قلب مصنوعی چگونه کار می کند؟

باور کردنش سخت است، اما قلب انسان در طول حیاتش به طور متوسط 2.5 میلیارد بار می تپد و روزانه حدود ۲۰۰۰ گالن خون پمپاژ می کند. با این حال، ممکن است که این عضو پرتلاش و حیاتی، بنا به دلایل مختلف، از انجام وظیفه خود ناتوان بماند. در این زمان است که درمان‌های دارویی و جراحی، مانند پیوند قلب و یا در مواردی جایگزین کردن این اندام برای بیمار امری ضروری است.متأسفانه تعداد بیماران نیازمند پیوند قلب بسیار زیاد است و بسیاری از آنها جان خود را در صف انتظار اهدای این اندام حیات بخش از دست می دهند.پیوند مهندسی و پزشکیدر یازدهم تیر 1380 آبیوکور (AbioCor)، اولین قلب مصنوعی کاملاً مستقل به جای قلب طبیعی پیوند زده شد. این عمل جراحی در لوئیزویل، در ایالت کنتاکی آمریکا، انجام شد و امید به زندگی بیماران نارسایی قلبی را تا دو برابر افزایش داد.آبیوکور یک دستگاه پزشکی بسیار پیچیده است که بر پایه پمپ هیدرولیکی کار می کند. این قلب مصنوعی از تیتانیوم و پلاستیک ساخته شده و 4 بخش دهلیز راست و چپ، آئورت و شریان ریوی را به هم متصل می کند. این مجموعه در حدود 900 گرم وزن دارد و ابعاد آن به اندازه یک پرتقال است.تعداد ضربان قلب یک انسان بالغ به طور متوسط بین ۶۰ تا صد بار در دقیقه است. انقباض در دو مرحله انجام می شود: در ابتدا دهلیز راست و چپ همزمان منقبض می شوند و خون به بطن های راست و چپ هدایت می شود؛ و در مرحله دوم بطن ها منقبض شده تا خون به خارج از قلب فرستاده شود. بعد از یک مدت کوتاه ماهیچه قلب مجدداً از خون پر شده تا این فرآیند تکرار شود.در بیمارانی که از قلب مصنوعی جدید استفاده می‌کنند، قلب مصنوعی جایگزین بطن‌ها می‌شود و دهلیزها هنوز در جای خود باقی‌ می ماند؛ بنابراین در مرحله اول از فرایند پمپاژ خون، همچنان دهلیزهای قلب طبیعی، به‌طور هم‌زمان منقبض می‌شوند و خون را به خارج از قلب می‌فرستند. اما مرحله دوم متفاوت با قلب طبیعی انجام می‌شود. از آنجا که نحوه طراحی قلب مصنوعی به صورتی است که در هر لحظه خون را تنها به یکی از دو بطن می‌فرستد، ابتدا خون به ریه‌ها فرستاده شده، سپس به سایر نقاط بدن پمپ می‌شود. قلب مصنوعی قادر است خون را با نرخ ده لیتر در دقیقه پمپ کند که برای فعالیت‌های روزانه کافیست.قلب مصنوعی شبیه یک پمپ هیدرولیک صنعتی است. در این نوع پمپ نوعی ماده تراکم ناپذیر جریان دارد که وظیفه انتقال نیرو از نقطه ای به نقطه دیگر را بر عهده دارد. دریچه ورودی باز و بسته شده تا با ایجاد اختلاف فشار، این مایع هیدرولیک جریان یابد. با حرکت مایع به سمت راست، خون از درون بطن مصنوعی به سمت ریه ها پمپ شده و با حرکت آن به سمت چپ، خون به سایر اندام ها فرستاده می شود.انرژی لازم برای این عمل توسط دو باتری داخلی و خارجی تأمین می شود. باتری داخلی در داخل شکم بیمار ایمپلنت می شود و باتری خارجی بر روی یک کمربند قرار گرفته و به دور کمر بیمار بسته می شود. این باتری قابل شارژ است و 4 تا 5 ساعت کار می کند. به منظور کنترل نحوه عملکرد سیستم، یک ابزار کوچک الکترونیکی در جدار شکم بیمار کار گذاشته می شود تا ریتم قلب کنترل شود.پیوند قلب مصنوعی طی یک عمل جراحی سنگین 7 ساعته و با تلاش تعداد زیادی از متخصصین انجام می شود. به واسطه جدا شدن قلب از بدن بیمار، حین عمل برای خونرسانی به ارگان های مختلف، از دستگاه قلب-ریه استفاده می شود. در این عمل جراحی پیچیده و در عین حال ظریف با جدا کردن هر دو بطن، قلب خارج شده و سپس قلب مصنوعی در قفسه سینه شخص ایمپلنت می شود.