معرفی مهندسی پزشکی

مقدمه
در قرن بيستم نوآوري‌هاي تكنولوژي با چنان سرعتي در حال پيشرفت ‌است كه تقريباً در هر زمينه‌اي در زندگي انسان نفوذ كرده است. پيشرفت در مراقبت‌هاي پزشكي نيز بسيار چشم‌گير بوده است كه از جمله علل اصلي آن پيوند بين دو فضاي علمي مهندسي و پزشكي را مي‌توان برشمرد.

اين موضوع به خصوص در زمينه پزشكي و خدمات درماني مشاهده مي‌شود.گرچه هنر پزشكي سابقه طولاني دارد اما انقلاب خدمات درماني كه (بر پايه تكنولوژي مي‌باشد و) قادر به انجام محدوده وسيعي از تشخيص‌ها و درمان‌ها است تقريباً جديد مي باشد و موجب بوجود آمدن بيمارستان‌هاي بسيار مدرن به عنوان مراكز تكنولوژيكي ارايه دهنده خدمات درماني مي‌باشد.

از آنجايي كه تكنولوژي چنين اثر بزرگي بر خدمات درماني گذاشته است، متخصصين مهندسي در بسياري از جنبه‌هاي پزشكي درگير شده‌اند. در نتيجه مهندسي پزشكي به عنوان يك تلفيق كننده اين دو تخصص ديناميك ( مهندسي و پزشكي) به وجود آمده است و هدف اصلي آن مقابله با امراض و بيماري‌ها از طريق فراهم آوردن وسايلي (مانند بيوسنسور‌ها ، بيو‌مواد‌ها ، پردازش‌گر‌هاي تصوير و هوش‌مصنوعي) در جهت تحقيق ، تشخيص و درمان به وسيله متخصصان درماني مي‌باشد. بنابراين مهندسان پزشك اعضاي جديد جامعه پزشكي هستند كه به دنبال راه‌حل‌هاي جديد براي مسايل پيچيده‌اي كه جامعه مدرن امروزي با آن روبروست مي باشند.

در كشور ما هم وابستگي روزافزون به تكنولوژي مدرن درماني و پيچيده‌تر شدن انواع تجهيزات بيمارستاني و طبعاً راه‌اندازي و نگهداري از آن‌ها در مجموع باعث شده كه جامعه پزشكي و درماني ما شناخت بيشتري نسبت به رشته مهندسي پيدا كنند و نياز كشور به فارغ التحصيلان اين رشته به شدت افزايش يابد. از اين رو توسعه مهندسي پزشكي در گرايش‌هاي مختلف آن (بيومتريال، بيومكانيك، بيوالكتريك)يك امر اجتناب ناپذير به نظر مي‌رسد.

در اين سمينار مروري بر نقش تكنولوژي در خدمات درماني در جامعه امروزي و همچنين نقش مهندسان پزشكي در حال حاضر خواهيم داشت.
تاريخچه علم پزشكي
سيستم درماني قديم
انسان‌هاي اوليه بيماري‌ها را ناشي از اعمال خدايان و ارواح مي دانستند.در نتيجه درمان آنها را كار پزشكان جادو‌گر مي‌دانستند.گرچه جادو يك جز جدانشدني از مراحل درماني بود اما هنر و عمل اين پزشكان جادوگر تنها محدود به متافيزيك نمي‌شد. اين افراد با استفاده از غريزه شخصي و تجارب گذشته دانش اوليه‌اي را بر پايه قوانين تجربي بنا مي‌كردند. براي مثال از همين طريق

اعمالي مانند جا انداختن استخوان ها و استفاده از گياهان دارويي يا اعمال جراحي پيشرفت‌كرد. همان گونه كه انسان هاي اوليه ياد گرفتند كه بعضي گياهان قابل خوردن و كاشت هستند پزشكان اوليه هم طبيعت بعضي از بيماريها را مشاهده و درك كردند و آنها را به نسلهاي بعد خود انتقال دادند.
شواهد نشان مي‌دهد كه پزشكان اوليه علاوه بر درمان ساده ، به اعمالي از قبيل جراحي هم علاقه‌مند بودند. استخوانهاي جمجمه سوراخ‌شده كه در نواحي مختلف اروپا ، آسيا و آمريكاي جنوبي كشف شده‌اند شاهد اين مطلب مي‌باشد. اين سوراخ‌ها بر روي استخوان با وسايل

