الهندسة الطبية الحيوية
الهندسة الطبية الحيوية Biomedical engineering هي تطبيق المبادئ والتقنيات الهندسية في المجال الطبي. يهدف هذا الحقل إلى ردم الفراغ بين الهندسة والطب، فهو يجمع بين مهارات التصميم وحل المشاكل مع علوم الطب والأحياء لتحسين عملية العلاج والتشخيص الطبيين. وبعد أن كان الطبيب وحده يقوم بكل مهام التشخيص والعلاج وحتى تصنيع الدواء ، أصبح الجهاز الطبي رديفاً أساسياً للطبيب في التشخيص والمعالجة ومراقبة المرضى ، ونظراً لوجود حاجة ماسة لتطوير الأجهزة والمعدات الطبية بما يخدم صحة المرضى وسرعة استشفائهم ، فكان لابد من تدخل المختصين من مجالات أخرى غير الطب لتصميم هذه الأجهزة مثل المهندسين من اختصاص الكهرباء والميكانيك والالكترون والكومبيوتر...كما كان على هؤلاء المهندسين الإلمام أيضاً بالعلوم الطبية من تشريح وفيزيولوجيا الجسم البشري وغير ذلك لفهم آلية عمل كل نظام فيه وتسخير معرفتهم واختصاصهم بما يطور هذه الاجهزة ، وبالتالي ظهرت الحاجة إلى وجود مهندس يلم جزئياً بكل هذه الاختصاصات من جهة ويستطيع أن يتعامل مع الأطباء من جهة أخرى مع الانتباه على أنه ليس بديلاً عن أي منهم .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
التاريخ
علم الهندسة الطبية هو علم حديث وليد التطورات التكنولوجية الحديثة ولاسيما التطورات التي حدثت في مجال الطب والرعاية الطبية. إن الطب هو علم قديم جداً وقد تطور في الماضي تطوراً كبيراً نسبياً ولكن ضمن حدود الإمكانيات والمفاهيم التي كانت آنذاك، وقد كان للطبيب الدور الرئيسي في تشخيص الأمراض ومعالجتها وفي كل ما يتعلق بعملية الرعاية الطبية، إضافة إلى تدخل المهندس المعماري في عملية البناء عند الحاجة إلى بناء منشأة صحية. ومنذ بداية القرن العشرين تطورت المنشآت الصحية، وأصبح من الضروري تدخل جميع الاختصاصات الهندسية (مدني، عمارة، ميكانيك، كهرباء) من أجل بناء هذه المنشآت وإدارتها واستثمارها وصيانتها. ومع التطور السريع الذي طرأ على المفاهيم والتجهيزات الطبية منذ بداية النصف الثاني للقرن العشرين، حيث تدخلت الآلة إلى جانب الطبيب في التشخيص والعلاج وفي صناعة الدواء، وقد ظهر علم الهندسة الطبية القادر على التعامل مع الطبيب والآلة والمريض.
فروع الهندسة الطبية واختصاصاتها
تفرع علم الهندسة الطبية إلى عدة فروع وفقاً لطبيعة عمل الآلات والتجهيزات والمفاهيم الهندسية التي يعمل بها كل فرع، مع الأخذ بالحسبان طبيعة الجانب الطبي المتعلق به. ويمكن إيجاز الفروع الرئيسية الأساسية لهذا العلم على النحو الآتي:
1- الأجهزة الطبية medical instrumentation:
يشمل هذا الاختصاص العلوم التي تتعلق بتصميم التجهيزات الطبية وتطويرها سواء كانت تشخيصية أم علاجية، كما يعنى بوضع خطط الاستثمار والصيانة الوقائية وصيانة الإصلاح الخاصة بهذه التجهيزات وتنفيذها.
وتقسم الاجهزة الطبية إلى قسمين: أ-أجهزة طبية تشخيصية مثل جهاز الأمواج فوق الصوتية ultrasound ب-أجهزة طبية علاجية مثل اجهزة العلاج الكيميائي والعلاج بالأمواج .
