Біомедична інженерія (далі БМІ) – вивчає і розробляє технічні та штучні біологічні об’єкти, а також медичну техніку та технологію її виробництва й експлуатації, контроль якості та сертифікації для безпечного застосування в будь-яких галузях біології і медицини, досліджує їх взаємодію з живими організмами.
Це міждисциплінарна галузь освіти, яка поєднує інженерію і науки про життя, охоплює діяльність широкого спектру: від безпосереднього клінічного застосування до довгострокових фундаментальних досліджень природних і штучних біомедичних об’єктів.
БМІ виникла на перетині точних і медико-біологічних наук як офіційна навчальна дисципліна на початку 1950-х, хоча взаємопроникнення інженерних знань і точних наук в біологію і медицину розпочалось значно раніше.
Напрямок біомедичної інженерії започаткували лікарі, залучивши до вирішення медичних проблем провідні технічні університети. Перші заклади, де це відбулось: Інститут медичної фізики (1921), в подальшому – Інститут біофізики Макса Планка (Німеччина) та Радіоінженерний інститут (1948, США). В подальшому більшість провідних технічних університетів світу відкрили кафедри та факультети з БМІ. Деякі з них очолили лікарі, як, наприклад, професор фізіології Л.Геддес (Purdue University, США), професор медицини Т.Харріс (Vanderbilt University, США). Були організовані національні та міжнародні фахові асоціації, які об’єднали науковців, викладачів, інженерів і лікарів світу в галузі БМІ. Таким чином, в Європі та США сформувався потужний рух до створення самостійної програми навчання з БМІ, яка більше не є частиною традиційних інженерних програм, а з самого початку повністю інтегрована з медициною і біологією.
Сьогодні розробка матеріалів медичного призначення, виробів з них та медичної техніки, а також техноємних медичних технологій є одним із основних напрямів економічної політики розвинених країн. Реалізація цих програм потребує залучення високоосвічених фахівців, які володіють відповідним обсягом знань і навичок у галузях біології, медицини, медичної техніки, медичної електроніки, біоматеріалознавства. Це призвело до створення у США і Європі спеціальності “Біомедична інженерія” та споріднених з нею спеціалізацій (зокрема, “Медична інформатика”, “Медична інженерія”, “Клінічна інженерія”).
За оцінкою Державного департаменту США із працевлаштування і зайнятості (United States Department of Labor), з 2000 до 2010 року число робочих місць у сфері БМІ збільшиться на 31,4% – що вдвічі перевищить швидкість зростання робочих місць у всіх інших сферах діяльності.
Всього у світі за 2000 р. прибутки, повязані з медичними технологіями і медичним обладнанням, сягнули 160 мільярдів євро, з яких 41,5% отримані на ринку США, 25,6% у ЄС, 15% – в Японії.
Обіг капіталу в цій сфері безперервно зростає, створюючи потужний ринок медичних матеріалів, техніки, технологій і, відповідно, робочих місць. Стрімке зростання виробництва призвело до збільшення кількості найменувань медичного обладнання (яке лише в Європі виготовляють 12000 підприємств) з 840 тис. у 1994 р. до 1400 тис. – у 2004 р.
У 2000 р. лише в секторі розробки і виробництва медичного обладнання в ЄС було зайнято 315000 фахівців, не враховуючи персоналу, зайнятого в експлуатації та обслуговуванні медичного обладнання в закладах охорони здоров’я. У 2001 р. одна з найбільших мультинаціональних компаній – Siemens, що складається з 13 дуже конкурентоспроможних індустріальних секторів, отримала доходів більше від медичного обладнання, ніж від будь-яких інших товарів і послуг (за винятком енергетичного сектору).
У цілому галузь БМІ посідає чільне місце за впливом на економіку Європи. БМІ потребуватиме напружених освітянських зусиль для забезпечення її необхідними людськими ресурсами. Це пов’язано також із постійними темпами пропорційного зростання потреби в біомедичних інженерах у країнах, які щойно приєднались до Євросоюзу, чи планують увійти до нього найближчим часом.
