آشنایی با کاربردهای متلب در مهندسی پزشکی

کلیو مولر (Cleve Moler)، رئیس بخش علوم کامپیوتر دانشگاه نیومکزیکو، در اواخر دهه ۱۹۷۰ شروع به توسعه متلب کرد. او این برنامه را طراحی کرد تا به دانش‌آموزانش اجازه دسترسی به LINPACK و EISPACK بدون نیاز به یادگیری Fortran را بدهد. این موضوع به زودی به سایر دانشگاه‌ها گسترش یافت و مخاطبان علاقه‌مندی در جامعه ریاضی کاربردی پیدا کرد. مهندس جک لیتل، در طی دیدار با مولر در دانشگاه استنفورد در سال ۱۹۸۳ با این نرم‌افزار آشنا شد. او با تشخیص پتانسیل تجاری آن، تصمیم به همکاری با مولر گرفت.

آن‌ها در سال ۱۹۸۴ متلب را منتشر کردند و مت‌ورکس را در سال ۱۹۸۴ تأسیس کردند. در سال ۲۰۰۰، این نرم‌افزار بازنویسی شد تا از مجموعه جدیدتر کتابخانه برای دستکاری ماتریس، استفاده شود. این نرم‌افزار برای اولین بار توسط محققان و شاغلان در مهندسی کنترل، تخصص Little's، استفاده می‌شد، اما به سرعت در بسیاری از حوزه‌ها گسترش یافت. همچنین در آموزش به ویژه آموزش جبر خطی، تحلیل عددی و در پردازش تصویر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نرم‌افزار متلب چیست؟

متلب یک پلتفرم برنامه‌نویسی و محاسبات عددی است که توسط میلیون‌ها مهندس و دانشمند برای تجزیه و تحلیل داده‌ها، توسعه الگوریتم‌ها و ایجاد مدل استفاده می‌شود. متلب یک محیط دسکتاپ تنظیم شده برای تجزیه و تحلیل تکراری و فرآیندهای طراحی را با یک زبان برنامه‌نویسی ترکیب می‌کند که به طور مستقیم ریاضیات ماتریس و آرایه را بیان می‌کند. این نرم‌افزار شامل یک ویرایشگر زنده برای ایجاد اسکریپت‌هایی است که کد، خروجی و متن فرمت شده را در یک نوت بوک اجرایی ترکیب می‌کند.

واژه متلب هم به معنی محیط محاسبات رقمی و هم به معنی خود زبان برنامه‌نویسی مورد نظر است که از ترکیب دو واژه MATrix (ماتریس) و LABoratory (آزمایشگاه) ایجاد شده‌است. این نام حاکی از رویکرد ماتریس‌محور برنامه است، که در آن حتی اعداد منفرد هم به عنوان ماتریس در نظر گرفته می‌شوند. شما در یکی از بخش‌های مقاله کاربرد برنامه‌نویسی در مهندسی پزشکی، به طور مختصر با متلب آشنا شدید.

در حقیقت تمام داده‌ها در این نرم‌افزار به شکل یک ماتریس ذخیره می‌شوند. برای مثال یک عدد (اسکالر) به شکل یک ماتریس ۱*۱ ذخیره می‌شود. یک رشته مانند «Whale is the biggest animal» به شکل ماتریسی با یک سطر و چندین ستون (که تعداد ستون‌ها به تعداد کاراکترهاست) ذخیره می‌شود. حتی یک تصویر به شکل یک ماتریس سه‌بعدی ذخیره می‌گردد که بعد اول و دوم آن برای تعیین مختصات نقاط و ببعد سوم آن برای تعیین رنگ نقاط استفاده می‌شود.

فایل‌های صوتی نیز در این نرم‌افزار به شکل ماتریس‌های تک ستون ( بردارهای ستونی) ذخیره می‌شوند. بنابراین جای تعجب نیست که متلب مخفف عبارت آزمایشگاه ماتریس باشد. قابلیت‌های این برنامه شامل: تجزیه و تحلیل داده، نگاره‌سازی، برنامه‌نویسی، ساخت اپلیکیشن، رابط‌ها‌ی زبان خارجی، اتصال به سخت‌افزار، محاسبات موازی، گسترش وب و دسکتاپ و راه‌اندازی نرم‌افزار در فضای ابری می‌باشد.

قابلیت‌های نرم‌افزار و معرفی جعبه‌ابزارهای متلب

اکنون برخی از قابلیت‌های نرم‌افزار متلب را جداگانه توضیحی مختصر می‌دهیم:

جعبه‌ابزارهایی که در این نرم‌افزار قرار دارند عبارتند از:

کاربرد نرم‌افزار متلب در مهندسی پزشکی

یکی از پرکاربردترین موارد در نرم‌افزار متلب پردازش سیگنال‌های حیاتی است. همانطور که در دوره آموزش پردازش سیگنال‌های حیاتی در متلب (MATLAB) به تفصیل آموزش داده شد، پردازش سیگنال‌های زیستی شامل خیلی از عنوان‌های بین رشته است که با پردازش سیگنال‌هایی سر و کار دارند که توسط بدن انسان ساخته می‌شود. این سیگنال‌ها می‌توانند الکتریکی، شیمیایی یا صوتی باشند. آنالیز این سیگنال‌ها می‌تواند معمولا در توضیح و آسیب‌شناسی بدن انسان به کار برده شود.

