Биомедицинская инженерия (далее БМИ) - изучает и разрабатывает технические и искусственные биологические объекты, а также медицинскую технику и технологию ее производства и эксплуатации, контроль качества и сертификации для безопасного применения в любых областях биологии и медицины, исследует их взаимодействие с живыми организмами.
Это междисциплинарная отрасль образования, которая сочетает инженерию и науки о жизни, охватывает деятельность широкого спектра: от непосредственного клинического применения к долгосрочным фундаментальным исследованиям природных и искусственных биомедицинских объектов.
БМИ возникла на пересечении точных и медико-биологических наук как официальная учебная дисциплина в начале 1950-х, хотя взаимопроникновение инженерных знаний и точных наук в биологию и медицину началось значительно раньше.
Направление биомедицинской инженерии начали врачи, привлекая к решению медицинских проблем ведущие технические университеты. Первые заведения, где это произошло: Институт медицинской физики (1921), в дальнейшем - Институт биофизики Макса Планка (Германия) и Радиоинженерний институт (1948, США). В дальнейшем большинство ведущих технических университетов мира открыли кафедры и факультеты по БМИ. Некоторые из них возглавили врачи, как, например, профессор физиологии Л.Геддес (Purdue University, США), профессор медицины Т.Харрис (Vanderbilt University, США). Были организованы национальные и международные профессиональные ассоциации, которые объединили ученых, преподавателей, инженеров и врачей мира в области БМИ. Таким образом, в Европе и США сформировалось мощное движение к созданию самостоятельной программы обучения с БМИ, которая больше не является частью традиционных инженерных программ, а с самого начала полностью интегрирована с медициной и биологией.
Сегодня разработка материалов медицинского назначения, изделий из них и медицинской техники, а также техноемких медицинских технологий является одним из основных направлений экономической политики развитых стран. Реализация этих программ требует привлечения высокообразованных специалистов, владеющих соответствующим объемом знаний и навыков в области биологии, медицины, медицинской техники, медицинской электроники, биоматериалознавства. Это привело к созданию в США и Европе специальности "Биомедицинская инженерия" и родственных ей специализаций (в частности, "Медицинская информатика", "Медицинская инженерия", "Клиническая инженерия»).
По оценке Государственного департамента США по трудоустройству и занятости (United States Department of Labor), с 2000 по 2010 год число рабочих мест в сфере БМИ увеличится на 31,4% - что вдвое превысит скорость роста рабочих мест во всех других сферах деятельности.
Всего в мире за 2000 г. прибыли, связанные с медицинскими технологиями и медицинским оборудованием, достигли 160 миллиардов евро, из которых 41,5% получено на рынке США, 25,6% в ЕС, 15% - в Японии.
Оборот капитала в этой сфере постоянно растет, создавая мощный рынок медицинских материалов, техники, технологий и, соответственно, рабочих мест. Стремительный рост производства привел к увеличению количества наименований медицинского оборудования (которое только в Европе изготавливают 12000 предприятий) с 840 тыс. в 1994 году. до 1400 тыс. - В 2004 г..
В 2000г. только в секторе разработки и производства медицинского оборудования в ЕС было занято 315000 специалистов, не считая персонала, занятого в эксплуатации и обслуживании медицинского оборудования в учреждениях здравоохранения. В 2001 г. одна из крупнейших мультинациональных компаний - Siemens, которая состоит из 13 очень конкурентоспособных индустриальных секторов, получила доходов больше от медицинского оборудования, чем от любых других товаров и услуг (за исключением энергетического сектора).
В целом отрасль БМИ занимает ведущее место по влиянию на экономику Европы. БМИ потребует напряженных образовательных усилий для обеспечения ее необходимыми человеческими ресурсами. Это связано также с постоянными темпами пропорционального роста потребности в биомедицинских инженерах в странах, которые только присоединились к Евросоюзу, или планируют войти в него в ближайшее время.
