معرفی نرم افزار متلب

نرم افزار متلب (matlab) یکی از قوی ترین نرم افزارها در زمینه حل مسائل ریاضی برای مهندسان می باشد. اولین نگارش آن در دانشگاه نیومکزیکو و استانفورد در سال ١٩٧٠ در جهت حل مسائل تئوری ماتریس ها، جبر خطی و آنالیز عددی بوجود آمد. امروزه نرم افزار متلب در دانشگاه و صنعت، در زمینه های مختلف مهندسی نظیر ریاضیات پیشرفته، جبر خطی، مهندسی سیستم و … بعنوان یکی از اولین محیط های محاسباتی و تکنیکی که قادر به حل مسائل آن هاست، به کار می رود.

تمام داده ‌ها در متلب به شکل یک ماتریس ذخیره می ‌شوند. برای مثال یک عدد (اسکالر) به شکل یک ماتریس ۱×۱ ذخیره می ‌شود. یک رشته مانند «chemical engineering» به شکل ماتریسی با یک سطر و چندین ستون (که تعداد ستون ‌ها وابسته به تعداد کاراکتر هاست) ذخیره می ‌شود. حتی تصاویر نیز به شکل یک ماتریس سه بعدی ذخیره می گردد. بُعد اول و دوم تصویر برای تعیین مختصات نقاط و بُعد سوم آن برای تعیین رنگ نقاط استفاده می ‌شود. فایل ‌های صوتی نیز در متلب به شکل ماتریس‌ های تک ستون ذخیره می ‌شوند. بنابراین جای تعجب نیست که matlab مخفف عبارت Matrix Laboratory  باشد.

متلب توانایی کار با ماتریس‌ ها، رسم انواع توابع و داده‌ ها، پیاده ‌سازی انواع الگوریتم ‌ها و ایجاد رابط کاربری را دارد. همچنین قابلیت ارتباط با برنامه‌ های نوشته‌ شده به زبان ‌های دیگر از جمله زبان های C، C++، JAVA  و فرترن را دارا می باشد. نرم افزار matlab دارای مجموعه گسترده‌ ای از الگوریتم‌ های محاسباتی اعم از توابع ابتدایی مانند سینوس، کسینوس تا توابع پیچیده ای مانند ماتریس معکوس، مقادیر ویژه ماتریس و تبدیل فوریه سریع می باشد. کار با نرم افزار متلب به خاطر داشتن محیط کاری آسان و وجود توابع از پیش تعیین شده آن راحت می باشد.

کاربردهای نرم افزار متلب:

متلب در هر زمینه از ریاضیات محاسباتی استفاده می ‌شود. بعضی از مسائلی که متلب کاربرد گسترده ای در حل آن ها دارد در زیر لیست شده است:

• کار با ماتریس‌ها و آرایه‌ها

• رسم نمودارهای دوبعدی و سه‌بعدی و گرافیک

• جبر خطی

• معادلات جبری

• توابع غیرخطی

• آمار

• آنالیز داده

• حساب دیفرانسیل و انتگرال و معادلات دیفرانسیل

• محاسبات عددی

• ادغام

• برازش منحنی

 

مزایا نرم افزار متلب چیست؟

در زیر به برخی از مزایا نرم افزار متلب اشاره کرده ایم:

راحتی در استفاده: متلب یک زبان مفسری است که برنامه در محیط توسعه یکپارچه متلب به‌راحتی نوشته، اصلاح و ایجاد می‌گردد. ازآنجایی‌که زبان

برنامه‌نویسی برای استفاده راحت است توسعه برنامه‌های جدید به‌راحتی امکان‌پذیر است.

استقلال بستر نرم‌افزاری: متلب توسط بسیاری از سیستم‌های کامپیوتری مختلف پشتیبانی می‌شود. زبان متلب توسط سیستم‌عامل‌های لینوکس، ویندوز و

مکینتاش پشتیبانی می‌شود.

توابع از پیش تعریف‌شده: متلب هم را با کتابخانه گسترده‌ای از توابع از پیش تعریف‌شده است که برای بسیاری از کاربردها استفاده می‌شود.

