هندسة طبية حيوية
هندسة طبية حيوية وتعرف باسم هندسة التقنيات الطبية، وهو العلم الذي يختص بدراسة جسم الإنسان من الناحية الهندسية ويمكن تقسيمه إلى خمسة أقسام أساسية موضحة أدناه وهو حلقة وصل بين علم الطب وعلوم الهندسة (فمهندس الطب الحيوي ينبغي أن يعرف جسم الكائن الحي لكي يصمم ما يتوافق معه من طرف صناعي أو عضو أو جهاز طبي).
تعتبر الهندسة الطبية الحيوية من أحدث العلوم الهندسية التي نشأت مع تطور الطب الحديث، فبعد 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 الكهربائيين والميكانيكيين ومهندسي الكمبيوتر وغيرها. 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 الأجهزة، 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.
تقسم الأجهزة الطبية إلى قسمين:
من الشائع الظن أن الهندسة الطبية تقتصر على الأجهزة الطبية وصيانتها ولكن هناك مجالات أخرى للهندسة الطبية مثل إدارة المشافي ، أطراف اصطناعية ، أعضاء اصطناعية وغيرها.
الهندسة الطبية تسخر الفيزياء والكيمياء والرياضيات وأساسيات الهندسة لدراسة الأحياء أي الجسم البشري في الأغلب للوصول إلى مراحل متقدمة في دراسة هذا الجسم ودراسة الأمراض التي يواجهها للعمل على توفير سبل أفضل لصحه جيده والمساعده على معالجة هذه الأمراض.
تتراوح إنجازات الهندسة الطبية الحيوية بين الأجهزة البدائية، مثل العكازات، والأحذية ذات الكعب العالي، والأسنان الخشبية- وحتى المعدات الحديثة، مثل منظم ضربات القلب، وجهاز القلب والرئتين، أجهزة غسيل الكلى، والأجهزة التشخيصية، وتقنيات التصوير الطبي المتنوعة، والأعضاء الاصطناعية، والأطراف الصناعية المتقدمة.
يعتبر اسم الهندسة الطبية الحيوية Biomedical engineering الاسم الأكثر شيوعا ، وهناك اسمان آخران: الأول هو الهندسة الطبية: Medical engineering والثاني هو الهندسة الحيوية: Bio engineering. وعلى سبيل المثال يعتبر تصنيع صمام مطاطي للقلب للتحكم بضخ الدم عملاً مشتركاً بين مهندس الميكانيكا الحيوية الذي يعرف ميكانيكية عمل القلب ومهندس المواد الطبية الذي يستطيع اختيار أفضل المواد المتناسبة مع جسم الإنسان. 
فقلب الإنسان يقوم بعمل ميكانيكي لا إرادي بواسطة تحفيز نبضة كهربية تقارب ستة فولتات فيقوم البطين الأيمن بضخ الدم إلى الأذين الأيمن بحركة لا إرادية لا يتحكم فيها الإنسان وإذا ما حدث خلل في صمام الارتجاع يجب تركيب الصمام المطاطي المذكور ليعمل على تعويض الخلل في الصمام الأصلي لضمان عدم حدوث قصور في الدورة الدموية.
هي أجهزة كهربائية ، ميكانيكية... تساعد الأطباء على القيام بعملهم على أكمل وجه وتساعد المرضى على الشفاء بشكل أفضل وتوفر الراحة التامة وتساعد بشكل كبير جدا على تشخيص الأمراض خصوصا الأورام الموجودة في داخل الجسم والتي لا يمكن التكهن بوجودها بدون هذه الأجهزة.
جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي ، جهاز التصوير الطبقي المحوري ، جهاز التصوير بالأشعة السينية، جهاز الغاما كاميرا ، جهاز التصوير بالأمواج فوق الصوتية ، جهاز المامو غراف(تصوير الثدي بأشعة أكس) ، جهاز اقتباس إشارات القلب والدماغ والعضلات والعين وغيرها. أهم المعدات الطبية التشخيصية هي تلك التي تستعمل في التصوير والرؤية داخل المريض ، هذه المعدات تندرج تحت مجال التصوير الطبي. المهندسون الطبيون الذين يقومون بصناعة هذه الآلات عليهم أن يمتلكوا معرفة واسعة في البيولوجيا والطب بالإضافة إلى خبرة في الهندسة والرياضيات. هذه الأجهزة يمكن أن تشكل خطرا على حياة الإنسان في حال استعمالها بشكل خاطئ أو بشكل شبه يومي.. هناك أجهزة طبية تشخيصية خاصة لتصوير الحيوانات بمختلف أحجامها ، وتوجد كميات هائلة تصرف لدعم البحث العلمي في هذا المجال.
