سلام عمار العايش
إذا كنت تدرس الهندسة الطبية في إحدى دول العالم الثالث لابد وأن ضعف الوسائل التعليمية التقليدية في الجامعة وتحديداً في مجال الأجهزة والمعدّات الطبية قد انعكس على قناعتك بجدوى دراسة هذا الاختصاص في ظل غياب الخبرة العملية به، بسبب اعتماد التعليم النظري كوسيلةٍ لشرح مكوّنات أو آليّات عمل الأجهزة الطبية وعدم إتاحة فرصة التدريب العملي أثناء مراحل الدراسة الجامعية كجزءٍ من المادة العلميّة، إلى جانب صعوبة تأمين مخابر عمليّة للتّدريب على الأجهزة والقيام برحلاتٍ تعليميّةٍ إلى المستشفيات بسبب العديد من العقبات أبرزها جائحة COVID-19 التي جعلت الجوانب العملية للمقررات مشابهة للنظرية فمعرفة الجهاز لا تتجاوز مشاهدة صورٍ أو فيديوهاتٍ عنه، و قد أدى هذا لخلق هوّةٍ علميّةٍ بيننا وبين الواقع العملي، يترتّب عليها التخرّج دون أي خبرةٍ عمليةٍ تسبب العزوف عن العمل بمجال الصيانة والتوجه للمبيعات لأننا غالباً ما نفتقد حتى للأسس البسيطة في تلك الجوانب العمليّة، ولهذا فكّرنا في استغلال فرصة مشروع التخرج لتشكيل واقعنا الافتراضي الخاص بتعليم الهندسة الطبية بعيداً عن ظروف الواقع الصعبة وضعف الإمكانات.. والذي يجعل التعليم أكثر فعاليةً ومتعةً وتأثيراً وفائدةً.
يهدف مشروع التخرج الذي قدمناه في صيف 2022 في جامعة دمشق إلى تطوير بيئةٍ تعليميّةٍ افتراضيّةٍ لجهاز الأشعّة البسيط باستخدام محرّك الألعاب unity لعلها تكون نقطة انطلاقٍ تهدف إلى تعزيز العمليّة التعليميّة في مجال الأجهزة الطبّيّة عموماً، وتطوير أساليب التعليم الجامعي عن طريق دمج التكنولوجيا الحديثة بالتعليم بهدف الحصول على كفاءة تعليم أعلى ونتائج أفضل تعكس آثارها في النّهاية على مسار الحياة العمليّة الواقعيّة والمجالات التّطبيقيّة، من خلال فهم المبادئ العملية والنظرية لعمل الأجهزة وتشكيل تصوّرٍ صحيحٍ عن مكونات وأجزاء الجهاز بدلاً من الاعتماد على قراءة المقرّرات النّظريّة ومشاهدة الصور فحسب.
ما هو الواقع الافتراضي Virtual Reality
تقنيةٌ حاسوبيةٌ توفر بيئةً ثلاثية الأبعاد تحيط بالمستخدم وتستجيب لأفعاله بطريقةٍ طبيعيةٍ، وعادةً ما يكون ذلك من خلال وسائل عرضٍ مثبتةٍ برأس المستخدم، كما تستخدم قفازاتٍ أحياناً لتتبع حركة اليدين من خلال خاصية اللمس. وتوفر أنظمة الواقع الافتراضي تجربةً ثلاثية الأبعاد لأكثر من مشاركٍ؛ ومع ذلك فهي محدودة القدرات في عملية التفاعل بين المشاركين. وتستخدم تقنية الواقع الافتراضي في العديد من المجالات مثل المجال الطبي، و تستند عملية إعادة تأهيل المرضى بتقنية الواقع الافتراضي “VR” إلى محاكاة العالم الحقيقي ليلائمَ تحقيق العديد من المتطلبات للتدخل الفاعل وتحقيق أعلى مستوى باستخدام وحدة تحكم ألعاب الفيديو، فضلاً عن جهاز الاستشعار الحركي، ونحن في هذا المشروع ركزنا على تطوير البيئة الافتراضية برمجياً لأن فترة العمل على المشروع في الجامعة لا تكفي للعمل عليها.
الفكرة التعليمية والوظائف المطلوبة من البيئة الافتراضية
للعمل على تطوير بيئة تعليمٍ افتراضيةٍ عليك أولاً تحديد الفكرة التي تريد تعليمها افتراضياً، وفي حالتنا اخترنا جهاز التصوير بالأشعة السينية البسيط لأنه متداخلٌ ضمن عددٍ كبيرٍ من مقررات الهندسة الطبية بدءاً من الفيزياء الطبية وفيزياء الأشعة وصولاً إلى نظم الإظهار
الطبية، أي ستكون البيئة مفيدةً في إيضاح الكثير من المعلومات ويمكن تطويرها لتغطي كل المفاهيم التي قد تمر مع الطالب خلال دراسة الهندسة الطبية، لذلك حددنا الوظائف المطلوبة من البيئة الافتراضية:
- التعريف بالأجزاء والمكوّنات الرئيسيّة لجهاز الأشعّة البسيط من خلال تصميم واجهة عرضٍ داخل البيئة الافتراضيّة يمكن للمستخدم من خلالها اختيار أحد العناصر المتاحة للتّعرّف على آليّة عمله ومكوّناته من خلال مجموعةٍ من الفيديوهات التّعليميّة المنتقاة بالإضافة إلى دعم عمليّة التّعلّم بفيديوهاتٍ توضيحيّةٍ تتضمّن شرحاً تفصيليّاً لآليّات عمل المكوّنات الرئيسيّة للجهاز.
