V tomto příspěvku na blogu prozkoumáme, jak může biomedicínské inženýrství, konvergence biologického a elektroinženýrství, změnit budoucnost zdravotnictví na různých příkladech.
Dnes žijeme v době rychlých technologických změn. Přestože existuje mnoho oblastí technologie, zejména v elektronice, komunikacích a počítačích, tempo změn je rychlé a dalekosáhlé. Když si například koupíte nový mobilní telefon, je to jen pár měsíců, než se vydá lepší telefon. V případě televizorů jsme viděli digitální televizory, HDTV, 3D televizory a nyní i chytré televizory. Tyto různé elektronické, komunikační a počítačové technologie spadají pod záštitu elektrotechniky.
Elektrotechnika však není jen o elektřině. Kromě elektrických obvodů a energie pokrývá elektrotechnika širokou škálu dalších oborů, jako jsou displeje, programování, zpracování signálů, komunikace a systémy. To všechno jsou oblasti, které se v elektrotechnice dlouhodobě studují. Dnes se však v elektrotechnice objevují nové oblasti výzkumu v důsledku stále větší konvergence oborů. Jedním z nich je biomedicínské inženýrství (BME), obor, o který se začíná zajímat mnoho výzkumníků v elektrotechnice.
Jak název napovídá, BME je technologie, která je spojena s biologií a používá se v oblasti medicíny, zejména u lidí. 21. století dostalo označení bio-věk, což znamená, že se aktivně provádí výzkum související se životem a konečným cílem takového výzkumu je najít něco prospěšného pro člověka. V tomto ohledu je BME, která přímo souvisí s oblastí lidské péče, oborem se světlou budoucností a očekává se mnoho pokroků. Z tohoto důvodu BME rychle roste v průmyslu a stává se stále důležitější součástí elektrotechniky. Význam BME nelze přehnaně zdůrazňovat, proto v tomto článku vysvětlíme rostoucí význam BME. Zejména, protože BME pokrývá širokou škálu témat, ilustrujeme jej několika reprezentativními studiemi a příklady jeho použití.
Za prvé, jednou z hlavních částí BME je stimulace a záznam. Mnoho organismů, včetně člověka, se skládá z mnoha buněk, které nepůsobí izolovaně, ale spíše spolu komunikují a metabolizují. V tomto procesu se ionty pohybují dovnitř a ven z buněk a vytvářejí potenciální rozdíly, které se používají k přenosu signálů. Záznam a stimulace jsou techniky, které využívají tento potenciální rozdíl. Doslova záznam je způsob, jak zaznamenat rozdíl v potenciálu mezi vnitřkem a vnějškem buňky a určit, jak a se kterými buňkami buňky komunikují. Naopak stimulace je aplikace elektrických impulsů na konkrétní buňky, aby se aktivovaly neaktivní buňky nebo zastavily buňky, které vykonávají zbytečnou práci. Příklad toho, jak se tato technika používá v praxi, je u pacientů se ztrátou zraku, kde se záznam využívá k určení, které z různých stádií reakce buňky na světelnou stimulaci způsobuje problém. V případě stimulace se využívá v metodě zvané Deep Brain Stimulation ke stimulaci částí mozku pacientů trpících Parkinsonovou chorobou.
Za druhé, existují biosenzory. Bio senzor doslova znamená senzor, který detekuje biologické signály nebo podněty a podle způsobu detekce jej lze rozdělit na elektrické senzory, chemické senzory a optické senzory. Pokud jde o elektrotechniku, jsou důležité elektrické senzory a nejčastěji se používají senzory EKG. EKG je zkratka pro elektrokardiografii, což je detekce biopotenciálů generovaných srdcem. Srdce neustále pumpuje krev do celého těla a odebírá zpět krev obsahující odpadní produkty a úkolem EKG senzoru je detekovat elektrické signály, které se během tohoto procesu vyskytují. Když srdce bije normálně, EKG by mělo vypadat určitým způsobem, ale když dojde k abnormálnímu chování, graf EKG vypadá jinak. To je velmi užitečné pro pochopení vitálních funkcí srdce a EKG je periodický graf, který se zobrazuje na monitoru vedle pacienta v nemocnici.
Mezi další oblasti, které BME pokrývá, patří výzkum biomateriálů pro lepší charakterizaci materiálů používaných v různých lékařských zařízeních. Další oblastí výzkumu je navíc lékařské zobrazování, které využívá pohybu elektronů a výsledného elektromagnetického pole k tomu, aby bylo snazší na první pohled vidět stav člověka s nemocí. Odvětví BME je také tkáňové inženýrství, tvorba umělých orgánů.
BME je mladý obor, který se teprve začal seriózně studovat, ale získává na popularitě po celém světě, protože lidé dlouho usilovali o delší a zdravější život. V budoucnu se dokonce předpovídá, že půjde o trh v hodnotě mnoha bilionů dolarů. Již bylo dosaženo mnoha pokroků, zejména v oblasti bionického sluchu a bionického vidění. Technologie BME pomáhají lidem se ztrátou sluchu a zraku a tempo technologického pokroku je tak rychlé, že pokrok je dosahován každým dnem.
S větším výzkumem a investicemi by BME mohla způsobit revoluci v současném lékařském oboru. Tím se o krok přiblížíme ke zdravému životu, o kterém sníme.
