物理學(xué)與醫(yī)療

1、物理學(xué)與醫(yī)療李彤煒隨著近代物理學(xué)的迅速發(fā)展，以及人們對生命現(xiàn)象的認識逐步深入，醫(yī)學(xué)的各分支學(xué)科已來愈多地把它們的理論建立在精確的物理科學(xué)基礎(chǔ)上，物理學(xué)的技術(shù)和方法，在醫(yī)學(xué)研究療實踐中的應(yīng)用也越來越廣泛。就此興起的醫(yī)藥物理學(xué)把物理學(xué)的原理和方法運用于人類疾病的預(yù)防、診斷、治療和保健中，大大提高了醫(yī)學(xué)教育水平，推動了臨床診斷、治療、預(yù)防和康復(fù)手段的改進和更新進程。下面就根據(jù)兩個方面談?wù)勎锢韺W(xué)對醫(yī)學(xué)科技發(fā)展的影響。一、物理學(xué)對提高醫(yī)學(xué)診斷準確性的影響自1895年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X射線并應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域以來原子核物理理論與技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域。例如, X射線成像、計算機斷層成像(X-CT)

2、、核磁共振成像、核學(xué)成像和超聲波成像等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用不僅極大地促進了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展提高了疾病診治水平而且將醫(yī)學(xué)研究推向了一個新的高度。 1.X射線成像 X射線成像模態(tài)分為平面X射線成像和斷層成像（X-CT）。 X射線成像及其應(yīng)用是世界科學(xué)史及醫(yī)學(xué)發(fā)展史上的一個重要里程碑。利用人體不同器官和組織對X射線的吸收可以用組織密度進行表征，此后，發(fā)展出X射線透視、X射線照相術(shù)，為人體骨骼、內(nèi)臟 器官以及血管的疾病或損傷進行診斷、定位，同時也把膠片帶進了醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，使之成為100多年來圖像顯示和信息存貯的工具。 X射線斷層成像（X-CT）是X射線平面成像技術(shù)的突破性進展，從20世紀70年代初的簡單的X

3、-CT成像裝置發(fā)展為今天的多層螺旋CT技術(shù)。X-CT裝置首先用于腦部，能迅速準確地診斷與定位腦瘤對腦出血、腦梗塞、顱內(nèi)出血、腦挫傷等疾病是一種準確可靠的無創(chuàng)性檢查方法，幾乎可以代替過去的腦血流圖和血管造影等。CT的靈敏度遠遠高于X線膠片對腦瘤的確診率可達95%。對肝、胰和腎等軟組織器官是否病變有特殊功用，能清楚地顯示腫瘤的大小和范圍，在一定程度上X-CT還可以區(qū)分腫瘤的性質(zhì)。它是傳統(tǒng)影像技術(shù)中發(fā)展最為成熟的成像模式之一，其速度已經(jīng)快到可以對心臟實現(xiàn)動態(tài)成像！ 2.核磁共振成像（MRI） 磁共振斷層成像可以看做是一種多參數(shù)、多核種的成像技術(shù)。它的基本原理是利用一定頻率的電磁波向處于磁場中的人體照

4、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，從而吸收電磁波的能量。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)射電磁波時，會受周圍化學(xué)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(xué)的信息，還可以從圖像中得到一些與病理有關(guān)的信息。經(jīng)過比較和判斷就可以知道成像部分人體組織是否正常。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(xué)影像技術(shù)。 MRI與X-CT和B超比較，X-CT及B超只能顯示切面的密度分布圖像，而MRI圖像可以顯示小切面的某一原子核同位素的濃度分布或

5、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。 3.核醫(yī)學(xué)成像（NMI）核醫(yī)學(xué)成像也同樣是包括平面成像和斷層成像兩種方式，目前主要以單光子計算機斷層成像（SPECT）和正電子斷層成像（PET）作為發(fā)展的主流，其中動物PET也是發(fā)展的熱點之一。核醫(yī)學(xué)成像是目前唯一可以從分子和基因配體水平上成像的模式。應(yīng)用核醫(yī)學(xué)分子成像技術(shù)可通過放射性核素標記化合物分子在體內(nèi)分布的可視化研究了解體內(nèi)微觀分子的宏觀分布及體內(nèi)行為等信息,分析該化學(xué)分子在人體內(nèi)的相互作用 (機制)。4.超聲波成像（B超）超聲在醫(yī)學(xué)中用于診斷

6、和治療，由此形成了超聲醫(yī)學(xué)。超聲波在臨床診斷上的應(yīng)用相當廣泛，它主要是利用超聲波的良好指向性和與光學(xué)相似的反射、散射、衰減和多普勒效應(yīng)等物理規(guī)律。B超與X射線透視相比，其結(jié)果的主要差別是：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。B超的基本原理是將一束超聲波從體外垂直于人體表面射向體內(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，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

7、直觀，很容易看懂。 二、物理學(xué)對提升醫(yī)學(xué)療養(yǎng)水平的影響物理治療學(xué)（理療學(xué)）是研究應(yīng)用物理因子提高健康水平、預(yù)防和治療疾病、促進病后機體康復(fù)及延緩衰老等的專門學(xué)科。所應(yīng)用的物理因子包括人工、自然兩類：人工物理因子如，光、電、磁、聲、溫熱、寒冷等；自然物理因子如礦泉、氣候、日光、空氣、海水等。應(yīng)用到物理知識的有：電療法、光療法、磁療法、超聲療法、熱療法、冷療法、水療法等。 1、電療法電療法是應(yīng)用各種電流或電磁場預(yù)防和治療疾病的方法。電療法特點是：（1）電療的共性作用：如生理和治療作用是以理論學(xué)變化為基礎(chǔ)的神經(jīng)體液調(diào)節(jié)途徑實現(xiàn)的。電療具有鎮(zhèn)痛、消腫、消炎、脫敏、緩解肌肉痙攣、加強組織張力、促進恢復(fù)正

