گفت و گو با زوج محقق موفق؛ مهندسی پزشکی از ايران تا آلمان

کنفرانس انجمن بيومکانيک اروپا (European Society of Biomechanics)، يکي از معتبرترين کنفرانس‌های مهندسی بيومکانيک است که هر ساله محققان اين رشته را از سراسر جهان گرد هم مي‌آورد. در اين کنفرانس علاوه بر به اشتراک‌ گذاری آخرين دستاوردهای علمی، هر ساله جوايزی به محققان برتر سال اهدا می‌شود. نام آقای دکتر احسان سودمند و همسرشان خانم دکتر مليکا محمدخواه، در ميان برندگان جوايز اين گردهمايی سالانه در سال‌های 2016، 2017، 2019 و 2020  به چشم می‌خورد. اين زوج موفق مهندس پزشک، مقيم آلمان هستند.

احسان سودمند که امسال يکي از برندگان جايزه دانشجوی برتر اين کنفرانس شده، هم اکنون محقق بيمارستان چريته برلين در زمينه بيومکانيک سلولي است و تحصيلات خود را در مقطع دکترای مهندسي پزشکی (بيومکانيک ارتوپدی) در دانشگاه رستوک آلمان به اتمام رسانده است. مليکا محمدخواه هم اکنون استاد دانشگاه تکنيکال برلين در رشته مهندسی مکانيک و محقق در زمينه مکانيک استخوان است. ايشان دکتراي خود را در رشته مهندسی مکانيک با گرايش بيومکانيک عضلات از دانشگاه Trinity College Dublin ايرلند اخذ کرده‌اند. با اين زوج محقق به صورت مجازي ارتباط تصويری برقرار کرديم که خلاصه‌ای از آن را در «چهره‌به‌چهره» اين شماره می‌خوانيد.

   گفت‌وگويمان را از اينجا شروع کنيم که شما دو نفر (احسان سودمند)، تا مقطع ليسانس و (مليکا محمدخواه)، تا مقطع فوق ليسانس در ايران بوديد. چه شد که تصميم گرفتيد برای ادامه تحصيل به خارج از کشور برويد؟

دکتر محمدخواه: من کارشناسي مهندسي پزشکی گرايش بيومکانيک دارم و هم‌ زمان کارشناسی مهندسی مکانيک را در دانشگاه اميرکبير تهران به اتمام رسانده‌ام. سپس با استفاده از سهميه استعدادهاي درخشان به عنوان شاگرد اول دوره کارشناسی بدون کنکور وارد دوره کارشناسی ارشد شدم و در رشته مهندسيی پزشکی، گرايش بيومکانيک در دانشگاه اميرکبير تهران تحصيل کردم.

زماني که ما از ايران خارج شديم شرايط خيلی متفاوت‌تر از الان بود. من با هدف کسب تجربه و بررسي شرايط درسی و دانشگاهي به خارج از کشور آمدم. به علاوه فضاي دانشگاه اميرکبير هم بی‌تاثير نبود و بسياري از دانش آموختگان دانشگاه از همان مقطع ليسانس به فکر پذيرش گرفتن در يکی از دانشگاه‌های خوب خارج از کشور بودند.

  به چه دليل همزمان دو کارشناسی، يعنی هم مکانيک و هم مهندسی پزشکی خوانديد؟

دکتر محمدخواه: من ورودی سال 84 کارشناسی هستم. در زمان تحصيل ما اگر سه ترم متوالی معدل بالای هفده کسب مي‌کرديم، اين شانس به دانشجويان داده می‌شد که همزمان در رشته دوم هم شروع به تحصيل کنند. من مهندسی‌ مکانيک را به دليل  مباحث پايه عميق و جامع‌تر و همينطور نزديکي بيشتر به بيومکانيک انتخاب کردم و مسلما اگر گرايش بيوالکتريک می‌خواندم، براي رشته دومم به سراغ مهندسی برق يا صنايع می‌رفتم. به خاطر دارم آقای دکتر سيامک نجاريان در دانشگاه اميرکبير گفته بودند که يک مهندس بايد علوم مديريتی هم فرا بگيرد و بيشتر دانشجويان را تشويق به انتخاب رشته مهندسی صنايع به عنوان رشته دوم می‌کردند. ولی خب من فکر مي‌کنم اين يک انتخاب شخصی است و  من از انتخاب رشته مهندسی مکانيک به عنوان رشته دوم بسيار راضی هستم.