احدى أحدث الأجهزة التشخيصية الطبية هي الكاميرا بحجم حبة الدواء: يمكن ابتلاع هذه الكاميرا مثل أي حبة دواء. تستطيع هذه الحبة التقاط ما يقارب 15 صورة ملونة أثناء مرورها في البلعوم والمرئ. الهدف من هذه الكاميرا هو الكشف المبكر عن سرطان الجهاز الهضمي الأمر الذي يزيد من احتمال الشفاء منه. تقوم هذه الكاميرا بإرسال الصور الملتقطة إلى جهاز في عيادة الطبيب الذي يقوم بمعاينة هذه الصور وتقييم وضع المريض بناء عليها. يبلغ عرض هذه الحبة ما يقارب 9 ميللي متر. هذه الأداة ستحدث فرقا كبيرا في مجال الأجهزة التشخيصية الطبية تم تطوير هذا الجهاز من في جامعة واشنطن.
تصوير بالرنين المغناطيسي
يعتمد التصوير بالرنين المغناطيسي على ظاهرة الطنين المغناطيسي النووي. يُستخدم هذا النوع من التصوير لرؤية الأنسجة والأعصاب. هذا النوع من التصوير شائع جداً لأن أضراره الجانبية قليلة للغاية. لا يسمح للمرأة الحامل أو الأشخاص ذوي الأطراف الصناعية المعدنية استخدام هذه الآلة حرصاً على سلامتهم . ينتج من آلة التصوير المغناطيسي أصوات عالية، لذا لابد من وضع سدادات للأذن أثناء التصوير. جهاز الرنين المغناطيسي يختلف عن التصوير المقطعي بواسطة الحاسوب بأنه لا يستخدم الأشعة السينية. غالبا ما يتم الفحص في قسم الأشعة في المستشفى ويستغرق ما بين 10-40 دقيقة بحسب العضو الذي يتم تصويره.
تصوير مقطعي محوسب
يعتمد التصوير الطبي المحوسب على الأشعة السينية. باستخدام هذا التصوير يمكن رؤية الهيكل العظمي بدقة عالية. قبل البدء بعملية التصوير، يتم حقن المريض بمادة تباينية بهدف زيادة دقة الصورة. تم بناء أول آلة تصوير مقطعي في إنجلترا. أول عملية تصوير تمت عام 1971 في لندن. لهذا النوع من التصوير آثار جانبية فقد يؤثر على الحموض النووية في جسم المريض. دقة الصورة الناتجة تتناسب طرداً مع كمية الأشعة المنبعثة من هذا الجهاز . يستخدم التصوير المقطعي المحوسب في تشخيص الأورام الخبيثة والحميدة في مناطق مختلفة في الجسم . يوجد أربعة أجيال لجهاز المسح المقطعي.
تصوير مقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET)
كما يستخدم جهاز الرنين المغناطيسي المجالات المغناطيسية في إظهار الأعضاء الداخلية في الجسم، يستخدم جهاز (PET) المواد المشعة المحقونة في الجسم لالتقاط الصور. يتم ربط مواد مشعة، مثل أوكسجين-15 الذي يتفكك خلال فترة زمنية قصيرة ويطلق إشعاعات، مع جزيئات متجهة نحو العضو المراد تصويره. مثلاً يتم عند تصوير الدماغ، يتم ربط هذه المواد المشعة مع جزيئات الغلوكوز. الهدف من التصوير بواسطة PET هو رؤية مدى نشاط أماكن معينة في العضو المصوّر. على الرغم من أن طريقة التصوير هذه قد تكون مكلفة أكثر من غيرها، فهي تتمتع بالعديد من الخصائص التي تميزها عن بقية طرق التصوير. تستخدم هذه التقنية في تصوير العديد من الأعضاء الحيوية مثل الدماغ، القلب، الكلى وغيرها.
ويقصد بالأجهزة التعويضية ، بمجموعة الأجهزة التي يتم استخدامها كتعويض عن الأعضاء الطبيعية نتيجة مرضها أو ضعف في آدائها و تقوم بنفس عمل العضو المريض او التالف و من الأمثلة عليها :
احدى أحدث المعدات الطبية هي الجهاز الذي يكون على اتصال مباشر مع جسد المريض من خلال مستشعرات التي تقوم بإستشعار وقياس الإشارات الحيوية مثل تسارع ضربات القلب، درجة حرارة الجسم، سرعة التنفس وغيرها الكثير وتقوم بإرسال هذه الإشارات إلى جهاز استقبال موجود في منزل المريض الذي يتلقى ويعالج هذه المعلومات طوال اليوم. في حال تعرض المريض لأي لحادث، مثل سكتة قلبية، يحدث تغير مفاجئ في هذه المؤشرات، يقوم جهاز الأستقبال بإرسال إنذار إلى مستشفى قريب ليتم إسعاف المريض. الكبار في السن الأكثر عرضة لهذه الحوادث هم أكثر فئة تستخدم هذا الجهاز .
