اصطلاحات کلیدی مهندسی پزشکی (Biomedical Engineering)

• آیا با لغات تخصصی مهندسی پزشکی که هر روز در این صنعت استفاده می‌شود، آشنا هستید؟
• چگونه می‌توان اصطلاحات پیچیده بیومکانیک، بیومتریال و مهندسی بافت را به سادگی درک کرد؟
• مهم‌ترین واژگان مرتبط با تجهیزات پزشکی و تصویربرداری که هر مهندس پزشکی باید بداند، کدامند؟
• تفاوت بین اصطلاحات پردازش سیگنال‌های حیاتی و مهندسی بالینی در چیست و هر کدام چه کاربردی دارند؟

در این مقاله جامع، به تمام این سوالات و بیشتر از آن پاسخ خواهیم داد. دنیای مهندسی پزشکی پر از مفاهیم و اصطلاحات منحصر به فردی است که درک آن‌ها برای دانشجویان، متخصصان و علاقه‌مندان این حوزه ضروری است. آشنایی با لغات تخصصی مهندسی پزشکی نه تنها به درک عمیق‌تر متون علمی کمک می‌کند، بلکه راه را برای ورود به بازار کار و پیشرفت در این رشته هیجان‌انگیز هموار می‌سازد. در ادامه، به بررسی دسته‌بندی شده و کاربردی مهم‌ترین واژگان این رشته از مفاهیم پایه تا حوزه‌های تخصصی‌تر خواهیم پرداخت.

اصطلاحات بنیادی و کلیدی در مهندسی پزشکی

پیش از ورود به شاخه‌های تخصصی، لازم است با برخی مفاهیم پایه که در تمام گرایش‌های مهندسی پزشکی کاربرد دارند، آشنا شویم. این واژگان اساس و بنیان درک سایر مفاهیم پیچیده‌تر هستند.

• Biocompatibility (زیست‌سازگاری): به قابلیت یک ماده برای قرار گرفتن در بدن موجود زنده بدون ایجاد پاسخ ایمنی یا عوارض جانبی نامطلوب گفته می‌شود. این ویژگی برای ساخت ایمپلنت‌ها و دستگاه‌های پزشکی که با بدن در تماس هستند، حیاتی است.
• Bioinstrumentation (ابزار دقیق زیستی): این حوزه بر طراحی و توسعه دستگاه‌ها و ابزارهایی برای اندازه‌گیری، ثبت و تحلیل پارامترهای بیولوژیکی و فیزیولوژیکی تمرکز دارد. دستگاه‌های نوار قلب (ECG) و فشارسنج نمونه‌هایی از ابزار دقیق زیستی هستند.
• Biomaterial (بیومتریال یا زیست‌ماده): هر ماده طبیعی یا مصنوعی که برای جایگزینی، ترمیم یا تقویت بافت‌های زنده بدن به کار می‌رود. فلزات، سرامیک‌ها، پلیمرها و کامپوزیت‌ها از جمله بیومتریال‌های رایج هستند.
• Medical Imaging (تصویربرداری پزشکی): مجموعه‌ای از تکنیک‌ها و فرآیندها برای ایجاد تصاویر بصری از داخل بدن به منظور تشخیص و درمان بیماری‌ها. MRI، CT-Scan و سونوگرافی از روش‌های متداول تصویربرداری پزشکی هستند.
• Prosthesis (پروتز): یک وسیله مصنوعی که جایگزین یک عضو از دست رفته بدن می‌شود. پروتزهای دست، پا یا دریچه‌های قلبی نمونه‌هایی از این وسایل هستند.

لغات تخصصی مهندسی پزشکی در حوزه بیومکانیک (Biomechanics)

بیومکانیک علم مطالعه حرکت و نیرو در سیستم‌های بیولوژیکی است. این شاخه از مهندسی پزشکی به تحلیل مکانیکی بدن انسان، از سطح سلولی تا کل اندام‌ها، می‌پردازد. درک لغات تخصصی مهندسی پزشکی در این حوزه برای طراحی ایمپلنت‌های ارتوپدی، وسایل توانبخشی و تحلیل آسیب‌های ورزشی ضروری است.

