آموزش پایتون برای مهندسان پزشکی

پایتون (python) یک زبان برنامه نویسی سطح بالا و همه منظوره به شمار می‌رود. «زبان برنامه نویسی پایتون» به خاطر یادگیری آسان آن محبوب گشته است و از همین رو بسیاری از برنامه‌نویس‌های تازه‌کار آن را به عنوان اولین زبان برنامه‌نویسی خود برمی‌گزینند. پایتون به عنوان یک «زبان همه‌منظوره» توسعه داده شده و محدود به توسعه نوع خاصی از نرم‌افزارها نیست. به بیان دیگر، می‌توان از آن برای هر کاری، از تحلیل داده گرفته تا ساخت بازی‌های کامپیوتری استفاده کرد. بنابراین یادگیری پایتون بسیار حائز اهمیت است.

یکی از کاربردهای جذاب پایتون در رشته‌ی مهندسی پزشکی است. حیطه‌ی جذابی که طرفداران خاص خودش را در میان دانشجویان و فارغ التحصیلان این رشته پیدا کرده است. در این مقاله به کاربرد این زبان برنامه نویسی در مهندسی پزشکی خواهیم پرداخت.

قابلیت های پایتون در مهندسی پزشکی 

امروزه با رشد و پیشرفت علم مهندسی پزشکی و فراگير شدن زمینه‌های پژوهشی اين علم، روند گسترش نرم افزارهای تخصصی این رشته نيز سير صعودی به خود گرفته است. پایتون در دو زمينه بيوالکتريک و بيومکانيک کاربرد بالایی دارد به همین دلیل در بین مهندسین پزشکی به نرم افزار محبوبی تبدیل گشته است. از سری قابلیت‌های پایتون در این رشته‌ی مهندسی می توان موارد زیر را برشمرد:

• کتابخانه‌ها و ماژول‌های متعدد برای تشخیص، طبقه‌بندی و طراحی قطعات 
• پردازش و تحلیل داده‌های پزشکی با استفاده از کتابخانه‌های Pandas و NumPy 
• تحلیل داده‌های بالینی و آزمایشگاهی
• پردازش تصاویر پزشکی با استفاده از کتابخانه‌هایی مانند OpenCV و scikit-image
• تحلیل تخصصی تصاویر MRI، CT و X-ray
• استفاده از کتابخانه‌های SciPy و SimPy برای شبیه‌سازی سیستم‌های بیولوژیکی و مدل‌سازی فرآیندهای پزشکی
• توسعه مدل‌های یادگیری ماشین برای پیش‌بینی بیماری‌ها و تحلیل داده‌های پزشکی
• ایجاد برنامه‌هایی برای مدیریت داده‌های بیماران و سیستم اطلاعات بیمارستان
• طراحی اپلیکیشن‌هایی موبایل برای مراقبت از راه دور بیماران 

بیشتر بخوانید:" آموزش نرم افزار های مهندسی پزشکی (5 نرم افزار کاربردی)"

پردازش تصویر پزشکی با پایتون

وقتی در مورد تصاویر پزشکی صحبت می‌کنیم، فقط به یک عکس معمولی نگاه نمی‌کنیم. تصاویر پزشکی، مانند سی‌تی‌اسکن و MRI، انواع خاصی از تصاویر هستند که حاوی اطلاعات اضافی زیادی بیشتر از پیکسل‌هایی هستند که خود تصویر را تشکیل می‌دهند. این اطلاعات شامل مواردی مانند نام بیمار، تاریخ عکس‌برداری، نوع تکنیک تصویربرداری استفاده شده و موقعیت بدن بیمار در حین اسکن است. کتابخانه‌هایی مانند Pydicom و SimpleITK به شما اجازه می‌دهند تا داده‌های تصویر را بخوانید و تغییر دهید.

 یکی از مهم‌ترین موارد در پزشکی و درمان نیز تشخیص نوع بیماری محسوب می‌گردد. تشخیص بسیاری از تصاویر با استاندارد فرمت جهانی که Dicom است اغلب با استفاده از تجهیزات گران‌قیمت انجام می‌گردد. اما در اینجا شما با Image processing یا همان پردازش تصویر آشنا خواهید شد که بدون هزینه و فقط با اجرا کردن یک کد برنامه نویسی پایتون می‌توانید از این برنامه‌ی مفید استفاده نمایید. 

