وظيفة مهندس الطب الحيوي

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

تتداخل العديد من الاختصاصات الهندسية والعلوم مثل الهندسة الميكانيكية والكهربائية والكيميائية وعلوم المواد والكيمياء والرياضيات وعلوم الكمبيوتر والهندسة، مع علم الأحياء البشري، في مجال الهندسة الطبية الحيوية لتحسين صحة الإنسان.

يقوم مهندس الطب الحيوي بتحليل وتصميم حلول لمشاكل علم الأحياء والطب، بهدف تحسين جودة وفعالية رعاية المرضى، ويزداد الطلب على مهندسي الطب الحيوي بشكل متزايد، ويعود ذلك إلى التحول العام نحو استخدام الآلات والتكنولوجيا في جميع جوانب الحياة.

مهام وظيفة مهندس الطب الحيوي

أصبحت الهندسة الطبية الحيوية الآن مجالًا مستقلاً بذاته، ولم يعد تخصصًا متعدد التخصصات، وقد ظهر مؤخرًا كدراسة خاصة في الهندسة، وعادةً ما يقوم مهندس الطب الحيوي بما يلي:

1- تصميم أنظمة / ومنتجات.
يشمل العمل بتثبيت أو تعديل أو صيانة أو إصلاح أو تقديم الدعم الفني للمعدات الطبية الحيوية.
يتم تقييم سلامة وكفاءة وفعالية الأجهزة الطبية الحيوية.

تدريب الأطباء والعاملين الآخرين على استخدام المعدات بشكل صحيح.
يتضمّن العمل التعاون مع علماء الحياة والكيميائيين وعلماء الطب.
6- دراسة الجوانب الهندسية في الأنظمة الحيوية للإنسان والحيوان.

تعتمد الهندسة الطبية الحيوية (BME) على المبادئ الهندسية ومفاهيم التصميم وتجمع بينها وبين الطب والبيولوجيا، وذلك من خلال تعبئة الفجوة بين الهندسة والطب. تهدف إلى دمج مهارات التصميم وحل المشكلات مع العلوم البيولوجية الطبية، وتسعى لتطوير العلاج والرعاية الصحية التشخيصية.

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.

بما أن هناك تقنيات مستقبلية متاحة الآن بشكل أكبر، مثل هندسة الخلايا الجذعية، والطباعة ثلاثية الأبعاد للأعضاء الحيوية.

تشمل مهام مهندس الطب الحيوي الحفاظ على المعدات الطبية الحالية في المستشفيات والامتثال لمعايير الصناعة الحالية، ويشمل ذلك إجراء اختبارات دورية وصيانة وتوصيات وشراء معدات جديدة وحتى التخلص من المعدات.

يتضمن عمل هؤلاء المهندسين العديد من المجالات المهنية، حيث على الرغم من أن خبرتهم تعتمد على الهندسة وعلم الأحياء، فإنهم في العادة يصممون برامج حاسوبية لتشغيل الأدوات المعقدة، مثل أجهزة الأشعة السينية ثلاثية الأبعاد.

في مجال الصناعة، يمكن للمبتكرين إبتكار منتجات تتطلب فهمًا متعمقًا للأنظمة الحية وتكنولوجيا حديثة. ويصمم بعض مهندسي الطب الحيوي دوائر كهربائية وبرامج لتشغيل المعدات الطبية ومحاكاة الحاسوب لاختبار علاجات الأدوية الجديدة.

يقوم البعض بتصميم وبناء أجزاء الجسم الاصطناعية، وذلك لاستبدال الأطراف المفقودة. ويقومونفي بعض الحالات بتطوير المواد اللازمة لصنع أجزاء الجسم البديلة، كما يصممون معدات التمارين التأهيلية.

بدلاً من ذلك، يستخدم بعض المهندسين معرفتهم بالكيمياء والبيولوجيا لتطوير علاجات دوائية جديدة، بينما يعتمد البعض الآخر بشكل كبير على الرياضيات والإحصاءات لبناء نماذج وفهم الإشارات التي يرسلها الدماغ أو القلب.

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

مكان عمل مهندس الطب الحيوي

يمكن لمهندس الطب الحيوي العمل في مجموعة متنوعة من الإعدادات، حيث يعمل بعضهم في المستشفيات لتقديم العلاج، ويعمل البعض الآخر في المختبرات التي تجري الأبحاث، ويعمل آخرون في إعدادالتصنيع، حيث يقومون بتصميم منتجات هندسة الطب الحيوي.

بالإضافة إلى العمل في المجال الطبي، يعمل هؤلاء المهندسون أيضًا في المكاتب التجارية، حيث يساعدون على اتخاذ القرارات الخاصة بالعمل، وغالبًا ما يتم تحديد مكان وكيفية عمل المهندسين الطبيين وفقًا للحاجات الخاصة للآخرين.