Унификация качества и аккредитация образовательных программ с последующим быстрым их распространением, а также политические изменения в Европе, которые повышают возможность и мобильность трудоустройства в Европейском пространстве высшего образования, требуют от университетов и профессиональных ассоциаций в области БМИ активного участия в формировании будущего этой очень успешной и перспективной дисциплины путем руководства развитием высшего образования и научных исследований в этой области.
Более 150 университетов, политехнических школ и академий в Европе предлагают образовательные программы с медико-биоинженерных наук всех академических уровней, что требует международной координации содержания и требований к исходной квалификации.
С целью дальнейшей поддержки высокого качества биомедицинского инженерного образования создано "Международную федерацию медицинской и биологической инженерии", а также поддерживаемый ею новообразованный "Европейский альянс медицинской и биологической инженерии и наук", которые объединяют национальные и транснациональные европейские ассоциации, учебные заведения и промышленность, связанную с медико-биологической инженерией и наукой. Эти организации ведут учет и координацию всех медико-биологических образовательных и научных программ в Европе и готовят рекомендации для создания конкурентоспособного образования и гармонизированной аккредитации большого количества различных программ для подготовки медико-биоинженерных специалистов.
Учитывая это, в 2005 г. международная федерация медицинской и биологической инженерии утвердила "Критерии по аккредитации образовательных программ с БМИ для Европы", которые отвечают требованиям Болонской декларации. Главные участники в этом процессе - университеты, поэтому Ассоциация университетов определяет важные направления создания Европейского пространства высшего образования. Эти директивы распространяются и на БМИ.
Первоочередные задачи в этом контексте такие:
аккредитация образовательных программ;
стажировка;
продолжение образования в течении всей жизни.
Достижение возможности беспрепятственного трудоустройства в Европе и обмена новейшими технологиями требует гармонизации высшего образования и в области БМИ. Учитывая это, аккредитация образовательных программ с БМИ, основанные на критериях, согласованных во всей Европе, является необходимым условием реализации всех других задач. Реальной является проблема инициирования европейских структур для аккредитации, сравнения и взаимного признания уровней образования с БМИ, которые работали на основе межнациональных взаимных договоренностей. С целью разработки рекомендаций по аккредитации, Рабочая группа по аккредитации и сертификации Ассоциации биомедицинских инженеров Германии (Working Group for Accreditation and Certification of the German Society for Biomedical Engineering (DGBMT)) взяла на себя инициативу составления каталога ключевых определений. В результате этой работы создан документ на 50 страницах, который является практически паспортом специальности БМИ.
Указанная рабочая группа выделяет направления БМИ, приведенные на схеме.
Учитывая разнообразие научных направлений и учебных программ с БМИ, которые сегодня существуют в Европе, правила их аккредитации требуют динамического исследования и урегулирования.
Аккредитация предусматривает БМИ в чистом виде, а также смешанное образование на уровне бакалавриата, магистратуры, докторантуры, а также программы, состоящие из одного или двух ступеней, тренировки и продолжения образования.
Хотя подготовка критериев аккредитации изначально исходила из общей ситуации, когда БМИ была интегрирована в систему традиционного инженерного образования, в программы обучения закладываются гибкость и широта, которые позволяют приспособить эти критерии к резкому росту числа программ БМИ, полностью независимых от традиционных инженерных программ обучения. Конечно, для такой динамичной дисциплины, как БМИ, критерии аккредитации имеют непрерывно пересматриваться и адаптироваться к частому обновления образовательных программ.
Необходимые для образовательного направления БМИ знания и навыки можно сгруппировать в следующие категории:
1) базовые науки и инженерные дисциплины, включающие технологии инженерного дизайна, конструирования, проектирования, производства;
2) важные общие знания и навыки, такие как способность к междисциплинарной работе в группах специалистов, технологии менеджмента, бизнес и экономика, контроль качества, профессиональная этика, творческое мышление, понимание культурного, социального, экономического и политического влияния технологий;
3) биомедико- инженерные знания, навыки и умения, необходимые для присвоения квалификации.