حتی می‌توان تصاویر را برای فهمیدن اندازه دقیق تومور و یا محل دقیق آن مورد پردازش قرار داد و به کمک پزشکان رفت تا راحت‌تر برای تشخیص تصمیم بگیرند. البته این تصاویر را با نرم افزارهای دیگری از جمله متلب هم پردازش می‌کنند اما به دلیل یادگیری آسان پایتون این نرم افزار محبوبیت بیشتری دارد. از جمله متداول‌ترین فرآیندهای پردازش تصویر با پایتون که توسط ابزارها و کتابخانه‌های این زبان برنامه‌نویسی قابل اجرا هستند، می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• قطعه‌بندی تصویر (Image Segmentation) 
• دسته‌بندی تصویر (Image Classification)
• استخراج ویژگی (Feature Extraction) 
• ترمیم تصاویر (Image Restoration)
• بازشناسی تصویر (Image Recognition) 
• تشخیص الگو (Pattern Recognition)
• بهبود تصویر (Image Enhancement)
• تشخیص شی (Object Recognition)
• ثبت تصویر (Image Registration)
• دگرگونی هندسی (Geometric Transformation)
• پردازش تصویر رنگی (Color Image Processing)

در جدول زیر کتابخانه‌های مختص پردازش تصاویر آورده شده است:

پردازش سیگنال حیاتی با پایتون

سیگنال‌های حیاتی، اطلاعاتی درباره وضعیت سلامت بیماران ارائه می‌دهند. به هر سیگنالی که از بدن موجود زنده دریافت می‌شود، سیگنال حیاتی یا زیستی گفته می‌شود. این سیگنال که در نتیجه فعالیت‌ها و تعاملات الکتریکی بین سلول‌ها ایجاد می‌شود، حامل اطلاعات دقیقی از نحوه عملکرد سیستم‌های درونی بدن است. ثبت سیگنال‌های الکتریکی سیستم حیاتی بدن به معنای استخراج داده‌های مربوطه از آن بر پایه عملیات های مختلف ریاضی و تجزیه و تحلیل داده‌ها برای ارائه یک خروجی مناسب که نشان دهنده عملکرد اعضا و اندام‌های زیستی است، خواهد بود. امروزه در دنیای پزشکی، مهندسین پزشکی با استفاده از زبان برنامه ‌نویسی پایتون، به تحلیل و پردازش این نوع از سیگنال‌ها پرداخته و ابزارهای جدیدی را برای نظارت بر سلامت بیماران توسعه می‌دهند. این سیگنال‌ها که توسط دستگاه‌های مخصوصی از بدن بیمار ثبت می‌شوند شامل داده‌های زیر هستند:

• ضربان قلب
•  فشار خون
•  سطح اکسیژن خون 
•  سیگنال مغزی 

برخی از انواع رایج سیگنال های زیست پزشکی عبارتند از:

• الکتروکاردیوگرام : (ECG) فعالیت الکتریکی قلب را اندازه‌گیری می‌کند.
• الکتروانسفالوگرام: (EEG) فعالیت الکتریکی مغز را ثبت می‌نماید.
• الکترومیوگرام: (EMG) سیگنال‌های الکتریکی تولید شده توسط فعالیت ماهیچه‌ها را ضبط می‌کند.
• فشار خون : (BP) فشار جریان خون در سیستم گردش خون را کنترل می‌کند.
• نرخ تنفس: (RR) میزان تنفس را ردیابی می‌کند.

با انجام تجزیه و تحلیل به طور ویژه بر روی این داده‌ها، می‌توان به تشخیص بیماری‌ و بهبود کیفیت درمان کمک شایانی نمود. در این راستا، مهندسان پزشکی با بهره‌گیری از کتابخانه‌های قدرتمند پایتون، به طراحی الگوریتم‌هایی می‌پردازند که نه تنها دقت تشخیص را افزایش می‌دهد بلکه امکان پیش‌بینی وضعیت آینده بیماران را نیز فراهم می‌آورد.

پردازش سیگنال‌های حیاتی بر عهده مهندسین پزشکی است به همین دلیل مهندسین باید با نرم افزارهای مختلفی که با آن پردازش انجام می‌شود آشنایی داشته باشند و آموزش ببینند. به همین دلیل است که پایتون در مهندسی پزشکی بسیار کاربرد دارد. سیگنال‌های حیاتی ثبت شده با توجه به نوع خصوصیات و جزییات آن، کتابخانه‌ی مخصوص به خود را برای تجزیه، تحلیل و تغییرات مورد نظر دارد. در جدول زیر می‌توانید این ابزارهای مهم در برنامه نویسی را برای هر سیگنال حیاتی مشاهده نمایید:

آینده مهندسی پزشکی با پایتون

پایتون در دهه‌ی اخیر با پیشرفت های بسیاری در حیطه‌ی مراقبت‌های بهداشتی و درمانی همراه بوده است. قابلیت استفاده‌ی آسان از آن و حل نمودن مسائل پیچیده‌ی پزشکی از دلایل دیگر محبوبیت پایتون در میان مهندسین پزشکی است.