رسم مستقل از دستگاه: برخلاف بسیاری از زبان‌های کامپیوتری دیگر، متلب دستورات بسیاری را برای رسم و تصویربرداری دارد. این تصاویر و رسم‌ها

می‌تواند روی هر وسیله خروجی گرافیکی که توسط کامپیوتر پشتیبانی می‌شود قابل نمایش است.

واسط گرافیکی کاربر: متلب شامل ابزاری است که به برنامه‌نویس اجازه می‌دهد که به‌صورت تعاملی یک واسط گرافیکی کاربر را ایجاد نماید. با این قابلیت

برنامه‌نویس می‌تواند برنامه‌های پیچیده تجزیه‌وتحلیل داده‌ها را طوری طراحی کند که کاربران بی‌تجربه نیز بتوانند به‌راحتی با برنامه تعامل داشته باشند.

قدرت مدلسازی و شبیه سازی: در متلب شما همه چیز را تقریبا می توانید مدل کنید از سیستم های قدرت گرفته تا سیستم های محیط زیستیو همچنین قابلیتی

امری استثنایی است.

آرایه

متلب اجازه می دهد تا دو نوع بردار ایجاد کنید:

• آرایه ی سطری (Row vector)
• آرایه ی ستونی (Column vector)

آرایه سطری

آرایه های سطری از وارد کردن مقادیر آرایه در براکت” [ ] “و جدا کردن مقادیر با کاما (,) ایجاد می شوند

آرایه ی ستونی

آرایه های سطری از وارد کردن مقادیر آرایه در براکت” [ ] “و جدا کردن مقادیر با سمیکولون (;) ایجاد می شوند

 

عملگرهای آرایه ی یک بعدی

عملگرهایی محاسباتی که با عناصر آرایه ی یک بعدی انجام می شود بصورت زیر است:

• جمع و تفریق آرایه ی یک بعدی

مثال- جمع عناصر دو آرایه A و B :

 

• ضرب شمارنده آرایه ی یک بعدی

مثال- ضرب عناصر آرایه ی V در ۵ :

 

• انتقال یک بردار

مثال- تبدیل آرایه ی سطری r به ستونی و آرایه ی ستونی v به سطری:

 

آرایه های تک بعدی نوع پایه و اصلی آرایه هستند که تقریبا در تمام زبان های برنامه نویسی برای ذخیره ی موقت داده ها در طول اجرای برنامه ها مورد استفاده قرار می گیرد. از این رو از اهمیت ویژه ای برخوردارند

تابع

همه میدانیم پارامتر های ورودی تابع را با دستور تابع وارد می کنیم و در حین تابع هیچ مقداری وارد نمی کنیم.پس در برنامه نوشته شده برای تابع از دریافت هرگونه مقدار و ورودی در حین اجرا باید بدور باشیم و همه ورودی ها را در اول برنامه در دستور function تعریف نماییم.

هیچ تابعی پی از اجرا جمله و یا علایم اخباری چاپ نمی کند. پس باید از چاپ نوشته های راهنما و... باید دوری کنیم و همه خوجی ها را باز در دستور function تعریف می کنیم.

خط اول هر برنامه تابعی بدین گونه نوشته می شود:

function output=name (input)

 

توابع له چند دسته تقسیم می شوند:

 

 

در پایان همه این دستورات دستور end استفاده می شود که نشان دهنده پایان چرخه است.

 

 

if....end

 این تابع برای اجرای قسمتی از برنامه در صورت صادق بودن شرط وارد شده به کار می رود.

 

else در غیر این صورت

این دستور در داخل عبارت if استفاده می گردد و در صورتی که شرط وارد شده صدق نکند دستورات وارد شده اجرا می شوند.

 

elseif چند شرط همزمان 

ممکن است در یک زمان چند شرط را همزمان و پشت سر هم وارد کنیم این کار را به وسیله elseif انجام می دهیم.

 

 

switch ...case ...end

برای تصمیم گیری در حالت های مختلف به کار میرود.