Сама природа и быстрое развитие отрасли биомедицинской инженерии, и как результат этого - разнообразие профессиональных ориентаций, требует определения уровней компетентности, например таких, как широко применяемые - техник, инженер, специалист, магистр, доктор наук, или языком будущей Европейской структуры: одно-, двух-, трехступенчатые программы.
Учитывая уровень подготовки минимальный объем компетентности относительно основ биомедицинских дисциплин должен охватывать: анатомию, физиологию, медицинскую терминологию, биохимию, клеточную биологию и генетику.
Объем общих дисциплин должен охватывать такие, как: иностранный язык; дидактика, техника презентаций; выполнение проекта; работа в коллективе; основы экономики и права; междисциплинарная работа; управление технологическим процессом; бизнес и экономическое администрирование; контроль качества; профессиональная и медицинская этика; культурные, социальные, экономические, политические эффекты технологий.
Необходимы широкие знания по биомедицинской инженерии, клинической инженерии, медицинской физике, медицинской информатике.
Каждая из этих четырех специальностей включает четыре важнейшие предмета.
Биомедицинская (и медицинская) инженерия:
Медицинская электроника и мониторинг;
Медицинские изображения
Биоматериалы;
Биомеханика.
Клиническая инженерия:
Гигиена;
Лабораторная и аналитическая техника;
Безопасность и качество;
Медицинская электроника и мониторинг.
Биомедицинская информатика:
Обработка цифровых изображений и компьютерная графика;
Связь и информационные системы;
Биомедицинская статистика;
Обработка биосигналов.
Медицинская физика:
Защита от радиации;
Дозиметрия и планирование радиотерапии;
Медицинские изображения
Моделирование и симуляция.
Перечень основных знаний бакалавра БМИ и клинической инженерии таков:
Биомедицинская инженерия:
Биомедицинское оборудование и технологии, биометрия, биоэлектричество, медицинская электроника и мониторинг, получение и обработка биосигналов и медицинских изображений, биоматериалы и биосовместимость, сервисное обслуживание и технологии эксплуатации медицинской техники, биомеханика, телемедицина, моделирование и симуляция, реабилитационная инженерия, конструирование и проектирование, компьютерная графика, медицинская информатика, клеточная и тканевая инженерия, лабораторная и аналитическая техника, аспекты легализации (сертификации) медицинской продукции.
Клиническая инженерия (дополнительно):
Гигиена, лабораторная и аналитическая техника, обеспечение качества и безопасность, аспекты легализации (сертификации) медицинской продукции, защита от радиации, информационные и коммуникационные системы больниц, статистические методы в медицине.
В зависимости от профессиональной направленности эти предметы выборочно углубленно изучаются и дополняются выборочным изучением: искусственных органов и технологий искусственного кровообращения, активных и пассивных имплантантов, техники искусственной вентиляции легких и наркоза, применение компьютеров и информационных технологий в медицине, информационных систем, информационного менеджмента, лазеров в медицине, планирование и применение радиационной терапии, БМИ в лучевой медицине, дозиметры и защита от радиации, эндоскопия, миниинвазивная хирургия, компьютерное дополнение хирургических технологий, медицинские роботы и манипуляторы, биосовместимость материалов и поверхностей, протезы, медицинские лечебные и измерительные оптические приборы микро- и нанотехнологии.
