کاربرد برنامه نویسی در مهندسی پزشکی

امروزه با رشد و پیشرفت علم مهندسي پزشکي، استفاده از نرم افزارهاي تخصصي این رشته  نيز سير افزایش یافته است. اين نرم افزارها در دو زمينه بيوالکتريک و بيومکانيک بسیار کاربرد دارد و از تحليل و شبيه سازي مدارها و تصاوير پزشکي گرفته تا مدل‌سازي و طراحي سيستم‌هاي فيزيولوژيکي و بيولوژيکی را پوشش می‌دهد.

 به دلیل فراگیری نرم افزارها به ویژه برنامه‌نویسی در مهندسی پزشکی یادگیری نرم افزارهای مرتبط با گرایش بسیار حائز اهمیت است و امروزه یادگیری حداقل یک نوع زبان برنامه نویسی به همه افراد فعال در حوزه علم و پژوهش توصیه می‌شود.  از پرکاربردی ترین نرم افزار برنامه نویسی در مهندسی پزشکی نرم افزار پایتون می‌باشد که در ادامه به آن می‌پردازیم.

نرم افزارهای برنامه‌نویسی در مهندسی پزشکی

نرم افزار پایتون 

پیشتر گفتیم که برنامه نویسی در مهندسی پزشکی بسیار حائز اهمیت است. یکی از این نرم افزارهای پرکاربرد و معرف در این حوزه نرم افزار پایتون می‌باشد. این نرم افزار امروزه در بسیاری از رشته‌ها استفاده می‌شود. پايتون با کمک متن بازبودن خود داراي کتابخانه‌ها و ماژول‌هاي متعددي است که در بسياري از زبان‌هاي کامپيوتري ديگر به طور کامل به آن پرداخته نشده است به همين دليل اين زبان در بين برنامه نويسان و مهندسي پزشکي گرايش بيوالکتريک و بیومکانيک که تمایل دارند که در مباحث تشخيص و طبقه بندي و نيز در طراحي قطعات علي الخصوص طراحي ايرفويل‌ها و رسم پلات‌ها و گراف‌ها و اشکال پيچيده و مصورسازي‌ خروجي کدهاي نوشته شده در زبان هاي ديگر اقدام کنند، يکي از محبوبترين زبان‌هاي برنامه نويسي است. از دیگر ویژگی‌های این نرم افزار وسیع بودن منابع آن است که به همین دلیل روان تر و آسان تر از سایر زبان‌های برنامه نویسی است.

پایتون یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا است. به بیان ساده، سطح بالا بودن پایتون بدان معنا است که کدهای پایتون، نسبت به زبان ماشین، بیشتر به  زبان انسانی و در واقع، به زبان انگلیسی نزدیک هستند. همین امر موجب شده است تا کدنویسی به زبان پایتون به سرعت و در زمانی کمتر از برخی از انواع دیگر زبان‌های برنامه‌نویسی مانند جاوا ، انجام‌پذیر باشد.

برای برنامه نویسی در مهندسی پزشکی از پایتون برای پردازش تصویر و پردازش سیگنال‌های پزشکی استفاده می شود. در ادامه این مقاله به نرم افزار متلب و کاربرد آن در مهندسی پزشکی می‌پردازیم.

نرم افزار متلب 

نرم افزار متلب از مهمترین و کاربردی ترین نرم افزار های مهندسی است که در تمام رشته‌های مهندسی استفاده می‌شود. یکی از رشته‌هایی که در آن از متلب استفاده می‌شود مهندسی پزشکی است که جعبه ابزارهای بسیاری برای آن تعبیه شده است. این جعبه ابزارهای شامل پردازش تصویر، پردازش صوت ، پردازش ویدیو، پردازش سیگنال ،شبکه های عصبی ، هوش مصنوعی و ... می‌باشد. این نرم افزار بر پایه ماتریس می‌باشد و تمامی محاسبات آن بر پایه داده‌های ماتریسی است و هسته آن بر مبنای زبان C و رابط گرافیکی آن بر مبنای جاوا می‌باشد.

جعبه ابزار پردازش تصویر برای اعمال هر گونه عمل از جمله ویرایش ، تشخیص و پیش بینی بر روی تصاویر پزشکی حاصل از تجهیزاتی چون ام آر ای ، سی تی اسکن و پت است که بخش زیادی از آن در آنالیز تصاویر برگرفته از مغز در مغز در تشخیص حالت های روحی، سرطانی ،تومور و مدل کردن آن ها برای پیش بینی است.

جعبه ابزار پردازش سیگنال فرآیند تجزیه، تحلیل و تفسیر سیگنال‌های حیاتی و بیولوژیکی را میسر می‌سازد. این سیگنال ها می‌تواند برگرفته از صدا، تصویر ، فیلم و یا هر سیگنال دیگری از بدن باشند. بخش قابل توجه کاربرد این نرم افزار مربوط به پردازش سیگنال‌های مغزی و قلبی است. در نتیجه این نرم افزار نقش بسیار مهمی در حوزه برنامه نویسی در مهندسی پزشکی دارد.

