ما هي الهندسة الطبية؟

Что такое биомедицинская инженерия?

Биомедицинская инженерия — это наука, объединяющая инженерные дисциплины (механику, электротехнику, электронику и вычислительную технику) с биомедицинскими и физиологическими науками. Она применяет передовые инженерные теории и методы для анализа, решения и обработки биомедицинских проблем. Это достигается путем проектирования подходящих инструментов и устройств для измерения, понимания и анализа физиологических и биологических систем, а также разработки устройств, способных лечить заболевания и бороться с ними. Это требует изучения принципов работы таких устройств, их обслуживания и моделирования. Биомедицинская инженерия в значительной степени открывает возможности для творчества, разработок и изобретений благодаря разнообразию медицинских областей и огромной сложности физиологических систем (человеческого тела), с которыми работает эта область инженерии. Примечательно, что самые передовые, совершенные и дорогостоящие технологии используются в двух областях, одной из которых является биомедицинская инженерия.

Где работает инженер-биомедик?

Инженер-биомедик работает в больницах и клиниках, оснащая их оборудованием и приборами (после определения требуемых характеристик) и обслуживая их. Он также работает в медицинских компаниях, специализирующихся на производстве медицинских изделий, либо в компаниях, специализирующихся на обслуживании и продаже медицинского оборудования, или в исследовательских центрах, таких как университеты (которые занимаются разработкой медицинских устройств и более глубоким анализом, пониманием и решением биологических проблем). Работа инженера-биомедика зависит от его специализации и сферы деятельности и осуществляется в сотрудничестве с врачами, медсестрами и инженерами всех специальностей.

Какова будущая потребность в инженерах-биомедиках?

Стремительное развитие технологий, рост числа заболеваний и наличие множества медицинских и технических проблем, требующих решений, приводят к увеличению спроса на инженеров-биомедиков для решения все более сложных биологических проблем, совершенствования работы существующих устройств для достижения лучших результатов и создания новых устройств, помогающих врачу выполнять свою работу лучше и быстрее. Потребность в инженерах-биомедиках растет с каждым днем.

Направления биомедицинской инженерии

1- Биоэлектрическая инженерия (Bioelectrical Engineering): делится на два направления:

Во-первых: наука о биоэлектрических сигналах (Bioelectromagnetism).

Во-вторых: наука о биоэлектрических воздействиях (Bioelectromagnetics).

2- Биомеханическая инженерия (Biomechanical Engineering) и делится на два направления:

Во-первых: наука биомеханика (Biomechanics). Эта наука изучает движение и характер переноса биологических материалов внутри человеческого тела.

Во-вторых: наука о биотранспорте (Biotransport). Эта наука специализируется на коррекции нарушений движений у человека.

3- Инженерия биоматериалов (Biomaterials).

4- Тканевая, молекулярная и клеточная инженерия (Tissue, Molecular & Cellular Engineering).

5- Инженерия моделирования биологических систем (Systems & Integrative Engineering).

Биомедицинская инженерия (англ. Biomedical Engineering), также известная как инженерия медицинских технологий, — это наука, изучающая человеческое тело с инженерной точки зрения. Ее можно разделить на пять основных разделов, указанных ниже. Она является связующим звеном между медицинской наукой и инженерными науками (инженер-биомедик должен знать организм живого существа, чтобы спроектировать совместимый с ним искусственный орган, конечность или медицинское устройство).

Биомедицинская инженерия считается одной из новейших инженерных наук, возникших с развитием современной медицины. После того как врач в одиночку выполнял все задачи диагностики, лечения и даже производства лекарств, медицинское оборудование стало основным помощником врача в диагностике, лечении и мониторинге пациентов. Ввиду острой необходимости в разработке медицинских устройств и оборудования, служащих здоровью пациентов и ускоряющих их выздоровление, стало необходимым участие специалистов из других областей, помимо медицины, в проектировании этих устройств, таких как инженеры-электрики, механики, компьютерные инженеры и другие. Эти инженеры также должны были овладеть медицинскими науками, включая анатомию, физиологию человеческого тела и т.д., чтобы понимать механизм работы каждой системы и использовать свои знания и опыт для совершенствования этих устройств. Таким образом, возникла потребность в инженере, который частично разбирается во всех этих дисциплинах и в то же время может взаимодействовать с врачами, понимая при этом, что он не заменяет никого из них.

