معرفی مهندسی پزشکی

مهندسي پزشكي عبارت است از كاربرد مهندسي در پزشكي از طريق مطالعه اصول و عملكرد سيستم هاي زنده و مدلسازي آن، به كار گرفتن اطلاعات و نتايج حاصل در جهت تشخيص و درمان بيماريها و همچنين جايگزين كردن اسكلت بنديهاي صدمه ديده در بدن. هدف اين رشته تربيت متخصصاني است كه بتوانند از عهده تجهيز، نگهداري و طراحي دستگاههاي پزشكي برآيند يعني مهندس الكترونيك مجربي باشند كه با زمينه هاي پزشكي نيز آشنايي داشته و در نتيجه مي توانند دستگاههاي پزشكي را طراحي كرده و بسازند يا اينكه مسؤول سفارش دستگاه از خارج كشور باشند.

نمونه هايي از طرحهاي تحقيقاتي كه توسط دانشجويان رشته مهندسي پزشكي انجام شده است، به شرح زير است:

طرح (پروژه) پاي مصنوعي.

- طراحي و ساخت دستگاه فشارسنج.

- طراحي و ساخت دستگاه آپتولموسكوپي.

- طراحي و ساخت دستگاه تنفس مصنوعي.

- تشخيص بيماري (m.s) از طريق بررسي پتانسيلهاي برانگيخته.

- طراحي و ساخت دستگاه دياترمي.

- تفسير اتوماتيك (ecg) به منظور تشخيص بيماريهاي قلبي، عروقي.

- آشكارسازي (qrs) توسط تكنيكهاي هوشمند.

- بررسي بيماريهاي پاركينسون توسط تفسير دست نوشته.

- طراحي و ساخت هوتر مانيتورينگ.

- طراحي و ساخت سنسور فنواكوستيك.

- تجزيه و تحليل (آناليز) يك نمونه (مدل) رياضي براي جريان خون در دريچه هاي قلب با استفاده از معادلات ناويراستوكس.

- طراحي و ساخت دستگاه قالب گيري دوراني براي تهيه لنزهاي نرم چشم.

- بررسي روشهاي نظري و عملي ساخت وسايل جراحي.

- ساخت دستگاه اندازه گيري بيوچسبندگي لايه هاي نرم بدن.


توانايي هاي مورد نياز و قابل توصيه

توانايي علمي: دانشجوي اين رشته لازم است در دروس رياضي و فيزيك قوي باشد زيرا بايد ديد پايه اي قوي در مهندسي الكترونيك داشته باشد. يعني با كوشش و مطالعه بسيار هم در دروس اصلي رشته الكترونيك و هم در دروس تخصصي خود توانمند باشد.همچنين بايد ذهني خلاق همراه با قدرت خلق، آفرينش و ابداع مدلها داشته باشد تا نمونه هاي متفاوت در زمينه آلات و وسايل پزشكي را بسازد.

علاقمنديها: دانشجوي اين رشته بايد محيط كار بيمارستاني را دوست بدارد يعني علاقه مند باشد كه در بيمارستان و يا محيط هاي مرتبط فعاليت كند. داوطلبان اين رشته بايد با تمايل و رغبت شخصي اين رشته و محيط كار آن را انتخاب نمايند.


توانايي هاي فارغ التحصيلان

اين رشته به گونه اي طراحي شده است كه دانش آموختگان (فارغ التحصيلان) آن مي توانند درزمينه طراحي، بهر برداري، نظارت، مديريت، و نگهداري از سيستمهاي مربوط به اين رشته وارد شوند.



آنها در اين راستا وظايف زير را مي توانند برعهده گيرند:

الف) نصب و راه اندازي دستگاهها، وسايل پزشكي و تجهيزات فني بيمارستانها.

ب) تعمير و نگهداري تجهيزات بيمارستاني.

ج) مشاوره فني در سفارش و خريد دستگاههاي پزشكي.

د) كمك در به كارگيري بهينه از دستگاههاي پزشكي.

