مهندسی پزشکی گرایش‌ بیوالکتریک

هدف گرایش بیو الکتریک رشته مهندسی پزشکی تربیت کردن افرادی است که بتوانند از پس تجهیز، نگهداری‌ و طراحی‌ دستگاه‌های‌ پزشکی‌ برآیند؛ یعنی‌ مهندس‌ الکترونیک‌ با تجربه ای باشد که‌ با زمینه‌های‌ پزشکی‌ هم آشنا باشد و ‌بتواند دستگاه‌های‌ پزشکی‌ را طراحی‌ کند و بسازد و یا بتواند دستگاه را از خارج سفارش دهد.

رشته بیوالکتریک علم استفاده از اصول الکتریکی، مغناطیسی و الکترومغناطیسی در حوزه پزشکی است؛ و الگوبرداری از سیستم های بیولوژیکی در طراحی های نوین مهندسی را هم شامل می شود. پس مهندس بیوالکتریک هم به گرایش های مهندسی برق با دیدگاه علم خود نگاه میکند و هم از مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات کمک می گیرد.

هدف تربیت دانشجویان در مقطع کارشناسی داشتن مهندسان الکترونیکی است که با گذراندن واحدهای درسی و آزمایشگاهی مثل فیزیولوژی، آناتومی و فیزیک پزشکی، به توانایی علمی در حوزه پزشکی رسیده اند.

حوزه های فعالیت مهندس بیوالکتریک

پردازش سیگنال های حیاتی

یکی از وسیع ترین مبحث ها در فعالیت های گرایش بیوالکتریک پردازش علائم حیاتی است. سیگنال های حیاتی یک بخشی از پردازش سیگنال است که خیلی از گرایش های مهندسی خصوصا مهندسی مخابرات الکترونیک این مبحث را مطالعه می کنند. اما به خاطر اینکه سیگنال در کارهای پزشکی ویژگی های خاص خودش را دارد توجه کردن به یک سری نکات خاص در پردازش سیگنال های حیاتی الزامی است و باعث به وجود آمدن این مبحث به صورت ویژه شده است. در همه موارد ثبت سیگنال داده که گرفته می شود نویز دارد که لازم است قبل از اینکه روی آن کار شود موارد مزاحم حذف شود به همین علت بهبود کیفیت سیگنال از قسمت های مهم در پردازش سیگنال است.

پردازش تصاویر پزشکی و سیستم های تصویر برداری

تصاویر پزشکی که به صورت دو بعدی و سه بعدی از بدن انسان گرفته میشود از مهمترین وسایل تشخیص برای پزشکان هستند که قسمت بزرگی از تحقیقات به آن ها اختصاص داده می شود که سیستم های تصویربرداری به گروه‌های زیر تقسیم می‌شود:

• روش های اشعه ایکس (رادیوگرافی، فلوئورسکوپی و CT).
•  روش مغناطیسی MRI
• پزشکی هسته‌ای (Nuclear Medicine)
• روش های ماوراء صوت

تصاویر بدست آمده از این روش ها خام هستند و قابل استفاده نیستند و باید روی آن ها پردازش انجام شود. پردازش ها از این قرار هستند:

• پردازش تصاویر و استخراج اطلاعات موثر در تشخیص و یافتن مواضع مورد توجه (ROI)
• بازسازی تصاویر در کامپیوتر به صورت سه بعدی و درونیابی اطلاعات جهت تولید برشهای لازم از ارگان تحت تصویر برداری
• حذف نویز، اختصاص رنگ و در کل ارتقاء کیفیت تصویر

پردازش صوت و گفتار و طراحی سیستم های گفتار درمانی و کمک همراه معلولین گفتاری

یکی از علائم که در زندگی ها خیلی نقش مهمی دارد گفتار است با توجه به اینکه سیستم های کامپیوتری روز به روز افزایش پیدا می کند پردازش های صوتی و گفتاری هم که رابطه تنگاتنگی با ویژگی های گفتار، خصوصیات آناتومیک و عصبی، دستگاه تولید گفتار و غیره دارد. به دلیل این اهمیت در دانشکده مهندسی پزشکی در مورد این نوع پردازش کار می‌شود. این رشته وظیفه طراحی ساخت وسایلی که تشخیص گفتار و شنیدار، شنوایی سنجی و ثبت و پردازش سیگنال های انگیخته شنوایی، انجام پردازش های مورد نیاز در اعضای مصنوعی شنوایی مثل حلزون گوش و ساخت دستگاه هایی که افراد لال کمک می‌کند که بتواند صحبت کند. به صورت دستگاه‌های کمکی همراه محلول یا کمک درمانی عمل می کند.