2- هندسة المشافي hospital engineering:
تعنى الهندسة الطبية بهندسة المشافي من الناحية الوظيفية وليس من الناحية المعمارية التي هي من اختصاص الهندسة المعمارية. ويقوم المهندس بالتعاون مع الأطباء المختصين بتحديد نوع الغرف الضرورية لكل قسم من أقسام المشفى وعددها، وتحديد المساحة المناسبة لكل غرفة وفقاً لوظيفتها ولنوع التجهيزات التي ستوضع فيها، مراعين آلية استثمار هذه التجهيزات وصيانتها. كما تحدد أيضاً أماكن توضع الغرف داخل القسم الواحد وعلاقتها بالغرف المجاورة، وكذلك أماكن توضع أقسام المشفى تبعاً لعلاقة الأقسام بعضها ببعض. ويقوم المهندس الطبي بالمشاركة مع الأطباء والمهندسين الإلكترونيين والمعماريين والميكانيكيين بتحديد الأجهزة الطبية الضرورية للمشفى وأمكنتها ضمن الغرف الخاصة بها، وكذلك بتحديد مستلزمات كل جهاز.[1]
3- السلامة safety في المنشآت الطبية:
وتشمل سلامة المستثمر (الطبيب/الكادر التمريضي) والمريض من الأخطار الناجمة عن استخدام الآلات، مثل الأخطار الكهربائية أو الميكانيكية أو الإشعاعية. وكذلك سلامة الجهاز من الأخطار الكهربائية أو الأخطار الناجمة عن سوء الاستخدام.
4- التصوير الطبي ومعالجة الصور الطبية medical photography and medical image processing:
ويشمل جميع مبادئ التصوير الطبي وأسسه سواء كان إشعاعياً أم بالأمواج فوق الصوتية أم بأي أسلوب آخر. وكذلك يشمل جميع طرق معالجة الصورة الطبية من أجل تحسينها ورفع درجة الاستفادة منها، ويساعد هذا على تطوير طرق التشخيص الآلي حيث يتم تعرف كثير من الأمراض آلياً.
5 - القياسات الحيوية ومعالجة الإشارات الحيوية bio-measurements and signal processing:
إن أحد أهم وسائل التشخيص في الطب هو الإشارات الحيوية مثل إشارة القلب وإشارة العضلات وإشارة الدماغ…إلخ. حيث يقوم المهندس الطبي باستحصال هذه الإشارات وعرضها على الطبيب. ولكي تكون الإشارة واضحة وذات فوائد يجب أن يتم استحصالها ومعالجتها بالطرق الصحيحة حيث يتم التخلص من جميع أنواع الضجيج دون حدوث تشوهات في الإشارة.
6- هندسة إعادة التأهيل rehabilitation engineering:
تعنى هندسة إعادة التأهيل بتصميم جميع الأجهزة التي تساعد المرضى على المشي وصناعتها، مثل الأجهزة البديلة prosthetics و الأجهزة التقويمية orthotics، كما يعنى بأجهزة المعالجة الفيزيائية وأدواتها. حيث تستخدم الأجهزة البديلة على نحو أساسي للمرضى الذين فقدوا بعض أطرافهم، وذلك باستخدام الأطراف والمفاصل الصناعية. أما الأجهزة التقويمية فتستخدم لدى الأشخاص الذين لديهم قصور في بعض الوظائف، مثل الشلل والتشوهات حيث يصنع الجهاز المناسب لكل حالة من أجل المساعدة على المشي أو تقويم التشوهات. وتكون أجهزة إعادة التأهيل إما ميكانيكية وإما كهربائية، وغالباً ما تكون إلكتروميكانيكية.