ه) همكاري در طراحي دستگاههاي پزشكي.

و) همكاري در طرحهاي تحقيقاتي پزشكي.

ز) مسووليت فني و مهندسي بيمارستان.

ح) ساخت وسايل و تجهيزات بيمارستاني.


آينده شغلي و بازار كار
در حال حاضر بازار كار هيچ رشته اي در حد ايده آل نيست و اين شامل حال رشته مهندسي پزشكي نيز مي شود اما بدون شك وضعيت فارغ التحصيلان اين رشته، نسبت به رشته هاي مهندسي ديگر، مطلوبتر است.
چون ارزش اقتصادي وسايلي كه مهندسين پزشكي طراحي، تعمير، نگهداري يا خريداري مي كنند، بسيار بالا است. براي مثال اگر يك كامپيوتر يك يا دو ميليون تومان قيمت دارد، يك دستگاه پزشكی بطور متوسط دهها ميليون تومان مي ارزد. براي همين مسؤولان بيمارستانها بطور نسبي براي حفظ و نگهداري آنها اهميت بسياري قائل اند. اين امر باعث شده تا خيلي از فارغ التحصيلان ما حتي دانشجويان ترم هاي آخر جذب بازار كار شوند, بويژه اگر فارغ التحصيل اين رشته اصراري نداشته باشد كه در تهران كار كند، مي تواند در شهرستانها جذب بيمارستانها، سازمان تامين اجتماعي و مراكز متعدد ديگر شود.
فارغ التحصيلان هم چنين مي توانند در مراكز تحقيقاتي از قبيل موسسه استاندارد، بنياد مستضعفان و جانبازان، مركز تحقيقات وزارت دفاع و ساير مراكز تحقيقاتي مشغول كار شوند.
وزارت بهداشت، وزارت فرهنگ و آموزش عالي، وزارت صنايع، سازمان تامين اجتماعي، بيمارستانهاي دولتي و خصوصي و ... از ساير محلهايي هستند كه مهندس پزشكي مي تواند در آنجا مشغول شود

اسم اين رشته به خوبي انتخاب شده و تركيبي صحيح از دو گروه رياضي و تجربي است . مهندسي و پزشكي

همكاري مطلوب و شايسته اي را در كمك به بيماران و پزشكان آغاز كرده اند و در اين راه گام هاي موثري

برداشته شده است كه هر روزه بسياري از خبرهاي آن را در رسانه هاي شنيده ايد با توجه به گسترش روز افزون

سيستمهاي مهندسي در حيطه بهداشتي و پزشکي، تربيت و وجود نيروي انساني متخصص و متبحر که آشنا به

وسايل و تجهيزات پزشکي امري ضروريست.
حداقل و حداکثر مجاز طول دوره کارشناسي مهندسي پزشکي در سه گرايش مطابق آئين نامه هاي دوره کارشناسي

شورايعالي برنامه ريزي است.
تعداد کل واحد هاي درسي در طول دوره 140 واحد مي باشد که شامل دروس عمومي، پايه، اصلي، تخصصي و

اختياري ، به شرح زير مي باشد:
1- دروس عمومي 20 واحد
2- دروس پايه 26 واحد
3- دروس اصلي 47 واحد
4- دروس تخصصي 47 واحد

گرايش‌ها و جهت‌گيري‌هاي كاري رشته مهندسي پزشكي، واقعاً وسيع است و زمينه‌هاي مختلفي از الكترونيك و

پردازش سيگنال و مباحث نرم افزاري گرفته تا طراحي ، ساخت ، راه اندازي ، نصب و تعمير دستگاهها و قطعات

پزشكي يا اندام مصنوعي، همچنين مواد به كار رفته در اين وسايل را شامل مي‌شود. جدا از اين توضيحات،

زمينه‌هاي كاري اين رشته را مي‌توان به 3 بخش كلي تقسيم كرد:
- طراحي و ساخت:
الف- طراحي و ساخت دستگاههاي آزمايشگاهي و الكترونيكي و تجهيزات مربوط به آنها، نظير وسايل مخصوصي

