معرفی نرم‌افزارهای کاربردی گرایش بیومکانیک

مهندسی پزشکی که به میان رشته‌ای بودن مشهور است از چندین گرایش تشکیل شده است که یکی از گرایش‌های مهم و پرکاربرد آن گرایش بیومکانیک Biomechanics خواهد بود. هدف اصلی این گرایش، مطالعه ساختار، حرکت و عملکرد جنبه‌های حرکتی یک سیستم بیولوژیک خواهد بود که تمام ارگان‌های بدن حتی سلول‌ها را در بر می‌گیرد.

مهندسی بیومکانیک یا به بیانی دیگر بیومکانیک، به بررسی علم مکانیک در علوم پزشکی نیز می‌پردازد. به طور خلاصه، مهندسی بیومکانیک کاربرد ِترکیبی از اصول مهندسی مکانیک و علوم بیولوژیکی است و این‌که چگونه می توان از هر دو برای بهبود کیفیت زندگی انسان‌ها بهره گرفت یکی از اهداف این پروژه خواهد بود. در این مقاله قصد داریم شما را با نرم‌افزارهای کاربردی در بیومکانیک آشنا کنیم.

آشنایی با نرم‌افزارهای پرکاربرد در بیومکانیک

نرم‌افزارهای کاربردی و پرمخاطب در بیومکانیک را می‌توان به پنج دسته زیر تقسیم نمود که به تفصیل نیز در ادامه بیان خواهند شد:

1. نرم‌افزارهای طراحی مکانیکی مانند CATIA و Solidworks
2. نرم‌افزارهای طراحی بیولوژیکی مانند Mimics و 3D Slicer
3. نرم‌افزارهای اصلاح هندسی سطوح بافت‌های بیومکانیکی مانند Meshmixer و Hypermesh
4. نرم‌افزارهای تحلیلی مانند ABAQUS، ANSYS، COMSOL
5. نرم‌افزارهای آنالیز حرکت مانند kinovea، Opensim، anybody

نرم‌افزارهای طراحی مکانیکی

یکی از اهداف اصلی گرایش بیومکانیک، طراحی قطعات و تجهیزات مورد استفاده در این حوزه خواهد بود. نرم‌افزارهای طراحی مکانیکی به مهندسان این امکان را می‌دهد که مدل‌های دقیق‌تری از سیستم‌های بیولوژیکی ایجاد کرده و آن‌ها را تحلیل نمایند. این نرم‌افزارها به بهبود طراحی و عملکرد دستگاه‌های پزشکی، پروتزها و سایر تجهیزات بیومکانیکی کمک می‌کنند. یک مورد از این نرم‌افزارهای تخصصی طراحی در اینجا آورده شده است:

• نرم‌افزار Solidworks

شما برای تولید یک تجهیز یا قطعه‌ی پزشکی نیاز به ایجاد یک مدل دارید که از لحاظ فنی و ابعادی به دقیق‌ترین شکل ممکن باشد. نرم‌افزار سالیدورک (SOLIDWORK) توسط میلیون‌ها طراح و مهندس در صدها هزار شرکت مورد استفاده قرار می‌گیرد. سالیدورک از طراحی پارامتریک استفاده می‌کند، این بدان معنی است که طراح می‌تواند ببیند چگونه تغییرات بر اجزای متصل یا حتی طراحی کلی تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال اگر اندازه یک جزء افزایش یابد، این امر بر مفصل یا سوراخی که به آن متصل است تأثیر می‌گذارد.

نرم‌افزارهای طراحی بیولوژیکی

در حیطه‌ی بیومکانیک، نرم‌افزارهای تخصصی مانند Mimics و 3D Slicer نقش مهمی در تحلیل و مدل‌سازی ساختارهای بیولوژیکی ایفا می‌نمایند. این نرم‌افزارها به کمک پژوهشگران و مهندسین می‌آیند تا داده‌های تصویربرداری پزشکی را به مدل‌های سه‌بعدی دقیق تبدیل کنند و آن‌ها را برای شبیه‌سازی‌های آینده آماده نمایند.