  خانم دکتر، موضوع پايان‌نامه ليسانس و اختراعي که در رشته مهندسی پزشکی بيومکانيک داشتيد چه بود؟ 

ما يک ثبت اختراع گروهی به نام دستگاه Podoscope داشتيم که ايده بسيار جالبي بود. در واقع يک دستگاه اسکنر سه بعدی ليزری بود که الگوی کف پا را ترسيم می‌کرد. از اين دستگاه برای تشخيص مشکلات کف پا به عنوان مثال، صافی کف پا استفاده می‌شد. اکنون مخترعان پيشرفت‌های بيشتری در اين حوزه کرده‌اند. اين کار ما تنها ثبت اختراع پژوهشی شده‌ و تا جايی که خبر دارم هنوز به توليد انبوه نرسيده‌ است.

آقای دکتر سودمند، شما پس از اخذ مدرک ليسانس مهندسی مکانيک تصميم گرفتيد به خارج از کشور برويد و آنجا مهندسی پزشکي بخوانيد. برای کدام کشورها اقدام کرديد و بفرماييد بين مهندسی پزشکی، گرايش بيومکانيک و رشته مهندسی مکانيک چه تفاوتی وجود دارد؟

علاقه‌ مندی من به رشته مهندسی مکانيک از دوران دبيرستان شروع شد و از آنجا که همواره فهم مسائل فيزيک مکانيک برايم بسيار راحت از مفاهيم فيزيک الکتريک بود در دانشگاه رشته مهندسی مکانيک را انتخاب کردم. بعد از اتمام دوره کارشناسی ارشد در شرکت ماشين سازی تاشا، در زمينه مهندسی و ساخت تجهيزات نفت و پتروشيمی حدود يک سال و نيم مهندس پروژه بودم. من با حمايت و تشويق پدرم برای ادامه تحصيل در مقطع کارشناسی ارشد، کشور مالزی و دانشگاه UM که دارای رتبه به نسبت خوب جهانی هم است را انتخاب کردم. در واقع هنگامی که فرم پذيرش را پر مي‌کردم، شانس انتخاب سه رشته وجود داشت و طبيعتا مهندسی مکانيک انتخاب اولم بود. مهندسی ساخت و توليد و مهندسي پزشکي را به دليل نزديکی که با رشته مهندسی مکانيک داشتند به ترتيب به عنوان گزينه‌های دوم و سوم انتخاب کردم. خوشبختانه در هر سه رشته پذيرش گرفتم. تصميم گرفتم بين رشته مهندسی مکانيک و مهندسي پزشکي يکی را انتخاب کنم. در نهايت پس از کنکاش‌های بسيار به دليل اين که مهندسی پزشکي بسيار جديدتر بود و قابل حدس بود که در آينده نزديک چه در صنعت و چه در مسايل تحقيقاتی جايگاه ويژه‌ای پيدا خواهد کرد، اين رشته را برای ادامه تحصيل در مقطع کارشناسی ارشد انتخاب کردم. اکنون هم از انتخابی که کرده‌ام بسيار راضی و خوشحال هستم.

رشته مهندسي مکانيک و بيومکانيک در اصل يک رشته هستند که مسايل مختلف را از يک ديدگاه تحليل می‌کنند. به نوعی مهندسی بيومکانيک زيرمجموعه مهندسی مکانيک است که با ترکيب علم مکانيک و زيست‌شناسی، اين امکان را برای ما ايجاد می‌کند که پارامترهای مکانيکی را در مسايل زيست‌شناسی (بيو) تحليل و تفسير کنيم.