 

for ....end 

این تابع برای تکرار عملیات به تعداد معین 

 

 

while...end تکرار تا صادق بودن شرط

در این دستور دقیقا مانند if شرطی وارد می شود ولی نحوه کنترل روند برنامه بدین صورت است که تا وقتی که شرط صادق باشد دستورات داخل عبارت while تکرار خواهند شد.

 

 

رشته مهندسی پزشکی گرایش مدیریت فناوری اطلاعات پزشکی

فناوری اطلاعات همان طور که به‌وسیله انجمن فناوری اطلاعات آمریکا (ITAA‎) تعریف شده‌است، به مطالعه، طراحی، توسعه، پیاده‌سازی، پشتیبانی یا مدیریت سیستم‌های اطلاعاتی مبتنی بر رایانه، خصوصا برنامه‌های نرم‌افزاری و سخت‌افزار رایانه می‌پردازد.

به طور کوتاه، فناوری اطلاعات با مسائلی مانند استفاده از رایانه‌ها و نرم‌افزار سروکار دارد تا از این طریق تبدیل، ذخیره، حفاظت، پردازش، انتقال و بازیابی اطلاعات به شکلی مطمئن و ایمن انجام پذیرد.

دانش فناوری اطلاعات و رایانه با هم فرق می‌کنند، هرچند در موارد زیادی نیز با هم اشتراک دارند. به طور خلاصه اگر علم رایانه را مشابه مهندسی مکانیک بگیریم، فناوری اطلاعات مشابه صنعت حمل و نقل است و این یعنی فناوری اطلاعات بسیار از علم رایانه وسیع‌تر (و پیچیده تر) است. این اصطلاح در دهه ۱۹۹۰ جایگزین اصطلاحات پردازش داده‌ها و سیستم‌های اطلاعات مدیریت شد که در دهه‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۶۰ بسیار رایج بودند. فناوری اطلاعات معمولاً به کلیه فناوریهایی اشاره دارد که در پنج حوزه جمع آوری، ذخیره سازی، پردازش، انتقال و نمایش اطلاعات کاربرد دارند.

اخیرا تغییر اندکی در این عبارت داده می‌شود تا این اصطلاح به طور روشن دایره ارتباطات مخابراتی را نیز شامل گردد. بنابراین عده‌ای بیشتر مایلند تا عبارت «فناوری اطلاعات و ارتباطات» (فاوا) (Information and Communications Technology) یا به اختصار ICT را به کار برند.

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 روزافزونی یافته است. فناوری اطلاعات پزشکی هم اکنون از زمینه های مهم فناوری اطلاعات است و طبیعتاْ مدیریت فناوری اطلاعات در این حوزه اهمیت زیادی دارد.

 

هدف از رشته مهندسی فناوری اطلاعات پزشکی چیست؟

اما هدف از رشته مهندسی فناوری اطلاعات پزشکی، ایجاد تعامل بین ICT و حوزه بهداشت و درمان و استفاده از خدمات فناوری اطلاعات و ارتباطات (جمع‌آوری، ذخیره وبازیابی، ارسال، پردازش و بازنمایی اطلاعات) در حوزه سلامت و پزشکی است.

دانشجویان رشته مهندسی فناوری اطلاعات پزشکی در دوران تحصیل در یکی از زمینه‌های پزشکی از راه دور، سیستم‌های اطلاعات سلامت، سیستم‌های هوشمند در سلامت و مدیریت و سیاست گذاری کلان فناوری اطلاعات در سلامت تخصص پیدا می کنند.

 

فرصت های شغلی و بازارکار رشته مهندسی پزشکی گرایش فناوری اطلاعات پزشکی

مشاغل زیر به طور مستقیم به این رشته تحصیلی ارتباط دارد و دانش آموختگان در صورت فعالیت در این مشاغل بیشترین ارتباط را بین رشته تحصیلی و شغل خود برقرار خواهند کرد :

 

۱ – کارشناس استقرار نرم افزار

۲ – برنامه نویس

۳ – مدیر وب سایت (وبمستر)