در محیطی که پردازش و تجزیه و تحلیل سریع اطلاعات می‌تواند تصمیمی برای مرگ و زندگی یک فرد بگیرد، پایتون با مجموعه‌ای وسیع از کتابخانه‌های خود که پردازش و تجزیه و تحلیل اطلاعات گسترده را در چند ثانیه انجام می‌دهد، به خود افتخار می‌کند. زبان برنامه نویسی پایتون با همراهی و تلاش مهندسین پزشکی که در تحلیل اطلاعات پزشکی مهارت دارند می‌توانند در آینده‌ای نه چندان دور تمامی اطلاعات بیمارستانی و درمانی هر یک از بیماران را به مجموعه داده‌های پایتون وارد نمایند و فرآیندهای منظمی چون دسته‌بندی تمامی بیماری‌ها در حیطه‌های جغرافیایی مختلف را انجام دهند و تشخیص روش بهبود برخی مشکلات بدون راه حل درمانی را ممکن سازند.

ظهور هوش مصنوعی و الگوریتم‌های یادگیری ماشین را نیز در وضعیت شغلی آینده‌ی مهندسین پزشک نباید نادیده گرفت. استفاده از تمامی این نرم افزارهای برنامه نویسی برای مهندسین، موقعیت‌های شغلی بیشتری نیز در پی دارد و پیشنهاد می‌گردد که با یادگیری و آموزش این نرم افزار مهم، مسیر جدیدی را برای کسب یک شغل مناسب همراه با درآمد عالی هموار نمایید.

بیشتر بخوانید: " پردرآمدترین شاخه و رشته مهندسی پزشکی"

فرصت‌های شغلی و مهارت‌های مورد نیاز در بازار کار پایتون

در بالا ذکر شد که با پیشرفت روزافزون پایتون در مهندسی پزشکی فرصت‌های شغلی بیشتری برای مهندسین فراهم می‌گردد. شما به عنوان مهندس پزشک بعد از انتخاب مسیر کاری خود می‌توانید به یادگیری مهارت‌های مورد نیاز در این حرفه مشغول شوید. برخی از این مهارت‌ها در اینجا برای شما بیان شده است:

• تسلط بر نرم افزارهای مختلف برنامه نویسی
• همگام بودن با جدیدترین تغییرات کد نویسی و افزونه‌ها
• سریع بودن در نوشتن و ران کردن کدها
• گسترش ارتباطات اجتماعی در حیطه ی شغلی
• انجام پروژه‌های شخصی و شرکتی
• شرکت در وبینارها و دوره‌های آموزشی با حضور اساتید مجرب

فرصت‌های شغلی متعددی نیز برای متخصصین پایتون در شرکت‌ها و موسسات مهندسی فراهم شده است که حقوق و مزایای قابل توجهی نیز به همراه دارند:

• توسعه دهنده پایتون
• تحلیل‌گر داده‌های پزشکی
• توسعه‌دهنده اپلیکیشن‌های مراقبت از راه دور
• متخصص تجزیه و تحلیل سیگنال‌های پزشکی

برای کسب چنین موقعیت های شغلی، شما باید به عنوان یک مهندس پزشکی، همیشه در حال یادگیری باشید و مهارت‌ها و توانایی‌های خود را تقویت نمایید. شرکت در دوره‌های آموزشی می‌تواند مسیر ورود شما به بازار کار را کوتاه و آسان نماید. شما می‌توانید با ثبت نام در کلاس‌ها و دوره‌های گروه آموزشی پارس پژوهان، پایتون را به صورت اختصاصی برای رشته‌ و تخصص خود فرا بگیرید. در ادامه برخی دوره‌های مهم و پرمخاطب را مشاهده می‌کنید:

• دوره آموزش پایتون (PYTHON) 
• دوره آموزش پردازش سیگنال دیجیتال در متلب 
• دوره آموزش کدنویسی به زبان ++C
• دوره آموزش پایتورچ (PyTorch)
• دوره آموزش علم داده با پایتون 

جمع بندی

پایتون در زمینه‌های مختلف فناوری محبوب شده است و پردازش تصویر یکی از آن‌هاست. همه این‌ها به دلیل مجموعه گسترده‌ای از کتابخانه‌ها است که می‌توانند طیف گسترده‌ای از ابزارها و عملکردها را برای دستکاری، تجزیه و تحلیل و بهبود تصاویر ارائه دهند. زبان پایتون به دلیل پردازش و رابط کاربری آسان در مهندسی پزشکی بیشتر از سایر نرم افزارها مورد استفاده قرار می‌گیرد. با وجود اهمیت بالای این زبان در رشته مهندسی پزشکی بهتر است که دانشجویان این رشته در هر مقطعی به یادگیری این زبان بپردازند.

نویسندگان: سمانه خان بیگی، کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی- صالحه علی پور, کارشناس ارشد مهندسی پزشکی