كه با تكنيكهاي خاص، عناصر موجود در يك نمونه (مثلاُ نمك خون و ...) را به طرز دقيقي اندازه‌گيري كند مانند

اسپكتروفتومتر كه با تكنيكهاي نويني كار مي‌كنند.
ب- طراحي و ساخت بخشهاي مكانيكي و برقي سيستم‌هاي تصويرگر پزشكي، مانند سيستم‌هاي سونوگرافي،

راديوگرافي، سي‌تي‌اسكن و ديگر دستگاههاي كه تصاوير ثابت يا محركي را از بسياري از بخشهاي بدن به نمايش

مي‌گذارند.
ج- طراحي و ساخت سيستم‌هاي اندازه‌گيري پزشكي و بيمارستاني، نظير دستگاههاي دريافت كنندة سيگنالهاي

مغزي.
د- طراحي و ساخت قطعات و اندام مصنوعي بدن و موادي كه در طول، تشخيص، درمان و معالجات بيماريها

بكار مي‌رود.
2- تعمير و نگهداري و بهينه سازي: از ديگر زمينه‌هاي كاري مهندسي پزشكي مي‌توان به تعمير، نصب، راه‌اندازي

و نگهداري وسايل مورد نياز است و البته واضح است كه اين نيروي مجرب بايد داراي اطلاعات كافي در مورد

قطعات و جزئيات كار آن وسيله يا دستگاه باشد.
در كنار اين موارد، مسأله بهينه سازي يا تلفيق دستگاهها و عملكرد آنها نيز مطرح است. پروژه كنترل كامپيوتري

فشار خون، يا پروژه سه بعدي سازي تصوير دستگاه mri ، جزء همين بهينه سازي‌ها هست. دامنه كاربري اين

زمينه چنان وسيع است كه اكنون سالانه چندصد مقاله در معتبر‌ترين نشريات جهاني مهندسي پزشكي در اين زمينه

چاپ مي‌شود و بيشترين تعداد پروژه‌ها برروي موضوع تلفيق و بهينه سازي انجام مي‌شود.
3- تشخيص بيماري و درمان: يكي از مهمترين مباحث مطرح در زمينه پزشكي، بحث استفاده از ليزر در پزشكي

(چه در تشخيص و چه در درمان) است. اصولاً ليزر از همان ابتدا با توجه به قابليتهاي منحصر به فردي كه

داشت، به عنوان يك انتخاب خوب براي بهينه سازي عملكرد بسياري از سيستم‌ها بكار گرفته شده.
استفاده از ليزر براي تشخيص ضايعات چشمي يا نمايش فشار خون در نازكترين مويرگها يا سوراخ كردن و يا

ايجاد كانال مصنوعي در قلب، سوزاندن و بريدن برخي ضايعات دروني يا تومور‌هاي مختلف و . . . روز به روز

درحال افزايش است. بحث شبكه‌هاي عصبي طبيعي و درمان انواع ضايعات عصبي مانند ضايعات نخاعي با كمك

تحريكات الكتريكي و با كمك علم ژنتيك نيز از بحثهاي مهم و جديد رشته مهندسي پزشكي است.
كارشناسي مهندسي پزشكي، به نوعي هم خانوادة همان رشته برق و الكترونيك است و اين قرابت و نزديكي حتي در

دوره‌هاي كارشناسي ارشد و دكترا نيز تا حدي ادامه مي يابد. بنابراين يك دانشجوي مهندسي پزشكي در دوره

كارشناسي تقريباً ملزوم به گذراندن تمامي دروس اصلي مجموعه مهندسي برق است و به همين خاطر،

فارغ‌التحصيلان رشته مهندسي پزشكي مي‌توانند گرايش‌هاي كارشناسي ارشد مجموعه مهندسي برق را انتخاب كنند

و همپاي مهندسين كنترل، مخابرات، قدرت و الكترونيك، به تحصيل در مقطع كارشناسي ارشد مهندسي برق

