復(fù)旦大學(xué)精品課程《醫(yī)學(xué)物理與實(shí)驗(yàn)》課件,醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)緒論課件復(fù)習(xí)精品

1、醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)緒論緒論數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 岑剡醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課總體安排醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課總體安排（上課地點(diǎn)：物理樓321室，若有變動(dòng)另行通知）第1周 緒論 第2周 實(shí)驗(yàn)原理講授（第一組講實(shí)驗(yàn)13，第二組講實(shí)驗(yàn)46）第35周 做實(shí)驗(yàn) （第一組做實(shí)驗(yàn)13，第二組做實(shí)驗(yàn)46）第6周 實(shí)驗(yàn)原理講授（第一組講實(shí)驗(yàn)46，第二組講實(shí)驗(yàn)13）第79周 做實(shí)驗(yàn) （第一組做實(shí)驗(yàn)46，第二組做實(shí)驗(yàn)13）第10周 五一長(zhǎng)假 第11周 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與討論第12周 實(shí)驗(yàn)原理講授（實(shí)驗(yàn)7，實(shí)驗(yàn)8，實(shí)驗(yàn)9）第1315周 做實(shí)驗(yàn) （分三組循環(huán)）第16周 答疑，復(fù)習(xí)第17周 實(shí)驗(yàn)總結(jié)及匯報(bào)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)1 彎曲法測(cè)人造骨楊氏

2、模量 13實(shí)驗(yàn)2 毛細(xì)管法測(cè)液體黏度 20實(shí)驗(yàn)3 眼睛的光學(xué)原理及物理矯正 24實(shí)驗(yàn)4 壓力傳感器特性研究及血壓、心率測(cè)量 31實(shí)驗(yàn)5 人耳聽覺(jué)聽閾曲線測(cè)量 36實(shí)驗(yàn)6 心電圖機(jī)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量及使用 41實(shí)驗(yàn)7 A型超聲探測(cè)及B型超聲成像. 46實(shí)驗(yàn)8 X射線特性研究及透視. 54實(shí)驗(yàn)9 核磁共振基礎(chǔ)及成像 59 緒論（第一節(jié)）緒論（第一節(jié)）醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的重要性醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的重要性 一、什么是醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)？一、什么是醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)？ 二、物理在醫(yī)學(xué)研究與發(fā)展中的作用二、物理在醫(yī)學(xué)研究與發(fā)展中的作用 物理在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用物理在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用診斷診斷內(nèi)窺鏡、心電圖、內(nèi)窺鏡、心電圖、 X光、光、CT、核磁

3、、核磁共振、超聲波共振、超聲波治療治療放射性、激光、微波、放射性、激光、微波、刀、刀、PDT、熱療熱療內(nèi)窺鏡成像日本膠囊形內(nèi)窺鏡 ElectrocardiographyImage showing a patient connected to the 10 electrodes necessary for a 12-lead ECG12 Lead ECG of a 26-year-old maleSchematic representation of normal ECGX-rayImage A: A normal chest radiograph. Image B: Q fever pneum

4、onia. Star shaped bladder urolith on an X-ray of the pelvis.X-ray computed tomography(CT)A Multislice CT ScannerExample of a CTPA, demonstrating a saddle embolus (dark horizontal line) occluding the pulmonary arteries (bright white triangle)亨斯費(fèi)爾德和科馬克共同獲取1979年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)CT檢查范圍檢查范圍一、頭部：腦出血，腦梗塞，動(dòng)脈瘤，血管畸形

5、，各種腫瘤，外傷，出血，骨折，先天畸形等；二、 胸部：肺、胸膜及縱隔各種腫瘤，肺結(jié)核，肺炎，支氣管擴(kuò)張，肺膿腫，囊腫，肺不張，氣胸，骨折等；三、 腹、盆腔：各種實(shí)質(zhì)器官的腫瘤、外傷、出血，肝硬化，膽結(jié)石，泌尿系結(jié)石、積水，膀胱、前列腺病變，某些炎癥、畸形等；四、 脊柱、四肢：骨折，外傷，骨質(zhì)增生，椎間盤病變，椎管狹窄，腫瘤，結(jié)核等；五、 骨骼、血管三維重建成像；各部位的MPR、MIP成像等；六、 CTA（CT血管成像）：大動(dòng)脈炎，動(dòng)脈硬化閉塞癥，主動(dòng)脈瘤及夾層等；七、 甲狀腺疾?。杭谞钕傧倭?、甲狀腺腺癌等；其他：眼科及眼眶腫瘤，外傷；副鼻竇炎、鼻息肉、腫瘤、囊腫、外傷等。核磁共振 廣泛地用于確

