مهندسی پزشکی بیومکانیک

مهندسی بیومکانیک یکی از رشته‌های پیشرو در علوم پزشکی است که ترکیبی از اصول مهندسی مکانیک و علوم بیولوژیکی را ارائه می‌دهد. رشته بیومکانیک توانسته است این دو علم را به یکدیگر پیوند داده و برای بهبود زندگی انسان‌ها به کار به ببندد. کسانی که در رشته بیومکانیک مشغول به تحصیل می‌شوند با به‌کارگیری مفاهیم مکانیکی می‌تواند تجهیزات پزشکی را طراحی کرده و در زمنیه‌های پزشکی به کار ببرند.

اعضای مختلف بدن انسان پیوند زیادی به جنبه‌های مکانیکی داشته و همین مسئله اهمیت زیاد رشته بیومکانیک را نشان می‌دهد. به‌عنوان مثال هنگامی که دست یا قلب مصنوعی برای انسان طراحی و ساخته می‌شود متخصص بیومکانیک باید در مورد نحوه عملکرد اعضای ساخته شده نظر بدهد.

رشته بیومکانیک

 رشته بیومکانیک، مکانیک کلاسیک را با علوم زیستی پیوند می‌دهد و پیشرفت‌های زیادی در سالیان گذشته در این رشته ایجاد شده است. ساخت قلب مصنوعی، دریچه‌های قلب، مفاصل مصنوعی، ارتزها و پروتزها، استخوان مصنوعی، غضروف، تاندون و دیسک‌های بین مهره‌ای و پیوندهای اسکلت بندی آسیب دیده در بدن ما برخی از این اعضا هستند که توانسته‌اند زندگی انسان‌ها را بخوبی تحت تأثیر قرار دهند.

مطالعات رشته بیومکانیک در دو بخش استاتیک و دینامیک است که در واقع بخش‌های اصلی علم مکانیک نیز هستند. استاتیک به مطالعه اجسامی مربوط می‌شود که بر اثر نیروی وارده در حالت تعادل و سکون قرار می‌گیرند. دینامیک نیز به مطالعه حرکت اجسام می‌پردازد. مبحث دینامیک خود به دو دسته سینماتیک و سینیتک تقسیم می‌شود. سینماتیک در واقع علم حرکت اشیا است و به بررسی جابه‌جایی‌ها، سرعت و شتاب اجسام می‌پردازد و نوع حرکت را توصیف می‌کند. سینتیک نیز در مورد اجسام متحرک و نیروهایی که باعث حرکت می‌شوند بحث می‌کند.

رشته بیومکانیک دارای شاخه‌ها و گرایش‌های متعددی است که در ادامه با برخی از آنها آشنا می‌شویم.

بیومکانیک بافت‌های سخت (Hard Tissue Biomechanics) / بافت‌های نرم (Soft Tissue Biomechanics) 

بیومکانیک بافت‌های سخت و نرم از شاخه‌های اصلی این رشته‌است که در اواخر قرن بیستم ایجاد شده است و هدف آن مطالعه و بررسی مدل‌های درست و مناسب از ماکرومولکول‌ها و ساختار سلولی بدن است که باعث درک بهتر پدیده‌های درون یاخته‌ای و درک بهتر از عملکردهای نادرست و تأثیر آنها در بروز بیماری می‌ شود.

هدف از طراحی این رشته بیومکانیک رسیدن به رویای بشر برای ساخت اعضای بدن جایگزین برای کسانی است که در اثر حادثه و یا بیماری برخی از اعضای بدن خود را از دست داده‌اند؛ و یا ترمیم اعضای داخلی بدن که بر اثر جراحی بافت‌های خود را از دست داده‌اند. این رشته با تحلیل و بررسی مکانیسم‌های بدن انسان، در ساخت و تبدیل بافت‌ها می‌تواند اعضای مصنوعی را برای بدن ساخته و بافت‌های آسیب دیده را ترمیم کند. برخی از این بافت‌ها و ارگان‌ها شامل استخوان غضروف (بافت‌های سخت)، پوست، کبد و پانکراس و رگ‌های خونی (بافت‌های نرم) هستند.

