بیوالکتریک

مهندسی پزشکی-بیوالکتریک

مهندسی پزشکی گرایش بیوالکتریک یکی از پیشرفته‌ترین و میان‌رشته‌ای‌ترین شاخه‌های مهندسی پزشکی است که در تقاطع علوم مهندسی، زیست‌پزشکی و فناوری اطلاعات قرار دارد. این گرایش به مطالعه، طراحی و توسعه سیستم‌ها و ابزارهایی می‌پردازد که برای درک بهتر فرآیندهای زیستی، تشخیص بیماری‌ها، پایش وضعیت سلامتی و بهبود درمان استفاده می‌شوند. بیوالکتریک با استفاده از اصول مهندسی برق، الکترونیک و مخابرات در کنار دانش زیستی و پزشکی، به تحلیل و پردازش سیگنال‌های زیستی (مانند ECG، EEG و EMG)، طراحی و توسعه دستگاه‌های پزشکی پیشرفته مانند سیستم‌های تصویر‌برداری (MRI، CT و اولتراسوند)، تجهیزات مانیتورینگ بیمار، سامانه‌های تحریک الکتریکی عملکرد (FES) و پروتزهای هوشمند می‌پردازد.
حوزه‌های علمی و کاربردهای بیوالکتریک
1) پردازش سیگنال‌های زیستی
یکی از مهم‌ترین زمینه‌های بیوالکتریک، پردازش سیگنال‌های زیستی است که شامل سیگنال‌های الکتریکی تولیدشده توسط بدن مانند الکتروکاردیوگرافی (ECG)، الکتروانسفالوگرافی (EEG)، الکترومایوگرافی (EMG) و ... می‌شود. این سیگنال‌ها اطلاعات ارزشمندی در مورد عملکرد قلب، مغز، عضلات و سایر اندام‌ها ارائه می‌دهند. بیوالکتریک از الگوریتم‌های پیشرفته مانند فیلترهای دیجیتال، تحلیل فوریه، تبدیل موجک (Wavelet Transform) و یادگیری ماشین برای استخراج و تحلیل این اطلاعات استفاده می‌کند.
2) تجهیزات تصویربرداری پزشکی
طراحی و توسعه دستگاه‌های تصویربرداری مانند تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)، تصویربرداری مقطعی (CT)، اولتراسوند و تصویربرداری با استفاده از تابش پوزیترون (PET)، بخشی کلیدی از گرایش بیوالکتریک است. این سیستم‌ها از فناوری‌های پیشرفته مانند میدان‌های الکترومغناطیسی، پردازش تصاویر دیجیتال و شبیه‌سازی سه‌بعدی برای تولید تصاویر دقیق از ساختار و عملکرد داخلی بدن استفاده می‌کنند.

3) دستگاه‌های پایش و مانیتورینگ
طراحی دستگاه‌های قابل ‌حمل و ثابت برای پایش علائم حیاتی بیماران از دیگر زمینه‌های کاری این گرایش است. این تجهیزات شامل مانیتورهای ضربان قلب، پالساکسی‌مترها، دستگاه‌های مانیتورینگ گلوکز خون و سیستم‌های هشداردهی فوری است که به بهبود نظارت بر بیماران در بیمارستان یا در خانه کمک می‌کند.
4) تحریک الکتریکی و پروتزهای عصبی
بیوالکتریک در توسعه سامانه‌های تحریک الکتریکی عملکردی (FES) برای بازگرداندن عملکرد در بیماران مبتلا به فلج یا اختلالات عصبی نقش دارد. همچنین، طراحی پروتزهای عصبی و رابط‌های مغز و ماشین (BCI) برای تعامل مستقیم با سیستم عصبی انسان از دیگر زمینه‌های این گرایش است.
5) مدل‌سازی سیستم‌های زیستی
بیوالکتریک از مدل‌سازی ریاضی و شبیه‌سازی برای درک دقیق‌تر رفتار سیستم‌های زیستی استفاده می‌کند. این مدل‌ها می‌توانند به پیش‌بینی پاسخ بدن به داروها، ارزیابی اثرگذاری دستگاه‌های پزشکی و مطالعه بیماری‌ها کمک کنند.
6) فناوری‌های نوین در پزشکی دیجیتال
این گرایش از ابزارهای هوش مصنوعی، یادگیری عمیق و اینترنت اشیا (IoT) برای ایجاد سامانه‌های هوشمند پزشکی بهره می‌گیرد. این سامانه‌ها می‌توانند داده‌های پزشکی را به‌صورت بلادرنگ تحلیل کنند و در تشخیص زودهنگام بیماری‌ها و مدیریت دقیق‌تر درمان مؤثر باشند.
7) طراحی مدارها و سیستم‌های الکترونیکی پزشکی
مهندسان بیوالکتریک در طراحی و ساخت مدارها و سیستم‌های الکترونیکی خاص برای کاربردهای پزشکی مانند دستگاه‌های قابل‌کاشت (Pacemakers)، دیفیبریلاتورها و حسگرهای زیستی نقش دارند. این ابزارها باید با بالاترین دقت و استانداردهای ایمنی طراحی شوند.
8) هوش مصنوعی و مهندسی پزشکی
رابطه بین هوش مصنوعی و مهندسی پزشکی گرایش بیوالکتریک یک ارتباط نزدیک و هم‌افزا است که منجر به پیشرفت‌های قابل‌توجه در علم پزشکی و فناوری‌های مرتبط شده است. مهندسی پزشکی گرایش بیوالکتریک به تحلیل و طراحی سیستم‌های الکترونیکی و نرم‌افزاری در پزشکی می‌پردازد و هوش مصنوعی ابزارهای پیشرفته‌ای را برای پردازش داده‌ها، تحلیل دقیق‌تر و بهینه‌سازی فرایندهای پزشکی فراهم می‌کند. از کاربرهای این حوزه در گرایش بیوالکتریک می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
o کمک به تشخیص بهتر بیماری‌هایی مانند آریتمی قلبی، صرع و اختلالات خواب.
o حذف نویز از سیگنال‌های زیستی.
o پیش‌بینی وقوع رویدادهای بیماری با استفاده از داده‌های بلادرنگ.
o تشخیص خودکار تومورها و ناهنجاری‌های ساختاری.
o افزایش وضوح تصاویر با استفاده از تکنیک‌های بازسازی تصویری.
o طبقه‌بندی تصاویر برای مقایسه با داده‌های بالینی قبلی
o طراحی بهتر سیستم‌های پوشیدنی و پایش سلامتی از راه دور چون ساعت‌های هوشمند، جلیقه‌های هوشمند و تشخیص بیماری‌های مزمن نظیر دیابت و فشارخون بالا و ارائه گزارش‌های بلادرنگ به بیماران و پزشکان.
o شبیه‌سازی فعالیت نورون‌ها در مغز برای درک بهتر بیماری‌های عصبی.
o پروتزهای عصبی با قابلیت کنترل توسط ذهن.
o کمک به بیماران مبتلا به فلج برای تعامل با محیط.
o استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای کشف الگوهای ژنتیکی مرتبط با بیماری‌ها.

تاریخ به روز رسانی:

1403/09/24

تعداد بازدید:

پیوندهای کاربردی

انجمن مهندسي پزشكي ايران

آدرس: اصفهان، میدان آزادی، دانشگاه اصفهان،میدان خوارزمی، ابتدای بلوار سلامت، ساختمان انصاری
کدپستی: 8174673441
تلفن: 37932685 تلفکس: 36682887
راهنمای جامع تلفن های دانشگاه اصفهان