مدلسازی سیستم های بیولوژیک

مطالعه سیستم‌های بیولوژیکی علاوه بر اینکه موجب پیشرفت فنی و علمی در بقیه شاخه های رشته بیوالکتریک می شود، به صورت طرح ایده و نظر قسمتی قوی برای انجام کارهای جدید در سایر شاخه‌های دیگر علوم مهندسی مثل رشته پردازش سیگنال، مخابرات و کنترل هم شده است. اهمیت این شاخه بخاطر زیربنائی بودن آن برای بقیه شاخه‌های این گرایش است. 

محدوده ی مدلسازی سیستم‌های بیولوژیک گسترده است و از مدلسازی کمّی و کیفی تا مدلسازی سیستم اعصاب مرکزی انسان، یعنی مغز، ادامه دارد. از آن میان، به عنوان مثال می‌توان به موارد پرکاربرد زیر اشاره نمود:

• مدلسازی عضلات و سیستم عصبی محرک آنها
• مدلسازی نخاع
• مدلسازی قشرهای حرکتی مغز.
• مدلسازی نواحی دیداری، شنیداری و ادراکی مغز.
• مدلسازی عقده‌های درون مغزی که اِشکال در آنها به بیماری‌هائی مثل پارکینسون منجر می‌گردد.
• مدلسازی مخچه و چگونگی اجرای حرکات و ادراکات مهارتی
• مدلسازی چشم و سلول‌های عصبی بینائی
• مدلسازی سیستم تولید گفتار و شنوائی به صورت حلقه باز و حلقه بسته
• مدلسازی سیستم تنظیم فشار خون، ضربان قلب و میزان الاستیسیتة رگ‌ها
• مدلسازی سیستم تنظیم درجه حرارت بدن

طراحی بخش های الکترونیکی و کنترل اعضاء و اندام مصنوعی و ساخت وسایل توانبخشی

یکی از مهمترین بخش های رشته مهندسی پزشکی ساختن اندام های مصنوعی است. برای این کار در کنار تخصص های بیومکانیک یعنی طراحی ساخت بخش مکانیکی اندام است به مواد برای ساختن آنها با ویژگی ها حساسیت های اندام طبیعی در کنار آنها قرار می گیرد که نیازمند مدارات الکتریکی، الکترونیکی و دیجیتالی است. مثلا دست و پای مصنوعی فرمان‌پذیر، حلزون مصنوعی گوش و چشم مصنوعی از دستاوردهای این پیشرفت هستند. 

همانطور که میدانید بخش وسیعی از دانش فنی سخت‌افزاری و نرم‌افزاری برای طراحی و ساخت اعضای مصنوعی مختلف لازم هستند که دایرة عملکرد این بخش را وسعت ببخشند.

علاوه بر موارد مربوط به ساخت اعضای مصنوعی، طراحی و ساخت وسایل و تجهیزات توانبخشی هم شامل این دسته می شوند. مثلا تجهیزاتی مثل سیستم “FES” یا تحریک الکتریکی عضلات افراد قطع نخاع برای حرکت دادن مصنوعی جزوی از این حوزه است، یا تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی توانبخشی که دایره وسیعی از وسایل را شامل می‌گردند و برای بازیابی توانائی فیزیکی اعضای صدمه دیده به کار می‌روند.