آيا با اين استدلال که درس‌ها در رشته مهندسی پزشکی نسبت به رشته‌هايی مانند برق، الکترونيک و مکانيک سطحی‌تر هستند موافقيد؟

دکتر محمدخواه:  از آنجا که رشته مهندسی پزشکی ميان رشته‌ای است، سرفصل‌های درسی مهندسی پزشکی در تمام گرايش‌ها با رشته‌هاي برق، مکانيک و مواد هم‌پوشانی دارد. طبيعتا در رشته مهندسی پزشکی مطالب مختلف به ميزان مورد نياز برای تحليل مسايل زيستي تدريس مي‌شوند. به عنوان مثال در مهندسي مکانيک برای مبحث ترموديناميک دو درس سه واحدي تدريس می‌شود ولی در مهندسی پزشکی يک درس 3 واحدی تدريس می‌شود. در عين حال در رشته مهندسی پزشکی مباحثی از قبيل آناتومی، فيزيولوژی، توانبخشی، ارتز و پروتز و از اين قبيل تدريس می‌شوند که در رشته مهندسی مکانيک وجود ندارند. در واقع يک مهندس پزشک بايد قابليت درک مسايل مهندسی و زيست‌شناسی و همچنين قدرت ترکيب اين علوم با يکديگر را در دوران تحصيل خود فرا گيرد.

  آقاي دکتر، کمي بيشتر در مورد پايان‌نامه کارشناسي ارشد و دکترايتان توضيح دهيد.

دنياي تحقيقات در زمينه بيومکانيک برای من با حرکت‌شناسی گام‌هاي انسان و ديناميک معکوس (Gait Analysis using Inverse Dynamics) شروع شد. پايان نامه کارشناسی ارشدم را در مورد آناليز حرکتی با استفاده از تکنيک‌های ديناميک معکوس روی بيمارانی که از پروتزهای بالای زانو استفاده مي‌کنند (Transfemoral Amputee) انجام دادم.

پس  از اتمام دوره کارشناسي ارشد براي ادامه تحصيل به آلمان مهاجرت کردم. ابتدا در دانشگاه تکنيکال شهر کمنيتز آلمان، با همکاري دانشگاه لوون بلژيک به عنوان محقق روي پروژه تحقيقاتی محاسبات اِلمان محدود مفصل مچ پا بعد و قبل از انجام عمل تعويض کامل مچ پا (Total Knee Replacement) کار کردم و همچنين تجربه چهار ترم تدريس در رشته مهندسي ورزش و مهندسی پزشکی را کسب کردم. در اين پروژه تحقيقاتی 14 مفصل مچ را قبل و بعد از قرار دادن ايمپلت با استفاده از دستگاه مدل‌سازی گام برداری با فعال کردن نيروهای ماهيچه‌ها و تاندون‌ها مورد آزمايش قرار داديم. که من در اين پروژه  فرايند مدل‌سازی و آناليزهای اِلمان محدود را انجام دادم.

سپس تصميم به تحصيل در مقطع دکتری گرفتم و به دانشگاه ارتوپدي در دانشگاه روستوک نقل مکان کردم. پروژه دکترای من در مورد استخوان ران و مفصل لگن بود. در حين اين پروژه، مطالعاتي برای سنجش دقت مدل سازی بيومکانيکی بر اساس تصاوير پزشکی و همچنين محاسبات اِلمان محدود با همکاری هفت دانشگاه مختلف در آلمان و اتريش انجام داديم که نتايج اين تحقيقات در چهار مقاله مختلف چاپ شده است.

از سال 2017 هم در دانشگاه پزشکي Charité برلين در موسسه تحقيقاتي ژوليوس وُلف (Julius Wolff Institute) در زمينه بيومکانيک سلولی و تاثير آن در روند فرآيند باز رويش استخوان مشغول به کار هستم. سلول‌ها در حين حرکت (Migration) بر محيط اطراف (Extracellular Matrix) نيرو وارد می‌کنند (Cellular Traction Forces) به همين دليل باعث ايجاد تنش و کرنش در محيط اطرافشان مي‌شوند. هدف تحقيقات ما بررسی تاثيرات پارامترهاي بيومکانيکي بر فرآيند ترميم استخوان است.