محكمي براي دسترسي به مغز ايجاد شده‌بودند. به نظر مي‌رسد كه هدف عمده اين اعمال جراحي جادو و باورهاي ديني بوده‌است. احتمالاً بر اين باور بوده‌اند كه اين پروسه منجر به آزاد كردن افكار و گازهاي بد و شيطاني از مغز كه منشا دردهاي شديد سر( مانند ميگرن) و يا حملات مغزي كه منجر به از حال رفتن شخص (مانند صرع) مي‌شود ، بوده است. بعضي از اين بيماران پس از عمل زنده‌مي‌ماندند . شاهد اين مطلب لبه‌هاي صاف شده استخوان سر در محل سوراخ

مي‌باشد كه نشان مي‌دهد استخوان پس از جراحي مجدداً رشد كرده ‌است. انسان‌هاي زنده مانده پس از عمل هم به جايگاه خاصي از تقدس دست مي‌يافتند به طوري كه فرضاً تكه هايي از استخوان جمجمه آنها به عنوان طلسم دور كننده حملات تشنجي به ‌كار مي رفت. اين شروعي براي تلفيق پزشكي در فرهنگ و جوامع بشري بوده‌است.
جالب است كه به سرنوشت بعضي از اين پزشكان موفق هم اشاره شود. براي مثال مصري‌ها ايمهوتپ (معمار اولين هرم در BC 3000 ) را براي قرنها محترم مي‌شمردند البته نه براي اينكه او سازنده هرم بود بلكه به اين خاطر كه يك پزشك بود.

كلمه ايمهوتپ به اين معني است كه شخصي كه ورودش موجب آرامش مي‌شود. دليل اين نامگذاري اين بود كه او به بيماران سر مي زد تا به آنها خواب راحت بدهد.

اين پزشك به قدري در كار خود مهارت داشت كه در فرهنگ مصر باستان به او لقب خداي شفا داده بودند. در افسانه‌هاي مصر باستان مانند اديان اوليه بين ارتباط سلامت بشر و متافيزيك تاكيد فراوان وجود داشته است. براي مثال به علامت افسانه‌اي Rx كه همچنان آراينده نسخه‌هاي دارويي است توجه كنيد. افسانه آن به چشم Horus برمي‌گردد. در افسانه آمده است كه Horus در كودكي بينايي خود را بر اثر حمله شيطان از دست داد. Isis‌ مادر Horus از مهمترين خداي سلامتي يعني Thoth كمك خواست و او هم توانست چشم و قدرت Horus را به او برگرداند. به همين جهت چشم Horus به عنوان سمبل شفا و محافظت خدا در نظر گرفته‌شده و سمبل آن Rx واضح‌ترين پيوستگي بين پزشكي جديد و قديم مي‌باشد.

تفكر و اعمال ايمهوتپ روي پاپيروس ضبط شده و در قبرهاي باستاني نگهداري مي‌شده‌است. در كتيبه‌اي كه توسط George Elbers‌ در سال ۱۸۷۳ بدست آمد صدها روش درماني براي عوارض مختلف از گزيدگي كروكوديل گرفته تا يبوست آورده‌شده است. در يك پاپيروس معروف ديگر مربوط به BC1700 كه توسط Edwin Smith‌ در ۱۸۶۲ كشف شد اغلب مسايل مربوط به جراحي آورده شده است. اين پاپيروس‌ها جز بهترين نوشته‌ها در تاريخ پزشكي محسوب مي‌شوند.
زمانيكه اثر مصر باستان گسترش يافت، ايمهوتپ توسط يونانيان مانند خداي سلامتي خودشان Aesculapius شناخته شد. بر طبق افسانه پدر Aesculapius آپولو است كه در يكي از ديدارهايش از زمين او را به وجود آورد. آپولو يك پدر بود و مانند بسياري از پدر و مادرهاي امروزي دوست داشت كه فرزندش پزشك شود. به همين دليل او از Chiron ، حيواني افسانه‌اي با بالاتنه انسان و پايين تنه

