مجال الهندسة ككل هو مجال مبتكر ، يأتي بأفكار تؤدي إلى كل شيء ، من ناطحات السحاب والسيارات ، إلى الفضاء والسونار ، ويضيق مجال الهندسة الطبية الحيوية تركيزه ، على ابتكارات التقدم التي تحسن صحة الإنسان ، والرعاية الصحية على جميع المستويات.

وتتشابك جوانب الهندسة الميكانيكية ، والهندسة الكهربائية ، والهندسة الكيميائية ، وعلوم المواد والكيمياء والرياضيات ، وعلوم الكمبيوتر والهندسة مع

علم الأحياء

البشري، في الهندسة الطبية الحيوية لتحسين صحة الإنسان.

حيث يقوم مهندس الطب الحيوي ، بتحليل وتصميم حلول لمشاكل علم الأحياء والطب ، بهدف تحسين جودة وفعالية رعاية المرضى ، وهناك طلب متزايد على مهندسي الطب الحيوي ، ويرجع ذلك إلى حد كبير ، إلى التحول العام نحو الاستخدام اليومي للآلات والتكنولوجيا ، في جميع جوانب الحياة.

مهام وظيفة مهندس الطب الحيوي

تعتبر الهندسة الطبية الحيوية الآن ، مجالًا في حد ذاته ، فلم يعد تخصصًا متعدد التخصصات ، وقد ظهر مؤخرًا كدراسة خاصة به في الهندسة ، وعادةً ما يقوم مهندس الطب الحيوي بما يلي:

1- تصميم أنظمة / ومنتجات.

2- تثبيت أو تعديل ، أو صيانة أو إصلاح ، أو تقديم الدعم الفني للمعدات الطبية الحيوية.

3- تقييم سلامة وكفاءة ، وفعالية الأجهزة الطبية الحيوية.

4- تدريب الأطباء وغيرهم من العاملين ، على الاستخدام السليم للمعدات.

5- العمل مع علماء الحياة ، والكيميائيين ، وعلماء الطب.

6- بحث الجوانب الهندسية في النظم البيولوجية للإنسان والحيوان.

وتأخذ الهندسة الطبية الحيوية (BME) ، المبادئ الهندسية ومفاهيم التصميم ، وتجمع بين هذه المبادئ والمفاهيم مع الطب والبيولوجيا ، من خلال سد الفجوة بين الهندسة والطب ، حيث الجمع بين مهارات التصميم وحل المشكلات مع العلوم البيولوجية الطبية ، ويحاول هذا المجال من العمل ، تطوير كل من علاج الرعاية الصحية التشخيصي ، والعلاجي.[1]

وقد ساهمت المعرفة البيولوجية جنبًا إلى جنب مع المبادئ الهندسية ، تلبية الاحتياجات الطبية بشكل كبير في تطوير كل من المفاهيم ، والمنتجات التي تغير الحياة والمنقذة للحياة ، مثل : الأعضاء الاصطناعية ، وأجهزة تنظيم ضربات القلب ، والوركين الاصطناعية ، والروبوتات الجراحية ، والأطراف الصناعية المتقدمة ، وغسيل الكلى ، والتصوير بالرنين المغناطيسي ، وتخطيط كهربية القلب ، وECGs ، والأدوية ، والبيولوجيات العلاجية.

كما أن هناك الآن تقنيات مستقبلية متاحة أكثر ، مثل هندسة الخلايا الجذعية ، والطباعة ثلاثية الأبعاد للأعضاء البيولوجية.

كما يندرج تحت مظلة مهندس الطب الحيوي ، الحفاظ على المعدات الطبية الحالية في المستشفيات ، ضمن معايير الصناعة الحالية ، وقد يشمل ذلك إجراء اختبارات دورية ، وصيانة ، وتوصيات ، واقتناء معدات جديدة ، وحتى التخلص من المعدات.

ويشمل عمل هؤلاء المهندسين العديد من المجالات المهنية ، على سبيل المثال ، على الرغم من أن خبرتهم تستند إلى الهندسة ، وعلم الأحياء ، إلا أنهم غالبًا ما يصممون برامج كمبيوتر لتشغيل الأدوات المعقدة ، مثل أجهزة الأشعة السينية ثلاثية الأبعاد.

وفي الصناعة ، قد يبتكرون منتجات يكون فيها الفهم المتعمق للأنظمة الحية ، والتكنولوجيا أمرًا ضروريًا ، ويقوم بعض مهندسي الطب الحيوي ، بتصميم الدوائر الكهربائية ، أو برامج لتشغيل المعدات الطبية ، أو محاكاة الكمبيوتر ، لاختبار علاجات الأدوية الجديدة.

