جهاز تخطيط قلب محمول بتطوير طلبة هندسة المعدات الطبية في الجامعة التخصصية الحديثة

يمثل مشروع تطوير جهاز تخطيط القلب المحمول (Portable ECG Device) نموذجًا تطبيقيًا يجسد قدرة طلبة قسم هندسة المعدات الطبية في الجامعة التخصصية الحديثة (MSU) على توظيف الهندسة والإلكترونيات والأنظمة المدمجة في تطوير حلول تقنية مرتبطة بمجال الرعاية الصحية.

وقد أنجز المشروع طلبة قسم هندسة المعدات الطبية بإشراف الدكتور حامد طاهر، بهدف تصميم نموذج محمول قادر على التقاط الإشارات الكهربائية للقلب ومعالجتها وعرضها بصورة فورية، بما يتيح للطلبة تطبيق المفاهيم التي درسوها في مجالات الأجهزة الطبية، الإلكترونيات، معالجة الإشارات الحيوية والأنظمة المدمجة.

ما هو جهاز تخطيط القلب المحمول؟

جهاز تخطيط القلب الكهربائي (Electrocardiogram – ECG) هو نظام يستخدم لالتقاط الإشارات الكهربائية الناتجة عن نشاط القلب وعرضها على هيئة موجات يمكن تحليلها من قبل المختصين.

ويستند المشروع الطلابي إلى تطوير نسخة محمولة من نظام التقاط إشارات القلب، مع التركيز على الجانب الهندسي والتطبيقي، بحيث يتمكن النظام من استشعار الإشارة الحيوية ومعالجتها إلكترونيًا وعرضها بصورة لحظية.

ويقدم المشروع للطلبة تجربة عملية في كيفية تحويل الإشارات الحيوية إلى بيانات إلكترونية يمكن معالجتها باستخدام وحدات الاستشعار والمعالجة الرقمية.

كيف يعمل جهاز ECG المحمول؟

تعتمد فكرة المشروع على سلسلة مترابطة من مراحل الاستشعار والمعالجة والعرض:

الإشارات الكهربائية للقلب
↓
أقطاب الاستشعار
↓
وحدة AD8232 لالتقاط إشارة ECG
↓
المعالجة باستخدام Arduino Nano
↓
معالجة الإشارة
↓
عرض الإشارة القلبية

ويتيح هذا التكامل للطلبة فهم دورة معالجة الإشارة الحيوية منذ التقاطها وحتى تحويلها إلى مخرجات قابلة للعرض والتحليل.

منظومة الاستشعار الحيوي AD8232

يعتمد النموذج على وحدة AD8232 باعتبارها جزءًا أساسيًا من منظومة التقاط إشارة تخطيط القلب.

وتعمل الوحدة على تهيئة الإشارة الكهربائية الحيوية القادمة من أقطاب الاستشعار، بحيث تصبح مناسبة للمعالجة الإلكترونية اللاحقة.

ويُعد استخدام هذه الوحدة في المشروع فرصة تعليمية مهمة لطلبة هندسة المعدات الطبية لفهم كيفية التعامل مع الإشارات الحيوية منخفضة المستوى والفرق بين الإشارة المطلوبة والضوضاء والتداخلات الكهربائية.

وحدة المعالجة Arduino Nano

تستخدم منظومة المشروع Arduino Nano كوحدة لمعالجة البيانات القادمة من دائرة الاستشعار.

وتتيح هذه الوحدة تنفيذ العمليات البرمجية المطلوبة لقراءة الإشارة ومعالجتها وإرسال البيانات إلى نظام العرض أو الإخراج المناسب.

ومن خلال دمج AD8232 مع Arduino Nano، يتعرف الطالب عمليًا على كيفية بناء نظام إلكتروني مدمج يجمع بين:

• الاستشعار الحيوي.
• معالجة الإشارات.
• البرمجة.
• الأنظمة المدمجة.
• الإلكترونيات الطبية.
• عرض البيانات.

أهم المكونات التقنية للمشروع

يتكون النموذج الأولي بصورة أساسية من مجموعة من العناصر الإلكترونية والبرمجية، من أبرزها:

• وحدة AD8232 لاستشعار إشارة ECG.
• لوحة Arduino Nano لمعالجة البيانات.
• أقطاب التقاط الإشارة الحيوية.
• دوائر التوصيل والمعالجة.
• نظام عرض الإشارة.
• مصدر الطاقة.
• الهيكل الخارجي للجهاز.
• البرمجيات اللازمة لقراءة الإشارة ومعالجتها.

ويعكس دمج هذه المكونات طبيعة هندسة المعدات الطبية التي تجمع بين الهندسة الإلكترونية والمبادئ الطبية والبرمجة والأنظمة الحيوية.

أبرز أهداف مشروع جهاز تخطيط القلب المحمول

يركز المشروع على مجموعة من الأهداف التعليمية والهندسية، من أهمها:

1. تطوير نموذج محمول

تصميم نموذج أولي لجهاز ECG يتميز بصغر الحجم وإمكانية نقله واستخدامه في بيئات مختلفة ضمن نطاق المشروع التعليمي.

2. التقاط الإشارات القلبية

استخدام منظومة استشعار مناسبة لالتقاط الإشارات الكهربائية المرتبطة بنشاط القلب.

3. معالجة الإشارة

تطبيق مفاهيم معالجة الإشارات الحيوية للحصول على إشارة أكثر وضوحًا وقابلية للعرض.