6、定分子結(jié)構(gòu)，用于對(duì)生物在組織與活體組織的分析、病理分析、醫(yī)療診斷、產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)等諸多方面。 醫(yī)生在為患者做核磁共振檢查 用核磁共振技術(shù)拍攝的腦截面圖像 拉比 1944年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)伯塞爾&布洛赫 1952年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)核磁共振全名是核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging，NMRI）又稱自旋成像（spin imaging），也稱磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI），是磁矩不為零的原子核，在外磁場(chǎng)作用下自旋能級(jí)發(fā)生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過(guò)程。超聲波Sonogram of a

7、fetus at 14 weeks (Profile)A fetus, aged 29 weeks, in a 3D ultrasound超聲波美容超聲波美容 機(jī)械作用:作用于面部可以使皮膚細(xì)胞隨之振動(dòng)，從而，改善局部血液和淋巴液的循環(huán)，增強(qiáng)細(xì)胞的通透性，提高組織的新陳代謝和再生能力，軟化組織，刺激神經(jīng)系統(tǒng)及細(xì)胞功能，使皮膚富有光澤和彈性。 溫?zé)嶙饔茫嚎梢蕴岣咂つw表面的溫度，使血液循環(huán)加速，增加皮膚細(xì)胞的養(yǎng)分，使神經(jīng)興奮性降低，起到鎮(zhèn)痛的作用，使痙攣的 肌纖維松弛，起到解痙的作用。 化學(xué)作用：超聲波可以加強(qiáng)催化能力，加速皮膚細(xì)胞的新陳代謝，使組織pH值向堿性方向變化，減輕皮膚炎癥伴有的酸中毒及

8、疼痛。超聲波可以提高細(xì) 胞膜的通透性，使?fàn)I養(yǎng)素和藥物解聚，利于皮膚吸收營(yíng)養(yǎng)，利于藥物透入菌體，提高殺菌能力。 Radiation therapyRadiation therapy of the pelvis. Lasers and a mould under the legs are used to determine exact position.Varian Clinac 2100C Linear Accelerator.腫瘤放射治療是利用放射線如放射性同位素產(chǎn)生的、射線和各類x射線治療機(jī)或加速器產(chǎn)生的x射線、電子線、質(zhì)子束及其它粒子束等治療惡性腫瘤的一種方法。放射治療大約70%的癌癥病人

9、在治療癌癥的過(guò)程中需要用放射治療，約有40%的癌癥可以用放療根治。放療機(jī)制直接損傷 :主要由射線直接作用于有機(jī)分子而產(chǎn)生自由基引起DNA分子出現(xiàn)斷裂、交叉。間接損傷: 主要由射線對(duì)人體組織內(nèi)水發(fā)生電離，產(chǎn)生自由基，這些自由基再和生物大分子發(fā)生作用，導(dǎo)致不可逆損傷。Photodynamic therapyShown is close up of surgeons hands in an operating room with a beam of light traveling along fiber optics for photodynamic therapy. Its source is a

10、 laser beam which is split at two different stages to create the proper therapeutic wavelength. A patient would be given a photo sensitive drug (photofrin) containing cancer killing substances which are absorbed by cancer cells. During the surgery, the light beam is positioned at the tumor site, whi

