物理知識在醫(yī)學中的應用

1、1物理知識在醫(yī)學中的應用摘要： 物理是一門包羅萬象的學科，學習物理不止學習它的理論知識， 更是要學以致用。 物理在各個領(lǐng)域都有非常廣泛的應用， 今天我來淺談一下物理學在醫(yī)學領(lǐng)域中的應用， 講述物理在醫(yī)學領(lǐng)域中如何為人類謀幸福。隨著近代物理學和計算機科學的迅速開展， 人們對生命現(xiàn)象的認識逐步深入， 醫(yī)學的各分支學科已愈來愈多地把它們的理論建立在精確的物理科學根底上， 物理學的技術(shù)和方法， 在醫(yī)學研究和醫(yī)療實踐中的應用也越來越廣泛。 光學顯微鏡和 X 射線透視對醫(yī)學的巨大奉獻是大家早已熟悉的。 光學纖維做成的各種內(nèi)鏡已淘汰了各種剛性導管內(nèi)鏡，計算機和X射線斷層掃描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， 提高了診斷的準確度，而且直接促進了現(xiàn)代醫(yī)學影像診斷學的建立和開展， 使臨床診斷技術(shù)發(fā)生質(zhì)的飛躍。1 X 射線透視1895 年 11 月 8 日，倫琴在德國維爾茨堡大學實驗室研究稀薄氣體放電時發(fā)現(xiàn)X射線。X射線發(fā)現(xiàn)后3個月就應用于醫(yī)學研究。X射線透視機早已成為醫(yī)學中不可缺少的工具。 倫琴也由此成為世界上第一個榮獲諾貝爾物理學獎的人。X射線透視是根據(jù)不同組織或臟器對X射線的衰減本領(lǐng)不同，強度均勻的X射線透過身體不同部位后的強度不同，透過人體的X射線投射到照相底片上，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 射線透視機已成為醫(yī)院的根本設備之一。2 . B超B 超是超聲波B 型顯示斷層成像的簡稱，之所以稱為 B 超顯示，是因為對過去顯示超聲檢查結(jié)果的方法又創(chuàng)立了一種方案而增加的新名稱， 把已有的那種一維顯示一串脈沖波的方案稱為 A 型顯示， 而新的這種二維縱向斷層顯示稱為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)， 當超聲波在體內(nèi)組織中傳播時， 碰到有分界面或不均勻處就會產(chǎn)生反射。 把這種反射超聲波再在體外同一部位接收下來， 根據(jù)發(fā)射探頭的所在位置，

4、可以知道反射點在體內(nèi)對著探頭的位置， 而根據(jù)發(fā)射超聲波的時間差，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 射線透視相比，其結(jié)果的主要差異是： X 射線透視所得的是體內(nèi)縱向投影的陰影像，而B超得出的是縱切面的結(jié)構(gòu)像，在切 面方向沒有重疊，可以準確判斷切面的情況。3 X 射線電子計算機輔助斷層掃描成像X CT1972 年英國 EMI 公司的電子工程師洪斯菲爾德在美國物理學家柯馬克 1963 年發(fā)表的數(shù)據(jù)重建圖像數(shù)學方法的根底上，創(chuàng)造了XCT,使醫(yī)學影像技術(shù)發(fā)生重大變革。現(xiàn)在X CT在全世界得到廣泛應用， 成為舉世公認的重大科技成就。 柯馬克和洪斯菲爾德兩人也

5、因此獲得 1979年諾貝爾醫(yī)學生理獎。X CT是利用X射線穿透人體某層面進行逐行掃描，探測器測量和記錄透過人體后的射線強度值， 將這些強度值轉(zhuǎn)換為數(shù)碼信號， 送進計算機進行處理， 經(jīng)過排列重建， 在顯示器上就能顯示出該層面的“切片圖， 一個層面掃描完后射線沿被檢查的人體旋轉(zhuǎn)10， 再進行下一個層面的掃描， 這樣旋轉(zhuǎn)1800， 就可以得到一個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，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具有相當高的密度分辨

6、率和一定的空間分辨率，對腦瘤確實診率可達95%，對腹部、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)探測到這些來自人體中的氫核發(fā)射出來的電磁波信號后，經(jīng)計算機處理和圖像重建， 得到人體的斷層圖像。 由于氫核吸收和發(fā)

7、射電磁波時， 受周圍化學環(huán)境的影響， 所以由磁共振信號得到的人體斷層圖像， 不僅可以反映形態(tài)學的信息， 還可以從圖像中得到與病理有關(guān)的信息。經(jīng)過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 被認為是一種研究活體組織、診斷早期病變的醫(yī)學影像技術(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)，通過探測正電子放射性核素衰變時產(chǎn)生的正電子與組織內(nèi)負電子湮滅時產(chǎn)生兩個能量相等、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)探測器、機器、計算機和顯示、儲存器等電子部件，其中多環(huán)探測器是 PET的心臟，多采用大塊錯酸韌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。多個探測器組拼接成環(huán)，一臺 PET通常有1832環(huán)，一環(huán)晶體形成一個層面的圖像，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。在人類文明和社會開展取得進步