7 - الميكانيك الحيوي biomechanics:
يعنى علم الميكانيك الحيوي بدراسة ميكانيكية حركة الإنسان عن طريق تحليل مشيته gait analysis وتطبيق مبادئ الميكانيك العام على جسمه. وهذا العلم قديم جداً لكنه لم يتطور على نحو علمي وصحيح إلا بعد الحرب العالمية الثانية عندما عاد مئات الأمريكيين إلى بلادهم مبتوري الأطراف، حيث أحدث مخبر للميكانيك الحيوي، واستخدمت التكنولوجيا الحديثة في تحليل مشية الإنسان. وقد استخدمت «الكاميرات» في تصوير حركة أجزاء الجسم، واستخدمت صفائح القوى force plates في قياس قوى ردود الأفعال بين القدم والأرض، وذلك للحصول على المحددات parameters الحركية والتحريكية ومحددات المسافة والزمن لمشية temporal distance parameters الإنسان. وتستخدم هذه المحددات المقاسة للإنسان السليم للمقارنة مع مثيلاتها عند الإنسان المبتور الطرف أو الإنسان العاجز، وبذلك يمكن تطوير الأطراف الصناعية الخاصة بالمبتورين وتحديد درجة العجز عند الأشخاص الذين لديهم قصور في الحركة.
8 - الأعضاء الحيوية artificial organs:
وهو الاختصاص الذي يهتم بتصميم الأعضاء الصناعية واستثمارها، مثل القلب الصناعي والكلية الصناعية وصمامات القلب وأعضاء أخرى.
9- المواد الطبية الحيوية biomaterials:
يهتم هذا الفرع بدراسة المواد التي تستخدم داخل جسم الإنسان وتطويرها سواء كانت للاستخدام المباشر مثل المواد التي تصنع منها المفاصل الداخلية، أم للاستخدام غير المباشر مثل المواد التي تستخدم لتغليف الأجهزة المزروعة في الجسم.
10-الحاسوب في الطب computers in medicine:
أحدث استخدام الحاسوب في المجالات الطبية تطوراً كبيراً في العلوم الطبية، فقد استُخدِم في التشخيص وفي جميع النواحي الخدمية كالأرشفة والإدارة والمستودعات بأنواعها. ومن الطبيعي أن يقوم على تنفيذ هذه الخدمات جميعاً مهندس طبي قادر على التعامل مع الحاسوب ومع جميع هذه الخدمات.
والهندسة الطبية الحيوية مجال يستخدم المعرفة الهندسية لحل المعضلات في علم الأحياء والطب. فمهندسو الطب الحيوي هم مهنيون في مجال الرعاية الصحية، جنبًا إلى جنب مع الأطباء والممرضين والممرضات والفنيين الطبيين. ويعمل بعض مهندسي الطب الحيوي في تشخيص وعلاج الخلل الجسماني. ويجري آخرون البحوث، أو يعملون في تصميم الأجهزة الطبية، أو تطوير الإجراءات الطبية الجديدة.
مجالات الهندسة الطبية الحيوية
جهاز المراقبة في وحدة العناية المركزة يتألف من أجهزة لقياس وتسجيل حالة المريض الجسمانية. ويمكن للأطباء والممرضات استعراض المعلومات يوجد عدد من المجالات الراسخة في الهندسة الطبية الحيوية. وتتضمن هذه المجالات:
- علم القياس الأحيائي
- الميكانيكا الحيوية
- علم المواد الأحيائي،
- فيزيولوجيـا الأنظمة،
- الهندسـة السريرية، 6- هندسة إعادة التأهيل .
ويعتمد المتخصصون في جميع هذه المجالات كلٌّ منهم على الآخر. فعلى سبيل المثال، يعتمد المهندسون الذين يقومون بتطوير ورك صناعي إلى حد كبير، على الدراسات الميكانيكية الحيوية للقوى المؤثرة في الورك الطبيعية. وبالمثل يستخدم المهندسون الذين يصممون أجهزة الحفز الكهربائية والتحكم في العضلات المشلولة معرفتهم بالتفاعل التبادلي للعضلات والعظام. وفي كلتا الحالتين، يتم استشارة المتخصصين في علم المواد الأحيائي لاختيار المواد التي تستخدم في تلك الأجهزة.