هي أجهزة طبية التي يمكن ان تستبدل اعضاء حية متضررة في جسم الإنسان أو الحيوان، مثل الأطراف إصطناعية. سطح هذه الأعضاء يمكن أن يكون من السيليكون او التايتينيوم. الأعضاء الإصطناعية غالباً ما تحتوي على دارات الكترونية وتكون قادرة على الحركة. أحدث الأطراف الإصطناعية هي تلك المتصلة بالأعصاب والتي تتحرك بناء على إشارات عصبية من الدماغ .الأشخاص الذين تعرضوا لإصابات خلال الحروب التي أدت إلى أضرار كبيرة في اطرافهم يستخدون هذا النوع من الأعضاء. أكثر الأعضاء الإصطناعية شيوعاً هي الأوراك الإصطناعية. الأعضاء الإصطناعية لا تقتصر على الأطراف الإصطناعية فقط، فقد قام العلماء مؤخراً ببناء كبداً اصطناعياً.
قلب صناعي
أحد أهم هذه االأعضاء الإصطناعية هو قلب صناعي. يتم استخدام القلب بشكل مؤقت أثناء عملية زراعة قلب طبيعي، أو بشكل دائم عندما يستحيل زراعة قلب طبيعي. تمت أول عملية زراعة قلب صناعي عام 2013 في فرنسا . يقوم هذا القلب بكافة الوظائف التي يقوم بها القلب الطبيعي. يحتوي هذا القلب على مضخة تقوم بضخ سائل هيدروليكي يقوم بدفع الدم بشكل دائم. يتألف هذا القلب من عدة أعضاء، منها: صمامات العبور، بطاريتان داخلية وخارجية ومضخة هيدروليكية.
بنكرياس صناعي
يقوم البنكرياس الصناعي بكافة الوظائف التي يقوم بها البنكرياس الطبيعي. يقوم هذا العضو بضخ الأنسولين في الجسم عندما يتجاوز مستوى السكر في الدم حد معين. كمية الإنسولين التي يجب طرحها في الدم يتم حسابها بواسطة حاسوب متصل لاسلكياً بالبنكرياس. يستخدم هذا الجهاز ملايين المرضى المصابين بمرض السكري حول العالم. يعد هذا الجهاز أقل خطراً من زراعة الخلايا الجذعية مجهولة العواقب
كبد صناعي
عندما يحدث فشل كبدي تتراكم السموم في جسد المريض، وعندها يتم استخدام هذا الجهاز. يقوم هذا الكبد، كما الكبد الطبيعي عند الشخص المعافى، بمعالجة الدم للتخلص من السموم. يتم نقل دم المستخدم إلى غرفة خاصة في هذا الجهاز ليتم خلطه مع بروتينات التي تقوم بالالتصاق مع السموم وتفصلها عن الدم. ما زال هذا الجهاز طور التطوير، ولكن العلماء يعتقدون بأنه سيكون له تأثير كبير على الأشخاص الذين يعانون من مشاكل في الكبد. يتم استخدام هذا الجهاز بشكل مؤقت لكسب الوقت حتى يستطيع الكبد الطبيعي التعافي، أو حتى يتم زراعة كبد طبيعي جديد. ساهم هذا الجهاز في إنقاذ حياة العديد من المرضى .
قبل أن يتم بيع الآلات الطبية للمخابر والمستشفيات على هذه الأجهزة أن تحقق شروط معينة. مثلا، على هذه الأجهزة أن تثبت أنها آمنة وفعالة في نفس الوقت. تعتبر آمنة إذا المرضى أو الأطباء الذين يستخدمونها لا يتعرضون لأذى أو لضرر عند استخدامها. لذى إجراءات احتياطية يجب ان تجرى. العديد من الحوادث حصلت خلال السنين الأخيرة بسبب هذه الآلات الأمر الذي أدى إلى زيادة التجارب الصارمة التي يجب أن تمر بها هذه الآلات قبل الموافقة عليها. تعتبر هذه الآلات فعالة إذاحققت الهدف المرجو منها خلال فترة زمنية معقولة.
تصنف المعدات والأجهزة الطبية إلى ثلاث صفوف حسب القوانين والأنظمة في الولايات المتحدة:الهندسة الطبية هي علم يجمع بين علوم الهندسة (الميكانيكية والكهربائية والإلكترونية والحاسوبية) وبين العلوم الطبية الحيوية والفيزيولوجية، حيث تطبق النظريات والتقنيات الهندسية المتقدمة للتعامل وتحليل وحل المشكلات الطبية الحيوية.و ذلك من خلال تصميم أدوات وأجهزة مناسبة لقياس المنظومات الفيزيولوجية والحيوية وفهمها وتطوير أجهزة قادرة على معالجة الأمراض والتعامل معها ،مما يتطلب دراسة طريقة عمل هذه الأجهزة وصيانتها ونمذجتها.
