پایتون در مهندسی پزشکی و کاربردها

در این مقاله به کاربرد پایتون در مهندسی پزشکی می پردازیم. برای این موضوع بهتر است ابتدا با نرم افزار پایتون کاربرد آن در رشته های مختلف آشنا شویم.  پایتون یک زبان برنامه نویسی سطح بالا و همه منظوره است.«زبان برنامه نویسی پایتون»، زبانی با یادگیری آسان محسوب می‌شود و از همین رو بسیاری از برنامه‌نویس‌های تازه‌کار آن را به عنوان اولین زبان برنامه‌نویسی خود برمی‌گزینند، زیرا پایتون به عنوان یک «زبان همه‌منظوره» ساخته و 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.

همانطور که گفته شد پایتون در همه گرایش ها و رشته ها کاربرد فراوانی دارد. یکی از موارد کاربرد پایتون در مهندسی پزشکی است. امروزه با رشد و پیشرفت علم مهندسي پزشکي و فراگير شدن زمينه هاي پژوهشي اين علم، روند گسترش نرم افزارهاي تخصصي این رشته  نيز سير صعودي به خود گرفته است. اين نرم افزار در دو زمينه بيوالکتريک و بيومکانيک بسیار کاربرد دارد به همین دلیل در حال حاضر نرم افزار بسیار محبوبی بین مهندسین پزشکی می باشد.

نرم افزار پایتون در مهندسی پزشکی

پیشتر گفتیم که پایتون در مهندسی پزشکی بسیار حائز اهمیت است. این نرم افزار امروزه در بسیاری از رشته ها استفاده میشود. پايتون با کمک متن بازبودن خود داراي کتاب خانه ها و ماژول هاي متعددي است که در بسياري از زبان هاي 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 ايرفويل هاو رسم پلات ها و گرافها و اشکال پيچيده و مصورسازيخروجي کدهاي نوشته شده در زبان هاي ديگر اقدام کنند، يکي از محبوبترين زبان هاي برنامه نويسي است.

از دیگر ویژگی های این نرم افزار وسیع بودن منابع آن است که به همین دلیل روان تر و آسان تر از سایر زبان های 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. از کاربرد های  پایتون در مهندسی پزشکی میتوان پردازش تصویر و پردازش سیگنال های پزشکی را نام برد. که در ادامه به هر کدام جداگانه می پردازیم.

پردازش تصویر پزشکی با پایتون

همانطور که گفته شد پردازش تصویر یکی از کاربرد های پایتون در مهندسی پزشکی می باشد. به طور کلی پردازش تصاویر پرشکی برای تشخیص بیماری بسیار حائز اهمیت است. معمولا تصاویر را برای اندازه دقیق تومور و یا محل دقیق آن مورد پردازش قرار میدهند تا پزشکان راحت تر بتوانند برای درمان تصمیم بگیرند. یکی از راه های پردازش این تصویر با نرم افزار پایتون است. البته این تصاویر را با نرم افزار های دیگری از جمله متلب هم پردازش میکنند.

اما به دلیل یادگیری آسان پایتون این نرم افزار امروزه محبوبیت بیشتری دارد. زبان پایتون می‌تواند به عنوان ابزاری برای انجام عملیات پردازشی روی تصاویر دیجیتالی مورد استفاده قرار بگیرد. از جمله متداول‌ترین فرایندهای پردازش تصویر با پایتون که توسط ابزارها و کتابخانه‌های این زبان برنامه‌نویسی قابل اجرا هستند، می‌توان به مواردی نظیر «برش» (Cropping) ، «برعکس کردن» (Flipping) ، «چرخاندن» (Rotating) ، «قطعه‌بندی تصویر» (Image Segmentation) ، «دسته‌بندی تصویر»(Image Classification)، «استخراج ویژگی» (Feature Extraction) ، «ترمیم تصاویر»(Image Restoration) و «بازشناسی تصویر» (Image Recognition)  اشاره کرد. که همگی این ابزار ها در پردازش تصاویر پزشکی نیز کاربرد دارد. از دیگر کاربرد های پایتون در مهندسی پزشکی پردازش سیگنال های حیاتی از جمله سیگنال های مغزی و قلبی است و در ادامه بیشتر توضیح میدهیم.

پردازش سیگنال حیاتی با پایتون

از دیگر کاربردهای پایتون در مهندسی پزشکی پردازش سیگنال های حیاتی است. البته به طور کلی از پایتون برای پردازش سیگنال های دیگر هم استفاده میشود. ابتدا با سیگنال حیاتی بیشتر آشنا میشویم. به هر سیگنالی که از بدن موجود زنده دریافت می شود، سیگنال حیاتی یا زیستی گفته می شود. این سیگنال که در نتیجه فعالیت ها و تعاملات الکتریکی بین سلول ها ایجاد می شود، حامل اطلاعات دقیقی از نحوه عملکرد سیستم های درونی بدن است. به ثبت سیگنال های الکتریکی سیستم حیاتی بدن، استخراج داده های مربوطه از آن بر پایه عملیات های مختلف ریاضی و تجزیه و تحلیل داده ها به منظور ارائه یک خروجی مناسب که نشان دهنده عملکرد اعضا و اندام های زیستی است، علم پردازش سیگنال های حیاتی گفته می شود

به همین دلیل پردازش سیگنال های حیاتی در علم پزشکی بسیار پر اهمیت است.پردازش سیگنال های حیاتی بر عهده مهندسین پزشکی است به همین دلیل مهندسین باید با نرم افزار های مختلفی که با آن پردازش انجام میشود آشنایی داشته باشند. به همین دلیل است که پایتون در مهندسی پزشکی بسیار کاربرد دارد. ازجمله کاربردهای دیگر پردازش سیگنال می توان به: تشخیص گفتار و پردازش زبان طبیعی در هوش مصنوعی، سونار (Sonar) و رادار، مخابرات و تحلیل داده های دریافت شده از بدن بیمار اشاره نمود. استفاده از زبان برنامه نویسی پایتون، همواره مورد توجه اهداف پژوهشی و نیز صنعتی بوده است، به گونه ای که این زبان برنامه نویسی به یکی از محبوب ترین زبان های سطح بالا در حوزه مهندسی و تحلیل داده های آماری تبدیل شده است.برای آشنایی بیشتر با فناوری های هوش مصنوعی پیشنهاد می کنیم مقاله " فناوری های هوش مصنوعی همه چیز را تغییر خواهند داد" را مطالعه نمایید. 

جمع بندی

همانطور که در این مقاله گفته شد پایتون در مهندسی پزشکی کاربرد بسیاری دارد. مبحث پردازش سیگنال و تصاویر بسیار پرکاربرد دارد و زبان پایتون هم این پردازش را آسان میکند به همین دلیل از پایتون در مهندسی پزشکی بیشتر از سایر نرم افزار ها استفاده می شود. به دلیل اهمیت این زبان در رشته مهندسی پزشکی بهتر است که دانشجویان این رشته در هر مقطعی به یادگیری این زبان بپردازند.

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