1、医学物理,Medical Physics,重庆大学生物工程学院,引 言,一、医学物理概念 二、医学物理的发展 三、物理学与医学四、医学物理主要研究内容五、课程结构,医学物理,医学物理可归纳为物理学应用的一个支脉，它是将物理学的理论、方法和技术应用于医学而形成的一门新兴边缘学科。,医学物理,或者说，医学物理学将物理学、工程学、生物学等专业结合起来，应用于医学，如放射医学或激光医学。,医学物理的发展,医学物理的开拓性研究应该归功于Roentgen在1895年发现X射线,拍摄世界上第一张X光片，于1901年获得第一个诺贝尔物理学奖。 Curie夫人1898年发现了天然放射性元素镭和钋,这是物理学发展
2、史上一个新的里程碑, Curie夫人很快把她的发现用于治疗肿瘤,成为肿瘤放疗的创始人。 作为一个独立学科，它形成于上世纪五十年代。 1974年国际医学物理组织（IOMP）成立。 1986年医学物理分会以中国医学物理学会的名义加入国际医学物理组织。,医学物理的发展,随着近代物理学和计算机科学的迅速发展，人们对生命现象的认识逐步深入，医学的各分支学科已愈来愈多地把他们的理论建立在精确的物理科学基础上； 物理学的技术和方法，在医学研究和医疗实践中的应用也越来越广泛。,医学物理的发展,光学显微镜和X射线透视等对医学作出了巨大贡献。 光导纤维做成的各种内窥镜(endoscope)已淘汰了各种刚性导管内镜
3、； X射线断层扫描术(XCT) 超声波扫描仪(B超) 核磁共振断层成像(MRI)等的研制和应用，不仅大大地减少了病人的痛苦和创伤，提高了诊断的准确度，而且直接促进了现代医学影像诊断学的建立和发展，使临床诊断技术发生质的飞跃。,医学物理的发展,物理学的每一新的发现或是技术发展到每一个新的阶段，都为医学研究和医疗实践提供更先进，更方便和更精密的仪器和方法。 在现代的医学研究和医学检查治疗中都离不开物理学方法和设备，随着医学科学的发展，物理学和医学的关系必将越来越密切。 物理学不仅为医学中病因、病理的研究和疾病预防提供了现代化的实验手段，而且为临床诊断和治疗提供了先进的器械、设备。 可以说，没有物理
4、学的支持，就没有现代医学的今天。,物理学与医学,现在物理学的各个领域，从声、光、热、电、磁到核物理和核技术都为改善人类的健康找到了用武之地 光学对医学的影响 放射性对医学的影响 电、磁学对医学的影响 声学对医学的影响,光学对医学的影响,激光在医学中的应用探索疾病发生的分子基础疾病诊断疾病治疗,激光在医学中的应用,紫外激光已用于人类染色体的微切割； 生物组织自体荧光、药物荧光光谱和拉曼光谱作癌肿诊断及白内障早期诊断； 激光光学层析（断层）造影（OT）技术正在兴起； 用于心血管斑块切除、眼角膜消融整形、结石粉碎、眼科光穿孔、子宫肌瘤、皮肤痣瘤、激光美容和光动力学治癌（PDT）等方面。,光学对医学的
5、影响,内窥镜如胃镜、直肠镜、支气管镜等 医用无影灯、反光镜等 近场光学扫描显微镜(SNOM,Scanning near-field Optical Microscopy) 依据进场探测原理的一种光学扫描探针技术 分辨率突破光学衍射极限，达到10-200nm 用于单分子检测、生物结构的荧光观测、量子结构的荧光光谱分析等 全息显微术 全息显微术是全息与显微相结合的技术 与一般显微术相比, 其优点是能存储标本物整体, 无须制备标本物的切片。尤其是对一些活的标本物,它可以用高功率的连续光或脉冲激光拍照全息图,长期保存, 再现像具有立体性, 能显示样品的细节。,放射性对医学的影响,疾病机理研究 临床诊断
6、、治疗: X光机和医用CT 正电子发射断层扫描(PET),疾病机理研究,在病因、病理研究方面，利用放射性示踪技术，使现代医学能从分子水平动态地研究体内各种物质的代谢。 例如弄清了与心血管疾病密切相关的胆固醇生物合成过程 现在放射性示踪已成为现代医学不可缺少的强大武器。,临床诊断、治疗,X射线透视可以清楚地观察到骨折的程度、肺结核病灶、体内肿瘤的位置和大小、脏器形状以及断定体内异物的位置等。X射线透视机已成为医院的基本设备之一。 使用XCT装置，医生可以在显示器上看到各种脏器、骨骼形状和位置的“切片”，病变的部位、形状和性质在图像上清晰可见，大大提高了诊断的精度。,临床诊断、治疗,PET是利用发