 

اسب، خواست كه به فرزندش علم طب را تعليم دهد. به زودي Aesculapius به قدري در پزشكي متبحر شد كه از استاد خود پيشي گرفت و به قدري خوب بيماران را مداوا مي‌كرد كه كم كم موجب كاهش محبوبيت ساير خدايان شد و به همين دليل در پي شكايات فراوان Hades و Pluto و خداي زير زمين ، در نهايت Zeus با يك صاعقه او را كشت. اين افسانه‌ها با وقايع تاريخي در هم آميخته شده اند و معلوم نيست كه آيا Aesculapius واقعا يك انسان مانند ايمهوتپ بوده‌است يا نه ولي يك مسئله واضح است و آن اينكه حتي از BC1000 پزشكي يك حرفه بسيار محترم بوده‌است. در يونان باستان معابدي براي انجام اعمال درماني وجود داشته‌اند و جز اولين بيمارستانها محسوب مي‌شوند. در اين بيمارستان ها بيماران پذيرفته شده و از نظر رواني با اعمالي نظير دعا و يا قرباني كردن براي درمان آماده ‌مي‌شدند. سپس اجازه مي‌يافتند تا از لذت خواب در معبد بهره‌مند شوند. در نيمه شب پزشكان به سراغ آنها مي‌آمدند و دستورات لازم از قبيل رژيم غذايي يا دارو را

مي‌دادند و همه اعتقاد داشتند كه اين روشها مؤثر است. از طرف ديگر اگر بيماري بهبود نمي‌يافت اعتقاد بر اين بود كه ناشي از كم ايماني خود بيمار است و خدشه‌اي به مراحل درمان وارد نمي‌شد. اين تفكر همچنان در روشهاي درماني امروزي در غالب جملهhealthy mind, healthy body كاربرد دارد.
زمانيكه امپراتوري روم در بيش از نيمي از دنيا گسترش يافت، وارث بسياري از فرهنگ‌هايي كه جذب كرده‌بود و از جمله دستاوردهاي پزشكي آنها شد. گرچه خود آنها پيشرفت كمي در اين زمينه داشتند، پس از آن به پيشرفت‌هاي زيادي در اين زمينه دست يافتند. براي مثال آنها يك سپاه پزشكي تعليم‌ ديده داشتند كه لژيون نظامي را همراهي مي‌كرد تا در مواقع جنگ و درگيري،

كمكهاي اوليه را در مورد بيماران اعمال كنند. همچنين بيمارستان‌هايي را در نقاط مختلف امپراتوري داير كردند. آنها با تصفيه آب آشاميدني ، ضدعفوني كردن غذاها و جلوگيري از شيوع بيماري‌هاي واگيردار‌ (كنترل اپيدمي) هم زندگي مدني را ممكن كردند.

در ابتدا روميها به پزشكان يوناني و هنر آنها علاقه چنداني نشان ندادند. اما پس مدتي با ديدن خدمات آنها به آنها توجه كردند و حتي قيصر روم(BC46 ) به خاطر خدمات آنها حق سكونت در شهرهاي رومي را به آنها اعطا كرد. حتي در زمانهاي قحطي كه خارجي‌ها از شهرها اخراج مي‌شدند، نه تنها اين پزشكان از شهر‌ها اخراج نمي‌شدند بلكه به آنها پيشنهاد مي‌شد كه در

شهر بمانند. جالب است بدانيم كه Galen كه مشهورترين پزشك رومي است اصلاً يوناني بوده و امپراتور به‌خاطر درمان تب همايوني به او لقب پزشك نامدار روم را داد. او شخص بسيار مغروري بود و برعكس Hippocrates تنها موارد موفقيت خود را گزارش مي‌كرد ولي با تمام اين حرف‌ها پزشك بسيار متبحري بود. براي او تشخيص يك هنر شده بود و علاوه بر بيماران خود به درخواست‌هايي كه از مناطق دور دست فرستاده مي‌شد هم پاسخ مي‌داد. وي بسيار سخت‌كوش بود و بيش از ۳۰۰ كتاب نوشت كه در آنها مشاهدات آناتوميكي خود را به علاوه موارد مشخص و داروهايي كه براي آنها تجويز كرده‌بود و همچنين لاف زدن ها و خودستايي‌هايش را ثبت كرده‌بود. با وجودي كه Galen