على سبيل المثال، يمكن لمهندس الطب الحيوي الذي طور جهازا جديدا مصمما لمساعدة شخص معاق على المشي مرة أخرى أن يقضي ساعات في المستشفى لتحديد مدى اتساق عمل الجهاز مع التصميم المخطط له، وفي حالة وجود طريقة لتحسين الجهاز، فقد يضطر المهندس إلى العودة إلى الشركة المصنعة للمساعدة في تغيير عملية التصنيع وتحسين التصميم.

المجالات المتخصصة في الهندسة الطبية الحيوية

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

الآلات الحيوية

تطبيق الهندسة الحيوية هو مجال جديد ومتقدم في الهندسة الطبية، حيث يرتبط بالآلات الحيوية وعلوم الكمبيوتر. تمت معظم الابتكارات في مجال الأجهزة الحيوية خلال العقدين الماضيين.

يركز هذا التخصص على استخدام الإلكترونيات وعلوم الكمبيوتر ومبادئ القياس لتطوير الأجهزة والأدوات والميكانيكا التي يتم استخدامها في تشخيص وعلاج المشاكل الطبية والأنظمة البيولوجية، ويجمع بين العالمين الطبي والهندسي.

يركز هذا التخصص أيضا على استخدام أجهزة استشعار متعددة لمراقبة الخصائص الفسيولوجية للإنسان أو الحيوان عن كثب. وقد تم تطوير الأجهزة البيولوجية لأول مرة بواسطة وكالة ناسا خلال بعثات الفضاء المبكرة لفهم تأثير السفر إلى الفضاء على البشر. تقوم المستشعرات أيضا 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

باعتبارها معرفة، يتم تقدير عمر المواد الحيوية بحوالي خمسين عاما، وتسمى دراسة المواد الحيوية أو علم المواد الحيوية أو هندسة المواد الحيوية. تشمل هذه الدراسة عناصر الطب والبيولوجيا والكيمياء وهندسة الأنسجة وعلوم المواد. إن المواد الحيوية هي دراسة المواد التي تحدث بشكل طبيعي أو تصنع في المختبر وتستخدم في الأجهزة الطبية أو كمواد زر.

يمكن الحصول على المواد الحيوية إما من المصادر الطبيعية أو تصنيعها في المختبر باستخدام مواد معدنية أو بوليمرات أو سيراميك أو مواد مركبة، وتستخدم المواد الحيوية غالبا في التطبيقات الطبية مثل صمامات القلب، وقد تكون لها استخدامات أكثر تفاعلية مثل زرعات الورك المطلية بالهيدروكسي أباتيت، وتستخدم المواد الحيوية أيضا يوميا 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.

الميكانيكا الحيوية هي علم يدرس حركة الجسم الحي، وكيفية عمل العضلات والعظام والأوتار والأربطة معًا لإنتاج الحركة، ولا تشمل الميكانيكا الحيوية فقط هيكل العضلات والعظام والحركة التي يمكن توليدها، بل تتضمن أيضًا آليات الدورة الدموية وغيرها من الوظائف الجسدية.

تشمل الميكانيكا الحيوية دراسة الحيوانات والنباتات والعمليات الميكانيكية في الخلايا، وتشمل التخصصات داخل الميكانيكا الحيوية العلوم البيولوجية وممارسة الرياضة والعلوم الصحية وبيئة العمل والعوامل البشرية والهندسة والعلوم التطبيقية.

الهندسة السريرية

يُعرَّف المهندس السريري من قبل ACCE على أنه مهندس 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.

تقوم الهندسة السريرية بتطبيق وتنفيذ التكنولوجيا الطبية لتحسين توفير الرعاية الصحية، ويقدم المهندسون السريريون الاستشارات التقنية للأطباء والإداريين، ويعملون مع المنظمين الحكوميين في تفتيش المستشفيات والتدقيق فيها، ويقدمون المشورة لصانعي الأجهزة الطبية فيما يتعلق بتحسينات التصميم وإعادة توجيه عمليات الاستحواذ على المستشفيات بناء على الخبرة السريرية.

هندسة إعادة التأهيل

تهتم هندسة إعادة التأهيل بدراسة الهندسة وعلوم الكمبيوتر لتصميم وتطوير واختبار وتقييم الأجهزة التي تساعد الأشخاص الذين يتعافون من الإعاقات الجسدية والمعرفية أو الذين يتكيفون معها.

ويعمل مهندسو إعادة التأهيل على تطوير الحلول والتقنيات التكنولوجية التي تساعد في استعادة القدرات الجسدية والمعرفية المفقودة بسبب المرض أو الإصابة، ويمكن أن يساعدوا الأشخاص الذين يعانون من مشاكل في الحركة والتواصل والسمع والبصر والتفكير، بالإضافة إلى الأشخاص المصابين بالتصلب المتعدد أو مرض باركنسون أو التصلب الجانبي الضموري أو مرض غرب النيل أو إصابات الحبل الشوكي أو صدمة الدماغ أو أي إصابة أو مرض يؤثر على القدرات الجسدية والعقلية.