8、常的神經(jīng)傳導(dǎo)和調(diào)節(jié)功能等治療作用。（2）電療的特異性作用：如直流電優(yōu)先作用于末梢神經(jīng)感受器和周圍神經(jīng)纖維；一不定頻率低頻電優(yōu)先作用于肌肉神經(jīng)結(jié)構(gòu)；超短波優(yōu)先作用于結(jié)締組織、單核巨細胞系統(tǒng)。電療的特異性作用在使用小劑量時最明顯。（3）電療的效果與其作用的組織器官有關(guān)，如微波作用于腎上腺區(qū)可增加皮質(zhì)固醇激素的產(chǎn)生。作用于甲狀腺區(qū)可降低糖皮質(zhì)激素的活性，加強免疫功能。電療法包括直流電及直流電離子導(dǎo)入療法，低頻電療法，中頻電療法及高頻電療法等。直流電療法具有鎮(zhèn)靜、止痛、消炎、促進神經(jīng)再生和骨折愈合，調(diào)整神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)臟功能，提高肌張力等作用。低頻脈沖電療法可以促進局部血液循環(huán),鎮(zhèn)痛。中頻電療法在臨床上常

9、用于各類疤痕，腸粘連，聲帶小結(jié)等的治療。高頻電療法則常用于治療亞急性及慢性炎癥，功能性和器質(zhì)性血循環(huán)障礙，外傷手血腫，內(nèi)臟平滑骨痙攣等。當然電療法在治療當中也有需要注意的一些禁忌，在實際的操作中需要多加注意。2、磁療法磁療是利用磁場作用于人體治療疾病的方法。其作用機理的基本點是通過磁場對機體內(nèi)生物電流的分布和電荷的運行狀態(tài)和生物高分子的磁距取向等方面的影響而產(chǎn)生生物效應(yīng)和治療作用。磁療法主要的治療作用有止痛、鎮(zhèn)靜 用于治療急性胃炎、慢性結(jié)腸炎、急性軟組織損傷、肩周圍炎、網(wǎng)球肘、腱鞘炎、血腫、滑囊炎、三叉神經(jīng)痛、枕大神經(jīng)痛，眶上神經(jīng)痛，單純嬰兒腹瀉，顳頜關(guān)節(jié)功能紊亂、冠周炎等。有研究認

10、為，人體的穴位具有電磁特性，它是磁場的聚焦點。在生命活動中會產(chǎn)生生物電流，生物電流便會產(chǎn)生磁場。如心、腦均會產(chǎn)生心磁場、腦磁場。經(jīng)絡(luò)是生物放大效應(yīng)的主要渠道，人體生物電荷失去平衡可導(dǎo)致一些疾病的發(fā)生。磁療法是通過磁場對經(jīng)絡(luò)穴位的作用，調(diào)節(jié)機體生物電磁的平衡，從而達到治療疾病的目的。3、超聲療法超聲波頻率多在8001000kHz之間。人體組織結(jié)構(gòu)不同，聲阻各異，并在不同組織間構(gòu)成許多界面。超聲波在均勻的人體組織中的傳播路徑呈直線，但遇上界面則發(fā)生折射或反射。傳播過程中，超聲波對組織產(chǎn)生明顯的機械作用和熱作用，在體內(nèi)引起一系列理化變化，故能調(diào)整人體功能，改善或消除病理過程，促進病損組織恢復(fù)。超聲波

11、可用多種方式進入人體，人體對超聲波反應(yīng)的大小取決于超聲波的能量大小和人體的功能狀態(tài)。超聲療法對神經(jīng)疾病、如神經(jīng)炎、神經(jīng)痛，具有明顯鎮(zhèn)痛作用。小劑量超聲波多次投射可以促進骨骼生長，骨痂形成；中等劑量作用時可讓骨髓充血，用于骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷。大劑量超聲波作用于未骨化的骨骼，可致骨骼發(fā)育不全，因此對幼兒骨骺處禁用超聲。4、光療法光療法是利用陽光或人工光線（紅外線、紫外線、可見光、激光）防治疾病和促進機體康復(fù)的方法。日光療法已劃入療養(yǎng)學(xué)范疇。理療學(xué)中的光療法是利用人工光輻射。現(xiàn)階段主要包括紅外線療法、紫外線療法和激光療法。紅外線可分為兩段：波長1.51000微米的波段為遠紅外線（長波紅外線），波長7601.

12、5微米的波段為近紅外線（短波紅外線）。紅外線的治療作用基礎(chǔ)是溫熱效應(yīng)，具有改善血循環(huán)，促進吸收，緩解 痙攣，消散慢性炎平及鎮(zhèn)前等作用。紫外線光譜生物學(xué)作用特點：紫外線的波長400180nm。其光譜分三個波段。（1）長波紫外線（UVA），波長范圍400320nm2）中波紫外線（UVB）波長范圍320280nm3）短波紫外線（UVC波長范圍280180nm。紫外線常于治療急性化膿性炎癥（癤、癰、急性蜂窩織炎、急性乳腺炎、丹毒、急性淋巴（腺）管炎、急性靜脈炎）以及某些非化膿性急性炎癥（肌炎、腱鞘炎）；傷口及慢性潰瘍；急性風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、肌炎；神經(jīng)（根）炎及一些皮膚病，如玫瑰糠疹、帶狀皰疹，膿胞狀皮炎等。激光即由受激輻射光放大而產(chǎn)生的光，又稱Lase，激光療法是利用激光器發(fā)出的光進行治療疾病的一種方法。激光的主要特征有高度定向性、亮度高、單色性好、