آشنایی با گرایش های مهندسی پزشکی و نرم افزارهای پر کاربرد مرتبط با آن ها

در این مقاله میخواهیم با انواع گرایش های مهندسی پزشکی آشنا شویم. مهندسی پزشکی در مقطع کارشناسی به سه گرایش بیومکانیک و بیو الکتریک و بیومواد تقسیم بندی می شود که هر کدام در حوزه پزشکی کاربرد خاص خودشان را دارند. در مقطع کارشناسی ارشد گرایش های دیگری از جمله مهندسی ورزش و مهندسی بافت نیز اضافه می شود. در این مقاله به گرایش های مهندسی پزشکی یعنی بیو الکتریک و بیومواد و بیومکانیک میپردازیم و با هر کدام جداگانه آشنا خواهیم شد و همچنین نرم افزارهایی که در این گرایش ها کاربرد دارد را خواهیم شناخت.

آشنایی با گرایش بیومکانیک

گرایش بیومکانیک یکی از گرایش های مهندسی پزشکی است که به دلیل جذابیت این گرایش و کاربرد فراوان آن در حوزه پزشکی بسیار پرطرفدار نیز می باشد.  در این گرایش سیستم بیولوژیکی مانند بدن انسان از نگاه مکانیکی مورد بررسی قرار میگیرد. بیومکانیک مطالعۀ ساختار و عملکرد جنبه‌های مکانیکی سیستم‌های بیولوژیکی، از ارگانیسم‌های کامل گرفته تا اندام‌ها، سلول‌ها و اندامک‌های سلولی، با استفاده از روش‌های مکانیکی است. این زیر رشته به حرکات بدن می‌پردازد. مهندسین متخصص بیومکانیک در طراحی و توسعه محصولاتی که به حرکت در بدن کمک می‌کنند توجه دارند. به طور خلاصه، مهندسی بیومکانیک استفاده ترکیبی از اصول مهندسی مکانیک و دانش بیولوژیکی برای بهبود بالقوه کیفیت زندگی مردم است.

بیومکانیک به استفاده از مکانیک کلاسیک در زمینه‌های علوم زیستی می‌پردازد .پیشرفت مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک، منجر به ساخت قلب مصنوعی، دریچه‌های قلب، مفاصل مصنوعی، ارتزها وپروتزها، ابزارهای کمکی تشخیصی و جراحی، درک بهتر از عملیات و کارکرد قلب، ریه  شریانها،مویرگها،  استخوانها ،غضروفها ، تاندوها ودیسکهای بین مهره‌ای و پیوندهای سیستم اسکلتی- عضلانی بدن شده‌است. نرم افزار های مورد استفاده در گرایش بیومکانیک بیشتر نرم افزارهایی هستند که به حوزه تحلیل و طراحی مربوط میشوند.در ادامه به معرفی نرم افزار ها در حوزه بیومکانیک میپردازیم.

نرم افزار های پرکاربرد در گرایش بیومکانیک

همانطور که گفته شد گرایش بیومکانیک یکی از گرایش های مهندسی پزشکی است که بسیار پرطرفدار است ولی برای پیشرفته و تسلط در این حوزه باید به نرم افزار های پرکاربرد در این حوزه مسلط باشند. یکی از نرم افزار های پرکاربرد در حوزه بیومکانیک نرم افزار solidworks است. این نرم افزار یک نرم افزار بسیار قوی در حوزه طراحی صنعتی می باشد که با کمک آن میتوان تمامی طرح ها که بر پایه جامدات هستند را طراحی کرد و نقشه آن ها را به دست آورد.