7、射正电子的短寿命同位素，从体外无创伤地观察人体内的生理、生化变化。 疾病的生化改变往往早于形态学的改变，所以PET可以更早期、灵敏、准确、定量、客观地诊断多种疾病，特别适用于肿瘤、冠心病和脑部疾病的诊断。 以癌症为例，从出现癌细胞到生成肿瘤的过程中，CT、核磁共振无法发现病灶。PET能发现潜在的病灶。其依据是出现癌细胞引起葡萄糖的代谢增高。,临床诊断、治疗,正电子发射断层扫描(Positron emission tomography ，PET)是一种先进的核医学技术，它的分辨率高，用生理性核素示踪，是目前唯一的活体分子生物学显示技术，PET可以从生命本原基因水平作出疾病的早期诊断。 PET不仅
8、可生产放射性核素，还可用于肿瘤学、神经病学和心病学的研究，它可为病变的早期诊断、疗效观察提供可靠的依据。,电、磁学对医学的影响,磁共振断层成像 MRI 脑磁图、心磁图、肺磁图 脑电图、心电图、胃电、肌电血液循环机和各种磁疗仪,磁共振断层成像MRI,MRI被认为是一种研究活体组织、诊断早期病变的医学影像技术。 MRI较X-CT和B超的优势 X-CT及B超只能显示切面的密度分布图像，而MRI图像可以显示切面的某一原子核同位素的浓度分布或某一参量(如弛豫时间)分布。因此MRI要比X-CT和B超获得更多的人体内部信息，尤其是对于脑部病变和早期肿瘤病变的诊断，MRI更具有优越性。,脑磁图、心磁图、肺磁图
9、,由于人体内存在电磁场，可为医学疾病的诊断提供重要的检测依据。故脑电图、心电图早已用于脑部疾病、心脏疾病的诊断，与之相对应的脑磁图、心磁图在医学诊断上更为准确有效，但由于技术和价格等原因在临床诊断上尚未得到广泛应用 对肺磁图的认识则较晚，它对肺部疾病(如尘肺病等)的诊断比X射线更为有效,声学对医学的影响,超声在医学中用于诊断和治疗，由此形成了超声医学 B超与X射线透视相比其结果的主要差别 在医学上用来进行活体观察的声学显微镜,超声在医学中,利用超声图象可对病变进行诊断，比如A超、B超和多普勒血流仪等 B超与X射线透视相比其结果的主要差别是： X射线透视所得出的是体内纵向投射的阴影像，而B超得出
10、的是纵切面的结构像，在切面方向没有重叠，可以准确判断切面的情况。 为了提高某些微小病灶(例如小肝癌等)的检出水准，声学中的非线性问题引起了人们的关注。,超声在医学中,超声在治疗方面的应用是基于超声在人体内的机械效应、温热效应和一些理化效应。 有超声碎石、超声升温治癌、超声外科手术刀以及超声药物透入疗法； 超声可用于治疗硬皮症、血管疾患、腰腿疼、精神病等许多种疾病； 超声在美容中用于超声洁牙、超声减肥等。,超声在医学中,在医学上用来进行活体观察的声学显微镜，是利用声波来获得微观物质结构的可见图像技术。,小结,目前，物理学在医学应用中的深度和广度正在进一步拓展，往往需要综合利用多种知识，比如能迅速
11、缓解疼痛病状的声电疗法，就是综合利用了超声和交流电。 在其他方面，液晶在医学上已用于医疗热谱图(诊断乳癌、血液疾病等)和其他显像技术中。超导等技术在医学中也有应用。 总之，物理学极大地促进了医学的发展，现代医学对物理学的依赖程度也越来越高。,医学物理主要研究内容 Main contents,医学物理的目标 用物理学的理论和方法为改善人类的健康服务，它的发展涉及把物理学应用于疾病的预防、诊断、治疗和康复等许多方面。,医学物理主要研究内容 Main contents,医学物理研究的领域很广 物理学研究的各个层次，从声、光、热、电、磁到核物理和核技术，以及理论力学、热力学统计物理、电动力学和量子力学
