رسالة دكتوراه حول: دراسة دارات التحكم الالكترونية لتصميم جهاز استحصال الأصوات الحيوية ومعالجتها

نوقشت في قسم الفيزياء في كلية العلوم بجامعة البعث رسالة الدكتوراه للطالب محمد سامر إحسان البابا تحت عنوان / دراسة دارات التحكم الالكترونية لتصميم جهاز استحصال الأصوات الحيوية ومعالجتها باستخدام التحويل المويجي / بإشراف الدكتور أحمد العبدو والدكتور المساعد ياسر خضرا وتألفت لجنة الحكم والمناقشة من الدكاترة :
الدكتور ياسر عملة أستاذ في قسم الهندسة الالكترونية والاتصالات في كلية الهمك بجامعة البعث
الدكتور حسن غانم أستاذ في قسم الفيزياء في كلية العلوم بجامعة البعث .
الدكتور جمانة دياب أستاذ مساعد في قسم التحكم والحواسيب في كلية الهمك بجامعة البعث الدكتور كمال عفيصة أستاذ مساعد في قسم الفيزياء في كلية العلوم بجامعة تشرين .
اعتبر الطالب في رسالته أن الدراسات المتعلقة باستحصال الإشارات الحيوية ونمذجتها ذات أهمية كبيرة في فهم الظواهر المرافقة لأي نشاط فيزيائي لأعضاء جسم الإنسان موضحا ً أن دراسة التغيرات في تلك الإشارات الحيوية تسهم في تحسين عملية التشخيص السريري وكشف الأمراض ومراقبة وظائف الجسم المختلفة.
واعتبر الطالب أن البحث المقدم في هذه الرسالة مثالاُ عملياً لدراسة متكاملة لنظام الإصغاء للأصوات الحيوية المقتبسة من جسم الإنسان ونمذجتها وتحليلها وفق منهج علمي تجريبي متكامل.
تم ترتيب هذه الرسالة في أربع أجزاء تناولت الجوانب الأساسية للبحث وتم تقسيم كل جزء إلى أقسام فرعية توصف محتواه وتقدم المحتوى العلمي للمواضيع المدروسة بتدرج يبدأ من شرح الأساسيات والمبادئ النظرية مروراً بالإجرائيات التجريبية وختاماً بالنتائج التي تم التوصل إليها و تحليلها وربطها مع أهداف البحث.
في الجزء الأول من هذا البحث، تناولت الدراسة الإنسان كمولد للإشارات الحيوية وبالتالي كان لابد من دراسة دورة القلب وصولاً إلى فيزيولوجيا أصوات القلب والرئتين. كما تم تقديم المحتوى النظري المتعلق بأصوات القلب الرئيسية وهي صوت القلب الأول S1 وصوت القلب الثاني S2 وصوت القلب الثالث S3 وصوت القلب الرابع S4 ، كما تم عرض شرح عن النفخات القلبية وأصوات القلب غير الطبيعية، بالإضافة إلى التعرف على أماكن تشخيص أمراض صمامات القلب، وتقسيم المجالات الترددية للأصوات الحيوية بهدف المساعدة في إجراء الدراسة. وقدم الطالب في الدراسة شروحاً تفصيلية عن تقنيات الإصغاء الطبي عبر التاريخ ابتداء من الطبيب الفرنسي رينيه لينيك عام 1830 وانتهاء بالعالم ديفيد ليتمان عام 1961، كما استعرض في هذا الجزء أيضا ً الأجزاء الرئيسية لسماعة الطبيب التقليدية واستخداماتها من الناحية التشخيصية.
في الجزء الثاني من هذا البحث، تم استخدام أساليب النمذجة الرياضية في تصميم نموذج رياضي يحاكي عمل سماعة الطبيب التقليدية، حيث قام الطالب بدراسة انتشار الموجة الصوتية ضمن سماعة الطبيب ابتداء من خضوع الموجة الصوتية لنمط انعكاس متعدد Multiple Reflection of Sound wave داخل أبوب السماعة مما يؤدي إلى رنين الموجة الصوتية الموقوفة عندما تنتشر منعكسة بشكل متعدد داخل وسط السماعة الطبية. وعرض في هذا الجزء دراسة تفصيلية لجريان الصوت في مكونات السماعة الطبية المختلفة وشروط حدوث ظاهرة الرنين، وقام بتفسير العديد من الممارسات الطبية بناء على ما تم التوصل إليه نتيجة هذه الدراسة المعمقة. واستكمالاُ للدراسة قام الطالب بعرض دراسة تفصيلية لجرس سماعة الطبيب ووضع نموذج رياضي تجريبي يربط بين باراميترات الجرس وطول أنبوب السماعة وسرعة انتقال الصوت في الأنبوب وتوتر الغشاء والضغط المطبق على جلد المريض، وأخيراً تم دراسة علاقة طول الأنبوب مع تردد الأصوات القلبية-الصدرية. وبنتيجة الدراسة التفصيلية المعروضة في هذا الجزء تم الوصول إلى نموذج رياضي متكامل يوصف السماعة الطبية بشكل متكامل ويربط باراميترات مكوناتها مع بعضها البعض.