11、ch then activates the drug that kills the cancer cells, thus photodynamic therapy (PDT).熱療熱療古埃及:加溫治療過(guò)乳腺腫瘤希波克拉底:“藥物不能治愈的可用手術(shù)治，手術(shù)不能治愈的可用熱療治，熱療不能治的就確實(shí)無(wú)法治了”。奧地利醫(yī)生Jauregg發(fā)明了治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)梅毒感染的標(biāo)準(zhǔn)療法德國(guó)醫(yī)學(xué)家德國(guó)醫(yī)學(xué)家:熱療加化療熱療加化療 治癌更見(jiàn)效治癌更見(jiàn)效在土耳其穆拉省達(dá)爾揚(yáng)的蘇丹尼耶熱療在土耳其穆拉省達(dá)爾揚(yáng)的蘇丹尼耶熱療館，一名游客正在洗泥浴館，一名游客正在洗泥浴腫瘤熱療設(shè)備“電子棒棒糖”讓盲人通過(guò)舌頭“看”東西“電

12、子棒棒糖”幫助盲人盲人用舌頭“視物”示意圖第二章：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理第二章：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理一、為什么要處理數(shù)據(jù)？一、為什么要處理數(shù)據(jù)？二、誤差分析與不確定度評(píng)定二、誤差分析與不確定度評(píng)定三、不確定度的評(píng)定方法三、不確定度的評(píng)定方法四、作圖與擬合四、作圖與擬合一、為什么要處理數(shù)據(jù)？一、為什么要處理數(shù)據(jù)？1、大多物理規(guī)律是用物理量之間的定量關(guān)定量關(guān)系系來(lái)表述的。2、實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)只有經(jīng)過(guò)正確的處理才能得到公認(rèn)的公認(rèn)的、合理的合理的結(jié)論。用毫米刻度尺測(cè)量某物體的長(zhǎng)度用毫米刻度尺測(cè)量某物體的長(zhǎng)度左端讀數(shù)為：左端讀數(shù)為：10.00cm右端讀數(shù)為：右端讀數(shù)為：15.25cm數(shù)字表測(cè)量某一電路中的電流數(shù)字表測(cè)量

13、某一電路中的電流1、若數(shù)字表有穩(wěn)定的輸出：、若數(shù)字表有穩(wěn)定的輸出：3.888A2、 若數(shù)字表輸出不穩(wěn)定呢？若數(shù)字表輸出不穩(wěn)定呢？二、誤差分析與不確定度評(píng)定二、誤差分析與不確定度評(píng)定 測(cè)量測(cè)量測(cè)量者采取某種測(cè)量方法用某種測(cè)量?jī)x器將待測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較。（質(zhì)量、長(zhǎng)度、體積）二、誤差分析與不確定度評(píng)定二、誤差分析與不確定度評(píng)定誤差誤差測(cè)量值與真值的差測(cè)量值與真值的差 誤差的成因：誤差的成因： 1.測(cè)量方法測(cè)量方法（伏安法測(cè)電阻、熱電偶測(cè)溫度）（伏安法測(cè)電阻、熱電偶測(cè)溫度） 2.測(cè)量者測(cè)量者（經(jīng)驗(yàn)、估讀、疏忽）（經(jīng)驗(yàn)、估讀、疏忽） 3.測(cè)量?jī)x器測(cè)量?jī)x器及及標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量（定標(biāo)、環(huán)境、時(shí)效）（定標(biāo)、環(huán)境

14、、時(shí)效） 誤差分析的重點(diǎn)在測(cè)量方法（體溫計(jì)、單擺測(cè)誤差分析的重點(diǎn)在測(cè)量方法（體溫計(jì)、單擺測(cè)g）。）。 測(cè)量者的估讀、儀器和標(biāo)準(zhǔn)量的不確定程度是可測(cè)量者的估讀、儀器和標(biāo)準(zhǔn)量的不確定程度是可以用一定的方法評(píng)定的，稱為以用一定的方法評(píng)定的，稱為“不確定度評(píng)定不確定度評(píng)定 ”。三、關(guān)于測(cè)量不確定度的評(píng)定方法三、關(guān)于測(cè)量不確定度的評(píng)定方法不確定度的評(píng)價(jià)十分重要：不確定度的評(píng)價(jià)十分重要：過(guò)大過(guò)大-浪費(fèi)；過(guò)小浪費(fèi)；過(guò)小-失誤。失誤。 1993年由國(guó)際計(jì)量局（年由國(guó)際計(jì)量局（BIPM）、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)等四個(gè)國(guó)際權(quán)威組織制定了等四個(gè)國(guó)際權(quán)威組織制定了測(cè)量不確定度表示指南測(cè)量不確定度表