12、为代表的四大力学涵盖的理论和方法也是医学物理发展的基础，在应用中又使得这些理论和方法得到进一步的发扬光大。,医学物理主要研究内容 Main contents,在技术层面上，很多新技术 例如超声技术、激光技术、电磁波技术、磁共振技术、同位素技术、光源和射线探测技术等等也都是医学物理的关键技术,医学物理主要研究内容 Main contents,目前医学物理发展最快的是以下4个领域： 物理诊断学 物理治疗学 医学物理仪器装备 医学物理信息学,物理诊断学,医学物理诊断学的重点是无创伤的影像诊断 内容主要包括： 用物理学的原理和方法设计的成像装备用于采集人体各个层次上的信息，并分析处理成像过程中获得的信
13、息； 为临床医生获得诊断结论提供定性和定量的分析数据，提高诊断的准确率。,物理诊断学,目前用于医学成像的物质波很多。 已经在临床广泛使用的成像物质波包括:X射线、射线、超声波和电磁波。 形成目前广泛使用X射线成像、核医学成像、超声波成像和核磁共振成像。,物理诊断学,在发展成像技术的时候，需要特别指出的是综合不同模态成像设备的信息满足特殊科室对疾病诊疗的需要是当前发展的重要方向。 从疾病诊断的角度看，目前正朝着疾病预防、早期诊断、准确诊断、以及治疗过程影像检测、预后等更加广泛的医疗过程渗透。,物理治疗学,对人疾病的治疗方法实际上主要分为物理治疗和化学治疗两大类 由于历史上形成的分类学，狭义地理解
14、物理治疗主要指放疗、热疗、理疗、介入治疗四大类,放疗,放疗领域当前的热点是适形调强放疗、影像导引下的放疗 放疗实际上是外科手术切除方法的延续和补充，其目的是消除病灶的同时最大限度地保护正常组织。,热疗,热疗能够用于治疗癌症，主要是利用癌细胞和正常细胞对热的耐受能力的差别，癌细胞对热的耐受能力差，正常细胞略高； 由于人体是热的不良导体，热疗的困难是不容易形成一个适形的温度场，因此无创伤温度测量是实施过程中的难点； 目前临床上尝试的超声聚焦、射频、微波治疗都属于热疗的范畴；,医学物理仪器装备,根据物理学的原理设计的各种诊疗仪器和装备都属于医学物理仪器装备的范畴，医学物理为这些仪器和装备的设计提供新
15、的原理、方法、新技术和新工艺。 目前主要包括各种成像装备、治疗装备、理疗仪器和生化分析仪器等 其中在医院放射科、放疗科、核医学科和生化测量室广泛使用的数字化仪器和装备已经被定义为医院的核心装备 其中包括这些仪器装备本身的大量嵌入式医学软件在内构成高技术产业群。从发展趋势看，现代数字医疗核心装备中软件所占的价值比例已经超过硬件，充分体现了信息革命给产业结构带来的变化,医学物理信息学,当前，医院把数字化医疗仪器和装备作为信息源的节点，在医院建立起信息网络的主干道的任务已经基本完成。 难的是如何让每个医护人员和患者能够充分使用患者的信息和诊疗的资源，并把两方面的信息结合起来，即医患之间的及时信息沟通
16、，为及时诊疗服务。,医学物理主要研究内容,人体器官或系统的机能及其正常或异样过程的物理解释； 人体组织的物理性质以及物理因子对人体的作用； 人体内生物电、磁、声、光、热、力等物理现象的认识； 物理仪器（显微镜、摄谱仪、X线机、CT、同位素和核磁共振仪等）和物理测量技术的医学应用。,课程结构,本课程包括 生物电及其生物效应 生物磁及其生物效应 超声生物效应及其医学应用 激光生物效应及其医学应用 放射物理及其医学应用,每章的结构,简述有关的物理原理； 说明与生物和人体有关的生物物理特性，以及外界物理因素与人体相互作用产生的生物效应，并探讨产生这些效应的规律和机制； 说明应用该种生物物理特性和机制作用于疾病的检测、诊断和治疗的技术、仪器的原理方法； 介绍这些技术和仪器的功能和医学应用实例。,课时安排,理论课：32学时 实验课：16学时,教材,杨继庆主编.医学物理学. 屈学民等主编.医学物理学. 第四军医大学出版社，出版时间2009,参考书,王鸿儒主编， 医学物理学概论，北京医科大学、中国协和医科大学联合出版社 李宜贵编，医学物理学，高等教材出版社，2003 鲍修增编，医学物理学，人民卫生出版社，2002 杨继庆主编，医学物理学，人民卫生出版社，2002 胡新珉编，医学物理学，人民卫生出版社，2002,
