطح مولکولی به صورت غیر تهاجمی برای ارائه روش های درمانی دقیق تر مثل طراحی آنتی بادی ها و ردیابی آن ها برای از بین بردن بهتر مولکول ها و سلول های مهاجم و تقلیل آسیب به سلول های سالم بدن موردنظر است.

گرایش مهندسی توانبخشی:

یک شاخه جدید و توسعه یافته مهندسی پزشکی است. متخصصان این رشته به بالا بردن توانایی ها و بهبود بخشیدن به کیفیت زندگی افراد کمک می کنند و با توجه به پیشرفت تکنولوژی به طراحی های جدید و روش های نوین برای سکونت ارتباط و… کمک می نمایند.

گرایش مدل سازی سیستم های فیزیولوژیکی:

در این زمینه سعی می شود با استفاده از قوانین موجود در مهندسی و تکنیک های پیشرفته و ابزار لازم یک طرح کلی و جامع از ارگان های زنده، از باکتری گرفته تا انسان، تهیه کنند. در این رشته برای تحلیل اطلاعات حاصل از آزمایش ها و فرمول بندی جزئیات فیزیولوژیکی با روابط ریاضی، از مدلسازی کامپیوتری استفاده می شود. سیستم های زنده دارای یک مجموعه بسیار با قاعده به همراه بازخورد برای کنترل خود هستند. ازجمله علومی که با مدل سازی سیستم های بیولوژیکی در بستر مهندسی پزشکی با یک فرمت جدید می توان تحلیل کرد علوم پزشکی مشرق زمین است از جمله طب سنتی ایران و چین که گسترهای از پارامدیک دست نیافته است و شاید به علت قدمتش با پزشکی نوپای غربی همپا نشده و سرشار از رموز و اسرار است.

گرایش ابزار دقیق در مهندسی پزشکی:

کاربردی است از الکترونیک در تشخیص و بررسی ساختار بیماری ها. رایانه ها بخش اصلی این گرایش را بر عهده دارند. سیستم های تصویر پزشکی به وسیله مهندسان این رشته ساخته می شوند.

گرایش مدیریت فناوری اطلاعات پزشکی در ایران:

دوره کارشناسی ارشد فناوری اطلاعات پزشکی به عنوان گرایش جدید از رشته مهندسی پزشکی پیشنهاد شده است. ضرورت وجود اطلاع رسانی پزشکی در حوزه پزشکی در دهه های گذشته از عوامل مهم در توجیه فناوری اطلاعات به عنوان یک رشته کاربردی مهم در دهه اخیر بوده است. نظر به گسترش سریع حوزه فناوری اطلاعات مدیریت در این حوزه اهمیت روز افزونی یافته است. فناوری اطلاعات پزشکی هم اکنون از زمینه های مهم فناوری اطلاعات است و طبیعتا مدیریت فناوری اطلاعات در این حوزه اهمیت زیادی دارد.