مکانوبیولوژی (Mechanobiology) 

این گرایش یکی از جدیدترین شاخه‌های بیومکانیک است که شباهت اسمی زیادی با بیومکانیک دارد. مکانوبیولوژی به بررسی مکانیسم سلولی و اثر نیروهای مکانیکی در ایجاد سلول‌ها پرداخته می‌شود. به‌عنوان مثال برای ادامه حیات یک بافت طبیعی در بدن و ادامه متابولیسم آن لازم است تنش‌های طبیعی مکانیکی در سلول‌ها ایجاد شود. و مکانوبیولوژی شاخه‌ای از بیومکانیک است که نیروهای مکانیکی بین سلولی را به زبان بیولوژیکی بیان می‌کند.

آنالیز حرکت / گام برداشتن انسان (Human Movement/ Gait Analysis) 

آنالیز حرکت یکی از شاخه‌های بیومکانیک است که به بررسی و تحلیل حرکت انسان‌ها و دیگر موجودات زنده می‌پردازد. این شاخه ارتباط مستقیمی با بیو رباتیک و طراحی و ساخت اعضا و اندام مصنوعی انسان دارد.

 بیومکانیک سیالات زیستی / قلبی-عروقی (Biofluid / Cardiovascular Biomechanics) 

بیومکانیک سیالات زیستی در واقع به دنبال تحلیل و بررسی جریان خود در سیستم قلبی و عروقی بوده تا بتواند عوامل پاتو بیولوژیک مؤثر بر بیماری‌های قلبی و عروقی را شناسایی کرده و آنها را کنترل کند.

ساخت تجهیزات درمانی درون رگی که در جراحی‌های مربوطه مورد استفاده قرار می‌گیرد یکی از دستاوردهای این شاخه بیومکانیک است. بیومکانیک سیالات زیستی همچنان در شناسایی و تشخیص انتقال حرارت و جرم در اعضای بدن انسان و دیگر موجودات زنده مؤثر بوده و در حوزه‌های داروسازی و درمان بیماری از طریق سرما و گرما کاربرد دارد.

 مدل‌سازی بر پایه تصویربرداری (Image-Based Modelling)

مدل‌سازی بر پایه تصویربرداری از گرایش‌های رشته بیومکانیک است که قادر است با استفاده از عکس‌های مخصوص که از اعضای بدن گرفته می‌شود اندام‌ها و بافت‌ها را مدل‌سازی کند تا در مطالعات مورد استفاده قرار گیرد. این شاخه از بیومکانیک دارای نرم افزارهای مخصوص به خود است که در زمینه مدل سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مدل‌ها در مدارس و دانشگاه‌ها برای تدریس علوم آشنایی با بدن انسان مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بیومکانیک شغلی / توانبخشی (Occupational Biomechanics/Rehabilitation) 

این شاخه از بیومکانیک در ساخت دستگاه‌های فیزیوتراپی و تشخیص مشکلات و نقص‌های اسکلتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از موضوعات مهم و اساسی در بدن انسان سلامت دستگاه اسکلتی انسان است که در این میان ستون فقرات، زانوها و اشکالات کف پا نقش موثری در بروز این مشکلات دارند. مهندسان بیومکانیک قادرند با ساخت دستگاه‌های مخصوص این مشکلات را شناسایی کرده و در اختیار پزشکان قرار دهند. دستگاه فیزیوتراپی نیز توسط مهندسان بیومکانیک طراحی و ساخته می‌شود که مطابق با ساختار عضلانی اسکلتی و فرم بدن انسان هستند.

  بیومکانیک صدمه / ضربه (Impact/Injury Biomechanics) 

بیومکانیک صدمه یکی از شاخه‌های بیومکانیک است که رابطه بین نیروهای مکانیکی وارد شده بر بدن و صدمه‌های ایجاد شده را بررسی می‌کند. این شاخه با مشخص کردن علت‌های ایجاد صدمه می‌تواند در تشخیص علت آسیب و مرگ مؤثر بوده و در پرونده‌های جنایی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بیومکانیک ورزش (Sport Biomechanics) 

بیومکانیک ورزشی شاخه‌ای است که فعالیت‌های ورزشی ورزشکارن حرفه‌ای را آنالیز و تحلیل می‌کند. این رشته در واقع به بررسی فیزیکی رشته‌های ورزشی پرداخته و هدف آن هدایت درست ورزشکاران است. قانون‌های مکانیک به کمک ورزشکاران می‌آیند تا با مدل سازی درست از حرکات ورزشی بتوان آنها را شبیه سازی کرده و به درک درستی از اجرای صحیح ورزشی برسیم.