مفاهیم اصلی بیومکانیک

• Stress (تنش): نیروی داخلی وارد بر واحد سطح یک ماده. در تحلیل استخوان‌ها و بافت‌های نرم، محاسبه تنش به پیش‌بینی شکست یا تغییر شکل کمک می‌کند.
• Strain (کرنش): تغییر شکل نسبی یک ماده در پاسخ به تنش اعمال شده. کرنش نشان می‌دهد که یک ماده چقدر تحت بار کشیده یا فشرده شده است.
• Elasticity (الاستیسیته یا کشسانی): توانایی یک ماده برای بازگشت به شکل و اندازه اولیه خود پس از برداشتن بار. این ویژگی در بافت‌هایی مانند تاندون‌ها و رباط‌ها اهمیت زیادی دارد.
• Viscoelasticity (ویسکوالاستیسیته): ویژگی موادی که هم خواص ویسکوز (مانند سیالات) و هم خواص الاستیک (مانند جامدات) را از خود نشان می‌دهند. بسیاری از بافت‌های بیولوژیکی مانند غضروف و پوست ویسکوالاستیک هستند.
• Gait Analysis (آنالیز راه رفتن): مطالعه سیستماتیک حرکت بدن در هنگام راه رفتن برای ارزیابی اختلالات حرکتی و طراحی پروتزهای بهینه.

جدول مقایسه خواص مکانیکی بافت‌های مختلف

برای درک بهتر، در جدول زیر خواص مکانیکی چند بافت مهم بدن مقایسه شده است:

نام بافت	مدول یانگ (GPa)	استحکام کششی نهایی (MPa)	کاربرد در بیومکانیک
استخوان کورتیکال	17-20	100-150	تحمل بارهای فشاری و خمشی در اسکلت
تاندون	1.2-1.8	80-120	انتقال نیرو از عضله به استخوان
غضروف مفصلی	0.01-0.02	5-25	جذب ضربه و کاهش اصطکاک در مفاصل
پوست	0.005-0.02	5-30	محافظت از بدن و حفظ شکل

اصطلاحات کلیدی در حوزه بیومتریال (Biomaterials)

همانطور که اشاره شد، بیومتریال‌ها موادی هستند که برای تعامل با سیستم‌های بیولوژیکی طراحی می‌شوند. انتخاب ماده مناسب برای یک کاربرد پزشکی خاص به درک عمیق خواص آن و نحوه تعامل آن با بدن بستگی دارد.

• Bio-inert (زیست‌خنثی): ماده‌ای که کمترین واکنش را با بافت‌های اطراف خود دارد و از نظر شیمیایی پایدار است. تیتانیوم و برخی سرامیک‌ها نمونه‌هایی از مواد زیست‌خنثی هستند.
• Bioactive (زیست‌فعال): ماده‌ای که پس از قرار گرفتن در بدن، یک واکنش بیولوژیکی خاص و مطلوب را تحریک می‌کند؛ مانند ایجاد پیوند مستقیم با استخوان. شیشه‌های بیواکتیو از این دسته‌اند.
• Bioresorbable / Biodegradable (زیست‌تخریب‌پذیر): ماده‌ای که به مرور زمان در بدن تجزیه شده و محصولات حاصل از تجزیه آن توسط بدن جذب یا دفع می‌شوند. پلیمرهایی مانند PLA و PGA برای ساخت بخیه‌های قابل جذب استفاده می‌شوند.
• Surface Modification (اصلاح سطح): فرآیندهایی که برای تغییر خواص سطحی یک بیومتریال (مانند زبری، آب‌دوستی یا پوشش‌دهی) به کار می‌روند تا زیست‌سازگاری و عملکرد آن را بهبود بخشند.
• Scaffold (داربست): ساختاری سه‌بعدی و متخلخل که از بیومتریال‌ها ساخته می‌شود و بستری برای رشد سلول‌ها و تشکیل بافت جدید فراهم می‌کند. داربست‌ها در مهندسی بافت کاربرد فراوانی دارند.

واژگان تخصصی مهندسی بافت و پزشکی بازساختی

مهندسی بافت (Tissue Engineering) یک حوزه بین‌رشته‌ای است که اصول مهندسی و علوم زیستی را برای توسعه جایگزین‌های بیولوژیکی جهت ترمیم، حفظ یا بهبود عملکرد بافت‌ها به کار می‌گیرد.