نرم افزار لب ویو 

با پیشرفت علم و تکنولوژی برنامه نویسی در مهندسی پزشکی نیز پر اهمیت تر می‌شود. یکی دیگر از این نرم افزارهای پرکاربرد نرم افزار لب ویو است. نرم افزار لب ویو یک زبان برنامه نویسی سطح بالا و گرافیکی است که در بسیاری از رشته‌ها به ویژه مهندسی زیست پزشکی کاربرد تخصصی دارد. این نرم افزار در واقع یک میز کار مهندسی بر پایه نمادهای گرافیکی مهندسی به جای زبان متنی تحت عنوان ابزارهای مجازی برای تجزیه و تحلیل سیستم‌های اندازه گیری است. عمده کاربرد ان در تفسیر و تحلیل سیگنال هاست.

یکی از کاربردهای مهم این نرم افزار در مهندسی پزشکی می‌باشد. چرا که قابلیت‌هایی که در این نرم افزار وجود دارد آن را قادر ساخته است بتوان با آن محیط های بیولوژیکی ، سیگنال‌های حیاتی به ویژه قلب و مغز را شبیه سازی کرد. از جمله استفاده‌های این نرم افزار در حوزه برنامه نویسی در مهندسی پزشکی  شبیه‌سازی تجهیزانی چون ونیلاتور ( تنفس مصنوعی) ،اکوکاردیو گراف (تصویربرداری از قلب)، پالسی اکسی متر ( سنجش اکسیژن خون)،الکترو شوک (اعمال شوک قوی به بیماران قلبی)، الکتروکوتر (ابزار جراحی برای برش) و پردازش بیو سیگنال‌ها از جمله سیگنال‌های مغزی ، سیگنال‌های قلبی ، سیگنال‌های عضله ای و سیگنال‌های چشمی اشاره کرد.

این نرم افزار در گروه بیو الکتریک قرار میگیرد. می‌توان کاربردهای دیگری از جمله انتقال اطلاعات ، ذخیره سازی داده ها و نمایش وضعیت بیمار  و پردازش تصاویر دو بعدی و سه بعدی پزشکی را نیز برای قاببلیت های این نرم افزار برشمرد به طور کلی برنامه نویسی در مهندسی پزشکی در گرایش‌های بیومکانیک و بیو الکتریک و بیومواد کاربرد دارد ولی کاربرد آن در بیو الکتریک بیشتر است.

نرم افزار سی پلاس پلاس 

از دیگر زبان‌های برنامه نویسی در مهندسی پزشکی زبان برنامه نویسی سی پلاس پلاس است. سی پلاس پلاس یک‌زبان برنامه‌نویسی است که دارای ویژگی‌های ضروری و شیءگرایی است و از آن به‌عنوان زبان برنامه‌نویسی سطح متوسط نیز یاد می‌شود. این زبان توسط Bjarne Stroustrup در آزمایشگاه Bell از سال ۱۹۷۹ توسعه‌یافته است و برای اولین بار در سال ۱۹۸۵ ظاهر شد. این زبان برنامه‌نویسی کامپایل شده، همه‌منظوره، تایپ ایستا، حساس به حروف کوچک و بزرگ و منبع باز است. از برنامه‌نویسی رویه‌ای، شیءگرا و عمومی پشتیبانی می‌کند. این زبان دارای یک کتابخانه استاندارد غنی با مجموعه‌ای غنی از توابع است که فایل‌ها و روش‌های دست‌کاری ساختارهای داده و غیره را انجام می‌دهد.

نرم افزار سی پلاس پلاس همچنین برای کاربردهای پزشکی و مهندسی، سیستم‌های طراحی به کمک رایانه استفاده می‌شود. از این برنامه‌ برای دستگاه هایی مانند دستگاه‌های اسکن MRI، سیستم‌های CAM که عمدتاً در بیمارستان‌ها،سازمان‌های دولتی می‌باشد و استفاده می‌شود.

بازارکار برنامه نویسی در مهندسی پزشکی 

جمع بندی

زبان‌هایی که در مقاله در موردشان صحبت شد بخشی از زبان‌های برنامه نویسی است که در مهندسی پزشکی کاربرد دارد. به طول کلی برنامه نویسی در مهندسی پزشکی به ویژه در گرایش بیو الکتریک از کاربرد فراوانی دارد لذا توصیه می‌شود که دانشجویان مهندسی پزشکی حداقل به یکی از زبان ها تسلط کافی داشته باشند.

نویسنده: سمانه خان بیگی، کارشناس دپارتمان مهندسی پزشکی گروه آموزشی پارس پژوهان