با استفاده  نرم افزار سالیدورکس ، مدل سازي، شبيه سازي، نقشه کشي و مونتاژ قطعات تجهيزات پزشکي، رباتهاي پزشکي، بيوربات ها، اندام ها، ارگان هاي بدن، تجهيزات توانبخشي، ارتز و پروتز و سيستم هاي بيولوژيکي و فيزيولوژيکي، انجام ميشود. اين نرم افزار در حوزه بیومکانیک کاربرد دارد که با توجه به قابليت هاي آن، امروزه يکي از ضروريات علم بيومکانيک و مهندسي پزشکي به شمار ميرود. نرم افزار کتیا (CATIA)  نرم افزار بسیار قوی برای سه حوزه طراحی به کمک کامپیوتر ( CAD ) ، تحلیل به کمک کامپیوتر ( CAE) و ساخت به کمک کامپیوتر ( CAM ) می باشد که در حوزه های مختلفی از جمله صنایع هوافضا، مهندسی عمران، خودرو سازی و حوزه بیو مکانیک از گرایش های مهندسی پزشکی کاربرد دارد.

این نرم افزارگستره وسيعي از علم مهندسي پزشکي و زمينه هاي تحقيقاتي آن، همچون مکاترونيک، بيومکانيک، طراحي اندامها و ارگانها، طراحي سيستم هاي بيولوژيکي و فيزيولوژيکي، ارتز و پروتز، مهندسي توانبخشي و شبيه سازي هاي قطعات رباتهاي پزشکي و تجهيزات پزشکي را شامل ميشود. اين نرم افزار در گروه بيومکانيک قرار ميگيرد و کاربردهاي ديگري همچون طراحي و مدل سازي سه بعدي استخوانها و اندامهاي مصنوعي را نيز دارد.

از دیگر نرم افزار های پرکاربرد این حوزه نرم افزار ميميکس(MIMICS)  است  که نرم افزار تخصصي براي گرایش هاي مهندسی پزشکي به ويژه گرایش بیومکانیک است که به وسيله آن ميتوان تصاوير دريافتي از ام آر آي، سي تي اسکن و اف ام آر آي(FMRI)  را در سه برش اصلي آکسيال، کرونال و ساجيتال ارائه کرد و به وسيله اين برشها ميتوان تصويري سه بعدي از عضو مورد مطالعه را جهت بارگذاري هاي نيرو و محاسبات مربوط به مقاومت مصالح و استاتيک اعضا به دست آورد. نرم افزار ABAQUS هم در حوزه بیومکانیک مورد استفاده قرار میگیرد. نرم افزار آباکوس يک مجموعه از برنامه هاي مدل سازي قوي است که مبتني بر روش المان محدود، قابليت حل مسائل از يک تحليل خطي ساده تا پيچيده ترين مدل سازي غير خطي را دارا است.

با استفاده از این نرم افزار ميتوان به طراحي تجهيزات مختلف پزشکي، طراحي رابطه ی مکانيکي که عموماً در تجهيزات پزشکي استفاده ميشوند، طراحي انواع پروتزها از قبيل پروتزهاي زانو و پروتزهاي دندان، شبيه سازي فرسودگي و اثرات ضربه براي افزايش طول عمر و قابليت اعتماد ايمپلنت ها، طراحي دريچه قلب، ارزيابي و پيش بيني جراحت ها، طراحي سيستم هاي داروسازي، مدل سازي مفاصل و شبيه سازي فيزيولوژيکي پاسخ سيستم هاي مختلف بدن پرداخت. نرم افزار های دیگری مانند انسیس هم در این حوزه کاربرد دارد. در ادامه به معرفی نرم افزاری یکی دیگر از گرایش های مهندسی پزشکی می پردازیم.

نرم افزار های پرکاربرد در گرایش بیو الکتریک

از دیگر گرایش های مهندسی پزشکی گرایش بیوالکتریک است که این حوزه هم محبوبیت بسیاری بین علاقمندان این رشته دارد. اما برای کسب موفقیت در این حوزه باید با نرم افزار های آن نیز آشنایی داشت. در گرایش بیوالکتریک افراد بیشتر با پردازش و پیش پردازش سیگنال های زیست پزشکی و تصاویر پزشکی سرو کار دارند لذا از نرم افزارهایی که در حوزه پردازش سیگنال و تصویر هستند استفاده میشوند.