Медицинские устройства делятся на два типа: а) Диагностические медицинские устройства, такие как аппарат ультразвуковой диагностики (Ultrasound). б) Терапевтические медицинские устройства, такие как аппараты для химиотерапии и волновой терапии.

Распространено мнение, что биомедицинская инженерия ограничивается медицинскими устройствами и их обслуживанием, но существуют и другие области биомедицинской инженерии, такие как управление больницами, искусственные конечности, искусственные органы и другие. Биомедицинская инженерия использует физику, химию, математику и основы инженерии для изучения биологии, в основном человеческого тела, с целью достижения передовых этапов в изучении этого тела и заболеваний, с которыми оно сталкивается, для обеспечения лучших условий для хорошего здоровья и помощи в лечении этих болезней.

Другие названия

Название «биомедицинская инженерия» (Biomedical engineering) является наиболее распространенным. Существуют также два других названия: первое — «медицинская инженерия» (Medical engineering), второе — «биоинженерия» (Bio engineering). Например, изготовление резинового клапана для сердца для контроля перекачивания крови является совместной работой инженера-биомеханика, который знает механику работы сердца, и инженера по биоматериалам, который может выбрать наилучшие материалы, совместимые с организмом человека. Сердце человека выполняет непроизвольную механическую работу, стимулируемую электрическим импульсом около шести вольт. Правый желудочек перекачивает кровь в правое предсердие непроизвольным движением, не контролируемым человеком. Если возникает дефект обратного клапана, необходимо установить вышеупомянутый резиновый клапан, чтобы компенсировать дефект исходного клапана и гарантировать отсутствие недостаточности кровообращения.

Биомедицинская инженерия также определяется как научная специальность, которая применяет принципы и методы, заимствованные из инженерии, науки и технологий, для понимания, определения и решения задач и проблем биологического или медицинского характера. Программа биомедицинской инженерии сосредоточена на медицинской электронике, которая занимается измерением и обработкой медицинских сигналов. Она также занимается медицинскими устройствами для целей диагностики, мониторинга и лечения. Следовательно, программа направлена на выпуск инженеров с высокой подготовкой в области биомедицинской инженерии и достаточными знаниями в области биомедицинских наук.

Выпускники этой специальности работают в следующих областях:

• В качестве инженеров клиник, способных выполнять инженерные задачи, необходимые для подразделений медицинской помощи, и сотрудничать с врачами для проектирования и реализации необходимых программ

для повышения уровня медицинской помощи.

• В качестве специалистов по медицинскому оборудованию и экспертов в области медицинской электроники и компьютерных приложений в медицине.

• В качестве инженеров-электриков, занимающихся приборами, измерениями, управлением и обработкой сигналов.

Принципы биомедицинской инженерии:

Сферы деятельности биомедицинской инженерии. Исследования, разработка и проектирование для решения проблем биомедицинской инженерии. Диагностика заболеваний и терапевтические применения. Моделирование шаблонов и интегрированных систем. Физические, химические и биологические основы медицинских измерений. Датчики для движения, силы, давления, потока, температуры, биопотенциала, химического состава жидкостей организма и свойств биоматериалов. Безопасность пациента.

Сигналы и системы в биомедицинской инженерии:

Модели медицинских систем. Неопределенная природа медицинских сигналов, системы функций органов и количественный анализ медицинских сигналов. Статистический анализ измерительных данных. Частотная характеристика систем и цепей. Преобразование из аналогового в цифровой, система дискретизации и анализ сигналов в дискретном времени. Усилители медицинских сигналов, фильтры, анализаторы сигналов и устройства отображения. Источники питания для медицинских устройств, лабораторный и вычислительный опыт и медицинские приложения.

