مهندسی پزشکی چیست و چه گرایش‌هایی دارد؟

مهندسی پزشکی در ایران

نام 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 سامانه‌های مهندسی در حیطه بهداشتی و پزشکی، تربیت و وجود نیروی انسانی متخصص و متبحر که آشنا به وسایل و تجهیزات پزشکی امری ضرروی است.  کم‌ترین و بیشترین زمان مجاز دوره کارشناسی مهندسی پزشکی در سه گرایش بر پایه آئین‌نامه‌های دوره کارشناسی شورای عالی برنامه‌ریزی است. شمار کل واحدهای درسی در طول دوره 140 واحد است که شامل دروس عمومی، پایه، اصلی، تخصصی و اختیاری، به شرح زیر است:

• دروس عمومی 20 واحد
• دروس پایه 26 واحد
• دروس اصلی 47 واحد
• دروس تخصصی 47 واحد

دروس مهندسی پزشکی

دوره کارشناسی مهندسی پزشکی شامل 140 واحد درسی که 20 واحد عمومی ، 26 واحد پایه ، 47 واحد اصلی و 47 واحد تخصصی است. از مهم‌ترین دروس این رشته که تسلط در آن‌ها آینده شغلی و ورود به بازار کار را تضمین می‌کند باید به ریاضی‌ عمومی‌، معادلات‌ دیفرانسیل‌، فیزیک‌ عمومی‌، برنامه‌نویسی‌ کامپیوتر، آمار حیاتی‌ و احتمالات‌، محاسبات‌ عددی‌، استاتیک‌ و مقاومت‌ مصالح‌ در مهندسی‌ پزشکی‌، ریاضیات‌ مهندسی‌، مقدمه‌ای‌ بر مهندسی‌ پزشکی‌ زیستی‌، تجهیزات‌ عمومی‌ بیمارستان‌ها و کیلینیک‌های‌ پزشکی‌، مدارهای‌ الکتریکی‌، الکترونیک‌، مدارهای‌ منطقی‌، بهداشت‌ عمومی‌، اصول‌ توانبخشی‌ وسایل‌ و دستگاه‌ها، اصول‌ و کلیات‌ مدیریت‌ خدمات‌ بهداشتی‌ ـ درمانی‌، اصول‌ سیستم‌های‌ رادیولوژی‌ و رادیوتراپی‌، فیزیولوژی‌، آناتومی‌، فیزیک‌ پزشکی‌، زبان‌ تخصصی‌ مهندسی‌ پزشکی‌، بیوفیزیک‌، کارورزی‌، پروژه‌ و … اشاره کرد. 

گرایش‌ها و جهت‌گیری‌های کاری رشته مهندسی پزشکی گسترده است و زمینه‌های گوناگونی 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. زمینه‌های کاری این رشته را می‌توان به 3 بخش کلی تقسیم کرد:

شناسایی بیماری و درمان

از مباحث زیربنایی که تاسیر مستقیمی بر دنیای پزشکی داشته باید به کاربرد لیزر در پزشکی در زمینه شناسایی و درمان اشاره کرد. به‌ طو کلی لیزر به دلیل قابلیت‌های خاص خود یک انتخاب خوب برای بهینه‌سازی عملکرد بسیاری از سامانه‌ها به شما می‌رود. استفاده از لیزر برای تشخیص ضایعات چشمی یا نمایش فشار خون در نازک‌ترین مویرگ‌ها یا سوراخ کردن یا ایجاد کانال مصنوعی در قلب، سوزاندن و بریدن برخی ضایعات درونی یا تومورهای گوناگون و… روز به روز در حال افزایش است. بحث شبکه عصبی طبیعی و درمان انواع ضایعات عصبی مانند ضایعات نخاعی با کمک تحریکات الکتریکی و با کمک علم ژنتیک نیز از بحث‌های مهم و تازه رشته مهندسی پزشکی است.