از پرکاربرد ترین نرم افزارهای بیو الکتریک نرم افزار متلب می باشدکه با استفاده از ان سیگنال های دریافتی از بدن مانند سیگنال های قلب و مغزی مورد پردازش قرار میگیرد. همچنین برای پردازش تصاویر پزشکی نیز این این نرم افزار استفاده میشود. ازدیگر نرم افزار های محبوب در حوزه پردازش نرم افزار پایتون می باشد که با استفاده از آن سیگنال های حیاتی و تصاویر پزشکی نیز مورد پردازش قرار میگیرند.

به غیر از این دو نرم افزار ، نرم افزارلب ویو که بیشتر کاربرد آن در تفسیر و تحلیل سیگنال هاست نیز در این گرایش کاربرد دارد.  نرم افزار پروتئوس نیز  جهت شبيه سازي ريزپردازنده ها، ايجاد شماتيک و طراحي بورد مدارهاي چاپي مورد استفاده قرار میگیرد يا به عبارتي ديگر، يکي از نرم افزارهاي پرکاربرد در شبيه سازي و طراحي مدارهاي آنالوگ و ديجيتال است. در ادامه نرم افزار های مورد استفاده در یکی دیگر از گرایش های مهندسی پزشکی یعنی حوزه بیومواد میپردازیم.

نرم افزار های پرکاربرد در گرایش بیومواد

از دیگر گرایش های مهندسی پزشکی گرایش بیومواد است. این گرایش به نسبت دو گرایش دیگر جای پیشرفت بیشتری دارد. در ادامه به معرفی برخی از نرم افزار های مورد استفاده در این حوزه میپردازیم. نرم افزار Xpert HighScore يکي از مهمترين نرم افزارهاي مورد استفاده در رشته هاي مهندسي به خصوص مهندسي مواد، شيمي، فيزيک، زيست، پزشکي است. امکاناتي که نرم افزار XPert HighScore در اختيار کاربر قرار ميدهد شامل تعيين فاز، آناليزهاي کريستالوگرافي، آناليز خوشه ها، تنظيم پروفايل ها، محاسبات ساختاري و … است.

 اين نرم افزار، استفاده از این کارت ها با دسته بندی اطلاعات مفید  راحتتر و سريعتر انجام میدهد. آناليز ريتولد و آناليز بلوري دو بخش تحليلي هستند که در تحليل و بررسي الگوهاي پراش، اطلاعات خوبي ارائه ميدهند. این نرم افزار از نرم افزار های تخصصی در حوزه بیومواد است ولی دیگر نرم افزارهایی که در این حوزه استفاده میشود مانند آباکوس با نرم افزار های دو گرایش  دیگر مشترک می باشد.

برای آشنایی با سایر رشته های مهندسی پیشنهاد می کنیم مقاله " رشته های مهندسی و معرفی گرایش های مختلف آنها" را مطالعه کنید. 

جمع بندی

مهندسی پزشکی یکی از رشته های تحصیلی است که امروزه بین دانش آموزان و دانشجویان بسیار محبوبیت دارد. هر کدام از گرایش های مهندسی پزشکی نیز جذابیت و کاربرد به خصوص خودشان را دارند که در حوزه پزشکی میتواند کارسازو مفید باشد. نرم افزار هایی که در طول مقاله گفته شد هر کدام کار در این گرایش ها را راحت تر و سریعتر میکند و برای پیشرفت در هرکدام از گرایش های مهندسی پزشکی بهتر است که یک یا دو مورد از این نرم افزار ها را یاد بگیریم و تسلط داشته باشیم.

نویسنده: سمانه خان بیگی، کارشناس مهندسی پزشکی گروه آموزشی پارس پژوهان