Уніфікація якості й акредитація освітянських програм з подальшим швидким їх поширенням, а також політичні зміни у Європі, які підвищують можливість і мобільність працевлаштування в Європейському просторі вищої освіти, потребують від університетів і професійних асоціацій у галузі БМІ активної участі у формуванні майбутнього цієї дуже успішної і перспективної дисципліни шляхом керівництва розвитком вищої освіти і наукових досліджень у цій галузі.
Понад 150 університетів, політехнічних шкіл і академій в Європі пропонують освітні програми з медико-біоінженерних наук усіх академічних рівнів, що потребує міжнародного координування змісту і вимог до вихідної кваліфікації.
З метою подальшої підтримки високої якості біомедичної інженерної освіти створено “Міжнародну федерацію медичної і біологічної інженерії”, а також підтримуваний нею новоутворений “Європейський альянс медичної і біологічної інженерії і наук”, які об’єднують національні та транснаціональні європейські асоціації, навчальні заклади і промисловість, пов’язану із медико-біологічною інженерією і наукою. Ці організації ведуть облік і координацію всіх медико-біологічних освітніх і наукових програм у Європі і готують рекомендації для створення конкурентоспроможної освіти і гармонізованої акредитації великої кількості різноманітних програм для підготовки медико-біоінженерних фахівців.
З огляду на це, в 2005 р. міжнародна федерація медичної і біологічної інженерії затвердила “Критерії з акредитації освітніх програм з БМІ для Європи”, які відповідають вимогам Болонської декларації. Головні учасники в цьому процесі – університети, тому Асоціація європейських університетів визначає важливі напрямки створення Європейського простору вищої освіти. Ці директиви поширюються і на БМІ.
Першочергові завдання в цьому контексті такі:
- акредитація освітніх програм;
- стажування;
- продовження освіти протягом усього життя.
Досягнення можливості безперешкодного працевлаштування в Європі та обміну новітніми технологіями потребує гармонізації вищої освіти і в галузі БМІ. З огляду на це, акредитація освітніх програм з БМІ, які ґрунтуються на критеріях, узгоджених у всій Європі, є необхідною умовою реалізації всіх інших завдань. Реальною є проблема ініціювання європейських структур для акредитації, порівняння і взаємного визнання рівнів освіти з БМІ, які б працювали на основі міжнаціональних взаємодомовленостей. З метою розробки рекомендацій з акредитації, Робоча група з акредитації та сертифікації Асоціації біомедичних інженерів Німеччини (Working Group for Accreditation and Certification of the German Society for Biomedical Engineering (DGBMT)) взяла на себе ініціативу складання каталога ключових визначень. У результаті цієї роботи створено документ на 50 сторінках, який є практично паспортом спеціальності БМІ.
Вказана робоча група виділяє напрямки БМІ, наведені на схемі.
Враховуючи розмаїтість наукових напрямків і навчальних програм з БМІ, які сьогодні існують у Європі, правила їх акредитації потребують динамічного дослідження і врегулювання.
Акредитація передбачає БМІ в чистому вигляді, а також змішану освіту на рівні бакалаврату, магістратури, докторантури, а також програми, що складаються з одного або двох ступенів, тренування і продовження освіти.
Хоча підготовка критеріїв акредитації спочатку виходила із загальної ситуації, коли БМІ була інтегрована в систему традиційної інженерної освіти, в програми навчання закладаються гнучкість і широта, які дозволяють пристосувати ці критерії до різкого зростання числа програм БМІ, повністю незалежних від традиційних інженерних програм навчання. Звичайно, для такої динамічної дисципліни, якою є БМІ, критерії акредитації мають безперервно переглядатись і адаптуватись до частого поновлення освітніх програм.
Необхідні для освітнього напрямку БМІ знання та навички можна згрупувати в такі категорії:
1) базові науки та інженерні дисципліни, які включають технології інженерного дизайну, конструювання, проектування, виробництва;
2) важливі загальні знання і навички, такі як здатність до міждисциплінарної роботи в групах фахівців, технології менеджменту, бізнес і економіка, контроль якості, професійна етика, творче мислення, розуміння культурного, соціального, економічного і політичного впливу технологій;
3) біомедико-інженерні знання, навички й уміння, необхідні для присвоєння кваліфікації.