۴ – کارشناس پایگاه داده

۵ – طراح وب

۶ – پژوهشگر علوم کامپیوتر

۷ – کارشناس / مدیر شبکه

۸ – کارشناس امنیت اطلاعات

۹ – تحلیلگر و طراح نرم افزار

۱۰ – کارشناس پشتیبانی نرم افزار

۱۱ – استاد دانشگاه

رشته مهندسی پزشکی گرایش مهندسی توانبخشی

رشته مهندسی پزشکی گرایش توانبخشی به معنی کاربرد علوم و تکنولوژی مهندسی در توانبخشی است. در مهندسی توانبخشی، تکنولوژی برای جایگزین کردن یا تقویت یک عمل فیزیکی که دچار اختلال شده یا از بین رفته است، به کار گرفته می‌شود. رشته مهندسی پزشکی گرایش توانبخشی، شامل طراحی، ساخت و راه‌اندازی دستگاه‌هایی می‌باشد که به افراد در غلبه بر محدودیتها و معلولیت‌ها کمک می‌کنند. هدف اصلی در رشته مهندسی پزشکی گرایش توانبخشی کاربرد علم و تکنولوژی دربهبود کیفیت زندگی افراد معلول است. به عبارت دیگر مهندسی توانبخشی کاربرد دستاوردهای بشر در زمینه‌ها و شاخه‌های متنوع علوم، فناوری و مهندسی در توانمندسازی و بهبود کیفیت زندگی برای افرادی است که محدودیت حسی و حرکتی حتی در سطوح نزدیک به سلامت دارند. در این حوزه طیف وسیعی از افراد جامعه مورد توجه واقع می‌شوند. روش‌ها و فناوری‌هایی که در حوزه علوم مهندسی بدست آمده، برای افزایش سطح خدمات توانبخشی گسترش یافته است. طراحی، ساخت و راه‌اندازی دستگاه‌های پزشکی که به افراد درغلبه برعوارض ناتوانایی‌ها و معلولیت‌های موقت، دائمی یا افزایش قابلیت‌ها و توانمندی‌های خود کمک می‌کنند، بخشی از حوزه مهندسی توانبخشی است.

مهندس توانبخشی یک عضو مؤثر در تیم توانبخشی است. برای روشن‌تر شدن نقش یک مهندس پزشکی گرایش توانبخشی باید جایگاه مهندس توانبخشی و سایر اعضای در تیم توانبخشی به خوبی تبیین شده باشد. یک تیم توانبخشی هنگامی شکل می‌گیرد که یک مددجو برای اولین بار به کلینیک توانبخشی مراجعه می‌کند. در کلینیک ابتدا یک نفر سرپرست برای ارزیابی وضعیت مددجو و طراحی و مدیریت برنامه توانبخشی برای آن شخص انتخاب می‌شود. سرپرست متناسب با نوع درخواست، سوابق بیماری‌ها و مشکلات پیشین و وضعیت فیزیکی آن شخص، آزمایشات و ارزیابی‌هایی از آن شخص بعمل می‌آورد. سرپرست پس از تکمیل فرآیند تشخیص، متناسب با نیاز آن شخص به خدمات توانبخشی، یک برنامه توانبخشی برای آن شخص طراحی می‌کند. هر قسمت از این برنامه به متخصصان و تجهیزات خاصی نیاز دارد. هر یک از متخصصان توانبخشی برای ارائه خدمات خاصی تعلیم دیده‌اند و دراجرای برنامه توانبخشی ملاحظات خاص مورد نظر خود را با اعضای تیم تبادل می‌نمایند. برخی تجهیزات توانبخشی متناسب با هر مددجو باید طراحی و ساخته شود. طراحی و ساخت این دستگاه‌ها به سفارش سرپرست تیم توانبخشی و برعهده متخصص مهندسی توانبخشی قرار دارد.

مهندس توانبخشی باید وسایل و دستگاه‌های مورد نیاز را بگونه‌ای طراحی و تولید کند که هم حداکثر استفاده مفید از قابلیت‌های جسمی، حسی و حرکتی موجود مددجو شده باشد و هم کارآیی وسیله درمانی ساخته شده در روند درمان مددجو افزایش یابد.