بپردازند.
بنابراين، عنوان مهندس پزشكي به هيچ عنوان نبايد باعث شود كه داوطلبان تصور كنند كه اين رشته
بي ارتباط يا كم ارتباط با مباحث رياضي و مهندسي است، چون دانشجويان اين رشته به طور كامل با رياضيات

مهندسي پيشرفته و فيزيك در ارتباطند و از سنگين‌ترين نوع رياضيات، به عنوان ابزار كار، دائماً بهره مي‌برند، تا

آنجا كه دانشجويان اين رشته، تا دروس رياضيات مهندسي پيشرفته و معادلات ديفرانسيل و فيزيك الكتريسيته،

موج، ارتعاش و حركت را نگذرانند، قادر به اخذ دروس چنداني در دانشگاه خود نيستند

آزمون پایه ای و اساسی پیش از زایمان : سونوگرافی سه بعدی

http://pnu-club.com/imported/2013/05/2383.jpg


سیستم اولتراسوند سه بعدی که با استفاده از امواج فراصوتی و نرم افزار تصویری، تصاویر کاملاًواضح و روشن از جنین تهیه می نماید، می تواند در کنار تصاویر دو بعدی درهر مقطع زمانی از حاملگی، مورد استفاده قرار گیرد.

زمانیکه مشکلی در ارتباط با جنین توسط سیستم اولتراسوند دوبعدی تشخیص داده می شود و پزشک نیاز به تعیین و تشخیص اختلال دارد، تصاویر واضح و با جزئیات اولتراسوند سه بعدی در این باب بسیار ارزشمند می باشد. این تصاویر درهنگام رویت ابنورمالیهای مغز، ضایعه مادرزادی ستون فقرات و cleft tips / palates کام شکافته یا زبان شکافته، بسیار سودمند و ارزشمند می باشد.

تصاویر، به والدین منتظر کمک می کند تا متوجه ابنورمالیها گردند و بتوانند انتخاب درستی برای

فرزندشان داشته باشند ؛اما بهرحال این تکنولوژی به تازگی مسیر رشد و پیشرفت خود را آغاز کرده

است .

سیستم سه بعدی مشابه سیتم اولتراسوند دو بعدی، بدون درد و غیر تهاجمی است.امواج فراصوت ( که توسط انسان قابل شنیدن نیستند ) از بدن جنین انعکاس می یابد و تصویر حاصله یا سونوگرام حاصله از بدن بر صفحه مونیتور نمایش داده می شود.

برای انجام آزمون لازم است که پزشک مقداری ژل یا روغن در قسمتی از شکم که مورد تابش امواج فراصوتی قرار می گیرد، بمالند و آنگاه Transducer یا مبدل انرژی در آن قسمت قرار گرفته و جابجا

می شود. ترانسدیوسر امواج فراصوتی را به شکم و رحم و جنین موجود در آن هدایت می کند. سیستم سونوگرافی سه بعدی هیچگونه تابش یا اشعه x را شامل نمی گردد و برای مادر و فرزند بی خطر می باشد. سونوگرافی سه بعدی توسط پزشک متخصص مامایی و در بیمارستانهای تخصصی انجام می گیرد

علم و جنین به دنیا نیامده Science and the un born

زمانیکه دادگاه آمریکا به سقط جنین اعتبار قانونی در سال 1973 بخشید، زندگی جنینهای به دنیا نیامده در پرده ای از ابهام قرار گرفت. اما در این زمان پیشرفت های موجود در اولتراسوند (سونوگرفی) و جراحی های مربوط به جنین، دلایل به درد جنین و زنده ماندن نوزادان زودرس، توانست جنین به دنیا نیامده را به عنوان موجودی جدا از مادر معرفی نماید و قادر به نشان دادن و درمان آنها پیش از تولد گردید.

با وجود تصمیم ( The Roeu wade dicision ) the Roeu wade که وجود جنین را به عنوان انسان انکار می نمود، پیشرفت های علمی، توانست به سرعت این دیدگاه را به شکل نظریه غیر قابل دفاع در آورد.