• نرم‌افزار میمیکس (Mimics)

نرم‌افزار Mimics به صورت تخصصی برای پردازش تصاویر پزشکی و ایجاد مدل‌های سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نرم‌افزار از تصاویر سطح مقطع دو بعدی پزشکی مانند توموگرافی محاسباتی و تصویربرداری رزونانسی مغناطیسی برای ایجاد مدل‌های سه بعدی استفاده می‌کند. این مدل‌های سه بعدی می‌توانند مستقیماً برای ساخت نمونه سازی سریع، مدل CAD، شبیه‌سازی‌های جراحی و تحلیل‌های مهندسی مورد استفاده قرار گیرند.

• نرم‌افزار 3D Slicer

این نرم‌افزار یک پلتفرم نرم‌افزاری متن‌باز برای اطلاعات تصویری پزشکی، پردازش تصویر و تجسم سه‌بعدی است که گزینه‌های پیشرفته‌ای برای بررسی ساختارهای آناتومیکی پیچیده را به کاربران ارائه می‌دهد.

نرم‌افزارهای اصلاح هندسی

در دسته‌ی اصلاح هندسه سطوح می‌توان از ترکیب نرم‌افزارهای Meshmixer و Hypermesh به طراحی‌های فوق‌العاده‌ حرفه‌ای در حوزه ارتوپدی و توان‌بخشی (مانند ارتز، پروتز، اگزواسکلتون، ایمپلنت و ابزارهای مکانوتراپی) دست یافت.

• نرم‌افزار Hypermesh

HyperMesh در زمینه تحلیل المان محدود (FEA) کاربرد بسیاری دارد اما یکی از مهم‌ترین وظایف آن در تقسیم‌بندی و مش بندی مدل‌ها خواهد بود که جزئیات دقیقی از ساختارهای بیولوژیکی را در مدل‌ها لحاظ می‌نماید. این نرم‌افزار به صورت تخصصی و در قالب یک دوره‌ی جامعه با حضور نرم‌افزارهای میمیکس و کتیا در گروه آموزشی پارس پژوهان برای علاقه‌مندان این حیطه آماده شده است.

نرم‌افزارهای تحلیلی

نرم‌افزارهای کاربردی تحلیلی که به تحلیل المان محدود نیز معروف هستند عمدتاً به مش‌بندی بافت‌ها، تحلیل‌های مختلف استاتیکی، شبه استاتیکی، دینامیکی و ضربه می‌پردازند. شبیه‌سازی در این فضای نرم‌افزاری نقش مهمی در پیشبرد بسیاری از اهداف تحقیقاتی و آزمایشگاهی ایفا می‌نماید.

• نرم‌افزار ABAQUS

آباکوس (Abaqus) یکی از نرم‌افزارهای پیشرفته و معتبر در زمینه تحلیل المان محدود (FEA) است که در حوزه بیومکانیک قابلیت مدل‌سازی و شبیه‌سازی دقیق از انواع مواد و بافت‌های بدن را فراهم می‌نماید. این نرم‌افزار امکان تجزیه و تحلیل دقیق از رفتار مکانیکی و دینامیکی ساختارهای بیولوژیکی و دستگاه‌های پزشکی را نیز ممکن می‌سازد.

نرم‌افزارهای آنالیز حرکت

این نرم‌افزارها برای تحلیل دقیق حرکت در قسمت‌های مختلف بدن انسان کاربرد ویژه‌ای دارند و به بهبود طراحی‌های پزشکی و ورزشی از این طریق کمک می‌نمایند. انتخاب نرم‌افزار مناسب از میان چندین برنامه‌ی محبوب در این حیطه بستگی به نیازهای خاص پروژه و روند آن تحلیل خواهد داشت.

●        نرم‌افزار  kinovea

 Kinovea یک نرم‌افزار تجزیه و تحلیل حرکت در افراد است که برای محاسبه، ذخیره، تجزیه و تحلیل علمی و آماری حرکت‌های استاتیک و دینامیک بدون نیاز به تهیه تجهیزات و وسایل گران قیمت به کار می‌رود.

