الهندسة الطبية الحيوية ( Biomedical engineering )
☰ جدول المحتويات
الهندسة 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 |
ويعتمد المتخصصون في جميع هذه المجالات كلٌّ منهم على الآخر. فعلى سبيل المثال، يعتمد المهندسون الذين يقومون بتطوير ورك اصطناعية إلى حدٍّ 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 الاصطناعية. ولقد أدى البحث في الميكانيكا الحيوية إلى استحداث القلب الاصطناعي 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): 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.