ويقوم البعض أيضًا بتصميم وبناء أجزاء الجسم الاصطناعية ، لاستبدال الأطراف المصابة ، وفي بعض الحالات ، يقومون بتطوير المواد اللازمة لصنع أجزاء الجسم البديلة ، كما أنهم يصممون معدات التمارين التأهيلية.

وبدلاً من ذلك ، يستخدم العديد من هؤلاء المهندسين معرفتهم بالكيمياء ، والبيولوجيا ، لتطوير علاجات دوائية جديدة ، ويعتمد الآخرون بشكل كبير على الرياضيات ، والإحصاءات لبناء النماذج ، من أجل فهم الإشارات التي يرسلها الدماغ أو القلب.

كما يفضل بعض مهندسي الطب الحيوي ، البقاء في الأوساط الأكاديمية ، وأن يصبحوا أساتذة.

مكان عمل مهندس الطب الحيوي

يمكن أن يعمل مهندس الطب الحيوي ، في مجموعة متنوعة من الإعدادات ، فيعمل البعض في المستشفيات حيث يتم العلاج ، والبعض الآخر يعمل في المختبرات التي تجري البحوث ، ولا يزال البعض الآخر يعمل في إعدادات التصنيع ، حيث يصممون منتجات الهندسة الطبية الحيوية.

بالإضافة إلى ذلك ، يعمل هؤلاء المهندسون أيضًا في المكاتب التجارية ، حيث يتخذون أو يدعمون قرارات العمل ، وغالبًا ما يتم تحديد مكان وكيفية عمل المهندسين الطبيين من خلال الاحتياجات الخاصة للآخرين.

وعلى سبيل المثال ، قد يضطر مهندس الطب الحيوي ، الذي طور جهازًا جديدًا مصممًا لمساعدة شخص معاق على المشي مرة أخرى ، إلى قضاء ساعات في المستشفى ، لتحديد ما إذا كان الجهاز يعمل كما هو مخطط ، أم لا ، وإذا وجد المهندس طريقة لتحسين الجهاز ، فقد يضطر المهندس إلى العودة إلى الشركة المصنعة ، للمساعدة في تغيير عملية التصنيع لتحسين التصميم.[2]

المجالات المتخصصة في الهندسة الطبية الحيوية

فيما يلي أمثلة على مجالات التخصص ، في مجال الهندسة الطبية الحيوية.

الآلات الحيوية

Bioinstrumentation هو تطبيق للهندسة الطبية الحيوية ، وهو مجال جديد ، وقادم ، حيث ترتبط الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر أيضًا بـالآلات الحيوية bioinstrumentation ، فقد حدثت معظم الابتكارات في الأجهزة الحيوية ، خلال العقدين الماضيين.

ويركز هذا التخصص على علاج الأمراض ، والجمع بين العالمين الهندسي والطبي ، ويستخدم الإلكترونيات ، وعلوم الكمبيوتر ، ومبادئ القياس ، لتطوير الأجهزة والأدوات ، والميكانيكا المستخدمة في تشخيص وعلاج المشاكل الطبية ، والأنظمة البيولوجية.

كما يركز هذا التخصص أيضًا على استخدام أجهزة استشعار متعددة ، لمراقبة الخصائص الفسيولوجية للإنسان ، أو الحيوان عن كثب ، وتم تطوير الأجهزة البيولوجية لأول مرة ، بواسطة وكالة ناسا ، خلال بعثات الفضاء المبكرة ، لفهم كيفية تأثر البشر بالسفر إلى الفضاء ، كما تقوم المستشعرات ، بتحويل الإشارات الموجودة داخل الجسم إلى إشارات كهربائية.

وفي الوقت الحاضر ، مع توفر أكثر من 40000 تطبيق لتتبع الصحة ، واللياقة البدنية على هواتفنا الذكية ، وأجهزة تتبع اللياقة البدنية التي يتم ارتداؤها ، على المعصم ، والتي تقيس معدل ضربات القلب ، ومستويات الأكسجين الخاصة بنا ، تم أيضًا استيعاب الأجهزة الحيوية في حياتنا اليومية.