الهندسة الطبية تتيح بشكل كبير والإبداع والتطوير والاختراع، وذلك لتنوع المجالات الطبية ولضخامة المنظومات الفيزيولوجية (الجسم البشري) التي يتعامل معها هذا المجال من الهندسة، علما ان أكثر التقنيات رقيا وتقدما وأغلاها ثمنا تستخدم في مجالين، أحدهما الهندسة الطبية.
يعمل المهندس الطبي في المشافي والعيادات لتجهيزها بالمعدات والأجهزة (بعد تحديد الخصائص المطلوبة) وصيانتها، وأيضا بالشركات الطبية المتخصصة بصناعة الأجهزة الطبية ،أو تلك المتخصصة بصيانة الأجهزة الطبية وبيعها أو مراكز البحث كالجامعات (التي تبحث في تطوير الأجهزة الطبية وتحليل وفهم وحل المشكلات البيولوجية بشكل أكبر).عمل المهندس الطبي متعلق بتخصصه ومجال عمله، وذلك بالتعاون مع أطباء وممرضين ومهندسين من جميع الاختصاصات.
العديد من الشركات والجامعات تستثمر ملايين الدولارات في البحث العلمي. الباحثوون يقومون بتطوير الآلات الطبية والأعضاء الإصطناعية. الآلات الناتجة من مشاريع البحت العلمي يتم فحصها بدقة للتأكد أنها تتوافق مع الأنظمة والقوانين الموجودة في البلد. على الآلات أن تجتاز العديد من الإختبارات والتحليلات قبل أن يتم التأكد من سلامتها. بعد التأكد من سلامة هذه الآلات يتم بيعها للمستشفيات والمخابر. بعض البلدان مثل أمريكا وألمانيا تقوم بتصدير الآلات ليتم بيعها في غير بلدان. من أهم مجالات البحث العلمي: المواد الحيوية، التصوير الطبي، الميكانيكا الطبية، التكنولوجيا الحيوية النانونية، هندسة أنسجة، وغيرها الكثير.
إن التطور المتسارع للتكنولوجيا ، وزيادة الأمراض ، ووجود كثير من المشاكل الطبية والتقنية التي تحتاج إلى حلول يؤدي إلى تزايد الطلب على المهندسين الطبيين لأجل التعامل مع المشاكل البيولجية المتزايدة التعقيد وتطوير عمل الأجهزة السابقة للحصول على نتائج أفضل ، وابتكار أجهزة جديدة تساعد الطبيب على أداء مهمته بشكل أفضل وأسرع فالحاجة للمهندس الطبي تتزايد في كل يوم.
يدرس طلاب الهندسة الطبية العديد من العلوم التطبيقية المختلفة مثل البيولوجيا، الكيمياء، الرياضيات التطبيقية، الفيزياء خلال أول سنتين من الجامعة . خلال السنة الثالثة والرابعة يدرس الطلاب برمجة الحاسوب والمواد التي تستخدم في تصميم الأدوات الطبية. قبل التخرج على الطلاب أن يقوموا بمشروع تخرج ،درجة هذا المشروع تؤثر كثيرا على الدرجة التي ينالها الطلاب في نهاية السنوات الأربع أو الخمس التي يقضونها في الجامعة .بعد التخرج من الجامعة يقوم بعض الطلاب بالالتحاق بجامعات أخرى للقيام بدراسات عليا وأخذ درجة الدكتوراه، بعض الطلاب يقومون بالبدء بالعمل فور تخرجهم من الجامعة، وبعض الطلاب يقومون بالالتحاق بمؤسسات البحث علمي.
يضم فقط العاملين في شتى أنواع ومجالات الهندسة الطبية من أطباء ، طلاب ، باحثيين علميين، وأساتذة. هذا المجتمع تم إنشاءه في عام 1968. هدف هذا المجتمع هو زيادة المعرفة حول مختلف المواضيع المرتبطة بالهندسة الطبية. يقوم هذا المجتمع بتنظيم وعقد المؤتمرات التي تناقش الاختراعات الطبية الجديدة. بالإضافة إلى ذلك، يقوم المجتمع بتعريف طلاب المرحلة الثانوية في المدارس على الهندسة الطبية لتشجيعهم على دراستها في الجامعة. يقوم أعضاء المجتمع بجمع التبرعات من اجل دعم طلاب الهندسة الطبية وإععطائهم منح دراسية