واضح است که رسیدن به چنین دستاوردهایی در علم پزشکی بدون کمک گرفتن از علوم مهندسی غیر ممکن بوده و پیوند میان این دو علم، نتایج بینظیری چون ساخت قلب مصنوعی را به ارمغان آورده است.اهمیت و جایگاه مهندسی پزشکیبا افزایش میانگین سنی جمعیت و پیر شدن افراد جامعه، نیاز به دستگاه های پزشکی افزایش یافته است. از سوی دیگر پیشرفت های چشمگیر علم و تکنولوژی باعث شده تا نیازمندی به علم مهندسی پزشکی روز به روز بیشتر شود. در نتیجه این نیاز، صنعت مهندسی پزشکی یکی از درآمدزاترین صنعت های دنیای امروز به حساب می آید. لازمه استفاده و درآمدزایی از این صنعت، آشنایی حداقلی با اصول و قواعد پایه این علم است.رشته مهندسی پزشکی به کاربرد علوم مهندسی در حوزه پزشکی جهت درمان و تشخیص انواع بیماری ها مربوط می شود. این رشته تحصیلی به رفع نیازهای پزشکی در حیطه نگهداری ابزارها و تجهیزات پزشکی، ساخت و طراحی آن ها به جهت درمان، تشخیص و پیشگیری از انواع بیماری ها به کمک استفاده از علوم مهندسی می پردازد. مهندسی پزشکی به عنوان یک تخصص بین رشته ای در جامعه شناخته می شود که در کنار کاربردهای زیاد آن در درمان و تشخیص بیماری ها ارتباط بسیار نزدیکی با علوم دیگر دارد. همین موضوع، جذابیت و پیچیدگی حوزه مهندسی پزشکی را بالاتر می برد.مهندسی بیومکانیک شاخه ای از مهندسی پزشکی است که به بررسی علم مکانیک در علوم پزشکی می پردازد. در واقع بیومکانیک با هدف ارتقا کیفیت زندگی بشر و ایجاد راهکاری عملی برای نجات جان بیماران، اصول مهندسی مکانیک را با علوم بیولوژیکی ترکیب می کند. پس اگر در کنار روحیه بشر دوستانه خود، به ریاضی و فیزیک عشق می ورزید، این شاخه از مهندسی پزشکی، می تواند برای شما بسیار جذاب باشد. از جمله اهدافی که در بیومکانیک دنبال می شود طراحی و استخراج مدل های سه بعدی است که در نهایت به ساخت اندام های مصنوعی می انجامند.نرم افزار میمیکس (Mimics)استفاده از مدل های سه بعدی بر اساس ویژگی های منحصر به فرد هر شخص، یکی از روش های مدل سازی در مهندسی پزشکی است. به کمک این روش ساخت مدل CAD از ایمپلنت ها و لوازم مورد نیاز مانند قلب مصنوعی برای هر فرد به سادگی امکان پذیر است. میمیکس (Mimics) یک نرم‌افزار پردازش تصاویر پزشکی و ایجاد مدل‌های سه بعدی است. این نرم افزار که به صورت تخصصی برای تحقیق و توسعه رشته های مهندسی پزشکی و پزشکی تولید شده، قادر است به کمک پردازش تصاویر دو بعدی پزشکی، مدل های سه بعدی با کیفیت و دقیقی را ایجاد کند. به کمک این نرم افزار می توان تصاویر را به صورت همزمان در سه برش مشاهده کرد و با فیلترگیری بافت های نرمی چون عضله و رگ و همچنین بافت های سخت مثل استخوان را به تفکیک مدل سازی کرد. حذف نویزهای احتمالی و امکان ویرایش از دیگر قابلیت های این نرم افزار توانمند است. شما می توانید از طریق آموزش های موجود بر بستر اینترنت نحوه ی کار با این نرم افزار را فرا بگیرید.البته قابلیت های ایــن نـرم افـزار بـه طـراحـی‌هـا محدود نشده و در انجام جراحی‌هایی چون جراحی عروق و اعصاب و جراحی‌های مغز مثل خارج کردن تومورها از نواحی مختلف مغز و دیگر نقاط بدن نیز کاربرد داشته و جهت به‌دست آوردن تصویر سه بعدی و دقیق از محل تومور و شکل تومور به کمک پزشکان می‌آید.