المواد الحيوية

كعلم ، يبلغ عمر المواد الحيوية حوالي خمسين عامًا ، وتسمى دراسة المواد الحيوية ، علم المواد الحيوية ، أو هندسة المواد الحيوية ، وتشمل عناصر الطب ، والبيولوجيا ، والكيمياء وهندسة الأنسجة ، وعلوم المواد ، والمواد الحيوية هي دراسة المواد ، التي تحدث بشكل طبيعي ، أو المصممة في المختبر ، والتي تستخدم في الأجهزة الطبية ، أو كمواد زرع.

ويمكن أخذ المواد الحيوية إما من الطبيعة ، أو صناعيًا في المختبر ، باستخدام مكونات معدنية أو بوليمرات أو سيراميك أو مواد مركبة ، وغالبًا ما تستخدم المواد الحيوية في التطبيقات الطبية ، مثل صمامات القلب ، أو قد يكون لها استخدامات أكثر تفاعلية ، مثل غرسات الورك المطلية بالهيدروكسي أباتيت ، وتُستخدم المواد الحيوية أيضًا كل يوم في تطبيقات الأسنان ، والجراحة ، وتوصيل الأدوية.

الميكانيكا الحيوية

تشمل الميكانيكا الحيوية دراسة الميكانيكا ، في هيكل ووظيفة وحركة الأنظمة البيولوجية ، وتقول الجمعية الأمريكية للميكانيكا الحيوية أن (الميكانيكا الحيوية تمثل التفاعل الواسع ، بين الميكانيكا والأنظمة البيولوجية) ، ويمكن أن يكون هذا على أي مستوى ، من الكائنات الحية بالكامل إلى الأعضاء والخلايا.

والميكانيكا الحيوية هي علم حركة الجسم الحي ، وتدرس كيف تعمل العضلات ، والعظام ، والأوتار ، والأربطة معًا لإنتاج الحركة ، ولا تشمل الميكانيكا الحيوية فقط هيكل العضلات ، والعظام والحركة التي يمكنها توليدها ، ولكن أيضًا آليات الدورة الدموية وغيرها من الوظائف الجسدية.

كما تشمل الميكانيكا الحيوية أيضًا دراسة الحيوانات ، والنباتات ، والأعمال الميكانيكية للخلايا ، وتشمل التخصصات داخل الميكانيكا الحيوية : العلوم البيولوجية ، ممارسة الرياضة والعلوم ،علوم صحية ، بيئة العمل والعوامل البشرية ، والهندسة والعلوم التطبيقية.

الهندسة السريرية

يعرف ACCE المهندس السريري بأنه ، محترف يدعم رعاية المرضى ، ويرقيها من خلال تطبيق المهارات الهندسية ، والإدارية على تكنولوجيا الرعاية الصحية.

والفرق بين المهندس الطبي الحيوي ، والمهندس السريري ، هو أنه يُعتقد عمومًا أن المهندس الطبي الحيوي ، هو شخص يعمل في التصميم الأساسي للأجهزة الطبية للمصنعين ، أو في البحث والتطوير الأصلي ، أو في الأوساط الأكاديمية ، في حين يعمل المهندس السريري عادةً ، في المستشفيات التي تحل المشكلات القريبة جدًا من مكان استخدام المعدات فعليًا في رعاية المرضى.

والهندسة السريرية هي تخصص يطبق ، وينفذ التكنولوجيا الطبية من أجل تحسين تقديم الرعاية الصحية ، ويعمل المهندسون السريريون كمستشارين تقنيين للأطباء والإداريين ، ويعملون مع المنظمين الحكوميين في عمليات التفتيش ، والتدقيق في المستشفيات ، وتقديم المشورة لصانعي الأجهزة الطبية ، وفيما يتعلق بتحسينات التصميم ، وإعادة توجيه عمليات الاستحواذ على المستشفيات بناءً على الخبرة السريرية.

هندسة إعادة التأهيل

هندسة إعادة التأهيل هي دراسة الهندسة وعلوم الكمبيوتر ، لتصميم وتطوير واختبار ، وتقييم الأجهزة التي تساعد الأشخاص الذين يتعافون من ، أو يتكيفون مع الإعاقات الجسدية والمعرفية.

ويقوم مهندسو إعادة التأهيل ، بتطوير الحلول والأجهزة التكنولوجية للمساعدة في استعادة الوظائف البدنية ، والمعرفية المفقودة بسبب المرض ، أو الإصابة ، ويمكن مساعدة الأفراد الذين يعانون من مشاكل في الحركة ، والتواصل ، والسمع ، والرؤية ، والإدراك ، بالإضافة إلى الأفراد المصابين بالتصلب المتعدد ، أو باركنسون ، أو ALS ، أو غرب النيل ، أو إصابات الحبل الشوكي ، أو صدمة الدماغ ، أو أي إصابة أو مرض موهن آخر.