يستخدم علم القياس الأحيائي الإلكترونيات ومبادئ وتقنيات القياس لتطوير الأجهزة لمراقبة الأمراض وتشخيصها وعلاجها. ولقد أصبحت أجهزة الحاسوب مهمَّة باطراد في علم القياس الأحيائي. فهي تراقب حالة المرضى أثناء الجراحة أو في وحدات العناية المركزة. كما تراقب الأصحاء في البيئات غير المعتادة، مثل رُواد الفضاء في الفضاء الجوي، أو الغطَّاسين تحت الماء على أعماق كبيرة.
ويطور مهندسو علم القياس الأحيائي ويستقصون آلات كثيرة مثل التي تستخدم في كشف وتشخيص ودراسة الظروف البيولوجية. فمثلاً، تستخدم الطاقة الصادرة عن أجهزة التصوير الطبية، في صورة أشعة سينية أو مجالات مغنطيسية أو موجات صوتية، لخلق صورٍ تفصيلية للبنية الداخلية للجسم باستخدام الحاسوب.
وقد طور مهندسو الطب الحيوي إشعاعات ليزر معينة وأجهزة أخرى لتساعد في علاج بعض العلل البدنية؛ فالليزرات التي تنتج أشعة ضوئية محصورة وقوية، جعلت من الممكن إجراء الجراحة غير الدموية على الأوعية الدموية المنفردة والألياف العصبية، وعلى الشبكية المصابة. كما يتم استخدام مضخات حقن الإنسُولين الأوتوماتية لإعطاء دواء الإنسُولين لمرضى السكر.
الميكانيكا الحيوية.
تطبق علم الميكانيكا، المختص بدراسة تأثيرات القوى في المادة، على المعضلات البيولوجية أو الطبية. وتتعامل مع تأثيرات القوى المختلفة على الجسم. وتتضمن هذه القوى الإجهادات المبذولة على هيكل الجسم والعضلات بوساطة الجاذبية. كما يدرس مهندسو الطب الحيوي انسياب الموائع في الجسم وانتقال المواد الكيميائية خلال الأغشية والمواد الصناعية. ولقد أدى البحث في الميكانيكا الحيوية إلى استحداث القلب الصناعي واستبدال صمامات القلب، والكُلَى الصناعية، والوَرِك الاصطناعية. كما حسنت الميكانيكا الحيوية لدرجة كبيرة تفهم وظائف الأعضاء والعضلات والأجهزة العَظْمية.
علم المواد الأحيائي.
يختص بتطوير واختيار المواد الملائمة لتوضع داخل جسم الإنسان. ويأتي ترتيب هذا الاختيار في مصاف المهام الصعبة للغاية التي يواجهها مهندسو الطب الحيوي. فهو يتطلب تفهمًا للخواص الفيزيائية والكيميائية للأنسجة الحية التي سوف تساعدها المادة أو تحل محلها. ويجب ألا تسبب المادة المراد غرسها أية تأثيرات ضارة، مثل تفاعل سام أو سرطان. ويجب أن تكون المادة غير نشطة كيميائيًا ومقاومة للتعفن ومتينة بدرجة كافية لتحمُّل الإجهادات المتكررة مدى الحياة. وتتضمن المواد القابلة للغرس سيراميكًا خاصًا وسبائك فلزية ومواد لدائنية.
فيزيولوجيا الأنظمة.
تستخدم استراتيجيات هندسية، وتقنيات، وآلات لاكتساب تفهم متكامل، وواسع لوظائف الجسم في الكائنات الحية. وعن طريق التجارب، يلاحظ ويقيس علماء فيزيولوجيا الأنظمة الوقائع الفيزيولوجية الأساسية، مثل التفاعل الحيوي؛ أي العمليات الكيميائية للخلايا الحية، والتحكم في حركات الأعضاء. وهم عندئذ يحلِّلُون المعطيات التجريبية غالبًا بتطوير نماذج فيزيائية أو رياضية للوقائع. وتُمكِّن هذه التحليلات مهندسي الطب الحيوي الآخرين من ابتكار أجهزة وتقنيات جديدة لحل المعضلات الطبية.