Ultrausoud سونوگرافی

درسال 1973، پزشکان شروع به استفاده از اولتراسوند به عنوان وسیله تشخیصی در طی دوران

حاملگی کردند. تصاویر حاصله سیاه و سفید، مبهم و ناواضح و بسیار سخت و مشکل جهت تفسیر بودند. محقیقن در دهه 1990 شروع به کار در ارتباط با سیستم های اولتراسوند دیجیتالی و رنگی نمودند که کیفیت تصاویر را به مقدار قابل توجهی بهبود بخشید. ظهور و پیدایش سیستم های اولتراسوند سه یا چهار بعدی، تصاویر با زمینه واضح را ایجاد نمود و همچنین توانست تصاویری واضح و روشن از جنین به دنیا نیامده تهیه نماید.

به طور سنتی، تصاویر اولتراسوند نمایش داده شده در مونیتور، تصاویر دو بعدی را نشان می دهد. در سیستم های سه بعدی داده های مربوط به تصاویر دو بعدی وارد کامپیوتر شده که کامپیوتر آنها را به شکل سه بعدی بازسازی نموده و به صورت تصاویری با عمق و وضوح و روشنایی مناسب نشان میدهد. در سیستم اولتراسوند چهاربعدی پزشک می تواند تصاویر سه بعدی را مشاهده نماید، درعین اینکه حرکات جنین در زمان واقعی نیز نمایش داده می شود.

جنین در هفته 18 می تواند چشمان خود را باز نماید. روزنامه های انگلیسی بخصوص به راه رفتن و

حرکت جنین 12 هفته ای در رحم، حرکات چشم و خمیازه کشیدن آن اشاره نمودند.

دستگاههای تصویر برداری پزشکی – MRI
http://pnu-club.com/imported/2013/05/2384.jpg

روشى است كه با استفاده از ميزان آب معدنى متصل به مولكول ها، تصويرى از داخل بدن ايجاد مى كند. اين روش معمولاً براى تشخيص هرگونه بيمارى يا اختلال در عملكرد ارگان ها مورد استفاده قرار مى گيرد.اسم اصلى اين روش unclean MRI است كه كلمه هسته اى به علت بار منفى كه روى بيمار ايجاد مى كند، به طور كلى حذف شده است. در علوم ديگر واژه NMR كه استفاده از همين دستگاه در علوم غيرپزشكى است، هنوز استفاده مى شود. اساس كار MRI معمولاً براساس خصوصيات آزاد شدن اتم برانگيخته هيدروژن در مولكول آب است. وقتى جسم مورد نظر در يك ميدان خاص و پرقدرت مغناطيسى قرار مى گيرد، تمام اسپين هاى اتمى هسته هاى بدون اسپين صفر در دو حالت مخالف يكديگر قرار مى گيرند يا به صورت موازى با ميدان مغناطيسى يا غيرموازى. اختلاف ميان اتم هاى موازى و غيرموازى يك در ميليون است، در هر صورت اين اختلاف باعث تغييرى در ميدان مى شود. به هر حال هسته ها در حالتى زاويه دار با ميدان الكترومغناطيسى قرار مى گيرند.