ويمكن للأجهزة المصممة خصيصًا ، أن تساعد في الأنشطة المرتبطة بالعيش المستقل ، والتعليم والاندماج في المجتمع والتوظيف ، وقد يلاحظ مهندسو إعادة التأهيل كيفية أداء الأفراد للمهام ، ثم يقومون بإجراء تغييرات ، أو ترتيبات من أجل تقليل أو إزالة الإصابات ، وعدم الراحة في المستقبل.[3]

وعلى الجانب الآخر من الطيف ، يمكن لمهندسي إعادة التأهيل المساعدة في تصميم وتطوير واجهات حاسوب الدماغ المعقدة ، والتي لديها القدرة على تمكين الأشخاص ذوي الإعاقة الشديدة ، من استخدام أجهزة الكمبيوتر ، والأجهزة الأخرى ببساطة عن طريق التفكير في الوظيفة ، التي يريدون القيام بها.

وقد أعطتنا البحوث الجارية في هندسة إعادة التأهيل ، بعض التقنيات المبتكرة للغاية التي يمكن أن تساعد الناس بشكل كبير ، فمثلا :

1- روبوتات إعادة التأهيل ،

تستخدم الروبوتات كمساعدات علاجية ، والمساعدة في التدريب على الحركة للأشخاص الذين يعانون من ضعف الحركة (مثل السكتة الدماغية).

2

–

إعادة التأهيل الافتراضي

، استخدام تمارين محاكاة الواقع الافتراضي ، مما يساعد على تحفيز المرضى على ممارسة الرياضة في المنزل ، والتي يمكن مراقبتها من قبل معالج عبر الإنترنت.

3-

الأطراف الاصطناعية الفيزيائية

، تطوير أرجل اصطناعية أكثر ذكاءً ، والهيكل الخارجي للأطراف العلوية ، والأيدي الماهرة التي تحاكي حركة الأطراف الطبيعية ، بشكل أفضل وقصد المستخدم.

4-

الكينماتيكا المتقدمة

، دراسة الحركة البشرية والفيزيولوجيا الكهربية للعضلات ، ونشاط الدماغ لمراقبة وظائف الإنسان ، ومنع الإصابات الثانوية.

5-

الأطراف الصناعية الحسية

، لاستعادة مختلف الوظائف المفقودة ، وتوفير التنقل والاتصال ، (مثل زراعة الشبكية والقوقعة).

6-

واجهات كمبيوتر الدماغ

، لمساعدة الأشخاص الذين يعانون من إعاقة شديدة ، على التواصل باستخدام نبضات الدماغ الكهربائية ، لتحريك مؤشر الكمبيوتر أو الذراع الروبوتية ، التي يمكنها الوصول إلى العناصر والتقاطها أو إرسال رسائل نصية.

7

–

تعديل وظيفة العضو

، للعمل كتدخلات لسلس البول ، والبراز ، والاضطرابات الجنسية ، ولعلاج وظيفة الجهاز كما هو الحال في حالة إصابة الحبل الشوكي.

فسيولوجيا النظم

تستخدم فسيولوجيا الأنظمة أدوات هندسية ، لفهم كيفية عمل الأنظمة داخل الكائنات الحية ، من البكتيريا إلى البشر ، واستجابتها للتغيرات في بيئتها.

وفي سياق الهندسة الطبية الحيوية ، يشير إلى استخدام المبادئ الرياضية ، والعلمية والهندسية للتنبؤ بسلوك النظم ، وتشمل هذه الأنظمة جسم الإنسان بالكامل ، أو الأعضاء ، أو أنظمة الأعضاء والأنسجة والأجهزة الطبية.

وتُستخدم الهندسة الطبية الحيوية ، لاكتساب فهم شامل لوظيفة الأنظمة الحية ، بالإضافة إلى تفاعل الأجهزة الطبية مع هذه الأنظمة ، ومن الأمثلة على ذلك : التنبؤ بالجلوكوز لدى الأفراد العاديين ومرضى السكري ، وتطوير بقع الجلد التي تطلق الدواء.[4]

مسميات أخرى لوظيفة مهندس الطب الحيوي

يطلق على مهندسو الطب الحيوي أيضًا :

فني الطب الحيوي.
فني معدات طبية.
فني هندسة طبية.
مهندس بيوميد.
فني بيوميد.

راتب مهندس الطب الحيوي

يبلغ متوسط راتب مهندس الطب الحيوي ، في الولايات المتحدة حوالي 88550 دولارًا سنويًا، حيث تبدأ الأجور عادةً من 51،890 دولار ، وترتفع إلى 144،350 دولار.