Учебная программа по БМИ в Украине, как и в странах Европы, должна давать образование, позволяющее организовывать и выполнять фундаментальные и прикладные исследования в мультидисциплинарной области, которая объединяет сферу инженерно-технических наук, биологии и медицины. Специалисты должны иметь опыт комплексного подхода к изучаемым объектам, который позволяет развивать существующие междисциплинарные концепции и создавать новые; принимать непосредственное участие в разработке высокотехнологичных подходов к вмешательству в процессы жизнедеятельности, контролировать их эффективность. БМИ является тем звеном, которое осуществляет взаимосвязь клинической практики, научных исследований и производства. Специалисты по биомедицинской инженерии имеют двойную функцию: с одной стороны, они внедряют научные достижения в клиническую практику, а с другой - трансформируют потребности и задачи клинической практики в направления научных исследований и производства. Поскольку такое взаимодействие создает новые инструменты и технологии для медицинской практики, бакалавриат по специальности "Биомедицинская инженерия" может завершаться специализацией по медицинской инженерии, клинической инженерии, биомедицинской физики, биомедицинской информатике, кибернетике и информационных технологиях, а также уже существующих в Украине специализаций, таких как физическая и биомедицинская электроника, медицинские приборы и системы, биотехнические и медицинские аппараты и системы, медицинские акустические и биоакустические приборы и аппараты и другие.
Поскольку из указанных выше направлений подготовки медицинская и клиническая инженерия являются новыми для Украины прикладными составляющими БМИ, следует подчеркнуть, что они направлены на обеспечение технологического соответствия эксплуатации в медицинской практике сложного оборудования, применения материалов и изделий медицинского назначения; контроля и сертификации их качества и безопасности; корректности в получении, интерпретации и обработке биомедицинской информации. Специальное образование предполагает работу инженерно-технического персонала непосредственно в лечебных и научно-исследовательских учреждениях системы здравоохранения. Медицинские инженеры должны быть готовы работать вместе с медицинским персоналом по направлениям применения, интерпретации результатов и повышения эффективности техноемких технологий диагностики и лечения.
Следует отметить также то, что включение украинского направления подготовки с БМИ в области знаний "Биотехнология" соответствует современным мировым тенденциям, поскольку медицинские биотехнологии, связанные с применением молекулярной химии (генной инженерии), стволовых клеток, клеточной и тканевой инженерии, является разделом современной БМИ.
В последнее время в Европе специалисты по БМИ (в частности, медицинской инженерии), получив дополнительно среднее медицинское образование, принимают непосредственное участие в применении техноемких методов диагностики и лечения. Например: магнито-резонансной томографии, искусственного и вспомогательного кровообращения, программирования и адаптации искусственных водителей сердечного ритма и др. Это также важное стратегическое направление развития БМИ образования.
В Украине производство медицинской техники и материалов медицинского назначения очень ограничено и находится на начальной стадии своего развития. Обеспечение всех потребностей отечественного здравоохранения в указанных выше изделиях и технологиях за счет импорта нецелесообразно, а порой невозможно по экономическим соображениям. Необходимо создание отечественной материально-технической и научной базы для производства медицинского оборудования, материалов и средств профилактики. Кроме того, внедрение и эксплуатация высокотехнологичного медицинского оборудования и специализированных материалов медицинского назначения выдвигает новые требования к компетентности экспертов, разработчиков и инженерного персонала, который сопровождает инсталляцию и эксплуатацию оборудования в лечебных учреждениях.
Решающей проблемой в разработке передовых медицинских технологий и медицинской техники является необходимость преодоления основного ограничительного фактора, а именно отсутствия специалистов по специальности БМИ.
Наряду с этим целесообразным было бы, учитывая опыт высших технических учебных заведений Украины, объединить различные направления специализации на базе единого бакалавриата с последующим формированием магистерского уровня подготовки, с учетом опыта, компетентности и материально-технической базы выпускающих кафедр.
Таким образом, учитывая опыт европейских стран и тенденций Болонского процесса, можно утверждать, что развитие БМИ в Украине является стратегическим направлением укрепления экономики государства, повышения эффективности отечественного медицинского производства и здравоохранения, открытия принципиально новой сферы научных исследований.
Apr 4, 2007 || Автор: В.П.Яценко, проф., зав.каф. медицинской кибернетики и телемедицины, декан ММИФ НТУУ "КПИ",
В.Б. Максименко, проф., заместитель директора НИССХ им.М.Амосова АМНУ, зав. кафедры БМИ ММИФ НТУУ "КПИ"