در یک تیم توانبخشی، مهندس پزشکی گرایش توانبخشی زمینه‌های مختلف مهندسی و توانبخشی را به گونه‌ای به کار می‌گیرد تا فرد معلول، متناسب با میزان معلولیت و محدودیت، امکان استفاده از قابلیت‌های جایگزین، ابزار و تجهیزات مناسب برای درمان و برای انجام فعالیت‌های روزانه خود را داشته باشد.

وظایف مهندسان پزشکی گرایش توانبخشی در جامعه:

حوزه فعالیت گسترده مهندسان توانبخشی، طیف وسیعی از وظایف را برای آنها ایجاد کرده است. در این مقاله چهار محور عمده از این وظایف بیان می‌شود.

۱ – راهبردهایی برای کمک به افراد در غلبه بر محدودیت ها، تدبیر نمایند.

۲ – دستاوردهای علمی و فنی را برای به حداقل رساندن محدودیت‌های حسی و حرکتی افراد معلول بکار گیرند.

۳ – طراحی و ساخت دستگاه‌های پزشکی کمکی برای انجام کار مورد نظر، متکی بر سیستم‌های حساس آسیب‌ناپذیر یا آسیب‌پذیر جزئی باشند.

۴ – دانش وسیعی در زمینه بدن انسان برای سنجش محدودیت‌ها و نیازهای مددجو در اختیار داشته ‌باشند تا بتوانند تکنیکها و تجهیزات پزشکی مناسب برای غلبه با آن نقائص پیشنهاد نمایند.

رشته مهندسی پزشکی گرایش پردازش تصاویر پزشکی

در رشته مهندسی پزشکی گرایش پردازش تصاویر پزشکی 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 مهندسی پزشکی گرایش پردازش تصاویر پزشکی تهیه تصویر از اجزاء ایستای بدن مانند استخوانها و بافتها و ادغام ویژگی‌های منحصر به فرد حالت‌های مختلف تصویربرداری مثل   SCAN ‏CT‏ (سی تی اسکن) و ‏MRI‏ (ام آر آی) جهت تهیه تصاویر گویاتر مانند تصاویر سه‌ بعدی و همچنین ارائه الگوریتم‌های پردازشی برای مدل‌سازی بافت‌های سالم و ضایعات آنها جهت ارائه روش‌های تشخیصی دقیق تر و غیر تهاجمی مورد بررسی قرارمی‌گیرد.‏ همچنین بررسی فیزیولوژی و حرکت بافت‌های دینامیک در بدن مانند قلب وعروق ازطریق تصویربرداری عملکردی‎(Functional Imaging) ‎‏ 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.

رشته مهندسی پزشکی گرایش مهندسی بافت

رشته مهندسی پزشکی گرایش بافت عبارتست از استفاده از اصول و روشهای مهندسی و علوم زیستی جهت درک عمیق ارتباط بین ساختمان و عملکرد بافتهای بدن پستانداران در شرایط مختلف سلامت و بیماری و تولید جایگزین های بیولوژیک جهت بازسازی ، حفظ و یا بهبود عملکرد بافتها.

این رشته بیشتر در زمینهٔ پزشکی و در گستره میکروسکوپیک فعالیت دارد. در این شاخه تخصص درآناتومی، بیوشیمی و مکانیک سلول‌ها و ساختارهای درون سلولی برای درک بیشتر  فرایند بیماری و توانایی داخل شدن به بخشهای ویژه سلول لازم است. هدف این شاخه که در اواخر قرن بیستم پایه‌گذاری شده‌است، مطالعه و تهیه مدل‌های ایده‌آل از ماکرومولکول‌ها و ساختار سلولی است که منجر به درک بهتر پدیده‌های درون یاخته‌ای و همچنین فهم عمیق‌تر مکانیسم تاثیر عملکرد ناصحیح آنها در بروز حالات بیماری می‌شود. به علاوه این مدل‌ها سبب ارزیابی موثرتر فرضیه‌ها و نظریه‌های درمانی مانند طراحی انواع پروتئینها با خصوصیات منحصر به فرد لیگاند-رسپتوری می‌گردد.

