بیومکانیک

مهندسی پزشکی - بیومکانیک

مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک یکی از شاخه‌های میان‌رشته‌ای و پیشرفته مهندسی پزشکی است که به مطالعه، تحلیل و طراحی سیستم‌ها و ابزارهایی می‌پردازد که اصول مکانیک را در سیستم‌های زیستی و پزشکی به کار می‌گیرند. این گرایش ترکیبی از دانش مهندسی مکانیک، زیست‌شناسی، فیزیولوژی و علوم مواد است و به بررسی رفتار مکانیکی بافت‌ها، اندام‌ها و سیستم‌های حرکتی بدن انسان در شرایط مختلف می‌پردازد. بیومکانیک درک عمیق‌تری از عملکرد فیزیکی بدن فراهم می‌کند و از این دانش برای بهبود درمان، توان‌بخشی، طراحی پروتزها و توسعه فناوری‌های پزشکی استفاده می‌کند. بیومکانیک شامل دو بخش اصلی بیومکانیک تحلیلی و بیومکانیک تجربی می‌باشد. در بیومکانیک تحلیلی، از مدل‌سازی ریاضی و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری برای بررسی رفتار سیستم‌های بیولوژیکی استفاده می‌شود. این مدل‌ها می‌توانند به تحلیل حرکت انسان، شبیه‌سازی شرایط آسیب یا بیماری و طراحی سیستم‌های درمانی جدید کمک کنند. در بیومکانیک تجربی، داده‌های آزمایشگاهی از حرکت، نیروها و فشارها جمع‌آوری می‌شود و به‌منظور اعتبارسنجی مدل‌های تحلیلی مورداستفاده قرار می‌گیرد. باید این نکته را خاطرنشان کرد که هوش مصنوعی در حوزه بیومکانیک نیز ورود کرده است. به عبارتی باید گفت بیومکانیک به تحلیل رفتار مکانیکی بافت‌ها و سیستم‌های حرکتی بدن انسان می‌پردازد و هوش مصنوعی ابزارهای پیشرفته‌ای را برای مدل‌سازی، تحلیل داده‌ها و بهینه‌سازی این سیستم‌ها فراهم می‌کند.
حوزه‌های علمی و کاربردهای بیومکانیک
1) تحلیل حرکتی و دینامیک بدن انسان
بیومکانیک به مطالعه حرکات بدن انسان، نیروها و گشتاورهای وارد بر استخوان‌ها و مفاصل در طی فعالیت‌های روزمره یا ورزشی می‌پردازد. این تحلیل‌ها از ابزارهایی مانند شبیه‌سازی کامپیوتری، سیستم‌های ضبط حرکت (Motion Capture) و پلتفرم‌های نیرو (Force Plates) برای بررسی کینتیک (Kinetics) و کینماتیک (Kinematics) حرکات استفاده می‌کنند. در این حوزه هوش مصنوعی، به‌ویژه یادگیری ماشین (ML) و یادگیری عمیق (DL)، امکان تحلیل پیشرفته حرکات بدن انسان را فراهم می‌کند.
2) مدل‌سازی و شبیه‌سازی سیستم‌های زیستی
در این بخش، بیومکانیک با استفاده از مدل‌های ریاضی و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری رفتار سیستم‌های زیستی را تحلیل می‌کند. نرم‌افزارهایی مانند ANSYS، Abaqus و COMSOL برای مدل‌سازی و پیش‌بینی رفتار مکانیکی بافت‌ها و اندام‌ها تحت بارگذاری‌های مختلف به کار می‌روند. این مدل‌سازی‌ها در طراحی تجهیزات پزشکی، مطالعه آسیب‌ها و توسعه روش‌های درمانی کاربرد دارند. همچنین به جهت تسهیل رفتارهای پیچیده سیستم‌های زیستی نظیر شبیه‌سازی دینامیکی حرکات مفاصل و عضلات، پیش‌بینی رفتار مکانیکی بافت‌ها تحت بارگذاری‌های مختلف و ایجاد مدل‌های شخصی‌سازی‌شده از آناتومی و حرکت بیماران از هوش مصنوعی در این حوزه کمک گرفته می‌شود.
3) بیومکانیک بافت‌ها و مواد زیستی
مطالعه ویژگی‌های مکانیکی بافت‌های زیستی مانند استخوان، غضروف، تاندون، عضله و پوست از جنبه‌های کلیدی این گرایش است. این مطالعات برای طراحی و ساخت ایمپلنت‌ها، پروتزها، و تجهیزات توان‌بخشی که باید با خواص زیستی سازگار باشند، اهمیت زیادی دارد.
4) طراحی و توسعه ایمپلنت‌ها و پروتزها
بیومکانیک در طراحی ایمپلنت‌های ارتوپدی مانند مفاصل مصنوعی (هیپ و زانو)، صفحات و پیچ‌های استخوانی و پروتزهای دست و پا نقش اساسی دارد. این ابزارها باید به‌گونه‌ای طراحی شوند که خواص مکانیکی مشابه با ساختارهای زیستی بدن داشته باشند و عملکرد طبیعی را به حداکثر برسانند.
هوش مصنوعی با پردازش داده‌های حرکتی، پروتزها و اسکلت‌های خارجی را هوشمندتر و کارآمدتر می‌کند. پروتزهای هوشمند با قابلیت تطبیق با الگوهای حرکتی فرد و اسکلت‌های خارجی(Exoskeletons) با کنترل بلادرنگ برای کمک به بیماران فلج یا دچار ضعف عضلانی از کمک‌های هوش مصنوعی در این حوزه است.
5) مهندسی توان‌بخشی و روباتیک
این گرایش در طراحی و توسعه دستگاه‌های توان‌بخشی مانند اسکلت‌های خارجی، ویلچرهای پیشرفته و دستگاه‌های روباتیک برای کمک به بیماران مبتلا به آسیب‌های حرکتی کاربرد دارد. همچنین در طراحی اندام‌های مصنوعی هوشمند که با سیستم عصبی انسان تعامل دارند، اهمیت ویژه‌ای دارد.
6) بیومکانیک ورزشی
تحلیل حرکات ورزشی و نیروهای وارد بر بدن ورزشکاران یکی دیگر از کاربردهای بیومکانیک است. این تحلیل‌ها به طراحی برنامه‌های تمرینی، کاهش خطر آسیب‌دیدگی و بهبود عملکرد ورزشی کمک می‌کند.
7) بیومکانیک قلب و عروق
مطالعه مکانیک سیالات زیستی در سیستم گردش خون و تحلیل رفتار مکانیکی قلب و رگ‌ها از دیگر زمینه‌های تخصصی بیومکانیک است. این مطالعات در طراحی استنت‌ها، دریچه‌های مصنوعی قلب و تجهیزات تشخیصی و درمانی مرتبط با سیستم قلب و عروق کاربرد دارد.

اعضای محترم هیأت ‌علمی متخصص در این گرایش عبارتند از:

• دکتر نیما جمشیدی (دانشیار)
• دکتر محسن ربانی (دانشیار)
• دکتر حمید صادقیان (استادیار)
• دکتر آزاده قوچانی (استادیار)

تاریخ به روز رسانی:

1403/10/08

تعداد بازدید:

199

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