物理知識(shí)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

1、1物理知識(shí)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用摘要： 物理是一門(mén)包羅萬(wàn)象的學(xué)科，學(xué)習(xí)物理不止學(xué)習(xí)它的理論知識(shí)， 更是要學(xué)以致用。 物理在各個(gè)領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用， 今天我來(lái)淺談一下物理學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用， 講述物理在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中如何為人類(lèi)謀幸福。隨著近代物理學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的迅速開(kāi)展， 人們對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)逐步深入， 醫(yī)學(xué)的各分支學(xué)科已愈來(lái)愈多地把它們的理論建立在精確的物理科學(xué)根底上， 物理學(xué)的技術(shù)和方法， 在醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)療實(shí)踐中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。 光學(xué)顯微鏡和 X 射線(xiàn)透視對(duì)醫(yī)學(xué)的巨大奉獻(xiàn)是大家早已熟悉的。 光學(xué)纖維做成的各種內(nèi)鏡已淘汰了各種剛性導(dǎo)管內(nèi)鏡，計(jì)算機(jī)和X射線(xiàn)斷層掃描X CT、超聲波掃描儀B超和 磁共

2、振斷層成像MRI、正電子發(fā)射斷層顯像術(shù)PEF等的制成和 應(yīng)用， 不僅僅大大地減少了病人的痛苦和創(chuàng)傷， 提高了診斷的準(zhǔn)確度，而且直接促進(jìn)了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)的建立和開(kāi)展， 使臨床診斷技術(shù)發(fā)生質(zhì)的飛躍。1 X 射線(xiàn)透視1895 年 11 月 8 日，倫琴在德國(guó)維爾茨堡大學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究稀薄氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)。X射線(xiàn)發(fā)現(xiàn)后3個(gè)月就應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究。X射線(xiàn)透視機(jī)早已成為醫(yī)學(xué)中不可缺少的工具。 倫琴也由此成為世界上第一個(gè)榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的人。X射線(xiàn)透視是根據(jù)不同組織或臟器對(duì)X射線(xiàn)的衰減本領(lǐng)不同，強(qiáng)度均勻的X射線(xiàn)透過(guò)身體不同部位后的強(qiáng)度不同，透過(guò)人體的X射線(xiàn)投射到照相底片上，顯像后就可以觀察到各處明暗不同的

3、像。 X 射線(xiàn)透視可以清楚地觀察到骨折的程度、 肺結(jié)核病灶、 體內(nèi)腫瘤的位置和大小、臟器形狀以及斷定體內(nèi)異物的位置等。 X 射線(xiàn)透視機(jī)已成為醫(yī)院的根本設(shè)備之一。2 . B超B 超是超聲波B 型顯示斷層成像的簡(jiǎn)稱(chēng)，之所以稱(chēng)為 B 超顯示，是因?yàn)閷?duì)過(guò)去顯示超聲檢查結(jié)果的方法又創(chuàng)立了一種方案而增加的新名稱(chēng)， 把已有的那種一維顯示一串脈沖波的方案稱(chēng)為 A 型顯示， 而新的這種二維縱向斷層顯示稱(chēng)為B型顯示。B 超的根本原理是將一束超聲波從體外垂直于人體外表射向體內(nèi)， 當(dāng)超聲波在體內(nèi)組織中傳播時(shí)， 碰到有分界面或不均勻處就會(huì)產(chǎn)生反射。 把這種反射超聲波再在體外同一部位接收下來(lái)， 根據(jù)發(fā)射探頭的所在位置，

4、可以知道反射點(diǎn)在體內(nèi)對(duì)著探頭的位置， 而根據(jù)發(fā)射超聲波的時(shí)間差，可以知道它在體內(nèi)垂直于體表的深度。 B 超圖像非常直觀，很容易看懂。B 超與 X 射線(xiàn)透視相比，其結(jié)果的主要差異是： X 射線(xiàn)透視所得的是體內(nèi)縱向投影的陰影像，而B(niǎo)超得出的是縱切面的結(jié)構(gòu)像，在切 面方向沒(méi)有重疊，可以準(zhǔn)確判斷切面的情況。3 X 射線(xiàn)電子計(jì)算機(jī)輔助斷層掃描成像X CT1972 年英國(guó) EMI 公司的電子工程師洪斯菲爾德在美國(guó)物理學(xué)家柯馬克 1963 年發(fā)表的數(shù)據(jù)重建圖像數(shù)學(xué)方法的根底上，創(chuàng)造了XCT,使醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)生重大變革?，F(xiàn)在X CT在全世界得到廣泛應(yīng)用， 成為舉世公認(rèn)的重大科技成就。 柯馬克和洪斯菲爾德兩人也