از جمله اهداف دیگر این شاخه، مطالعه و مدل‌سازی ساختار سلول و فرایند بازیابی جراحات در بافت‌های آسیب ‌دیده به منظور ارائه روش‌های درمانی بهینه ‌تر جهت تقلیل و رفع ضایعات بافتی و همچنین تولید نمونه‌های مصنوعی برای جایگزینی آنهاست. به این منظور علل و مکانیسم‌های تبدیل سلول‌های بنیادی‎ به بافت‌ها و ارگانهای مختلف بررسی و با استفاده از مدل‌های بدست آمده بافت‌های آسیب دیده ترمیم یا در خارج از بدن به صورت مصنوعی تولید می‌شود. از جمله این بافتها و ارگانها می‌توان به استخوان، غضروف، کبد، پانکراس، پوست و رگ‌های خونی اشاره کرد.‏

یکی از روشهای موثر و رایج در درمان بسیاری از بیماریها پیوند اعضاء می باشد. یافتن منابع پیوند مناسب بسیارمشکل است. برای حل این مشکلات و یافتن منابع جدید پیوند، متخصصان  این رشته با استفاده از سلولهای خود فرد و همچنین قالبهایی از بیو مواد که پس از پیوند پاسخ ایمنی را بر انگیخته نکند و به راحتی در بدن قابل جذب باشد، می توانند منابع جدید پیوند تهیه نمایند و از رنج بیماران بکاهند.

در مهندسی پزشکی گرایش بافت ابتدا یک ماده متخلخل به عنوان ماتریکس خارج سلولی یا داربست برای رشد سلول‌ها تهیه شده و سپس عوامل رشد بر روی آن قرار می‌گیرد. پس از رشد مناسب سلول‌ها در فضای تخلخل‌ها، داربست از محیط آزمایشگاه به درون بدن موجود زنده منتقل می‌شود. به تدریج رگها به داربست نفوذ می‌کنند تا بتوانند سلول‌ها را تغذیه نمایند. در بافت‌های نرم بدن داربست تخریب شده و بافت جدید جایگزین آن می‌شود ولی در بافت‌های سخت، می‌توان از موادی بهره گرفت، که لزوماً تخریب پذیر نباشند.

رشته مهندسی پزشکی گرایش بیومواد (Biomaterial)

رشته مهندسی پزشکی گرایش بیومتریال از حدود ۵۰ سال پیش به عنوان یک زمینه‌ ی‌ علمی مطرح شد و همانند دیگر گرایش‌های مهندسی پزشکی برپایه‌ ی ترکیب چند رشته بنا شد. در این رشته‌ بطور معمول برروی تهیه‌ ی 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 ی انواع مدل‌های وسایل پزشکی نیازمند انتخاب، ساخت و آزمایش مواد است که لازمه‌ ی آن درک و فهم درست از شیمی و فیزیک مواد و شناخت محیط بیولوژیک بدن است. به عبارت دیگر باید توجه داشت که آینده‌ی علم بیومتریال در گرو توانائی ما در فهم کشفیات جدید در شیمی، فیزیک، بیولوژی و پزشکی است.

بطور کلی موارد استفاده‌ی 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 غیر طبیعی آنها تصحیح گردد.

همچنان که اشاره شد نقش رشته‌ ی بیومتریال به طور قابل توجهی تحت تأثیر پیشرفت‌های بدست آمده در بسیاری از زمینه‌های پزشکی و مهندسی بوده است. در واقع وظیفه‌ی اصلی یک مهندس بیومتریال بدست آوردن اطلاعات لازم برای حل مسائل عملی و متداول در زمینه ی مواد مرتبط با بدن انسان است.

بطور مثال از آنجاکه بسیاری از اعضاء و بافت‌های جایگزین شونده، آسیب دیده و یا بیمار هستند، لذا یک محقق باید تغییرات سلولی را بشناسد که منجر به نارسایی عملکرد سلول و رفتار غیر معمول آن می ‌گردد.در بسیاری ازموارد اثر بیومتریال و یا وسیله‌ ی پزشکی روی بافت، تنها بعد از در تماس قرار دادن ماده و سلول مشخص می ‌شود و لذا محققان بیومتریال باید قادر باشند اثرات بیومتریال را روی سلول، بافت و اعضاء ارزیابی کنند. انجام بررسی‌های ایمنی، نیازمند درک چگونگی واکنش سلول و بافت با ماده کاشتنی است.

