MATLAB在医学影像物理学实验数据处理中的应用
作者：周志尊 徐春环 仇惠 高扬 /
【摘要】 分析MATLAB在医学院校影像物理实验教学中的应用， 指出了MATLAB在医学基础实验教学中推广的意义和可行性， 根据作者在医学影像物理实验教学活动中使用MATLAB的经验，提出了实验数据的MATLAB处理方法。
【关键词】 MATLAB； 影像物实验； 教学改革； 数据处理
1 引言
为了适应全国教学改革的步伐，全面提升医学院校学科建设和课程体系建设，各医学院校都积极鼓励基础课和专业课教师开展实验课教学改革的尝试。通过我们在《医学影像物理学》、《电工学》等基础课实验教学中展开应用MATLAB对实验数据进行分析的实践，丰富了实验课教学的内涵，激发了学生应用化手段处理问题的兴趣和解决问题的能力。本研究就在《医学影像物理学》实验课教学中应用MATLAB中的经验进行了，并采用教学单个案例进行了分析。
2 MATLAB在国际教学和科研上的应用及发展现状
MATLAB已成为一个功能比较强大、性能稳定的软件，得到了广泛的重视和应用。在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字与信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书都把MATLAB作为内容，几乎成了90年代教科书与旧版书籍的区别性标志。在那里MATLAB是攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。在国际学术界，MATLAB已经被确认为是准确、可靠的标准软件。在许多国际一流的学术刊物上（尤其是信息科学刊物），都可以看到MATLAB的应用。MATLAB集计算、可视化及编程于一身。在MATLAB中无论是问题的提出，还是结果的表达都采用习惯的数学描述方法，而不需要传统的编程语言进行前后处理。这一特点使MATLAB成为了数学分析、算法开发及应用程序开发的良好环境。它在数据分析、科学计算、仿真、自动控制、信号处理与通讯、图形分析与处理、图像处理等领域起着越来越大的作用。
3 MATLAB在我国高校应用的现状和在医学实验课教学中的必要性
在理工科实践教学、本科生课后作业、以及普通高校教师科研活动中正在加大力度引入MATLAB。然而MATLAB在医学院校本科教学实践中的具体运用则处于起步阶段。MATLAB作为一种崭新的、直观的教学形式，以其图形方式表述抽象数理方程具有特殊的表现力，可以提高学生对问题的理解和对理论课教学的兴趣。在课后习题练习中采用MATLAB求解，可以提高学生独立分析和解决问题的能力，加大课后学生自学以及巩固提高的力度和深度。并使抽象的数学、影像物理、图像处理等大量课程与现代计算机的先进手段和方法结合起来，使基础、传统的学科步入现代科学和世界教学潮流。而在实验课中引入MATLAB，则是医学院校课程改革的重点。以往大部分普通高校的学生在做完实验后，对大量的数据进行图表化分析、对比分析以及误差分析都是采用常规的在坐标纸上手绘的方式，既不美观也不精确。采用国际公认的MATLAB科学分析手段可对数据图表化、误差分析标准化。把MATLAB引入到科研中，将会提高科研的科学性，更新科学分析的手段。当今世界上绝大多数科学杂志在收集发表时都推荐作者采用MATLAB的分析方法，所以掌握这一方法来处理科研中所采集的数据，并进行分析是当今科学研究中科研人员必须掌握的工具。MATLAB的图表分析手段提高了科研的水平和层次。所以在普通医学院校教学、科研中引入MATLAB，对提高学校的教学科研水平将会起到极大的推进作用。
4 MATLAB 在《医学影像物》实验教学上的应用
在《医学影像物理学》实验中，数据处理是物理实验的重要组成部分和关键环节，也是评价物理实验结果的一个重要指标。由于实验的数据量大，公式较多，数据的手工处理非常繁琐。如果在计算的过程中，采用MATLAB 进行编程处理，就可以省去大量的计算。MATLAB 在《医学影像物理学》实验课教学中的应用有十分明显的优点，即操作和使用方法非常简单，只要学习过一种计算机语言的人都可以很快掌握它的编程方法。丰富的内部函数能够解决许多复杂的运算和数据处理与分析，强大的图形功能可以用图形的方法表达计算结果，直观而精确。下面我们将用《医学影像物理学》实验光电效应及普朗克常数的测定加以分析。在实验中我们测得右方一级条纹的5种颜色所对应的电压参数见表1。
表1 5种颜色所对应的电压参数（略）
图1 应用MATLAB 绘制的最大动能与频率的曲线（略）
实验完毕后，学生根据我们所设计的程序输入他们所测得的实验数据，用MATLAB 在普通计算机上进行运算即可直接得出实验结果和所需的标准曲线。
5 结束语
用MATLAB 处理实验数据，过程直观方便，简单的命令就可以完成繁琐的计算，同时也激发了学生的学习兴趣，让学生摆脱了枯燥无味的重复计算。由于MATLAB具有优秀的数字计算能力、准确的数字图形可视化能力以及直观简洁的程序环境，因此可以在医学院校各门课程的实验教学上广泛推广。
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1 陈玉珠. MATLAB在物理实验数据处理中的应用. 长春师范学院学报（科学版），2005， 24（3）：35~36.
2 郭天葵. 基于MATLAB的物理实验数据处理. 大学物理实验， 2005，18（3）：80~82.