 بیومکانیک مولکولی و سلولی (Cellular and Molecular Biomechanics) بیومکانیک مولکولی 

این رشته از بیومکانیک نیز به بررسی ساختار و فرآیندهای بین مولکولی و بین سلولی پرداخته و سعی بر بررسی واکنش‌ها و کنش‌های آن دارند. برای مثال می‌توان گفت مطالعه‌ی تبدیل سیگنال‌های شیمیایی و مکانیکی خارج از سلولی به سیگنال‌های بین سلولی در فرآیند جوش خوردن استخوان و رشد مجدد آن، در گرایش بیومکانیک سلولی و ملکولی مورد بررسی قرار می‌گیرد.

بازار کار رشته بیومکانیک در مهندسی پزشکی

طبق طبقه بندی و طرح ارائه شده از سوی وزارت بهداشت فارغ التحصیلان مهندسی پزشکی در گرایش بیومکانیک در حوزه بهداشت و درمان و مشاغل زیر امکان کار و فعالیت دارند.

کارشناس تجهیزات پزشکی، کارشناس آزمایشگاه‌های غذایی و دارویی و بهداشتی امکان جذب فارغ التحصیلان بیومکانیک را دارند. همچنین بسیاری از کارخانه‌ها و کارگاه‌های تولید اجزای مصنوعی بدن انسان مانند پای مصنوعی امکان استخدام مهندسین بیومکانیک را دارند.

کارشناس و مدیر خرید و تدارکات و تحقیقات بازار نیز یکی از مشاغلی است که بازار کار رشته بیومکانیک در مهندسی پزشکی را شامل می‌شود. به‌علت بالا بودن ارزش اقتصادی تجیهزات پزشکی و پیچیده بودن فرآیند طراحی و ساخت، تعمیر و نگهداری دستگاه و قطعات آن وضعیت فارغ التحصیلان رشته بیومکانیک نسبت به رشته‌های دیگر مهندسی بهتر است.

در حال حاضر تجهیزات پزشکی و دستگاه‌های مربوط به آن دارای قیمت گزافی بوده و تعمیر و نگهداری آنها از اهمیت بالایی برخوردار است. این امر باعث شده است بسیاری از فارغ التحصیلان بیومکانیک در ترم‌های آخر به‌سرعت جذب بازار کار شوند و درآمد و حقوق بیومکانیک از جایگاه مطلوبی برخوردار باشد. بسیاری از فارغ التحصیلات بیومکانیک که تمایل به کار در شهرستان‌ها را نیز دارند در بیمارستان‌های مختلف دولتی و خصوصی، سازمان تأمین اجتماعی و دیگر مراکز پزشکی مشغول به کار می‌شوند.

حقوق بیومکانیک 

 بسیاری از رؤسای بیمارستان‌ها به دنبال جذب فارغ التحصیلان بیومکانیک هستند و این دلایل باعث بالا رفتن حقوق بیومکانیک در میان دیگر رشته‌های فنی و مهندسی شده است. وزارت بهداشت، وزارت فرهنگ و آموزش عالی، وزارت صنایع، سازمان تأمین اجتماعی و بسیاری از نهادها و اداراتی که با تجیهزات پزشکی ارتباط دارند زمینه جذب نیروی مهندسی مکانیک را در کشور فراهم کرده‌اند.

البته حقوق بیومکانیک و فارغ التحصیلان مهندسی پزشکی به میزان دانش، تجربه، سابقه کاری و سازمان و شرکت محل کار نیز بستگی دارد. معمولاً مهندس بیومکانیک که در سازمان‌های دولتی مشغول به کار می‌شوند امکان استخدام داشته و طبق قوانین مدیریت کشوری حقوق می‌گیرند. در سال‌های اخیر بیشتر مهندسین بیومکانیک در بخش خصوصی مشغول به کار شده و حقوق و درآمد مختلفی دارند.