Elemente de inginerie medicală

1. INTRODUCERE

Ingineria biomedicala studiaza aparatura de investigare, terapie, monitorizare si de laborator utilizata în biologie si în medicina, precum si principiile, metodele si tehnicile care stau la baza exploatarii acestei aparaturi. Ingineria biomedicala creeaza modele functionale, aparatura medicala, implanturi si proteze mecanice, organe artificiale. De asemenea, Ingineria medicala presupune nu numai producerea de echipamente biomedicale performante, ci si utilizarea acestor echipamente în conditii de calitate a actului medical si de securitate pentru pacient si personalul medical.

Cele mai simple actiuni ale vietii de zi cu zi constituie obiect de studiu pentru specialistii din domeniul Bioingineriei (biologi, fizicieni, ingineri si medici). Progresele obtinute în domeniul Bioingineriei constituie rezultatele muncii în echipa a bioinginerilor si a medicilor.

Ramurile ingineriei biomedicale conform clasificarii IEEE - EMBS (Societatea de Inginerie în Medicina si Biologie ) sunt:

- Biomecanica - studiaza mecanica fluidelor (simularea functionarii aparatelor cardiovascular si urinar, analize de laborator, tratamente specifice - hemodializa) si mecanica corpului solid (studiul functionarii aparatului locomotor, implantare si protezare, osteosinteza fracturilor). Un capitol aparte al Biomecanicii îl constituie tehnicile sportive, îmbunatatirea performantelor sportivilor.

- Biomateriale - studiaza aparatura medicala de interventie (ace, electrozi, instrumentar operator, etc.), protezele anatomice (implanturi, interventtii stomatologice) din punct de vedere al calitatii materialelor utilizate, în special al biocompatibilitatii.

- Biotehnologii medicale - se refera mai ales la proiectarea, producerea si utilizarea de materiale noi (instrumentatie, medicamente, etc), elaborarea de tehnologii terapeutice.

- Biosenzori - se ocupa cu detectarea semnalelor (informatiilor) fiziologice si convertirea lor în semnale tehnice standardizate, de cele mai multe ori electrice, pentru a fi cuantificate.

- Modelarea, simularea si controlul sistemelor biologice - urmareste stabilirea unor teorii cat mai riguroase privind mecanismele de desfasurare a proceselor fiziologice si modelarea matematica a acestora în scopul limitarii experimentelor in vivo.

- Instrumentatie biomedicala  în strânsa legatura cu domeniul biosenzorilor si biomaterialelor; vizeaza cresterea calitatii si sigurantei investigatiilor medicale utile în diagnosticare, interventiilor terapeutice si chirurgicale, monitorizarea actului medical, etc.

- Analiza semnalelor în medicina si biologie - prelucreaza si analizeaza statistic semnalele înregistrate prin diferite masurari în scopul extragerii maximului de informatie utila în diagnosticare si monitorizare.

- Bioingineria de recuperare - prezinta aspecte terapeutice prin procedurile medicale recuperatorii (balneo si fizioterapie, stimulare electrica si magnetica) asistate de aparatura specializata, dar si de protezare, în acord cu domeniile biomaterialelor si biosenzorilor).

- Implanturi - proteze si organe artificiale - domeniu strâns legat de cel al biomaterialelor si al simularii si modelarii fiziologice, având drept scop înlocuirea unor segmente anatomice cu structuri similare artificiale; se pun probleme de compatibilitate functionala si toleran-s din partea organismului. Implanturile se pot clasifica din punct de vedere functional în implanturi active (organele artificiale) si implanturi pasive (protezele).

- Efecte biologice ale câmpului electromagnetic - interactiunea dintre organismele vii si câmpurile electrice si magnetice din mediu este un proces continuu si din ce în ce mai accentuat prin dezvoltarea civilizatiei moderne; se pot pune în evidenta atât influente negative (poluare electromagnetica), cât si benefice (terapeutica medicala în mediu electromagnetic); apar probleme de dozare si control în expunere.