  در آلمان چه گرايش‌هايي در مهندسي پزشکي وجود دارد؟

دکتر سودمند: مهندسي پزشکي در همه جاي دنيا چهار گرايش اصلي بيوالکتريک، بيومکانيک، بيومتريال و مهندسی بافت دارد. در آلمان در مقطع کارشناسی ارشد، هرساله رشته‌هايی با عناوين تخصصی‌تر ارايه مي‌شود؛ به عنوان مثال رشته بيونيک که در اصل از ترکيب دو واژه بيولوژی و تکنيک ساخته شده است. مهندسی زيستی و بيومکانيک محاسباتی از رشته‌های جديدی هستند که در آلمان ارايه مي‌شوند. تا جايي که من اطلاع دارم 70 تا 60 درصد دانشگاه‌های آلمان رشته مهندسی پزشکی دارند و اينکه اين شانس را برای دانشجويان فراهم می‌کنند که پروژه کارشناسی يا کارشناسی ارشد خود را در زمينه‌های مختلف بيومکانيکی به سرانجام برسانند. ولي در مقطع دکتری مباحث خيلی جزيی‌تر مي‌شوند و متناسب با تخصص موسسه تحقيقاتي يا پروفسور مورد نظر به صورت کاملا تخصصی‌تری گرايش تحقيقاتی دانشجوها انتخاب می‌شود. علاوه بر اين، پروژه‌ها در دوران دکتری به صورت ترکيبی تعريف می‌شوند. به عنوان مثال گاهی در يک پروژه نياز به کسب معلومات بيومکانيکی و بيومتريالی است تا دانشجو بتواند پروژه را به سرانجام برساند.

  خانم دکتر کمی درباره پروژه‌های تحقيقاتی خود بفرماييد.

در پروژه کارشناسی ارشد و دکتری بيشتر روي بيومکانيک بافت نرم (Soft Tissue Biomechanics) کار مي‌کردم. تمرکزم در دوره کارشناسی ارشد بيشتر بر روی رفتار اکتيو يا فعال عضله و واکنش آن نسبت به تغييرات الکتروشيميايی به لحاظ بيومکانيکي بود ولی براي رساله دکتري روی ساختار عضله در حالت غيرفعال تحقيق کردم. اکنون هم در دانشگاه تکنيکال برلين بر روی داربست‌های سلولی با جنس پيزوالکتريک (Piezoelectric Scaffold) براي کاربرد در ترميم استخوان تحقيق مي‌کنم.

  امروز نقش بيومکانيکست‌ها در کنار پزشکان‌ چيست؟ چه تعاملات و تداخلاتي با هم دارند؟

دکتر سودمند: علم بيومکانيک به طور کلی به دو صورت جداگانه به علم پزشکي کمک مي‌کند. يکي اينکه براي علت‌يابی مشکلات کلينيکي مي‌توان با مهندسان پزشک، بيولوژيست‌ها و پزشکان گروه‌هاي تحقيقاتي تشکيل داد و با کمک هم در فهم رفتارهای بيولوژيکی در سطوح علوم پايه و ارايه پيشنهاداتی برای حل اين مشکلات، تعامل داشت يا اينکه مهندسان پزشک با پيش بردن اين دانش در مسايل صنعتی سعی در تسهيل امور برای پزشکان کنند. به عنوان مثال مي‌توان به بهبود طراحی ايمپلنت‌های مختلف پزشکی اشاره کرد يا حتي مبحث پيشبرد علمی رباتيک در جراحی‌ها که يک بحث بسيار جديد و جذاب است و مهندسان پزشک با گرايش‌های مختلف در آن دخيل هستند.