- التعريف بالحركات المسموحة لجهاز الأشعة البسيط بحيث يستطيع المستخدم من خلالها التّحكّم بمجموعةٍ من الحركات المتاحة للعناصر الأساسيّة للجهاز مثل:(حركة الأنبوب-حركة طاولة المريض-حركة البوكيBucky Grid الجداري-حركة بوكي الطّاولة)،
- مراعاة اعتبارات تصميم غرفة تصوير الأشعّة وغرفة التّحكّم وبعض الملحقات الخاصّة بالجهاز لتكون وسيلةً تعليميةً لعملي هندسة المشافي.
الأدوات اللازمة للبناء:
المعارف النظرية:
لابد من تشكيل معرفةٍ أساسيةٍ بعدة مجالاتٍ علميةٍ قبل البدء بالجانب العملي وخاصة أن الجامعة لم تغطِ الجزء المتعلق بالواقع الافتراضي، وهنا قسمنا المراجع العلمية إلى مجموعاتٍ وفقاً للمعلومات التي نحتاجها:
- المفاهيم الخاصّة بمجال الواقع الافتراضي وآليّات دمجه في التعليم بشكلٍ عام وفي مجال الهندسة الطبية بشكلٍ خاصٍ وأثره في كل منهما، يمكنكم النظر إليها فقد أوردناها في نهاية المقال.
- المعلومات النظرية المطلوبة فيما يتعلّق بمكوّنات الجهاز وآليات عملها وتصميمه الخارجي .
أدرجنا في نهاية المقال مجموعة المراجع المفيدة لكم.
البرمجيات:
- برامج تصميم ثلاثي الأبعاد مثل AUTOCAD و3D MAX
- محرك تصميم الألعاب UNITY
- برمجة عناصر البيئة الافتراضية بلغة c#
مراحل العمل:
مرحلة التّصميم
قبل البدء بالرسم كان علينا إيجاد المخططات الرسومية لكل مكونات الجهاز بالإضافة إلى تصميم غرف التصوير بالأشعة البسيطة، اعتمد أسلوب رسم المساقط ثنائية الأبعاد للجهاز وغرفة الأشعّة على برنامج AutoCADتمّ رفع المساقط ثنائيّة الأبعاد الّتي تمّ تصميمها في المرحلة الأولى على برنامج Ds Max 3 لتصميم الشكل الثّلاثي الأبعاد للجهاز والغرفة.
مرحلة تصميم البيئة التّفاعليّة الافتراضيّة:
أولاً نحدد الخصائص التي نريد أن يتمتّع بها البرنامج المصمَّم، ثم نستخدم محرّك الألعاب Unity في تصميم البيئة التّفاعليّة الافتراضيّة الّتي تتيح رؤية ثلاثيّة الأبعاد وتهدف إلى تمكين المستخدم من التّفاعل مع البيئة المصمّمة.
كان الاعتماد الأساسي في إنجاز مراحل المشروع على التّعلّم الذاتي الموجه أي كان البحث عن المصادر المطلوبة لتعلّم أساسيات العمل على البرنامج والآليات للوصول إلى الأهداف المطلوبة ضمن وقتٍ قصيرٍ، وهنا نقترح عليكم كورس Introduction to Augmented Reality and ARCore من كورسيرا وتعد المواد التعليمة المقدمة على موقع unity لأساسيات البرنامج مفيدة جداً لتعلم البرنامج بسرعةٍ إلى جانب تبويب Learn في الموقع الغني بالملفات والأمثلة العملية، وقد استطعنا اكتساب الخبرة وحلّ بعض المشاكل عن طريق سؤل الخبراء والهواة في مختلف المجالات التي تخص المشروع عبر تجمع موقع unity أو عبر المنصّات الإلكترونيّة والمنتديات العربية والعالمية، بالإضافة لمجموعةٍ من المواقع التي ساعدتنا على فهم طبيعة عمل البرنامج وخصائصه، فمن خلال هذه المجموعات ستجد الإجابات عن أغلب المشاكل التي قد تصادفها خلال العمل على البرنامج.
