مهندسی زیست پزشکی

مهندسی پزشکی

مهندسی زیست پزشکی زیرمجموعه ای از مهندسی زیستی است که از بسیاری از اصول مشابه استفاده می کند، اما بیشتر بر کاربردهای پزشکی پیشرفت های مهندسی مختلف تمرکز دارد. برخی از کاربردهای مهندسی زیست پزشکی عبارتند از:

بیومتریال - طراحی مواد جدید برای کاشت در بدن انسان و تجزیه و تحلیل تأثیر آنها بر بدن.

مهندسی سلولی – طراحی سلول‌های جدید با استفاده از DNA نوترکیب و توسعه روش‌هایی که به سلول‌های طبیعی اجازه می‌دهد به مواد زیستی کاشته‌شده مصنوعی بچسبند.

مهندسی بافت – طراحی بافت‌های جدید از بلوک‌های ساختمانی بیولوژیکی پایه برای تشکیل بافت‌های جدید

اندام های مصنوعی - کاربرد مهندسی بافت در کل اندام ها

تصویربرداری پزشکی - تصویربرداری از بافت ها با استفاده از اسکن CAT، MRI، سونوگرافی، اشعه ایکس یا سایر فناوری ها

اپتیک پزشکی و لیزر - کاربرد لیزر در تشخیص و درمان پزشکی

مهندسی توانبخشی - طراحی دستگاه ها و سیستم های مورد استفاده برای کمک به معلولان

رابط انسان و ماشین - کنترل ربات‌های جراحی و سیستم‌های تشخیصی و درمانی از راه دور با استفاده از ردیابی چشم، تشخیص صدا و کنترل‌های ماهیچه‌ای و امواج مغزی

عوامل انسانی و ارگونومی – طراحی سیستم هایی برای بهبود عملکرد انسان در طیف وسیعی از کاربردها

طیف سنجی فلورسانس

طیف سنجی فلورسانس

FS اطلاعاتی در مورد وضعیت متابولیسم سلولی ارائه می دهد، چیزی که در حضور بدخیمی ها تغییر می کند و می تواند برای تشخیص سرطان و تجسم پیشرفت آن یا اثربخشی درمان های ضد سرطان استفاده شود.

تشخیص بلادرنگ بیماری با استفاده از فناوری اپتیک

تشخیص زودهنگام برای پیامدهای بیماری در همه بیماری ها مهم است. برای برخی، مانند انواع خاصی از سرطان، شروع زودهنگام درمان می تواند به طور قابل توجهی شانس کلی بقا را افزایش دهد. در دهه‌های اخیر، توسعه ابزارهای تشخیصی جدید حساس‌تر، تجویز را در شناسایی علائم اولیه بیماری آسان‌تر و مؤثرتر کرده است. این ابزارها به کانون اصلی تحقیقات پزشکی تبدیل شده اند.

تشخیص بیماری نیز در پیشگیری از شیوع بیماری های عفونی مهم است. همه‌گیری COVID-19 نقش ابزارهای تشخیصی مانند جریان جانبی و آزمایش‌های PCR را برجسته کرده است. اینها در سرتاسر جهان به عنوان اقدامات ایمنی مورد استفاده قرار گرفته‌اند که اجازه می‌دهد محدودیت‌ها با خیال راحت کاهش یابد و رفتار اجتماعی به حالت عادی از سر گرفته شود.

در آغاز همه‌گیری، بدون هیچ روش قابل دسترسی برای تشخیص بیماری، بسیاری از جهان در محدودیت‌های شدید از جمله قوانین ماندن در خانه قرار گرفتند. روش‌های تشخیص بیماری مانند روش‌هایی که برای جلوگیری از گسترش COVID-19 استفاده می‌شوند، احتمالاً نقش مهمی در پیشگیری از همه‌گیری‌ها و همه‌گیری‌های آینده خواهند داشت.

فناوری اپتیک فعلی برای تشخیص بیماری در زمان واقعی

هنگامی که نور در معرض بافت بیولوژیکی قرار می گیرد، به روش های مختلفی با آن تعامل می کند. نور ممکن است به صورت الاستیک یا غیر الاستیک پراکنده شود، منعکس شود، جذب شود یا فلورسانس کند.

دانشمندان روش هایی را برای تجزیه و تحلیل موثر این فعل و انفعالات ایجاد کرده اند تا بینش ارزشمندی را در مورد فعالیت بیولوژیکی که در داخل بدن رخ می دهد در بافت ارائه دهند. در طول سال‌ها، نوآوری‌ها در چنین فناوری‌هایی به دانشمندان این امکان را داده است که بیماری‌ها را بدون نیاز به بیوپسی تهاجمی تشخیص دهند.

فیبرهای نوری نور تابشی موضعی را از طریق ابزارهای کم تهاجمی مانند آندوسکوپ ارائه می دهند. در چند دهه اخیر، پیشرفت‌های چشمگیری در تکنیک‌های طیف‌سنجی نوری صورت گرفته است و تعداد زیادی از آزمایش‌های پزشکی و بالینی کارآیی آنها را ثابت کرده‌اند.

تکنیک‌های طیف‌سنجی نوری موجود در حال حاضر، طیف‌سنجی پراکندگی نوری الاستیک (EOSS)، طیف‌سنجی فلورسانس (FS)، و طیف‌سنجی رامان (RS) هستند.

لیزرهای فیبر

لیزرهای فیبر که معمولاً برای روش های  آندوسکوپی برای بازرسی حفره ها یا اندام های بدن استفاده می شود، معمولاً از فیبر نوری استفاده می کنند. با این حال، مواردی وجود دارد که تنظیمات نوری حجیم خارجی با سیستم‌های فیبر کوپلینگ ترکیب می‌شوند. 