در زمينه پزشكي بسيار با نفوذ بود و بعدها توسط كليساي كاتوليك مورد تاييد قرار گرفت اما او در حقيقت از تحقيقات پزشكي منع شده بود ودر اين دوران ممنوعيت و عصر تاريك، كتاب‌ها و نوشته‌ها و مشاهدات او براي پزشكان و كشيشان بعد از او كتاب قانون و كتاب مقدس به حساب مي‌آمد.
رنسانس و دگرگوني‌هاي قرون پانزدهم و شانزدهم باعث كاهش نفوذ كليسا بر بيمارستان و علوم پزشكي شد. در اين دوره بر تحقيقات روي علوم طبيعي تاكيد بيشتري شد و بذر بسياري از

پيشرفت‌ها و تحقيقات بعدي هم توسط هنرمنداني چون ميكل آنژ ، رافائل دورر و نابغه بزرگ لئوناردو داوينچي كاشته‌شد. آنها به انسان به گفته جالينوس نگاه نمي‌كردند و انسان را قسمتي از طبيعت مي‌ديدند. نقاشان هنرمند آن دوره با به تصوير كشيدن انسان در سلامتي و بيماري و با دقت ريز به جزئيات قدم‌هاي بزرگي برداشتند. آن‌ها همچنين با نقاشي از انسان در زمان‌هاي خوشي و غم و … سعي داشتند اطلاعاتي را هم از احساسات انسان و رابطه آن با جسم كسب كنند. كم كم مدارس پزشكي به شكل امروزي آن مانند salerno ،bologna ، mont peliar ،padua و Oxford

درآمدند و در آنها علم پزشكي به شكلي كه Hippocrates اعتقاد داشت تدريس مي‌شد. پس از آن عصر اندازه ‌گيري شروع شد و پس از سخنراني گاليله در ۱۵۹۲ در pardua در مورد علم رياضي و اختراعات خود ( لنزهاي تلسكوپي و ترموسكوپ و …) يكي از دانشجويان آنجا Sanctorius، مطالعات قابل توجهي در مورد بدن انسان و پالس انجام داد. يكي ديگر از فارغ التحصيلان اين

موسسهWilliam Harvey ، در مورد قانون حركت گاليله و مكانيك براي مساله گردش خون مطالعاتي انجام داد. اين مطالعات كمك‌هاي فراواني به مشخص‌كردن اعمال قلب پرداختند. گاليله محققين را به روشهاي اندازه‌گيري تجربي و در نتيجه به دست آوردن نتايج كمي به جاي كيفي تشويق مي‌كرد. كم كم از دماي بدن و نرخ پالس به عنوان كمك‌هاي پزشكي به پزشكان براي تشخيص بيماري‌ها استفاده مي‌شد ولي متاسفانه از وسايل جديد در پزشكي استفاده نمي‌شد و فقط در دانشگاه‌ها بود كه گروه‌هاي دانشمندان با هم همكاري داشتند.

در سالهاي بعد سيستم پرستاري و پزشكي دچار تغييراتي شد و پزشكان متخصص و آكادميك جاي پزشكان قديمي را گرفتند. استقبال مردم هم با گذشت زمان نسبت به بيمارستان‌ها افزايش يافت و كار به جايي رسيد كه ديگر ظرفيت بيمارستان‌ها كم شد و جا براي بيماران نبود . اين موضوع مربوط به قرن هفدهم مي‌شد و كار به جايي رسيد كه فرضاً دو بيمارستان در انگلستان فقط بيماراني را كه قابل درمان بودند مي‌پذيرفتند و بقيه به حال خود رها مي‌شدند تا سرنوشت به