http://pnu-club.com/imported/2013/05/2385.jpg


دوقطبى هسته در امتداد ميدان مغناطيسى قرار مى گيرد، در لحظه اى كه نسبت ها تقريباً مساوى هستند، بيشتر هسته ها در حالت كم انرژى قرار مى گيرند. وقتى كه بافت در معرض انرژى الكترومغناطيسى قرار مى گيرد (RF PULS) تعدادى از هيدروژن ها كه در حالت موازى با ميدان مغناطيسى بودند به حالت پرانرژى و پاد موازى درمى آيند. براى انتخاب زاويه تصوير مورد نظر از سه محور عمود برهم شيب مغناطيسى استفاده مى شود. شيب اول مربوط به برش است كه هنگام RF ADS اعمال مى شود. بعدى شيب رمزكننده فاز است و در نهايت شيب رمزكننده سرعت «تكرار» كه در حين عكسبردارى از بافت اعمال مى شوند. اين عمل به عكسبردارى از برش هايى از هر زاويه كمك مى كند.
زمانى كه هسته برانگيخته شده به حالت پايه برگشت، از خود انرژى آزاد مى كند. زمان برگشت به حالت پايه و موازى شدن با ميدان مغناطيسى كه در حد هزارم ثانيه است، با T1 نشان داده مى شود. T2 زمانى است كه برگشتن به حالت عادى با استفاده از انرژى معكوس اتفاق مى افتد.
براى تشكيل تصوير ثبت اطلاعات فضايى مولكول هاى بافت بعد از بازگشت به حالت عادى لازم است. به همين جهت يك ميدان مغناطيسى متراكم براى ثبت موقعيت هسته ها به كار گرفته مى شود.


MRI براى تشخيص هرگونه آسيب در بافت هاى مختلف مورد استفاده دارد. يكى از نكات مثبت در مورد MRI نداشتن اثر منفى بر روى بيمار است. MRI با استفاده از ميدان مغناطيسى و تابش غيريونيزه انجام مى گيرد. در حالى كه CT اسكن با اشعه X معمولى كه واجد تابش هاى يونيزه است، انجام مى شود و تابش هاى يونيزه مى توانند احتمال ايجاد بدخيمى را افزايش دهند به خصوص در بچه ها. عكس هاى حاصل از MRI معمولاً بين ۵ تا ۲۰ عدد هستند كه هر يك اطلاعات خاصى را از بافت مورد نظر نشان مى دهند و بايد توسط پزشك بررسى و مطالعه شوند.
• انواع MRI
MRIانتشارى: اين نوع از MRI ميزان انتشار آب را در بافت هاى بدن مشخص مى كند. از اين طريق مى توان انتشار مولكول هاى مختلف را در ارگان ها و سلول هاى مختلف بررسى كرد. نوع جديد MRI انتشارى (DT1) مى تواند ميزان انتشار را در جهات مختلف مشخص كند و اين روش در تشخيص بيمارى هايى مثل MS كه نورون ها طى آن از بين مى رود، به كار گرفته مى شود.
( MR angiography)MRA روشى است كه از طريق آن اشكالات عروقى بررسى مى شود. اصلى ترين مورد استفاده از MRA بررسى عروق گردن و نابجايى آئورت و عروق كليوى است. يك مورد استفاده ديگر از MRI در تصويربردارى از بافت هاى نرم، تعيين دقيق محل تومور در بدن است كه با تعيين دقيق محل آن مى توان راديوتراپى را آغاز كرد. محل دقيق و اندازه تومور به اين ترتيب مشخص مى شود و محل آن خالكوبى يا نشانه گذارى مى شود و درمان در آن محل به طور خاص آغاز مى شود.
با توجه به اينكه MRI روشى بسيار دقيق براى تشخيص بيمارى است، در سال ۲۰۰۳ آقاى پل لاوتربور و سرپيتر منزفيلد برنده جايزه نوبل پزشكى شدند. لاوتربور متوجه شد كه ميدان مغناطيسى مى تواند تصوير دوبعدى ايجاد كند و منزفيلد محاسبات رياضى شيب هاى مغناطيسى را انجام داد. كميته نوبل ريموند _ وى _ داماديان را ناديده گرفت. داماديان در سال ۱۹۷۴ استفاده NMR را براى تشخيص سرطان ثبت كرده است. او در سال ۱۹۹۷ از جنرال الكتريك بابت استفاده بدون اجازه از اختراعش به دادگاه شكايت كرد و ۱۲۹ ميليون دلار از جنرال الكتريك دريافت كرد. در سال ۱۹۸۰ اولين دستگاه اسكن MRI را ساخت كه هيچ وقت به بازار عرضه نشد. در سال ۲۰۰۱ life Tim achievement award موسسه MIT به داماديان اهدا شد