●        نرم‌افزار Opensim

این نرم‌افزار متن‌باز برای شبیه‌سازی، مدل‌سازی و آنالیز در زمینه بیومکانیک است. هدف این نرم‌افزار ارائه ابزار رایگان و گسترده برای تحقیق در زمینه بیومکانیک و علم کنترل موتور خواهد بود.  Opensim طیف گسترده‌ای از مطالعات در مورد آنالیز دینامیک راه رفتن، عملکردهای ورزشی، شبیه‌سازی روش‌های جراحی، آنالیز عملکرد مفاصل، طراحی دستگاه‌های پزشکی و شبیه‌سازی حرکات انسان‌ها و حیوانات را مورد پژوهش قرار می‌دهد.

●        نرم‌افزار anybody

نرم‌افزار مدل‌سازی Anybody می‌تواند رفتار مکانیکی بدن انسان در حین ارتباط با محیط را مدل‌سازی نماید که در آن محیط به صورت نیروهای خارجی و شرایط مرزی تعریف می‌شود و کاربر می‌تواند تعدادی از اطلاعات ضبط شده و یا حالت‌هایی از نحوه قرار گرفتن بدن را به مدل اضافه کند. نمونه‌های مدل‌سازی شده در این نرم‌افزار به صورت آزمایشگاهی تأیید شده‌ و مقالات علمی قابل توجهی در زمینه مهندسی پزشکی به آن ارجاع داده شده‌اند، لذا برای بیشتر پروژه‌های مهندسی پزشکی جهت مدل‌سازی و شبیه‌سازی بیومکانیکی از نرم‌افزار Anybody استفاده می‌شود.

بیشتر بخوانید: " پردرآمدترین گرایش رشته مهندسی پزشکی"

موقعیت‌های شغلی برای هر نرم‌افزار

تمام نرم‌افزارهایی که تا این لحظه با آن‌ها آشنا شدید، می‌توانند یک جایگاه شغلی و اجتماعی مناسب با درآمد چشمگیری را نیز برای شما به ارمغان آوردند. در هر یک از نرم‌افزارهای بیومکانیکی می‌توانید حیطه‌ی مورد علاقه‌ی خود را که امکان رشد خود را در آن مشاهده می‌کنید، انتخاب نمایید و با گذراندن دوره‌های تخصصی، مهارت و توانایی لازم برای موفقیت را به دست آورید.

این مهارت‌ها و موقعیت‌های شغلی ذکر شده بدون تقویت و یادگیری میسر نخواهد شد. شما می‌توانید با شرکت در دوره‌های مهندسی پزشکی گروه آموزشی پارس پژوهان، این دوره‌های آموزشی را به شکل ویژه فقط برای گرایش بیومکانیک فرا بگیرید. این گروه آموزشی با بهره‌گیری از اساتید مجرب امکان یادگیری قوی‌ترین نرم‌افزارهای حوزه‌ی بیومکانیک را برای علاقه‌مندان این رشته فراهم نموده است. از جمله دوره‌های مهم این گرایش که در پارس پژوهان تدریس می‌شوند می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• دوره آموزش تحلیل کامل بیومکانیکی
• دوره سالیدورک مقدماتی
• دوره نرم‌افزار اپن سیم
• دوره آباکوس مقدماتی
• دوره هایپرمش
• دوره میمیکس

مهندسین می‌توانند در کلاس‌های حضوری و آنلاین این مجموعه شرکت نمایند و با تماس با شماره تلفن 021-88322992 از دوره‌های این مجموعه با خبر شوند.

جمع بندی

در سال‌های اخیر نرم‌افزارهای کاربردی در بیومکانیک افزایش یافته اند، اما یادگیری برخی از آن‌ها که کاربرد بالایی دارند و از ماژول‌های تخصصی‌تری تشکیل شده‌اند پیشنهاد می‌گردد. دانش‌پژوهان با توجه به حوزه کاری و تحقیقاتی خود می‌توانند یک یا چند مورد از این نرم‌افزارها را به طور ویژه آموزش ببینند و بعد از یادگیری آن‌ها وارد بازار کار شده و از این طریق به درآمد برسند.

نویسندگان : سمانه خان بیگی، کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی- صالحه علی پور, کارشناس ارشد مهندسی پزشکی