سراغ آن‌ها بيايد. در قرن هجدهم مساله برابري حقوق انسان ها و اينكه همه حق استفاده از امكانات درماني را دارند مطرح شد. البته همچنان بيمارستان‌ها مكان‌هاي مرگ‌آوري براي بيماران و پزشكان محسوب شده و ترس از آنها همچنان بر قلب‌هاي مردم سايه داشت. دليل اينكه ساخت بيمارستان‌ها به تاخير مي‌افتاد نيز همين بود. براي مثال اولين بيمارستان در امريكا يعني بيمارستان پنسيلوانيا تا سال ۱۷۵۱ ساخته نشد. تا قرن نوزدهم بيمارستان‌ها خدمات چندان قابل توجهي ارايه نمي‌كردند ولي پس از آن پيشرفت‌هايي حاصل شد و محيط بيمارستان‌ها نيز عوض شد و

دليل آن ادعاي فلورانس نايتينگل مبني بر اين موضوع بود كه مرگ بيماران در بيمارستان‌ها بيشتر ناشي از محيط بد بيمارستاني است تا خود بيماري‌ها. اثر فلورانس نايتينگل به حدي بود كه در نيمه دوم قرن نوزدهم تقريباً در سراسر دنيا بيمارستان‌ها به شيوه پيشنهادي او ساخته مي‌شدند و در اين شيوه هدف مراقبت از بيمار بود تا بيماري. از آن پس وضعيت بيمارستان‌ها بهتر شد ولي انقلاب به معناي واقعي در قرن بيستم به وقوع پيوست.
سيستم درماني مدرن
سيستم درماني مدرن يك پديده جديد است. تا قبل از سال ۱۹۰۰ علم پزشكي چيز زيادي براي عرضه نداشت. چون منابع اصلي آن پزشكان با تخصص آن زمان و كيف‌هاي مشكي‌اشان بود. در آن زمان پزشكان از امكانات كمي برخوردار بودند. قيمت‌ها پايين و تقاضا كم بود و بسياري از خدماتي كه توسط پزشكان و بيمارستان انجام مي‌شد، توسط پزشكان تجربي و بدون تحصيلات آكادميك هم انجام مي‌شد. بيماران به‌ جاي رفتن و بيمارستان در خانه خود درمان مي‌شدند و پرستار آنها نيز

نزديكان و اطرافيانشان بودند. در همين زمان‌ها بود كه انقلاب عظيم تكنولوژي منجر به تحول سيستم درماني شد. از قرن بيستم به بعد رشد پيشرفت‌هاي علمي بسيار صعودي شد و موجب برداشتن قدم‌هاي بزرگي در جهت اين علم نيز شد. براي مثال در سال ۱۹۰۳ آينتهون اولين ECG را گرفت كه نقطه عطفي در علوم پزشكي مربوط به قلب و همچنين اندازه‌گيري‌هاي الكتريكي محسوب

مي‌شود. از بين همه اكتشافات و اختراعات، كشف اشعه X نقطه عطف اساسي در علم پزشكي محسوب مي‌شود چون مشاهده داخل بدن انسان را براي پزشكان مقدور كرد و به پزشكان قدرت تشخيص و درمان بسياري از بيماري‌ها را داد. نقطه عطف ديگر كه مربوط به ۶۰ سال اخير است معرفي Sulfanilamide در اواسط دهه ۱۹۳۰ و Penicillin در اوايل دهه ۱۹۴۰ بود كه موجب منتفي شدن مهمترين خطر بستري شدن در بيمارستان يعني عفوني شدن شد و مرگ‌هاي ناشي از عفونت شديداً كاهش يافت. در ۱۹۰۰ گروه‌هاي مختلف خوني كشف شد و در ۱۹۱۳ از سيترات سديم براي جلوگيري از لختگي استفاده شد ولي تا سال ۱۹۳۰ كه سيستم سرمايش به شكل كنوني آن پيشرفت نكرده‌بود ساخت بانك‌هاي خون به صورت كنوني مقدور نبود و از خون به صورت همزمان استفاده مي‌شد (بلافاصله از دهنده به گيرنده انتقال پيدا مي‌كرد.)