Сама природа і швидкий розвиток галузі біомедичної інженерії, і як результат цього – різноманітність професійних орієнтацій, потребує визначення рівнів компетентності, наприклад таких, як широко вживані – технік, інженер, спеціаліст, магістр, доктор наук, або мовою майбутньої Європейської структури: одно-, дво-, триступеневі програми.
З огляду на рівень підготовки мінімальний обсяг компетентності щодо основ біомедичних дисциплін має охоплювати: анатомію, фізіологію, медичну термінологію, біохімію, клітинну біологію і генетику.
Обсяг загальних дисциплін має охоплювати такі, як: іноземна мова; дидактика, техніка презентацій; виконання проекту; робота в колективі; основи економіки і права; міждисциплінарна робота; управління технологічним процесом; бізнес і економічне адміністрування; контроль якості; професійна і медична етика; культурні, соціальні, економічні, політичні ефекти технологій.
Необхідні також широкі знання з біомедичної інженерії, клінічної інженерії, медичної фізики, медичної інформатики.
Кожна з цих чотирьох спеціальностей включає чотири найважливіші предмети.
Біомедична (та медична) інженерія:
- Медична електроніка і моніторинг;
- Медичні зображення;
- Біоматеріали;
- Біомеханіка.
Клінічна інженерія:
- Гігієна;
- Лабораторна і аналітична техніка;
- Безпека і якість;
- Медична електроніка і моніторинг.
Біомедична інформатика:
- Обробка цифрових зображень і комп’ютерна графіка;
- Зв’язок і інформаційні системи;
- Біомедична статистика;
- Обробка біосигналів.
Медична фізика:
- Захист від радіації;
- Дозиметрія і планування радіотерапії;
- Медичні зображення;
- Моделювання і симуляція.
Перелік основних знань бакалавра БМІ та клінічної інженерії такий:
Біомедична інженерія:
- Біомедичне обладнання і технології, біометрія, біоелектрика, медична електроніка і моніторинг, отримання і обробка біосигналів і медичних зображень, біоматеріали і біосумісність, сервісне обслуговування та технології експлуатації медичної техніки, біомеханіка, телемедицина, моделювання і симуляція, реабілітаційна інженерія, конструювання і проектування, комп’ютерна графіка, медична інформатика, клітинна і тканинна інженерія, лабораторна і аналітична техніка, аспекти легалізації (сертифікації) медичної продукції.
Клінічна інженерія (додатково):
- Гігієна, лабораторна і аналітична техніка, гарантування якості і безпека, аспекти легалізації (сертифікації) медичної продукції, захист від радіації, інформаційні і комунікаційні системи лікарень, статистичні методи в медицині.
Залежно від професійного спрямування ці предмети вибірково поглиблено вивчаються та доповнюються вибірковим вивченням: штучних органів і технологій штучного кровообігу, активних і пасивних імплантантів, техніки штучної вентиляції легень і наркозу, застосування комп’ютерів і інформаційних технологій у медицині, інформаційних систем, інформаційного менеджменту, лазерів у медицині, планування і застосування радіаційної терапії, БМІ в променевій медицині, дозиметри і захист від радіації, ендоскопія, мініінвазивна хірургія, комп’ютерне доповнення хірургічних технологій, медичні роботи і маніпулятори, біосумісність матеріалів і поверхонь, протези, медичні лікувальні та вимірювальні оптичні прилади, мікро- і нанотехнології.