4. العرض اللحظي للبيانات

إتاحة عرض الإشارة القلبية بصورة مباشرة، بما يساعد على فهم خصائص الإشارة ومتابعة تغيراتها.

5. تطوير مهارات طلبة هندسة المعدات الطبية

ربط الجانب النظري بالتطبيق العملي في مشروع يجمع بين الإلكترونيات الطبية والبرمجة والاستشعار ومعالجة الإشارات.

ماذا يتعلم الطالب من مشروع ECG؟

لا تقتصر قيمة المشروع على إنتاج نموذج إلكتروني، وإنما يقدم تجربة تعليمية متكاملة للطالب.

ومن خلال العمل على مشروع جهاز تخطيط القلب المحمول، يمكن للطالب تطوير مهارات في:

• تصميم الأنظمة الإلكترونية الطبية.
• التعامل مع الإشارات الحيوية.
• استخدام الحساسات الطبية.
• برمجة المتحكمات الدقيقة.
• معالجة الإشارات الرقمية.
• اكتشاف الضوضاء والتداخلات.
• تصميم الأنظمة المدمجة.
• اختبار النماذج الأولية.
• تحليل نتائج القياسات.
• حل المشكلات الهندسية.

وهذه المهارات ترتبط بصورة مباشرة بالمجالات الحديثة في هندسة الأجهزة والمعدات الطبية.

أهمية المشروع في هندسة المعدات الطبية

تتطلب الأجهزة الطبية الحديثة تكامل عدد من المجالات الهندسية، ولم يعد مهندس المعدات الطبية يعمل بمعزل عن الإلكترونيات والبرمجيات والأنظمة الرقمية.

ويجسد مشروع ECG هذا التكامل بصورة واضحة؛ إذ يجمع بين:

الهندسة الطبية + الإلكترونيات + البرمجة + الاستشعار + معالجة الإشارات + الأنظمة المدمجة.

وهذا النوع من المشاريع يساعد الطلبة على الانتقال من دراسة المكونات والمفاهيم النظرية إلى فهم كيفية بناء نظام طبي إلكتروني متكامل.

قابلية تطوير جهاز ECG في المستقبل

يمكن تطوير النموذج الأولي مستقبلًا بإضافة وظائف وتقنيات أخرى، بحسب المتطلبات الهندسية والتنظيمية، مثل:

• تحسين خوارزميات معالجة الإشارة.
• تقليل الضوضاء والتداخلات.
• إضافة شاشة أكثر تطورًا.
• تخزين بيانات القياسات.
• نقل البيانات لاسلكيًا.
• ربط الجهاز بتطبيق هاتف ذكي.
• تطوير نظام لمراقبة الإشارة عن بعد.
• استخدام تقنيات إنترنت الأشياء الطبية (IoMT).
• تطبيق خوارزميات الذكاء الاصطناعي على إشارات ECG في المشاريع البحثية المستقبلية.

مهم: أي استخدام سريري أو تشخيص طبي فعلي يحتاج إلى تحقق واختبارات ومعايير وتنظيمات الأجهزة الطبية المناسبة، لذلك يُفضل تقديم النموذج الحالي على أنه مشروع أكاديمي/نموذج أولي ما لم تتوفر وثائق اعتماد سريري.

البحث العلمي التطبيقي في الجامعة التخصصية الحديثة

يعكس هذا المشروع توجه الجامعة التخصصية الحديثة نحو تعزيز التعليم القائم على التطبيق وربط الدراسة الأكاديمية بالمشكلات والتقنيات الواقعية.

فمشاريع الأجهزة الطبية لا تمنح الطالب المعرفة النظرية فقط، وإنما تساعده على تطوير مهارات التصميم والتنفيذ والاختبار والتحليل، وهي مهارات أساسية لمهندس المعدات الطبية في بيئة العمل الحديثة.

كما تفتح مثل هذه المشاريع المجال أمام تطوير أفكار بحثية مستقبلية في الأجهزة الطبية الذكية، المراقبة الصحية عن بعد، معالجة الإشارات الحيوية والذكاء الاصطناعي في الرعاية الصحية.

الإشراف الأكاديمي على المشروع

أُنجز المشروع بإشراف:

د. حامد طاهر

ويبرز الإشراف الأكاديمي أهمية توجيه الطلبة خلال مراحل تحليل المشكلة، وتصميم النظام، واختيار المكونات، وتنفيذ النموذج واختباره وتقييم نتائجه.

الالتحاق بقسم هندسة المعدات الطبية

وفي إطار اهتمام الجامعة بإعداد كوادر متخصصة في التقنيات الطبية والهندسية، يواصل قسم هندسة المعدات الطبية في الجامعة التخصصية الحديثة استقبال طلبات الالتحاق ببرامجه الأكاديمية للعام الجامعي الجديد.

ويتيح التخصص للطلاب فرصة دراسة المجالات المرتبطة بتصميم وتشغيل وصيانة وتطوير الأجهزة والمعدات الطبية، مع الاستفادة من التطبيقات العملية والمشاريع الهندسية.

روابط مهمة:

للاطلاع على :

المعرض التقني الهندسي الاول 2023.

المعرض التقني الهندسي الثاني 2025.

المعرض التقني الهندسي الثالث 2026.

كليات وتخصصات الجامعة، القبول والتسجيل في الجامعة، منح الجامعة المجانية.