رشته‌ ی بیومتریال با توجه به سابقه‌ ی طولانی مدت درجایگزینی بافت‌ها توسط مواد طبیعی و یا مواد ساخته‌ ی دست بشر بطور چشمگیری در قرن بیستم پیشرفت کرده است. بطورکلی مواد مورد استفاده در بدن را به چهار گروه عمده دسته‌بندی می‌کنند که عبارتند از فلزات، سرامیک‌ها، پلیمرها و کامپوزیت‌ها.

در بیومتریال زمینه‌های مختلف و رو به رشدی وجود دارد که از آن جمله می ‌توان به مهندسی بافت، سیستم‌های رهایش کنترل شده دارو، اصلاح سطوح مواد، نانوتکنولوژی، بیوسنسورها و . . . اشاره کرد که هر یک در جایگاه خود خدمات منحصر بفردی در جهت بهبود زندگی انسان ارائه می دهند. لازم به ذکر است که مهندسی بافت، سیستم‌های انتقال دارو و بیوسنسورها از جمله مواردی هستند که منحصر به رشته‌ ی بیومتریال هستند. به عنوان مثال در زمینه‌ ی رهایش کنترل شده‌ ی دارو امیدها ی زیادی برای درمان یا تسکین بیماری‌های خطرناک و صعب العلاجی مانند سرطان، فشار خون و دیابت فراهم گردیده است، یا در زمینه مهندسی بافت ترمیم اعصاب قطع شده وجایگزینی غضروف از جمله موارد مورد تحقیق است.

با توجه به مطالب آموزش داده شده در طول دوران تحصیل دانشگاهی، بطور خلاصه توانایی‌های یک مهندس پزشکی بیومتریال را می‌توان بدین صورت برشمرد:

۱ – آشنایی کامل با علم تولید و کاربرد مواد شامل پلیمرها، فلزات، سرامیک‌ها و کامپوزیت‌ها

۲ –  شناخت کافی در زمینه‌ ی برقراری ارتباط مواد با محیط بیولوژیک بدن نظیر آناتومی و فیزیولوژی بافت‌های مختلف بدن

۳ –  روش‌های اصلاح سطح، پوشش‌دهی مواد و بهینه نمودن خصوصیات سطحی

۴ –  آشنایی کامل با مبحث مهندسی بافت که یکی از جدیدترین دستاوردهای بشر برای دستیابی به جایگزین‌های مصنوعی است. عمر رشته مهندسی پزشکی گرایش بیومتریال(بیومواد) در دنیا کمتر از ۲۰ سال است که خوشبختانه در ایران نیز تحقیقات گسترده و دامنه‌داری در مورد آن انجام شده است. از آن‌جمله می‌توان به ساخت داربست‌های مهندسی بافت استخوان، غضروف، پوست و . . . توسط دانشجویان دانشگاه صنعتی امیرکبیر اشاره نمود.

۵ – آشنایی با روش‌های نوین دارورسانی وانتقال کنترل شده داروها به بدن. به عنوان مثال نحوه‌ی انتقال طولانی مدت داروهای ضد بارداری (نورپلنت)

۶ – شناخت روش‌های تخریب پلیمرها، خوردگی فلزات و اضمحلال سرامیک‌ها

۷ – آشنایی با مبحث بیوسنسورها

۸ – آشنایی مقدماتی با اصول و عملکرد تجهیزات پزشکی و سیستم‌های آن

 

بدین ترتیب، با توجه به منابع بسیار فراوان مواد اولیه فلزی، سرامیکی و پلیمری در کشور و توانمندی مهندسان ایرانی، شرایط مناسبی برای رسیدن به خودکفایی و یا محدود کردن واردات بسیاری از تجهیزات پزشکی مورد نیاز کشور فراهم شده‌ است. لذا باید گفت که توجه بیشتر به رشته مهندسی پزشکی گرایش بیومواد می‌تواند سبب تقویت زمینه‌های ارتباطی پزشکان و مهندسان در جهت رفع مشکلات پزشکی در قالب همکاریهای مشترک گردد.