مراحل اصلی در مهندسی بافت

1. Cell Sourcing (تأمین سلول): انتخاب و جداسازی سلول‌های مناسب که می‌توانند از خود بیمار (اتولوگ)، از یک اهداکننده (آلوژنیک) یا از گونه دیگر (زنوژنیک) تأمین شوند. سلول‌های بنیادی (Stem Cells) به دلیل قابلیت تمایز به انواع مختلف سلول، اهمیت ویژه‌ای دارند.
2. Scaffold Fabrication (ساخت داربست): طراحی و ساخت داربستی که از نظر ساختاری و شیمیایی، محیط مناسبی برای چسبندگی، تکثیر و تمایز سلول‌ها فراهم کند.
3. Cell Seeding and Culture (کشت سلولی روی داربست): قرار دادن سلول‌ها بر روی داربست و کشت آن‌ها در یک محیط کنترل‌شده به نام بیورآکتور (Bioreactor). بیورآکتور شرایطی مانند دمای بدن، اکسیژن‌رسانی و تامین مواد غذایی را شبیه‌سازی می‌کند.
4. Implantation (کاشت): پس از رشد کافی بافت بر روی داربست، سازه مهندسی‌شده در بدن بیمار کاشته می‌شود تا فرآیند ترمیم را تکمیل کند.

لغات تخصصی تجهیزات پزشکی و پردازش سیگنال

این بخش از مهندسی پزشکی مستقیماً با طراحی، ساخت و نگهداری دستگاه‌های پزشکی و همچنین تحلیل سیگنال‌های حیاتی سروکار دارد. آشنایی با لغات تخصصی مهندسی پزشکی در این زمینه برای کار در بیمارستان‌ها و شرکت‌های تجهیزات پزشکی ضروری است.

انواع سیگنال‌های حیاتی (Biomedical Signals)

• ECG (Electrocardiogram) یا نوار قلب: سیگنال الکتریکی تولید شده توسط قلب که فعالیت الکتریکی آن را در طول چرخه قلبی نشان می‌دهد.
• EEG (Electroencephalogram) یا نوار مغز: سیگنال الکتریکی ناشی از فعالیت نورون‌های مغز که از روی پوست سر ثبت می‌شود.
• EMG (Electromyogram) یا نوار عضله: سیگنال الکتریکی تولید شده در حین انقباض عضلات اسکلتی.
• SPO2 (Saturation of Peripheral Oxygen): سطح اشباع اکسیژن در خون که معمولاً با استفاده از دستگاه پالس اکسیمتر اندازه‌گیری می‌شود.

اصطلاحات مرتبط با پردازش سیگنال

• Amplifier (تقویت‌کننده): مداری که دامنه ضعیف سیگنال‌های حیاتی را افزایش می‌دهد تا قابل اندازه‌گیری و تحلیل باشند.
• Filter (فیلتر): مداری که فرکانس‌های ناخواسته یا نویز را از سیگنال اصلی حذف می‌کند. فیلترهای بالاگذر، پایین‌گذر و میان‌گذر از انواع رایج آن هستند.
• Analog-to-Digital Converter (ADC): مبدلی که سیگنال‌های پیوسته و آنالوگ حیاتی را به داده‌های گسسته و دیجیتال تبدیل می‌کند تا توسط کامپیوتر قابل پردازش باشند.
• Feature Extraction (استخراج ویژگی): فرآیند شناسایی و جداسازی پارامترهای مهم و معنادار از یک سیگنال. برای مثال، استخراج فاصله بین ضربان‌های قلب از سیگنال ECG.

جمع‌بندی

دنیای مهندسی پزشکی یک حوزه وسیع و پویا است که هر روز شاهد پیشرفت‌های جدیدی هستیم. تسلط بر لغات تخصصی مهندسی پزشکی اولین و مهم‌ترین گام برای ورود موفق به این رشته و درک عمیق مفاهیم آن است. در این مقاله تلاش شد تا مجموعه‌ای کاربردی از اصطلاحات کلیدی در شاخه‌های مختلفی چون بیومکانیک، بیومتریال، مهندسی بافت و تجهیزات پزشکی ارائه شود. به خاطر داشته باشید که یادگیری این واژگان یک فرآیند مستمر است و مطالعه مقالات علمی و منابع معتبر به شما کمک می‌کند تا همواره دانش خود را به‌روز نگه دارید.