تصویربرداری چند منظوره

در دو دهه گذشته، فن آوری های نوری تک تک، از آزمایشگاه به آن منتقل شده اند

پروفیل اسپکتروسکوپی in vitro و in vivo با اطلاعات تشخیصی در زمان واقعی. اخیر

پیشرفت در تصویربرداری چند منظوره نشان داده است که وعده داده شده است که بیشتر افزایش یابد

مشخص کردن بافت ها و جمع آوری بیومارکرهای اضافی و متعامد. علاوه بر این،

ترکیب با روش های پیشرفته محاسباتی، مانند یادگیری ماشین و

رویکردهای هوش مصنوعی، علاوه بر این، ترجمه فوتونیک ها را بهبود می بخشد

سرعت و دقت تشخیصی با کاهش اطلاعات پیچیده و پیچیده و

آن را بیشتر قابل دسترسی است

در این مسئله ویژه ما از ارسال ها استفاده می کنیم که بر تحولات اخیر تمرکز می کنند

دستاوردها در پیاده سازی های بیوفوتونیک چندجمله ای و ترجمه این روش ها.

هدف این است که یک مرور کلی از پیشرفته در مورد ترکیبی از روش های نوری ارائه شود

اپتیک های زیست پزشکی، از جمله توسعه ابزار، برنامه های کاربردی بالینی و پیش از بالینی،

همبستگی داده ها و تجزیه و تحلیل و جنبه های نظارتی برای ترجمه. بررسی های موضعی نیز

خوش آمدی.

محدوده موضوع ویژه شامل موارد زیر است اما محدود به موضوعات زیر نیست:

• طیف سنجی رامان

• تصویربرداری رومان منسجم (CRI)

• توموگرافی انسجام نوری (OCT)

• تصویربرداری طول عمر فلورسانس (FLIM)

• تصویربرداری فلورسنت

• میکروسکوپ غیر خطی و آندوسکوپی، E.G. SHG، TPEF، CARS، THG

• یادگیری ماشین و روش های یادگیری عمیق برای تشخیص و تجزیه و تحلیل تصویر

• optoacoustic (OA)

• تصویربرداری کنتراست Speckle لیزر

• روش های اسپکتروسکوپی پراکنده

توموگرافی انسجام نوری

چگونه میکروسکوپ الکترونی کار می کند؟

میکروسکوپ الکترونی (EM) یک روش تجربی است که برای ضبط تصاویر با وضوح بالا از نمونه های میکروسکوپی استفاده می شود. این یک تکنیک قدرتمند برای مطالعه ساختار دقیق نمونه های بیولوژیکی مانند بافت ها و سلول ها است.

میکروسکوپ های الکترونی در محدودیت های میکروسکوپ های نور بهبود می یابند. از لحاظ تاریخی، میکروسکوپ های نور برای اندازه گیری و مطالعه ساختار نمونه های ارگانیک استفاده شد. یکی از معایب عمده میکروسکوپ های نوری پدیده پراش نور است. پراش نور محدودیتی در مورد چگونگی به وضوح یک نمونه میکروسکوپی را می توان تصویر کرد.

تصویربرداری نوری و میکروسکوپ - تکنیک ها و سیستم های پیشرفته

این متن در مورد سیستم های نوری معاصر برای محققان و مهندسان نوری، دانشجویان فارغ التحصیل و میکروسکوپ های نوری در علوم زیستی و زیست پزشکی در نظر گرفته شده است. این ویرایش دوم شامل دو فصل کاملاً جدید است. علاوه بر این، بیشتر فصل های چاپ اول بازبینی و به روز شده اند. این کتاب از سه بخش تشکیل شده است: بخش اول درباره سیستم‌های نوری با دیافراگم بالا، که ستون فقرات میکروسکوپ‌های نوری را تشکیل می‌دهند، بحث می‌کند. به عنوان مثال، فصل جدیدی در ویرایش دوم در زمینه نوظهور لنزهای پراش دیافراگم عددی بالا است که به نظر می‌رسد نوید خاصی در بهبود تصحیح لنزها دارد. در این بخش توجه ویژه ای به ذخیره سازی داده های نوری می شود. بخش دوم در مورد استفاده از تکنیک های نوری غیر خطی، از جمله تحریک نوری غیرخطی (فلورسانس بازتاب داخلی کل، تولید هارمونیک دوم و سوم و میکروسکوپ دو فوتونی) و طیف سنجی غیر خطی (CARS) است. بخش پایانی کتاب تکنیک‌های متفرقه‌ای را ارائه می‌کند که یا بدیع یا شناخته شده هستند، اما کاربردهای جدیدی پیدا می‌کنند. نمونه دومی، میکروسکوپ نیروی فوتونیکی است که اکنون به سرعت در حال تبدیل شدن به یک ابزار مهیج و ضروری برای نور دادن به عملکرد درونی سلول‌های خاص یا اندازه‌گیری خواص نانومکانیکی تک مولکول‌ها است.

توموگرافی انسجام نوری (OCT)

توموگرافی انسجام نوری (OCT)

بر پیشرفت ها و کاربردهای جدید توموگرافی انسجام نوری (OCT) تمرکز می کند.

موضوعات اصلی این جلسه منابع نور OCT جدید، پروب‌های تصویربرداری و سیستم‌ها، الگوریتم‌های پردازش تصویربرداری و مدل‌سازی محاسباتی، فناوری‌های چندوجهی، کاربردهای پایه و ترجمه هستند.

طیف سنجی بالینی

طیف سنجی بالینی

خواص نوری بیماری

طیف سنجی درون حیاتی برای کاربردهای بالینی

تکنیک ها و کاربردهای تصویربرداری فراطیفی در پزشکی

مدل سازی انتشار نور و خواص نوری