النتيجة
https://drive.google.com/file/d/1oBb855inbCUISy-FnSPTAeRruHAV4Zsc/view?usp=drivesdk
رغم انتشار تطبيقات التعليم الافتراضي المنافسة حول العالم وفي جامعاتٍ عديدةٍ، لكن بناءً على اطّلاعنا رأينا أنّ مجال التعليم الافتراضي الخاصّ بمجال الأجهزة الطبية هو نوعاً ما محدودٌ وتطبيقاته قليلةٌ بالمقارنة مع الحاجة إلى مثل هذا النوع من المشاريع، أبرزها موقع VictoryXR المتخصص في تطوير المكونات المادية للبيئات الافتراضية للبرامج التعليمية الجامعية
يشكل هذا المشروع نواة لبناء المعرفة على مدى سنوات الدراسة الجامعية باستخدام مناهجٍ افتراضيةٍ عمليةٍ تناسب متطلبات دراسته، ويكون رديفاً للتعليم النظري بالاعتماد على تدريبه على أجهزةٍ افتراضيةٍ دون الحاجة إلى جلب أجهزةٍ حقيقيةٍ، محقّقين بذلك مجموعةً من نقاط القوّة التي ترجّح كفّة اعتماد هذا المشروع كخطّةٍ تدريبيةٍ ناجحةٍ في الدول النامية منها:
- تكلفة أقل بكثيرٍ (توفير شراء أجهزة حقيقة باهظة الثمن).
- مساحة تدريبٍ أقل (عشرات الأجهزة الافتراضية ضمن مساحةٍ محدودةٍ).
- إشراف كوادر أقل (نظراً لاندماج كل طالبٍ في بيئته الخاصة).
- القدرة على التدرب على الأجهزة العديد من المرات في المنزل دون التقيد بمكانٍ محددٍ (في حال توفير هذه التطبيقات على أجهزة الحاسوب والهواتف المحمولة).
- خطر أقل نظراً لأنه يتعامل مع أجهزةٍ افتراضيةٍ مع الأخذ بعين الاعتبار تنبيهه إلى الخطأ عن طريق شاشة تحذيرية أو عطل بسبب خطأ في الصيانة مثلاً.
تحويل هذا المشروع لاستثمارٍ حقيقيٍ يتطلب الأخذ بعين الاعتبار حاجة هذا النوع من المشاريع إلى فريق عملٍ متعدد الاختصاصات (التصميم-المعلوماتية-الهندسة الطبية)، بالإضافة إلى أن تأمين مواقع خاصّة لتدريب الطلاب سواء ضمن الجامعات أو بشكلٍ منفصلٍ عنها مع التجهيزات المناسبة لتشغيل التطبيقات الخاصة بالواقع الافتراضي مكلفة في معظم الأحيان، إلى جانب الحاجة الدائمة إلى التحديث والتطوير ومواكبة المتغيرات المعرفية الخاصة بالأدوات والأجهزة الطبية، وتغيير المنهاج ووفقاً لتلك المتغيرات.
المصطلحات
شبكة البوكي: (Bucky Grid) هي لوحةٌ رصاصيةٌ تسمح بمرور الأشعة المطلوب سقوطها على المريض وتمنع الأشعة المتبعثرة من العبور، تتألف من فتحاتٍ متناوبةٍ ومنتظمةٍ تفصلها مسافاتٌ متساويةٌ من الرصاص؛ بحيث أن الأشعة المستقيمة سوف ترتطم بالطبقة الحساسة. بينما الإشعاعات المتبعثرة سوف ترتطم بالأعمدة الرصاصية ويتم امتصاصها مما يمنع الأشعة المتبعثرة من الوصول إلى الفيلم وتشويش الصورة.
المراجع:
[1] Chris Christou, (2010), Virtual Reality in Education, University of Nicosia, Cyprus
[2] Bruner, J. S. (1961). The act of discovery. Harvard Educational Review 31 (1): 21–32.
[3] Burdea, G., & Coiffet, P. (1994). Virtual reality technology. New York: Wiley.
[4] Calvert, G.A., Spence, C., & Stein, B.E. (2004). The Handbook of Multisensory Processing.
Boston: MIT Press.
[5] Christou, C. G., & Bülthoff, H. H. (1999). View dependence in scene recognition after active
learning. Memory & Cognition. 27(6), 996-1007.
[6] الأشعة السینیة وبعض تطبیقاتها ، د- رفیق عبده ، د-منذر حجل، أ-علي منذر، د- موسى نعمة.
[7] أسس الهندسة الطبیة الحیویة ، Khalid been – Alwalid .
[8] INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Basic Medical Radiation Safety PackagePart D – Radiation Protection in Diagnostic Radiology 19/1/01
[9] IAEA, Dosimetry in Diagnostic Radiology: An International Code of practice, Technical Reports Series no. 457, IAEA, Vienna (2007)
[10] https://www.lawinsider.com/dictionary/x-ray-control-panel (13/4/2022)
[11] AR (Augmented Reality) & Video Streaming Services Emerging Technologies https://www.coursera.org/learn/ar-technologies-video-streaming
