حوزه های فعالیت مهندسی پزشکی گرایش بیوالکتریک

• پردازش سیگنال های حیاتی

سیگنال های حیاتی یک بخشی از پردازش سیگنال است که در بسیاری از گرایش های برق مورد مطالعه قرار می گیرد. با توجه به این که پردازش سیگنال در حوزه پزشکی، دارای یک سری نکات و ویژگی های منحصر به فرد است، باعث ایجاد این شاخه به صورت اختصاصی شده ست.

سیگنال‌هایی که توسط ارگان‌های بدن تولید می‌شوند، یا با یکدیگر تداخل پیدا می کنند و یا تحت تاثیر نویز قرار گیرند. منظور از پردازش سیگنال های حیاتی، جدا کردن سیگنال مورد نظر از سیگنال های درهم‌ آمیخته و نویز‌دار و سپس استخراج پارامترهای مفید سیگنال است. این پارامترها برای تشخیص پزشکی به کار برده می شوند.

• پردازش تصاویر پزشکی و سیستم های تصویربرداری

یکی از مهم ترین ابزارهای تشخیص پزشکی، تصاویر دوبعدی و سه بعدی هستند که از ارگان های بدن انسان گرفته می شود.

سیستم های تصویربرداری به 4 گروه تقسیم می شوند:

• روش های اشعه ایکس (رادیوگرافی، فلوئورسکوپی و CT)
• روش MRI
• پزشکی هسته ای
• روش های ماورا صوت

تصاویر به دست آمده از روش های فوق خام هستند و برای تشخیص صحیح و موثر نیاز به پردازش دارند. مراحل و روش های پردازش به شرح زیر است:

• پردازش تصاویر اولیه و استخراج اطلاعات موثر (ROI)
• بازسازی تصاویر به صورت سه بعدی و درون یابی اطلاعات به منظور تولید برش های لازم از ارگان موردنظر
• حذف نویز، اختصاص رنگ و در مجموع ارتقا کیفیت تصویر

• پردازش صوت و گفتار

در دنیای امروز قطعا هیچ‌کس حاضر به از دست دادن قدرت تکلم و شنیدن نیست و ایجاد امکان صحبت کردن برای افراد لال و ناشنوا جز دغدغه‌های اصلی پزشکان و البته مهندسان پزشکی امروز می‌باشد.

پردازش های صوتی و گفتاری رابطه تنگاتنگی با ویژگی های گفتار، خصوصیات آناتومیک و عصبی، دستگاه تولید گفتار و غیره دارد.

این رشته وظیفه طراحی و ساخت وسایلی که تشخیص گفتار و شنیدار، شنوایی سنجی و ثبت و پردازش سیگنال های انگیخته شنوایی، انجام پردازش های مورد نیاز در اعضای مصنوعی شنوایی مثل حلزون گوش و ساخت دستگاه هایی که به افراد لال کمک می‌کند تا بتوانند صحبت کند و … را بر عهده دارد.

• مدلسازی سیستم های بیولوژیک

هدف سیستم‌های محاسباتی-زیستی پیاده‌سازی و استفاده از الگوریتم‌های کارآمد، ساختمان داده‌ها، و ابزارهای تصویرسازی و ابزارهای ارتباطات با هدف شبیه‌سازی کامپیوتری سیستم‌های زیستی است.

از مدلسازی در بخش‌های مختلف بیوالکتریک استفاده‌های بسیاری می‌شود که از مهم‌ترین آنها می‌توان به پردازش سیگنال‌ها و تصاویر بیولوژیکی اشاره کرد.

محدوده مدلسازی سیستم‌های بیولوژیک گسترده است؛ به عنوان مثال می‌توان به موارد پرکاربرد زیر اشاره نمود:

• مدلسازی عضلات و سیستم عصبی محرک آنها
• مدلسازی نخاع
• مدلسازی قشرهای حرکتی مغز.
• مدلسازی نواحی دیداری، شنیداری و ادراکی مغز.مدلسازی عقده‌های درون مغزی که اِشکال در آنها به بیماری‌هائی مثل پارکینسون منجر می‌گردد.
• مدلسازی مخچه و چگونگی اجرای حرکات و ادراکات مهارتی
• مدلسازی چشم و سلول‌های عصبی بینائی
• مدلسازی سیستم تولید گفتار و شنوائی به صورت حلقه باز و حلقه بسته
• مدلسازی سیستم تنظیم فشار خون، ضربان قلب و میزان الاستیسیتة رگ‌ها
• مدلسازی سیستم تنظیم درجه حرارت بدن

• طراحی بخش های الکترونیکی و کنترل اندام مصنوعی

یکی از شناخته شده ترین بخش های فعالیت مهندسی پزشکی ساخت اندام های مصنوعی است. این مهارت، در حوزه تخصصی شاخه بیوالکتریک قرار می گیرد.

برای ساخت یک عضو مصنوعی، یک مهندس بیومکانیک برای تحلیل‌ و طراحی و ساخت بخش‌های مکانیکی اندام‌های مصنوعی و مهندس بیومواد جهت انتخاب مواد مناسب این عضوها برای سازگاری با سایر اندام‌های بدن همکاری می‌کنند.

اما این عضو برای حرکت و دستور گرفتن و انجام دستور به مدارات الکتریکی که مشابه سیستم عصبی انسان عمل کند و نیز حسگرهایی که بازخورد عملکرد عضو را نشان دهند، نیاز دارد که در اینجا اهمیت مهندس بیوالکتریک نمود پیدا می‌کند.

علاوه بر موارد مربوط به ساخت اعضای مصنوعی، طراحی و ساخت وسایل و تجهیزات توانبخشی را نیز می‌توان در این دسته قرار داد.