Медицинские устройства

Это электрические, механические… устройства, которые помогают врачам выполнять свою работу наилучшим образом, помогают пациентам лучше выздоравливать, обеспечивают полный комфорт и в значительной степени помогают диагностировать заболевания, особенно опухоли внутри тела, о существовании которых невозможно было бы предположить без этих устройств.

Примеры медицинских устройств

1- Диагностические устройства: аппарат магнитно-резонансной томографии, компьютерный томограф, рентгеновский аппарат, гамма-камера, аппарат ультразвуковой диагностики, маммограф (рентгенография молочной железы), аппараты для регистрации сигналов сердца, мозга, мышц, глаз и другие.

2- Терапевтические устройства: кардиостимулятор, дефибриллятор (аппарат электрического шока), медицинские эндоскопы, аппарат для гемодиализа (искусственная почка), искусственное сердце, аппарат для кобальтовой терапии, искусственные сосуды. И многое другое…

Электробезопасность устройств и необходимые меры предосторожности в медицинских приложениях. Электрокардиография, цифровой и аналоговый анализ сигналов ЭКГ, измерение артериального давления, тоны сердца, кровоток и объем крови. Статистический анализ измерений сердечного ритма и артериального давления. Основные измерения дыхания, принципы лабораторного оборудования. Семестровый проект.

Стоматологическое оборудование (кресло и его оснащение), устройства для визуализации и стерилизации

Устройство искусственного уха

Аппарат искусственного кровообращения (сердце-легкие) во время операции

Кардиостимулятор

Устройство для инъекций инсулина

Аппарат для гемодиализа

Системы медицинской визуализации:

Физические принципы медицинской визуализации и медицинские системы: системы рентгеновской визуализации и ультразвуковой визуализации, ядерная визуализация и магнитно-резонансная томография (MRI), биологические эффекты каждой технологии. Принципы томографической реконструкции: компьютерная томография (CT). Позитронно-эмиссионная томография (PET) и однофотонная эмиссионная компьютерная томография (SPECT).

Введение в терапевтические и протезные устройства: концепции лечения, реабилитации, протезирования и поддержки. Терапевтические эффекты электрического тока. Примеры распространенных устройств: кардиостимулятор и дефибриллятор. Сенсорные и коммуникационные протезы, нейромышечные стимуляторы. Устройства физиотерапии, электрохирургические инструменты. Медицинское применение лазеров. Аппараты искусственной вентиляции легких, искусственная почка, уход за новорожденными, лучевая терапия. Безопасность, надежность и техническое обслуживание в учреждениях здравоохранения. Определение безопасности. Электробезопасность, газовая безопасность и пожарная безопасность. Как обеспечить безопасную среду для пациента, медицинского персонала и медицинских принадлежностей. Надежность в учреждениях здравоохранения. Обучение пользователей правильному использованию устройств.

Компьютерные приложения в биомедицинской инженерии:

Классификация компьютерных приложений в области биомедицинской инженерии, доступные методы и инструменты: аппаратные и программные возможности компьютера. Примеры некоторых избранных приложений: система медицинских записей, информационная система аптеки и лабораторий, система офисной работы, система поддержки принятия решений в клиническом анализе, диагностические и терапевтические компьютерные устройства.

Управление медицинскими системами:

Обязанности инженера-биомедика, работающего в учреждениях здравоохранения. Законы, стандарты и нормативы, регулирующие деятельность клинического инженера. Подготовка спецификаций и оценка предложений. Проектирование и планировка медицинских учреждений. Выбор и оценка устройств.

Научная честность: тема заимствована

Маркетинг и продажа медицинских устройств, аппараты MRI, аппараты рентгенографии молочной железы, ультразвуковые аппараты всех моделей, мониторы пациента, аппараты анестезии и искусственной вентиляции легких, центральные стерилизационные и плазменные стерилизаторы, расходные материалы для стерилизации