از آنجاکه رشته‌ ی بیومتریال یک رشته‌ی تازه تأسیس در بسیاری از دانشگاه‌های جهان است، بنابراین با توجه ویژه به آن می‌توان حداقل در این رشته فاصله علمی کشور را با دیگرکشورهای پیشرو تا حدود زیادی کاهش داد، بویژه در زمینه‌ی نانوتکنولوژی که ازاولویت‌های مهم بسیاری ازکشورها و از جمله کشور عزیزمان است. تربیت نیروهای متخصص متناسب با نیاز کشور و طبیعت چند جانبه‌ی این علم باعث می‌شود تا متخصصان بیومتریال با جمع کردن جنبه‌های مختلف علوم، بهترین راه حل‌های عملی را برای مشکلات پزشکی پیدا کنند.

رشته مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک (Biomechanics)

رشته مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک به استفاده از مکانیک کلاسیک  در زمینه‌های علوم زیستی و سیستم های بیولوژیکی مانند انسان، جانوران، گیاه، اندام، یاخته(سلول) است.شاید یکی از بهترین تعاریف از بیومکانیک را هربرت هتزه در سال ۱۹۷۴ میلادی بیان کرده است:”بیومکانیک مطالعه ساختار و عملکرد سیستم های بیولوژیکی با استفاده از روش های مکانیک است”واژه بیومکانیک در ابتدای دهه ۱۹۷۰ توسعه یافت، که توصیف کننده استفاده از مهندسی مکانیک در سامانه‌های زیست‌شناسی و مهندسی پزشکی است 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 جدید نیازمند درک مسایل محیطهای زنده از زاویهٔ مهندسی است. پیشرفت در این شاخه به ساخت قلب مصنوعی، دریچه‌های قلب، ساخت مفاصل مصنوعی، ساخت ارتزها و پروتزها، ابزارهای کمکی تشخیصی و جراحی، درک بهتر از عملیات و کارکرد قلب، ریه، شریان‌ها، مویرگ‌ها، استخوان‌ها، غضروف‌ها، تاندون‌ها، دیسکهای بین مهره‌ای و پیوندهای سیستم اسکلتی-عضلانی بدن شده‌است.

رشته مهندسی پزشکی گرایش بیوالکتریک (Bioelectric)

گرایش بیوالکتریک از رشته مهندسی پزشکی دامنه بسیار وسیعی را شامل می شود اما در تعریفی کوتاه ، بیوالکتریک را می توان علم استفاده از اصول الکتریکی ، مغناطیسی و الکترومغناطیسی در حوزه پزشکی دانست ؛ همچنین الگوبرداری از سیستم های بیولوژیکی در طراحی های 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 شاخه های مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات نیز در حیطه علم مهندسی پزشکی یاری می جوید . هدف از ایجاد این گرایش در مقطع کارشناسی ، تربیت مهندسان الکترونیکی است که با گذراندن واحدهای درسی و آزمایشگاهی 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 بخش های CCU و ICU و تجهیزات الکتریکی بکار رفته در بدن آشنا می شوند . البته این آشنایی ها محدود می باشد و جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه ، تحصیل در مقاطع بالاتر مورد نیاز است .

 

 حوزه هایی که یک مهندس بیوالکتریک در آن فعالیت می کند عبارتند از :

الف – پردازش سیگنال های حیاتی

ب – پردازش تصاویر پزشکی و سیستم های تصویربرداری

پ – پردازش صوت وگفتار و طراحی سیستم های گفتار درمانی جهت کمک به معلولین گفتاری

ت – مدلسازی سیستم های بیولوژیک

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

ج – ثبت سیگنال های حیاتی و طراحی سیستم های مانیتورینگ بیمارستانی

چ – طراحی و ساخت سیستم های درمانی و آزمایشگاهی پزشکی