خانم دکتر در مباحث بيومکانيک و ترميم استخوان کدام فعاليت‌های شما در سطح تحقيقاتی باقی مانده است و کداميک در درمان استفاده می‌شود؟

کاري که همسرم انجام مي‌دهد که در واقع بيومکانيک سلولي برای ترميم استخوان است، بسيار جديد و در سطح پژوهشی قرار دارد. موضوع استفاده از ايمپلنت‌ها در حال پيشرفت است و قبلا به صورت محصولات تجاری هم وارد بازار شده‌اند. موضوع پژوهش من-داربست‌هاي سلولی- هم که ساختاري قابل جذب در بدن دارند و مي‌توانند در شکستگی‌ها استفاده شوند به سرعت در حال صنعتي شدن است. در مورد داربست‌های سلولي پيزوالکتريکي متوجه شديم، جريان‌هاي الکتريکی در حرکت سلول‌ها و همچنين افزايش رشد استخوان کمک‌کننده هستند. اکنون تلاش ما اين است که متوجه شويم اگر داربست‌های سلولي که نقش هدايت کردن سلول‌ها را بر عهده دارند از جنس مواد پيزوالکتريکي ساخته شوند و بتوانند تغيير شکل‌های فيزيولوژيکی مکانيکی را به جريان برق تبديل کنند، چه کمکي به ترميم استخوان مي‌کنند. تمامی اين پيشنهاد‌ها در مرحله پژوهشی و تحقيقات آزمايشگاهی هستند و هنوز به مرحله استفاده کلينيکی نرسيده‌اند. ما سعی در مدل‌سازی مکانيکی اين داربست‌ها و تخمين نتايج استفاده از آن‌ها در ترميم استخوان داريم.

برای موفق شدن در امور پژوهشی چه پارامترهايی لازم است؟

دکترسودمند: دو پارامتر از نظر من مهم هستند. نخست اينکه پژوهشگر بايد تسلط و احاطه کامل بر مقالات و نشريات قبلي در زمينه موضوع مورد پژوهش داشته باشد. دوم اينکه کليه ابزارها و روش تحقيقاتي مورد نياز برای پيشبرد آن پروژه را فراگيرد.

مليکا محمدخواه: از آنجا که تحقيق و پژوهش نياز به صبر و حوصله فراوان دارد و تا به نتيجه رسيدن تحقيق، زمان زيادي نياز است،  پژوهشگران به خصوص در مقطع دکتری بايد همواره خود را از هر نظر تقويت کنند.

بازار کار مهندس پزشک‌های آلمان پس از فارغ التحصيلی چگونه است؟

دکترمحمدخواه: جذب بازار کار شدن بيشتر به تخصص‌هايی که در دوران تحصيل کسب شده، مرتبط است. به عنوان مثال کسانی که در حوزه قلب و عروق تخصص پيدا کرده‌اند، جذب صنايعی مانند طراحی استنت‌های قلبی می‌شوند. در عين حال کسانی که در بحث استخوان مطالعات بيشتری داشته‌اند جذب شرکت‌های مختلف ساخت ايمپلنت‌های ارتوپدی می‌شوند. افرادی هم که در زمينه‌های تحقيقاتي پايه‌ای مانند رفتار بيومکانيک سلولی تخصص دارند، اين شانس را دارند که در موسسات تحقيقاتی و دانشگاه‌ها به تحقيق و پژوهش مشغول شوند.

دکتر سودمند: البته بستر مهندسي پزشکی ايران با آلمان قابل مقايسه نيست. در ايران تا جايي که حداقل من می‌دانم به طور کلي تجهيزات مهندسی پزشکی وارد مي‌شوند. به همين دليل در ايران عمده بازار کار مهندسان پزشکی بيشتر در بيمارستان‌ها، شرکت‌هاي استارتاپی و وارداتی است. البته اخيرا برخی از محصولات به همت مهندسان خوب ايرانی در کشور توليد می‌شوند. آلمان يکی از بزرگترين صادرکنندگان تجهيزات پزشکی است. بسياری از تجهيزات و ملزومات پزشکي در تمام زمينه‌های دارويی و الکتريکی مانند تجهيزات مانيتورينگ اتاق عمل و تجهيزات بيومکانيکی مانند ايمپلنت‌ها و ربات‌هاي جراحی در آلمان طراحی، ساخته و فروخته مي‌شود. بنابراين به طور کلی در آلمان، دانش آموختگان مهندسی پزشکی در سطوح گوناگون بازار کار مانند تحقيق و توسعه، ساخت، فروش و همچنين خدمات فنی پس از فروش، جذب بازار کار می‌شوند.