- Informatica medicala - prezinta mai multe aspecte:

- gestiune de date în cadrul evidentei institutiilor medicale (personal, financiar, fise medicale, foi de tratament, etc.);

- baze de date cu informatii medicale accesibile unor comunitati medicale extinse (telemedicina, colectie radiologica stocata în imagini, dictionar ECG, colectii de imagini tomografice, etc);

- asistenta computerizata în desfasurarea sau pregatirea interventiilor clinice - monitorizare, modelare;

- utilizarea facilitatilor multimedia în scop informational si educativ.

- Imagistica medicala - metoda moderna si tot mai raspandita de diagnosticare medicala (CT, RMN, ultrasunete, etc) se asociaza modelarii matematice si este deosebit de utila în cercetarea medicala.

- Inginerie clinica - vizeaza proiectarea si dezvoltarea de facilitati în domeniul medical (aparatura, constructii, tehnici terapeutice, etc.) oferind solutii tehnice problemelor ridicate de medici.

1.2. Clasificarea aparatelor medicale

O categorie importanta a aparatelor medicale o constituie aparatele electronice, dotate cu calculatoare si software-uri specializate. Acestea permit obtinerea rezultatului imediat, ofera posibilitatea explorarii nedistructive, în majoritatea situatiilor, precum si transmiterea, stocarea informatiilor în baze de date si monitorizarea în timp a investigatiilor efecuate. De asemenea, acest tip de ararate nu influenteaza activitatea biosistemelor.

În prezent, o alta categorie de aparate biomedicale din ce în ce mai raspândite, o constituie aparatele purtate de individ, respectiv cele care pot fi utilizate la domiciliul pacientului pentru controlul parametrilor fiziologici, respectiv pentru tratament (termometre, tensiometre, aparate pentru glicemie, aparate pentru dializa, etc).

Rezultatele spectaculoase obtinute cu aparatele biomedicale moderne sunt datorate utilizarii computerelor.

Principalul criteriu dupa care pot fi clasificate aparatele medicale consta în scopul pentru care acestea sunt folosite. Astfel, din punct de vedere al destinatiei, aparatele biomedicale pot fi grupate în:

. Aparatura de laborator, destinata efectuarii diferitelor teste microbiologice, în scopul stabilirii unui diagnostic sau pentru cunoasterea structurii si proprietatilor biochimice sau biofizice, a parametrilor fiziologici pentru anumiti compusi chimici sau probe prelevate din diferite organe: analizoare hematologice, analizoare biochimice, fotometre, analizoare imunologice, ;

. Aparatura pentru diagnostic si cercetare (aparatura pentru explorari functionale), destinata investigarii organismului uman, în scopul cunoasterii starii normale sau patologice a acestuia: termometre, stetoscoape, fonocardiografe, electrocardiografe, electroencefalografe, electromiografe, electroretinografe, aparate pentru masurarea conductivitatii pielii, reografe de impedanta pulmonara sau vasculara, aparate Rötgen, etc; tensiometre, otoscoape, oftalmoscoape, laringoscoape, glucometre, etc.

. Aparatura pentru terapie, destinata tratamentului unei anumite afectiuni: stimulatoare ale sistemului nervos sau muscular,, bai de curent continuu, aparate pentru electroliza, aparate pentru electroforeza, aparate pentru diatermie cu unde scurte sau microunde, ionizatoare, aparate cu raze X, cu radiatii Gamma sau cu fascicule de electroni, generatoare de infrarosii, generatoare de ultraviolete, vibratoare, aparate de masaj, aparate laser, aparate pentru hemodializa, aparate pentru fizioterapie (ultrasunete, microunde, unde scurte, laser, vacuum, magnetice, etc), unituri dentare, aparate aerosoli, etc;

. Aparatura si instrumentar pentru chirurgie, destinata interventiilor chirurgicale: bisturie, aparate pentru electrocauterizare (elecrocautere si electrobisturie), laparoscoape, mese de operatie, lampi scialitice, aspiratoare chirugicale, instalatii pentru apa sterila, etc;

. Aparatura pentru anestezie, destinata proceselor de anestezie si monitorizarii pacientului pe perioada anesteziei: ventilatie paturi A.T.I., monitoare, defibrilatoare, pulsoximetre, etc.

. Aparatura pentru monitorizare;

. Aparatura pentru sterilizare, destinata sterilizarii instrumentarului utilizat în interventiile medicale: autoclave, pupinele, etc;