5、因此獲得 1979年諾貝爾醫(yī)學(xué)生理獎(jiǎng)。X CT是利用X射線(xiàn)穿透人體某層面進(jìn)行逐行掃描，探測(cè)器測(cè)量和記錄透過(guò)人體后的射線(xiàn)強(qiáng)度值， 將這些強(qiáng)度值轉(zhuǎn)換為數(shù)碼信號(hào)， 送進(jìn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理， 經(jīng)過(guò)排列重建， 在顯示器上就能顯示出該層面的“切片圖， 一個(gè)層面掃描完后射線(xiàn)沿被檢查的人體旋轉(zhuǎn)10， 再進(jìn)行下一個(gè)層面的掃描， 這樣旋轉(zhuǎn)1800， 就可以得到一個(gè)完整的人體層面圖像。使用X-CT裝置，醫(yī)生可以在顯示器上看到各器臟、骨骼形狀和位置的“切片，病變的部位，形狀和性質(zhì)在圖像上清晰可見(jiàn)，大大提高了診斷的精度。X CT的優(yōu)越性在于它可以清晰地顯示人體器官的各種斷面，防止了影像和重疊。X- CT具有相當(dāng)高的密度分辨

6、率和一定的空間分辨率，對(duì)腦瘤確實(shí)診率可達(dá)95%，對(duì)腹部、胸部等處的肝、胰、腎等軟組織器官是否病變有特殊功用， 對(duì)于已有病腫瘤的大小和范圍顯示也很清楚，在一定程度上X-CT還可以區(qū)分腫瘤的性質(zhì)。4 磁共振斷層成像MRI磁共振斷層成像是一種多參數(shù)、 多核種的成像技術(shù)。 目前主要是氫核 11H 密度弛豫時(shí)間T1T2 的成像，其根本原理是利用一定頻率的電磁波向處于磁場(chǎng)中的人體照射， 人體中各種不同組織的氫核在電磁波作用下， 會(huì)發(fā)生核磁共振， 吸收電磁波的能量。 隨后又發(fā)射電磁波，MRI系統(tǒng)探測(cè)到這些來(lái)自人體中的氫核發(fā)射出來(lái)的電磁波信號(hào)后，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理和圖像重建， 得到人體的斷層圖像。 由于氫核吸收和發(fā)

7、射電磁波時(shí)， 受周?chē)瘜W(xué)環(huán)境的影響， 所以由磁共振信號(hào)得到的人體斷層圖像， 不僅可以反映形態(tài)學(xué)的信息， 還可以從圖像中得到與病理有關(guān)的信息。經(jīng)過(guò)比擬和判斷就可以知道成像局部人體組織是否正常。因此 MRI 被認(rèn)為是一種研究活體組織、診斷早期病變的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。MRI與X CT和B超比擬，X CT及B超只能顯示切面的密度分布圖像， 而 MRI 圖像可以顯示切面的某一原子核同位素的濃度分布或某一參量如弛豫時(shí)間分布。因此 MRI要比X-CT和B超獲得更多的人體內(nèi)部信息，尤其是對(duì)于腦部病變和早期腫瘤病變的診斷， MRI 更具有優(yōu)越性。5 正電子發(fā)射斷層成像PETPET正電子發(fā)射斷層成像的原理是：將含有發(fā)

8、射正電子的放射性核素，如 18F 、 11C 、 15O 、 13N 等顯像劑注入或吸入人體內(nèi)，通過(guò)探測(cè)正電子放射性核素衰變時(shí)產(chǎn)生的正電子與組織內(nèi)負(fù)電子湮滅時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)能量相等、方向相反的 光子，顯示人體的代謝和生化等改變。PET可以發(fā)現(xiàn)腦軀體局部代謝 CMR和局部血流量 CBF的異常，常用的顯像劑是18F 脫氧葡萄糖。PET的主要結(jié)構(gòu)有多環(huán)探測(cè)器、機(jī)器、計(jì)算機(jī)和顯示、儲(chǔ)存器等電子部件，其中多環(huán)探測(cè)器是 PET的心臟，多采用大塊錯(cuò)酸韌BGO 晶體，高精度切割成截面為 6X6mmg 8X 8mr2小區(qū)。最多的可有18432塊小晶體。多個(gè)探測(cè)器組拼接成環(huán)，一臺(tái) PET通常有1832環(huán)，一環(huán)晶體形成一個(gè)層面的圖像，相鄰環(huán)間形成間接層圖像， PET分辨率高，用生理性核素示蹤，是目前唯一的活體分子生物學(xué)顯示技術(shù)，PET可以從生命本原基因水平作出疾病的早期診斷。在人類(lèi)文明和社會(huì)開(kāi)展取得進(jìn)步