في الجزء الثالث من هذا البحث، تم اقتراح نموذج الكتروني للسماعة الطبية Electronic stethoscope، تقوم فكرته الرئيسة على تطوير نموذج طبي الكتروني مخبري للسماعة الطبية التقليدية باستخدام العناصر والأجهزة الالكترونية المتوافرة في السوق المحلية. حيث مرت مرحلة التطوير بالدراسة التحليلية الدقيقة للظاهرة الفيزيائية موضوع البحث وهي استحصال الأصوات الحيوية وتم تحديد خصائصها ثم انتقل الطالب إلى دراسة تحليلية وتصميمية للدارات الإلكترونية المكونة للنظام المطلوب انجازه من مرحلة الاستحصال مروراً بالتضخيم والترشيح واظهار الإشارة الصوتية على شاشة كريستالية (LCD)، وتم تقسيم النموذج الالكتروني المقترح إلى أربعة مكونات رئيسية:
أولاً: استحصال الموجة الصوتية ودارة التضخيم الأولي حيث تم هنا استخدام ميكروفون سعوي لالتقاط الصوت من جسم الإنسان نظراً لأنه يغطي الطيف السمعي بالكامل.
ثانياً: ترشيح الإشارات الصوتية الملتقطة من خلال استخدام خمس مرشحات تغطي كامل المجالات الترددية للإشارات الحيوية المطلوب الإصغاء إليها.
ثالثاً: القيادة والتحكم حيث قمنا باختيار المتحكم الصغري المناسب لقيادة الدارات انطلاقاً من المواصفات الفنية للإشارة المراد التقاطها والدارة المصنعة وتبين بنتيجة البحث أفضلية متحكمات (ATmeI AVR) لاعتبارات تصميمية وتصنيعية وافقت حاجتنا في التصميم.
رابعاً: إظهار الرسم التخطيطي للإشارات المستحصلة على شاشة (LCD) بالإضافة إلى اظهارها بواسطة المجهرات الصوتية الخاصة.
في الجزء الرابع من الرسالة قام الطالب بتطوير طريقة محسنة لمحاكاة الإشارات الصوتية الحيوية بشكل عام ولأصوات القلب والرئة بشكل خاص. تقوم الطريقة المقترحة على استخدام التحويل المويجي القائم على المويجة الأم ثنائية التعامد Biorthogonal بهدف توليد نماذج صوتية رقمية تحاكي الحالات الطبيعية والمرضية، والهدف الرئيس كان توليد نماذج صوتية تطابق هندسياً مع الأصوات الحيوية الحقيقية ومن ثم تعديل هذه النماذج لتوليد أصوات حيوية لحالات مرضية بأشكالها المختلفة. وبعد المقارنة بين النتائج التي توصل إليها بنتيجة المحاكاة باستخدام الطريقة المقترحة مع النماذج الأصلية الطبيعية التي اعتمد عليها من جهة، مع النتائج التي توصل إليها الباحثون الآخرون في هذا المجال عند تطبيقها على نفس العينات من جهة أخرى، أظهرت الطريقة المقترحة أفضلية وتحسين واضح في معايير المقارنة المتعارف عليها كمياً ووصفياً سواء بمقارنة النتائج مع الإشارات الأصلية أو مع نتائج الأبحاث المشابهة.
وفي ختام جلسة الحكم والمناقشة اقترحت لجنة الحكم تبادل أطروحة الطالب محمد سامر البابا مع الجامعات العربية والعالمية نظرا ً لأهميتها ومنحه شهادة الدكتوراه بتقدير ممتاز بدرجة / 94 /