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.

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.

أعطت الأبحاث الجارية في هندسة إعادة التأهيل بعض التقنيات المبتكرة للغاية التي يمكن أن تساعد الناس بشكل كبير، على سبيل المثال:

روبوتات إعادة التأهيل تستخدم كمساعدات علاجية وتساعد في تدريب الأشخاص 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.

يتم تطوير الأطراف الاصطناعية الفيزيائية وتحسينها من خلال تصميم أرجل اصطناعية أكثر ذكاء وتحسين الهيكل الخارجي للأطراف العلوية وتطوير الأيدي الماهرة لتحاكي حركة الأطراف الطبيعية بشكل أفضل وتناسب احتياجات المستخدم.

4- دراسة حركة الإنسان وفيزيولوجيا العضلات ونشاط الدماغ لمراقبة وظائف الإنسان ومنع الإصابات الثانوية، والكينماتيكا المتقدمة.

5- الأطراف الصناعية الحسية تستخدم لاستعادة وظائف مختلفة وتمكين الفرد من التنقل والاتصال، مثل زرع الشبكية والقوقعة.

تم تصميم واجهات كمبيوتر للدماغ لمساعدة الأشخاص الذين يعانون من إعاقة شديدة في التواصل باستخدام نبضات الدماغ الكهربائية، وذلك لتحريك مؤشر الكمبيوتر أو الذراع الروبوتية القادرة على الوصول إلى العناصر والتقاطها، أو إرسال رسائل نصية.

يتم تعديل وظيفة العضو لتدخلات العلاج في حالات السلس البولي والإمساك والاضطرابات الجنسية، ويتم استخدامه أيضا لعلاج إصابات الحبل الشوكي وتحسين وظيفة الجهاز.

فسيولوجيا النظم

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

في مجال الهندسة الطبية الحيوية، يشير المصطلح إلى استخدام المبادئ الرياضية والعلمية والهندسية للتنبؤ بسلوك النظم، وتشمل هذه النظم جسم الإنسان بأكمله أو الأعضاء أو أنظمة الأعضاء والأنسجة والأجهزة الطبية.

تستخدم الهندسة الطبية الحيوية لفهم شامل لوظيفة الأنظمة الحية وتفاعل الأجهزة الطبية معها، ومن أمثلة ذلك: التنبؤ بمستوى الجلوكوز في الدم لدى الأفراد العاديين ومرضى السكري، وتطوير بقع الجلد التي تطلق الدواء.

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 88,550 دولار سنويا، حيث تبدأ الأجور عادة من 51,890 دولار وتصل 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: تتراوح التكلفة بين 55.25 دولارا في الساعة و 114.930 دولارا.
• تبدأ أرباح مهندس الطب الحيوي من المستوى المتوسط من : الأجرة 42.57 دولار في الساعة، ويصل حتى 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 في الساعة، وحتى 51890 دولار.

مدى قابلية توظيف مهندسي الطب الحيوي

يصنف مهندسو الطب الحيوي بتصنيف “C” للتوظيف من قبل CareerExplorer، مما يعني أن هذه المهنة ستوفر فرص عمل معتدلة في المستقبل المنظور، وعلى مدى العشر سنوات القادمة، من المتوقع أن تحتاج الولايات المتحدة، على سبيل المثال، إلى 5800 مهندس طبي حيوي، ويستند هذا العدد إلى 1500 مهندس طبي حيوي إضافي، وتقاعد 4300 مهندس طبي حيوي حاليا.

كيف تصبح مهندس الطب الحيوي

يجب على الطلاب أخذ دورات في العلوم الثانوية، مثل الكيمياء والفيزياء وعلم الأحياء، وكذلك أخذ دروس في الرياضيات، بما في ذلك حساب التفاضل والتكامل، والرسم، أو الرسم الميكانيكي، وبرمجة الكمبيوتر لتعزيز معرفتهم وتطوير مهاراتهم.

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.

تتمحور برامج درجة البكالوريوس في الهندسة الطبية الحيوية حول الهندسة والعلوم البيولوجية، وتشمل دورات في المختبر ومواضيع مثل الميكانيكا السائلة والصلبة، وبرمجة الكمبيوتر، وتصميم الدوائر، والمواد الحيوية. تشمل البرامج أيضا تدريبا مكثفا في العلوم البيولوجية، بما في ذلك علم وظائف الأعضاء.

يذهب بعض مهندسي الطب الحيوي إلى كلية طب الأسنان أو كلية الطب للتخصص في تطبيقات الرعاية الأمامية للمرضى، مثل استخدام النبضات الكهربائية لتحريك العضلات والعمل كمحاميين للبراءات 

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.