ويقدر راتب مهندس الطب الحيوي حسب الأقدمية كالتالي:

تبدأ أرباح مهندس الطب الحيوي

التشغيلي

من: 69.40 دولار للساعة ، إلى 144.350 دولار.
تبدأ أرباح مهندس الطب الحيوي على

مستوى عال

من: 55.25 دولار للساعة ، إلى 114.930 دولار.
تبدأ أرباح مهندس الطب الحيوي من

المستوى المتوسط

من : 42.57 دولار للساعة ، وحتى 88550 دولار.
تبدأ أرباح مهندس الطب الحيوي على

مستوى المبتدئين

من : 61 دولار للساعة ، وحتى67830 دولار.
تبدأ أرباح مهندس الطب الحيوي من

المستوى الأول

من : 95 دولار للساعة ، وحتى 51890 دولار.

مدى قابلية توظيف مهندسي الطب الحيوي

يقوم CareerExplorer بتصنيف المهندسين الطبيين ، بتصنيف C للتوظيف ، مما يعني أن هذه المهنة يجب أن توفر فرص عمل معتدلة في المستقبل المنظور ، وعلى مدى السنوات العشر القادمة ، من المتوقع أن تحتاج الولايات المتحدة على سبيل المثال ، إلى 5800 من مهندسي الطب الحيوي ، ويستند هذا العدد إلى 1500 مهندس طبي حيوي إضافي ، وتقاعد 4300 مهندس طبي حيوي حالي.

كيف تصبح مهندس الطب الحيوي

يجب أن يأخذ الطلاب دورات العلوم الثانوية ، مثل الكيمياء والفيزياء وعلم الأحياء ، كما يجب عليهم أيضًا أخذ الرياضيات ، بما في ذلك حساب التفاضل والتكامل ، ودورات في الرسم ، أو الرسم الميكانيكي ، وبرمجة الكمبيوتر مفيدة أيضًا.

كما يحتاج المهندسون الطبيون عادةً إلى درجة البكالوريوس في الهندسة الطبية الحيوية ، من برنامج معتمد لدخول المهنة ، وبدلاً من ذلك ، يمكنهم الحصول على درجة البكالوريوس في مجال هندسي مختلف ، ثم الحصول على درجة عليا في الهندسة الطبية الحيوية ، أو الحصول على تدريب أثناء العمل في الهندسة الطبية الحيوية.

وتركز برامج درجة البكالوريوس في الهندسة الطبية الحيوية ، على الهندسة والعلوم البيولوجية ، وتتضمن البرامج دورات في المختبر بالإضافة إلى دروس في موضوعات مثل الميكانيكا السائلة والصلبة ، وبرمجة الكمبيوتر ، وتصميم الدوائر ، والمواد الحيوية ، كما تشمل الدورات الأخرى المطلوبة التدريب المتعمق في العلوم البيولوجية ، بما في ذلك علم وظائف الأعضاء.

ويحضر بعض مهندسي الطب الحيوي كلية طب الأسنان ، أو كلية الطب للتخصص في التطبيقات في الخطوط الأمامية لرعاية المرضى ، مثل استخدام النبضات الكهربائية بطرق جديدة لتحريك العضلات مرة أخرى ، ويحصل البعض على شهادة في القانون ، ويعملون كمحامين للبراءات. [5]

المستوى التعليمي التعليم لمهندس الطب الحيوي

الدرجة الأكثر شيوعًا التي يحملها المهندسون الطبيون هي الهندسة الميكانيكية ، والتي يحملها 7 ٪ من المهندسين الطبيين الحيويين ، فغالبًا ما يتمتع المهندسون الطبيون بمستويات مماثلة من التعليم ، بنسبة 57 ٪ من المهندسين الطبيين الحاصلين على درجة البكالوريوس ، والثاني الأكثر شيوعًا هو درجة الماجستير بنسبة 30 ٪.

السمات الشخصية التي يمتلكها المهندسون الطبيون

يميل مهندسو الطب الحيوي إلى أن يكونوا في الغالب أفرادًا استقصائيين ، مما يعني أنهم أشخاص فضوليون للغاية يحبون غالبًا قضاء الوقت بمفردهم مع أفكارهم ، كما يميلون أيضًا إلى أن يكونوا واقعيين ، مما يعني أنهم غالبًا ما يستمتعون بالعمل في الهواء الطلق ، أو التقدم إلى مشروع عملي.