طراحی و ساخت

طراحی و ساخت دستگاه‌های آزمایشگاهی و الکترونیکی و تجهیزات مربوط به آن‌ها، مانند وسایل مخصوصی که با روش‌های خاص، عناصر موجود در یک نمونه (مانند نمک خون و…) را به طرز دقیقی اندازه‌گیری کند مانند اسپکتروفتومتر که با روش‌های نوینی کار می‌کنند. طراحی و ساخت بخش‌های مکانیکی و برقی سامانه‌های تصویرگر پزشکی، مانند سامانه‌های سونوگرافی، رادیوگرافی، سی‌تی اسکن و دیگر دستگاه‌های که تصاویر ثابت یا محرکی را از بسیاری از بخش‌های بدن به نمایش می‌گذارند. طراحی و ساخت سامانه‌های اندازه‌گیری پزشکی و بیمارستانی، مانند دستگاه‌های دریافت کنندة سیگنالهای مغزی (الکتروانسفالوگرام). طراحی و ساخت قطعات و اندام مصنوعی بدن و موادی که در طول، تشخیص، درمان بیماری‌ها به کار می‌رود.

تعمیر، نگهداری و بهینه‌سازی

از دیگر زمینه‌های کاری مهندسی پزشکی 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 سه‌بعدی‌سازی تصویر دستگاه MRI، جزء همین بهینه‌سازی‌ها هست. دامنه کاربری این زمینه چنان گسترده است که اکنون سالانه چندصد مقاله در معتبرترین نشریات جهانی مهندسی پزشکی در این زمینه چاپ می‌شود و بیشترین شمار پروژه‌ها بر روی موضوع تلفیق و بهینه‌سازی انجام می‌شود.

یک مهندس پزشکی چه وظایفی دارد؟

• مهندس پزشکی در گام‌های اولیه بهره‌برداری، تعمیر، پشتیبانی و نگهداری و تنظیم و استانداردسازی دستگاه‌های پزشکی را انجام می‌دهد و در مراحل بالاتر توسعه، ارتقاء و بهبود دستگاه‌های پزشکی یا حتی می‌تواند به طراحی و ساخت یک دستگاه و عضو مصنوعی اقدام کند. در این رشته به علت نوآوری گسترده‌ای که صورت می‌گیرد شاخه‌های تازه‌ای از مهندسی پزشکی سازمان می‌گیرند که شرح کوتاهی از زیرشاخه‌های این رشته ذکر شده‌است.

رشته مهندسی پزشکی چه گرایش‌هایی دارد؟

مهندسی پزشکی رشته‌ای متشکل از گرایش‌های گوناگون مهندسی و علوم پزشکی است. در نتیجه پیدایش گرایش‌های تازه این رشته دور از انتظار نخواهد بود. هم ‌اکنون در ایران در مقاطع گوناگون آموزش عالی گرایش‌های زیر تدریس می‌شوند:

گرایش ابزار دقیق در مهندسی پزشکی

• کاربردی است از الکترونیک در تشخیص و بررسی ساختار بیماری‌ها، رایانه‌ها بخش اصلی این گرایش را بر عهده دارند سامانه‌های تصویر پزشکی به وسیله مهندسان این رشته ساخته می‌شوند.

گرایش مدیریت فناوری اطلاعات پزشکی

• دوره کارشناسی ارشد فناوری اطلاعات پزشکی به عنوان گرایش تازه از رشته مهندسی پزشکی پیشنهاد شده‌است. ضرورت وجود اطلاع‌رسانی پزشکی در زمینه 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 زمینه فناوری اطلاعات مدیریت در این زمینه اهمیت روزافزونی یافته‌است. فناوری اطلاعات پزشکی هم‌اکنون از زمینه‌های مهم فناوری اطلاعات است و طبیعتاً مدیریت فناوری اطلاعات در این زمینه اهمیت زیادی دارد.

گرایش بیومکانیک

• 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 تازه نیازمند درک مسائل محیط‌های زنده از زاویهٔ مهندسی است. پیشرفت در این شاخه به ساخت قلب مصنوعی، دریچه‌های قلب مصنوعی، مفاصل مصنوعی، ارتزها و پروتزها، ابزارهای کمکی تشخیصی و جراحی، درک بهتر از عملیات و کارکرد قلب، ریه، شریانها، مویرگها، استخوانها، غضروفها، تاندونها، دیسک بین‌مهره‌ای و پیوندهای سامانه اسکلتی-عضلانی بدن شده‌است.