Навчальна програма з БМІ в Україні, як і в країнах Європи, повинна давати освіту, що дозволяє організовувати і виконувати фундаментальні й прикладні дослідження в мультидисциплінарній галузі, яка об’єднує сферу інженерно-технічних наук, біології і медицини. Спеціалісти повинні мати досвід комплексного підходу до досліджуваних об’єктів, який дозволяє: розвивати існуючі міждисциплінарні концепції і створювати нові; брати безпосередню участь у розробці високотехнологічних підходів до втручання в процеси життєдіяльності, контролювати їх ефективність. БМІ є тією ланкою, яка здійснює взаємозв’язок клінічної практики, наукових досліджень і виробництва. Спеціалісти з біомедичної інженерії мають подвійну функцію: з одного боку, вони впроваджують наукові досягнення в клінічну практику, а з іншого – трансформують потреби і завдання клінічної практики у напрямки наукових досліджень і виробництва. Оскільки така взаємодія створює нові інструменти і технології для медичної практики, бакалаврат за спеціальністю “Біомедична інженерія” може завершуватися спеціалізацією з медичної інженерії, клінічної інженерії, біомедичної фізики, біомедичної інформатики, кібернетики та інформаційних технологій, а також вже існуючих в Україні спеціалізацій, таких як фізична та біомедична електроніка, медичні прилади і системи, біотехнічні та медичні апарати і системи, медичні акустичні та біоакустичні прилади і апарати та інші.
Оскільки із вказаних вище напрямків підготовки медична та клінічна інженерія є новими для України прикладними складовими БМІ, слід підкреслити, що вони спрямовані на забезпечення технологічної відповідності експлуатації в медичній практиці складного обладнання, застосування матеріалів і виробів медичного призначення; контролю і сертифікації їх якості і безпечності; коректності в отриманні, інтерпретації та обробці біомедичної інформації. Спеціальна освіта передбачає роботу інженерно-технічного персоналу безпосередньо в лікувальних та науково-дослідних закладах системи охорони здоров’я. Медичні інженери повинні бути готовими працювати разом з медичним персоналом за напрямками застосування, інтерпретації результатів і підвищення ефективності техноємних технологій діагностики і лікування.
Слід відзначити також те, що включення українського напрямку підготовки з БМІ до галузі знань “Біотехнологія” відповідає найсучаснішим світовим тенденціям, оскільки медичні біотехнології, пов’язані із застосуванням молекулярної хімії (генної інженерії), стовбурових клітин, клітинної та тканинної інженерії, є розділом сучасної БМІ.
Останнім часом у Європі фахівці з БМІ (зокрема, медичної інженерії), отримавши додатково середню медичну освіту, беруть безпосередню участь у застосуванні техноємних методів діагностики і лікування. Наприклад: магніто-резонансної томографії, штучного та допоміжного кровообігу, програмування та адаптації штучних водіїв серцевого ритму та інше. Це також важливий стратегічний напрямок розвитку БМІ освіти.
В Україні виробництво медичної техніки і матеріалів медичного призначення дуже обмежене і знаходиться на початковій стадії свого розвитку. Забезпечення всіх потреб вітчизняної охорони здоров’я у зазначених вище виробах і технологіях за рахунок імпорту недоцільне, а часом неможливе з економічних міркувань. Необхідним є створення вітчизняної матеріально-технічної і наукової бази для виробництва медичного обладнання, матеріалів і засобів профілактики. Крім того, впровадження і експлуатація високотехнологічного медичного обладнання і спеціалізованих матеріалів медичного призначення висуває нові вимоги до компетентності експертів, розробників та інженерного персоналу, який супроводжує інсталяцію та експлуатацію обладнання в лікувальних закладах.
Вирішальною проблемою в розробці передових медичних технологій і медичної техніки є необхідність подолання основного обмежувального фактору, а саме відсутності фахівців за спеціальністю БМІ.
Поряд з цим доцільним було б, враховуючи досвід вищих технічних навчальних закладів України, об’єднати різні напрямки спеціалізації на базі єдиного бакалаврату з подальшим формуванням магістерського рівня підготовки, з урахуванням досвіду, компетентності та матеріально-технічної бази випускових кафедр.
Таким чином, враховуючи досвід європейських країн і тенденцій Болонського процесу, можна стверджувати, що розвиток БМІ в Україні є стратегічним напрямком зміцнення економіки держави, підвищення ефективності вітчизняного медичного виробництва і охорони здоров’я, відкриття принципово нової сфери наукових досліджень.