الهندسة السريرية (الهندسة الإكلينيكية)
مقالة مفصلة: الهندسة الإكلينيكية
تطبق علوم التقنية على الرعاية الصحية في المستشفيات. ويكون المهندسون السريريون مسؤولين عن تطوير وصيانة قواعد بيانات الحاسوب لتدوين المعدات الطبية وشراء واستخدام أجهزة طبية معقدة. ويعمل هؤلاء المهندسون غالبًا مع الأطباء والممرضات وأعضاء هيئة المستشفى الآخرين لتهيئة الأجهزة للاحتياجات الخاصة. وقد تستلزم مثل هذه المهام أجهزة تنسيق مع نظم الحاسوب، وبرامجه المجهزة حسب الطلب لأجهزة التحكم وتحليل البيانات. فمثلاً قد يطور المهندسون السريريون جهاز تحليل لعينات الدم باستخدام الحاسوب أو عن طريق قاعدة بيانات للحاسوب لمباشرة عناية مرضى الحروق.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
هندسة إعادة التأهيل.
تُطور الأجهزة والإجراءات لتوسع ُقدرات المعاقين لمساعدتهم على استخدام إمكاناتهم بصورة أفضل. ويصمم مهندسو إعادة التأهيل المنتجات المختلفة التي يمكن تهيئتها لاحتياجات معينة. فمسند الجلوس الذي يمكن تشكيله ليتكيف مع أي شكل جسماني، على سبيل المثال، يتيح لكثير من المعاقين الجلوس منتصبين. وعلى كل حال، فإن مهندسي إعادة التأهيل في معظم الأحوال يطورون المنتجات لاستخدامات المعاق على نحو خاص.
الهندسة الطبية الحيوية في المجتمع
تتضمن أنواع المعاهد التي يعمل بها مهندسو الطب الحيوي معاهد البحوث الطبية، ووكالات المنظمات الحكومية، والمستشفيات، والشركات الصناعية، والمعاهد التعليمية. وفي معظم الأحيان، يستخدم مهندسو الطب الحيوي خلفياتهم في الهندسة والطب ليؤدوا دورًا متكاملاً.
وفي معاهد البحوث، يشرف مهندسو الطب الحيوي على المعامل والأجهزة. ويساهمون أيضًا في الأبحاث مع الباحثين ذوي الخلفيات الأخرى. وغالبًا ما تتولى المراكز الحكومية اختبارات الإنتاج والأمان، وكذلك تأسيس المستويات القياسية لأمان الأجهزة. وفي المستشفيات، يقدم مهندسو الطب الحيوي المشورة عن كيفية اختيار واستخدام المعدات الطبية، ويشرفون على اختبار وصيانة المعدات. وقد يطورون كذلك الأجهزة حسب الطلب للرعاية الصحية الخاصة أو المتطلبات البحثية. وفي الصناعة، يستخدم مهندسو الطب الحيوي تفهمهم للأنظمة الحية والعلوم التقنية لتصميم واختبار المنتجات الجديدة.
انظر أيضاً
المصادر
الهامش
للاستزادة
- Bronzino, Joseph D. (2006). The Biomedical Engineering Handbook, Third Edition. [CRC Press]. ISBN 9780849321245.
{{cite book}}: Unknown parameter|month=ignored (help)
وصلات خارجية
الهيئات
- American College of Clinical Engineering (ACCE)
- Association of Institutions concerned with Medical Engineering (UK)
- IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
- Biomedical Engineering Career Alliance
- Biomedical engineering at the NIH
- Biomedical Engineering website
- Danish Society for Biomedical Engineering
- EBME - Biomedical and Clinical Engineering
- The Whitaker Foundation
- The Biomedical Engineering Network
- The Biomedical Engineering Society (US)
- The Canadian Medical and Biological Engineering Society
- Thai Biomedical Engineering Research Society (ThaiBME)
- The Turkey Biomedical Engineering (Turkey)
- the Arabic biomedical engineering source (arabic BME)
- Malaysian Society of Medical and Biological Engineering (MSMBE)
- Australian Biomedical Engineering Community
- Imperial College London, Institute of Biomedical Engineering (IBE)
البحث عن وظائف
مواقع أخرى