این سیگنال‌ها، بدون پردازش هیچ اطلاعاتی از ارگان بدن به ما نمی‌دهند، درک درست از آنالیز سیگنال‌های زیستی به ما این امکان را می‌دهد که اطلاعات را از داخل سیگنال بیرون کشیده و آن‌ها را تجزیه و تحلیل کنیم. یکی از نرم‌افزارهایی که در آنالیز این سیگنال‌ها به ما کمک می‌کند این نرم‌افزار است. اگر علاقه دارید از آخرین پژوهش‌های این حوزه مطلع شوید، پیشنهاد ما سایت Mathworks.com است.

از دیگر کاربردهای آن در مهندسی پزشکی پردازش تصاویر پزشکی می‌باشد. در دوره آموزش پردازش تصویر در MATLAB (مهندسی پزشکی) عنوان شد، که یکی از بهترین ابزارهای مهندسی برای کار با تصاویر دیجیتال و انجام عملیات پردازشی روی آن‌ها، جعبه‌ابزار پردازش تصویر از زیر مجموعه‌های نرم‌افزار MATLAB می‌باشد. 

پردازش تصویر یا Image Processing، امروزه به عنوان یکی از مولفه‌های اساسی در سیستم‌های هوشمند و پشتیبان تصمیم است، که غالبا بر روی تصاویر دیجیتال و توسط سیستم‌های کامپیوتری اعمال می‌شود. کاربردهای متنوعی که پردازش تصویر در زمینه‌های مختلف فنی، صنعتی، شهری، پزشکی و علمی دارد، آن را به یک موضوع بسیار فعال در میان زمینه‌های پژوهشی تبدیل کرده است.

از جعبه‌ابزار پردازش تصویر متلب برای پردازش در تصاویری که از طریق دستگاه‌های MRI و CT-scan و یا PET و سایر دستگاه‌های تصویربرداری ثبت می‌شود استفاده می‌شود. از مهم‌ترین نتایج این پردازش‌ها تشخیص تومور و اندازه و مکان آن در بدن فرد بیمار است.

از دیگر کاربردهای این نرم‌افزاردر مهندسی پزشکی پیاده‌سازی الگوریتم بهینه‌سازی است. یکی از روش‌های بسیار پیشرفته الگوریتم‌های بهینه‌سازی الگوریتم ژنتیک است که کدهای آماده آن در نرم‌افزار قرار دارند. شما می‌توانید با دوره آموزش الگوریتم ژنتیک در MATLAB (مهندسی پزشکی)، به یادگیری این کاربرد متلب از پایه تا پیشرفته بپردازید.

آینده و بازار کار متلب در مهندسی پزشکی

کاربردهای نرم‌افزار متلب در مهندسی پزشکی رو به گسترش است. بنابراین یادگیری قابلیت‌های مختلف این نرم‌افزار علاوه بر یک ضرورت، یک مزیت بزرگ برای دانشجویان و مهندسان پزشکی به شمار آید. متلب با ظرفیت‌های فوق‌العاده‌ای که دارد، به ابزاری کلیدی در مهندسی پزشکی تبدیل شده و این روند صعودی است.

یادگیری نرم‌افزار متلب برای مهندسان پزشکی یک سرمایه‌گذاری هدفمند است چرا که بیمارستان‌ها و مراکز تحقیقاتی به مهندسانی نیاز دارند که توانایی استفاده موثر از متلب را داشته باشند. به دانش پژوهان توصیه می‌کنیم برای ورود به این حوزه، با دوره آموزش MATLAB (مهندسی پزشکی) شروع نمایند سپس به دوره‌های تخصصی‌تری که در مقاله به آن‌ها اشاره شد مراجعه کنند.

جمع‌بندی

نرم‌افزار متلب با توجه به گستردگی عملیاتی که دارد، در بسیاری در رشته‌های فنی پرکاربرد است. دوره‌های گروه آموزشی پارس پژوهان شامل آموزش متلب در همه رشته‌های مهندسی می‌باشد. در مهندسی پزشکی نیز گاهی برای تشخیص بیماری نیاز به تصویربرداری یا ثبت سیگنال از بدن بیمار است اما سیگنال و با تصویر به تنهایی به تشخیص بیماری کمک نمی‌کنند، لذا پردازش آن بسیار مهم می‌باشد تا به پزشک کمک کند تا بیماری را تشخیص دهد. در نتیجه آشنایی و تسلط به نرم‌افزار متلب بسیار برای متخصصین مهندسی پزشکی به ویژه گرایش بیوالکتریک بسیار حائز اهمیت است.

نویسنده مقاله: سمانه خان بیگی کارشناس مهندسی پزشکی – رضا صفایی کارشناس مدیریت صنعتی