گرایش بیومواد

• فارغ‌التحصیلان گرایش بیومواد با کارگیری مواد گوناگون مانند پلیمرها و سرامیک‌ها و کامپوزیت‌ها و مواد فلزی در بدن انسان و در تجهیزات پزشکی آشنا می‌شوند. در این رشته به‌طور معمول روی تهیه 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. توسعه انواع مدل‌های وسایل پزشکی نیازمند انتخاب، ساخت و آزمایش مواد است که لازمه آن درک و فهم درست از شیمی و فیزیک مواد و شناخت محیط بیولوژیک بدن است. به عبارت دیگر باید توجه داشت که آینده علم بیومتریال در گرو توانائی ما در فهم کشفیات تازه در شیمی، فیزیک، بیولوژی و پزشکی است. به‌طورکلی موارد استفاده 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. 

گرایش مهندسی پزشکی بالینی

• مهندسی پزشکی بالینی از رشته‌های تخصصی شاخه مهندسی پزشکی است که مسئولیت پیاده‌سازی فناوری پزشکی و بهینه‌سازی خدمات بهداشتی و درمانی دارد. نقش مهندسی پزشکی بالینی شامل آموزش و نظارت تکنسین تجهیزات پزشکی، همکاری با قانون‌گذاران و بازرسان بیمارستان‌های دولتی و دادن مشاوره فنی برای دیگر کارکنان بیمارستان مانند پزشکان، مدیران، فناوری اطلاعات و…. مهندس پزشکی بالینی. 

گرایش بیوالکتریک

• این گرایش از مهندسی پزشکی دامنه بسیار گسترده‌ای دارد، اما در تعریفی کوتاه، بیوالکتریک را می‌توان دانش استفاده از اصول الکتریکی، مغناطیسی و الکترومغناطیسی در زمینه پزشکی دانست؛ هم‌چنین الگوبرداری از سامانه‌های 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 زمینه 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 مانند فیزیولوژی، آناتومی و فیزیک پزشکی، به نوعی بلوغ ذهنی و توانایی علمی در زمینه پزشکی دست یابند.

گرایش مهندسی بافت

• این گرایش بیشتر در زمینه پزشکی و در گستره میکروسکوپیک می‌پردازد. در این شاخه تخصص در آناتومی، بیوشیمی و مکانیک سلول‌ها و ساختارهای درون سلولی برای درک بیشتر در فرایند بیماری توانایی داخل‌شدن به بخش‌های ویژه سلول لازم است. هدف این شاخه که در اواخر سده بیستم پایه‌گذاری شده‌است، بررسی و تهیه مدل‌های ایده‌آل از ماکرومولکول‌ها و ساختار سلولی است که منجر به درک بهتر پدیده‌های درون‌یاخته‌ای و همچنین فهم عمیق‌تر مکانیسم تأثیر عملکرد ناصحیح آن‌ها در بروز حالات بیماری می‌شود. 

گرایش مدل‌سازی سامانه‌های فیزیولوژیکی

• در این زمینه سعی می‌شود با استفاده از قوانین موجود در مهندسی و روش‌های 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. سامانه‌های زنده دارای یک مجموعه بسیار با قاعده به همراه بازخورد برای کنترل خود هستند. 

گرایش پردازش تصاویر پزشکی

• در این رشته اطلاعات جمع‌آوری شده در تغییرات پدیده‌های فیزیکی در بدن را با بهره‌گیری از فناوری تحلیل پردازش الکتریکی و سرعت بالای آن تجزیه و تحلیل می‌کنند و به صورت یک تصویر درمی‌آورند و اغلب این تصاویر را می‌توان با اعمال غیرتهاجمی (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 گوناگون تصویربرداری مانند CT و MRI برای تهیه تصاویر گویاتر مانند تصاویر سه‌بعدی و همچنین ارائه الگوریتم‌های پردازشی برای مدل‌سازی بافت‌های سالم و ضایعات آن‌ها برای ارائه روش‌های تشخیصی دقیق‌تر و غیرتهاجمی مورد بررسی قرار می‌گیرد. 

گرایش مهندسی توانبخشی

• یک شاخه تازه و توسعه یافته مهندسی پزشکی است. متخصصان این رشته به بالا بردن توانایی‌ها و بهبود بخشیدن به کیفیت زندگی افراد کمک می‌کند و با توجه به پیشرفت فناوری به طراحی گجت‌های تازه و روش‌های نوین برای سکونت، ارتباط و… کمک می‌نماید. پس از ساخت دستگاه نیروسنج ایزومتریک با قابلیت بیوفیدبک توسط ابوالفضل حاجی حسن‌خان، انقلابی در این شاخه به وجود امد زیرا قدرت بیان کمی مقدار بهبود بیمار را بیان می کرد.