ثبت سیگنال های حیاتی و طراحی سیستم های مانیتورینگ بیمارستانی

اینن قسمت از بخش مربوط به طراحی و ساختن وسیله هایی است که داده ها و علائم حیاتی بیمار را ثبت می‌کند. با توجه به اینکه فناوری دیجیتال روز به روز گسترده‌تر می‌شود و بیشتر سخت افزارها به کامپیوتر وصل هستند تولید مدارهای واسط که با استفاده از فناوری روز ساخته شده باشند یکی از قسمتهای مهم تحقیقاتی این اتفاق میایند. به طور مثال کاربرد زیاد در محیط‌های بیمارستانی، از جمله اتاق های عمل، آی‌سی یو، سی‌سی‌یو و آزمایشگاه‌های ثبت نوارهای قلبی و مغزی، اهمیت اقتصادی این تجهیزات را روشن می کند.

طراحی و ساخت سیستم های درمانی و آزمایشگاهی پزشکی

در این بخش بیشتر تجهیزات در درمان بیماری ها کاربرد دارند اما با اینکه در ایران خیلی به این ها نیاز داریم هنوز به صورت عمده عرضه نشده‌اند. محققان و متخصصان بیوالکتریک میتوانند اینگونه تجهیزات را بسازند و یا در داخل تولید کنند. مواردی از این دست را می‌توان به شرح زیر ذکر کرد:

• سنگ شکن های کلیه
• تجهیزات فیزیوتراپی و کایروپراکتیک
• تجهیزات رادیوتراپی

لیزرها در کنار موارد بالا می توان به امکان فعالیت مهندسان بیوالکتریک در حوزه های گسترده ای نظیر:

• طراحی بانک های اطلاعاتی پزشکی
• طراحی سیستم های مورد نیاز در مانیتورینگ و یا جراحی بیمار از راه دور
• ایجاد شبکه های تبادل اطلاعاتی بین مراکز آموزشی-درمانی و بیمارستانهای کشور جهت کنترل بیماریهای مسری ، انتقال بیماران و …اشاره کرد که نیازمند همکاریهای بین بخشی گسترده ای در سطح کشور می باشد.

با توجه به نقش مهم ابزار پزشکی در رشد شاخص های بهداشت عمومی، و رشد اقتصاد حال از خرید این ابزار، استفاده از مشاوره علمی و فنی مهندسان پزشکی در سفارش و خرید این تجهیزات، باعث کاهش هزینه های ناشی از خراب شدن دستگاه و یا کار نکردن آن می شود.

توانایی های مهندس بیوالکتریک

• پردازش تصاویر پزشکی و سیستم های تصویربرداری

• طراحی سیستم های گفتاردرمانی

• ساخت وسایل توانبخشی و طراحی بخش های الکترونیکی و کنترل اعضاء و اندام مصنوعی

• طراحی سیستم های مانیتورینگ بیمارستان و ساخت و طراحی سیستم های آزمایشگاهی پزشکی

• پردازش علائم حیاتی

• مدلسازی سیستم های بیولوژیک

دروس‌ تخصصی‌ گرایش‌ بیوالکتریک

مدارهای‌ الکتریکی‌

ماشین‌های‌ الکتریکی‌ مستقیم‌ و متناوب‌

الکترونیک‌

میکروپروسسور

مخابرات‌ آنالوگ‌ و دیجیتال‌

تکنیک‌ پالس‌

حفاظت‌ الکتریکی‌ در سیستم‌های‌ بیمارستانی‌

سیستم‌های‌ کنترل‌ خطی‌

اندازه‌گیری‌ الکترونیکی‌

تجزیه‌ و تحلیل‌ سیستم‌ها

مقدمه‌ای‌ بر هوش‌ محاسباتی‌ و زیستی‌.

دروس‌ مشترک‌ در گرایش‌های مختلف‌

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.

بازار کار، درآمد و حقوق

میزان درآمد مهندس پزشکی با توجه به میزان تجربه، دانش و تخصص، محل و نوع کار متفاوت است. مهندس پزشکی که در بخش دولتی مشغول به کار است، مطابق با قانون مدیریت خدمات کشوری حقوق دریافت می کند. البته معمولا بیشتر مهندسان پزشکی در بخش خصوصی فعالیت کرده و با توجه به معیارهای ذکر شده، معمولا درآمدهای مختلفی دارند.