در سال ۱۹۲۷ اولين رسپيراتور (رسپيراتور درينكر)
در ۱۹۳۹ اولين بايپس قلب-شش
در۱۹۴۰ كتتريزاسيون قلبي و آنژيوگرافي
در ۱۹۵۰ اولين ميكروسكوپ الكتروني.
پس از جنگ جهاني دوم، علم با شتاب بيشتري پيشرفت كرد و بيمارستان‌ها بسيار مجهز شدند و از پيشرفت‌هاي علمي ناشي از جنگ در علوم ديگر استفاده شد و پس از ديگر شمردن پيشرفت‌ها ممكن نيست. مسايلي كه در سال‌هاي ۱۹۳۰-۱۹۴۰ افسانه محسوب مي‌شد به واقعيت پيوست.

از ۱۹۷۰ به بعد ظهور كامپيوتر‌ها بر سرعت پيشرفت افزود و روز به روز تجهيزات مدرن‌تري وارد بازار مي‌شدند و تجهيزات قبلي به سرعت دمده مي‌شد. ورود كامپيوتر به عرضه پزشكي اعمال زيادي مثل توموگرافي يا MRI را ممكن كرد. بعد از اولين پيوند كليه در ۱۹۵۴، پيوند اعضا هم ممكن و رايج شد و در نتيجه تكنولوژي توليد اعضاي مصنوعي هم ايجاد و شروع به رشد كرد.
همه اين اعمال جراحي و مسايل در بيمارستان‌ها انجام مي‌شود. به همين جهت و بسياري

مسايل ديگر در حال حاضر بيمارستان مركز خدمات درماني محسوب مي‌شود. ثبت‌هاي سيستم‌هاي كنترل از راه دور و تله‌متري ارتباط پزشك و بيمار را بسيار ساده كرده‌است. با ايجاد يك سيستم مركزي ثبت،‌ هر كس در هر مكاني قادر به ارسال ثبت‌هاي پزشكي خود به پزشك است.
مهندس پزشك كيست؟
امروزه بسياري از مشكلاتي كه متخصصان حرفه‌اي پزشكي با آن روبرو هستند بخاطر اهميت فراوان مهندسان است؛ چون آنها با دستگاه‌ها و آناليز سيستم‌ها و طراحي و كاربردهاي عملي عميقاً درگير هستند و همه اين موارد كه در هر زمينه‌اي به چشم مي‌خورند، از تخصصهاي پايه‌اي مهندسين هستند. اين مسايل طراحي كلينيكي در محدوده‌ي وسيعي، از ساخته هاي بسيار بزرگ و پيچيده مانند طراحي و ساخت آزمايشگاه‌هاي بزرگ و اتوماتيك پزشكي و يا سيستم اطلاعات بيمارستان، تا ساخت دستگاه‌هاي كوچك و ساده مانند الكترود هاي ثبت و مبدل‌ها ( كه ممكن است براي نمايش يك فعاليت خاص فيزيولوژيكي و يا در تحقيقات كلينيكي استفاده شوند) را شامل مي‌شوند. همچنين شامل بسياري از فعاليت‌هاي پيچيده مانند تله‌متري و مانيتورينگ از راه دور و يا

تجهيزات لازم براي اتاق‌هاي جراحي و واحدهاي مراقبت ويژه (ICU) يا آمبولانس‌ها نيز مي‌شوند. سيستم مراقبت درماني امريكا بسياري از مسايل پزشكي را كه در رابطه با تخصص‌هاي مختلف پزشكي است وظيفه مهندسين پزشك مي‌داند. مهندسين پزشكي با بسياري از مسايل مربوط به مراقبت‌هاي درماني از طريق مهارت‌هاي مهندسي خود (مهندسان برق، مكانيك،‌ شيمي) ارتباط

برقرار مي‌كنند مثلاً ممكن است با استفاده از مهارت‌هاي مهندسي خود يك سيستم تصويرگر جديد بسازند و يا به پيشرفت يك پروتز براي كمك به معلولين، استفاده كنند. گرچه ممكن است در نگاه اول مواردي كه اين تخصص شامل آنها مي‌شود بسيار واضح باشند اما هنوز هم در تعريف آن در بسيار از موارد عدم توافقاتي ديده مي‌شود. براي مثال در دايركتوري bioengineering همه اين اصطلاحات تعريف شده‌اند: biomedical engineering, bio engineering, biological engineering, clinical engineering .