في منشور المدونة هذا، سنستكشف كيف يمكن للهندسة الطبية الحيوية، وهي التقارب بين الهندسة الحيوية والهندسة الكهربائية، أن تحدث ثورة في مستقبل الرعاية الصحية من خلال مجموعة متنوعة من الأمثلة.
نعيش اليوم في عصرٍ يشهد تغيرًا تكنولوجيًا متسارعًا. ورغم تعدد مجالات التكنولوجيا، لا سيما في الإلكترونيات والاتصالات والحواسيب، إلا أن وتيرة التغيير سريعة وواسعة النطاق. على سبيل المثال، عند شراء هاتف جوال جديد، لا يستغرق الأمر سوى بضعة أشهر قبل إصدار هاتف أفضل. أما بالنسبة لأجهزة التلفزيون، فقد رأينا أجهزة التلفزيون الرقمية، وأجهزة التلفزيون عالية الدقة، وأجهزة التلفزيون ثلاثية الأبعاد، والآن أجهزة التلفزيون الذكية. وتندرج هذه التقنيات المتنوعة المتعلقة بالإلكترونيات والاتصالات والحواسيب تحت مظلة الهندسة الكهربائية.
مع ذلك، لا تقتصر الهندسة الكهربائية على الكهرباء فحسب. فبالإضافة إلى الدوائر الكهربائية والطاقة، تغطي الهندسة الكهربائية مجموعة واسعة من المجالات الأخرى، مثل شاشات العرض، والبرمجة، ومعالجة الإشارات، والاتصالات، والأنظمة. وقد دُرست هذه المجالات في الهندسة الكهربائية منذ زمن طويل. ومع ذلك، تبرز اليوم مجالات بحثية جديدة في الهندسة الكهربائية نتيجةً للتقارب المتزايد بين التخصصات. ومن هذه المجالات الهندسة الطبية الحيوية (BME)، وهو مجال بدأ العديد من باحثي الهندسة الكهربائية يهتمون به.
كما يوحي الاسم، فإن BME هي تقنية تندمج مع علم الأحياء وتُطبق في المجال الطبي، وخاصة بالنسبة للبشر. وقد أُطلق على القرن الحادي والعشرين اسم العصر البيولوجي، مما يعني أن الأبحاث المتعلقة بالحياة تُجرى بنشاط، والهدف النهائي لمثل هذه الأبحاث هو إيجاد شيء مفيد للبشر. وفي هذا الصدد، فإن BME، التي ترتبط ارتباطًا مباشرًا بمجال الرعاية الصحية البشرية، هي مجال يتمتع بمستقبل مشرق ومن المتوقع حدوث العديد من التطورات. ولهذا السبب، تنمو BME بسرعة في الصناعة وتصبح جزءًا مهمًا بشكل متزايد من الهندسة الكهربائية. لا يمكن المبالغة في أهمية BME، لذلك سنشرح في هذه المقالة الأهمية المتزايدة لـ BME. وعلى وجه الخصوص، نظرًا لأن BME تغطي مجموعة واسعة من الموضوعات، فسوف نوضحها ببعض الدراسات التمثيلية وأمثلة استخدامها.
أولاً، يُعد التحفيز والتسجيل أحد أهم أجزاء علم الطب الحيوي الجزيئي. تتكون العديد من الكائنات الحية، بما في ذلك البشر، من خلايا متعددة لا تعمل بمعزل عن بعضها البعض، بل تتواصل مع بعضها البعض وتؤدي عمليات الأيض. في هذه العملية، تتحرك الأيونات داخل الخلايا وخارجها، مما يُحدث فروق جهد تُستخدم لنقل الإشارات. التسجيل والتحفيز هما تقنيتان تستخدمان فرق الجهد هذا. التسجيل، حرفياً، هو وسيلة لتسجيل فرق الجهد بين داخل الخلية وخارجها لتحديد كيفية تواصل الخلايا ومع أي منها. على العكس، التحفيز هو تطبيق نبضات كهربائية على خلايا محددة لتنشيط خلايا غير نشطة أو لإيقاف خلايا تقوم بعمل غير ضروري. ومن الأمثلة على كيفية استخدام هذه التقنية عملياً لدى مرضى فقدان البصر، حيث يُستخدم التسجيل لتحديد أي من مراحل استجابة الخلية للتحفيز الضوئي تُسبب المشكلة. في حالة التحفيز، يُستخدم في طريقة تُسمى التحفيز العميق للدماغ لتحفيز أجزاء من دماغ مرضى باركنسون.
ثانيًا، هناك أجهزة استشعار حيوية. تعني كلمة "جهاز استشعار حيوي" حرفيًا جهاز استشعار يكتشف الإشارات أو المحفزات الحيوية، ويمكن تقسيمها إلى أجهزة استشعار كهربائية، وأجهزة استشعار كيميائية، وأجهزة استشعار بصرية وفقًا لطريقة الكشف. عندما يتعلق الأمر بالهندسة الكهربائية، تُعد أجهزة الاستشعار الكهربائية مهمة، وأجهزة استشعار تخطيط كهربية القلب هي الأكثر استخدامًا. تخطيط كهربية القلب هو اختصار لـ "تخطيط كهربية القلب"، وهو الكشف عن الجهد الحيوي الذي يولده القلب. يضخ القلب الدم باستمرار في جميع أنحاء الجسم ويستعيد الدم الذي يحتوي على الفضلات، ومن وظيفة جهاز استشعار تخطيط كهربية القلب اكتشاف الإشارات الكهربائية التي تحدث أثناء هذه العملية. عندما ينبض القلب بشكل طبيعي، يجب أن يبدو مخطط كهربية القلب بطريقة معينة، ولكن عندما يحدث سلوك غير طبيعي، يبدو الرسم البياني لتخطيط كهربية القلب مختلفًا. هذا مفيد جدًا لفهم الوظائف الحيوية للقلب، وتخطيط كهربية القلب هو الرسم البياني الدوري الذي يظهر على الشاشة بجانب المريض في المستشفى.
وتشمل المجالات الأخرى التي تغطيها الهندسة الطبية الحيوية البحث في المواد الحيوية لتحسين توصيف المواد المستخدمة في الأجهزة الطبية المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، فإن التصوير الطبي، الذي يستخدم حركة الإلكترونات والحقل الكهرومغناطيسي الناتج لتسهيل رؤية حالة الشخص المصاب بمرض ما في لمحة، هو مجال آخر من مجالات البحث. كما تعد هندسة الأنسجة، وإنشاء الأعضاء الاصطناعية، فرعًا من فروع الهندسة الطبية الحيوية.
إن الطب الباطني هو مجال ناشئ لم يبدأ دراسته بجدية إلا مؤخرًا، ولكنه يكتسب زخمًا في مختلف أنحاء العالم لأن البشر سعوا منذ فترة طويلة إلى عيش حياة أطول وأكثر صحة. ومن المتوقع أن تبلغ قيمة سوقه تريليونات الدولارات في المستقبل. وقد تم تحقيق العديد من التطورات بالفعل، وخاصة في مجالات السمع الاصطناعي والرؤية الاصطناعية. وتساعد تقنيات الطب الباطني الأشخاص الذين يعانون من فقدان السمع والبصر، ووتيرة التقدم التكنولوجي سريعة للغاية بحيث يتم إحراز تقدم كل يوم.
وبمزيد من البحث والاستثمار، قد يحدث الطب الحيوي ثورة في المجال الطبي الحالي. وهذا من شأنه أن يقربنا خطوة واحدة من الحياة الصحية التي نحلم بها.