15、示指南，并，并由國(guó)際理論與應(yīng)用物理學(xué)會(huì)（由國(guó)際理論與應(yīng)用物理學(xué)會(huì)（IUPAP）、國(guó)際理論與應(yīng)用化）、國(guó)際理論與應(yīng)用化學(xué)學(xué)會(huì)（學(xué)學(xué)會(huì)（IUPAC）等七個(gè)國(guó)際組織批準(zhǔn)實(shí)施。）等七個(gè)國(guó)際組織批準(zhǔn)實(shí)施。不確定度不確定度-被測(cè)量分散性的表征。被測(cè)量分散性的表征。分為兩類：分為兩類： A類類-由多次測(cè)量統(tǒng)計(jì)分析評(píng)定的不確定度由多次測(cè)量統(tǒng)計(jì)分析評(píng)定的不確定度 B類類-其他方法評(píng)定的不確定度其他方法評(píng)定的不確定度A A類不確定度的評(píng)定方法類不確定度的評(píng)定方法: :對(duì)待測(cè)量對(duì)待測(cè)量x 進(jìn)行進(jìn)行n 次全同測(cè)量次全同測(cè)量：測(cè)量次數(shù)測(cè)量次數(shù) n 越多，越多，uA 越小。越小。一般一般可在科學(xué)型計(jì)算器上直接得出計(jì)算結(jié)果

16、可在科學(xué)型計(jì)算器上直接得出計(jì)算結(jié)果。 B B類不確定度的評(píng)定方法類不確定度的評(píng)定方法: : 測(cè)量不確定度（與測(cè)量方法和測(cè)量經(jīng)驗(yàn)有關(guān)），測(cè)量不確定度（與測(cè)量方法和測(cè)量經(jīng)驗(yàn)有關(guān)），可?。嚎扇。?（多次測(cè)量時(shí)，（多次測(cè)量時(shí)，uB1由由uA代替）代替） 儀器不確定度（與儀器種類、級(jí)別及使用條件有儀器不確定度（與儀器種類、級(jí)別及使用條件有關(guān)）關(guān)） ，可?。海扇。?Bauc不確定度的合成：不確定度的合成：?jiǎn)未螠y(cè)量：?jiǎn)未螠y(cè)量： )()()(2221xuxuxuBB)()()()(22221121xuxuxuxuBBB222( )( )( )ABu xuxux在長(zhǎng)度測(cè)量中，長(zhǎng)度值是兩個(gè)位置讀數(shù)在長(zhǎng)度測(cè)量中，

17、長(zhǎng)度值是兩個(gè)位置讀數(shù)x1和和x2之差，之差，其不確定度合成公式為其不確定度合成公式為：多次測(cè)量：多次測(cè)量： 測(cè)量結(jié)果的表示方法測(cè)量結(jié)果的表示方法：1、測(cè)量結(jié)果的一般表示法： 如，長(zhǎng)度為（1.050.02）cm。2、測(cè)量結(jié)果的百分比表示法： 如，長(zhǎng)度為1.05cm，相對(duì)不確定度2% 。3、測(cè)量結(jié)果的有效數(shù)字表示法(簡(jiǎn)略表示)(xux%100)(xxu有效數(shù)字表示法有效數(shù)字表示法有效數(shù)字有效數(shù)字-從第一個(gè)不為從第一個(gè)不為0的數(shù)開始算起的所有數(shù)字的數(shù)開始算起的所有數(shù)字。如如, 0.35 (2個(gè)個(gè)); 3.54 (3個(gè)個(gè)); 0.003540 (4個(gè)個(gè)); 3.5400 (5個(gè)個(gè))。不確定度本身一般只

18、取一個(gè)有效數(shù)字，測(cè)量值的末位有不確定度本身一般只取一個(gè)有效數(shù)字，測(cè)量值的末位有效數(shù)字應(yīng)與不確定度的有效數(shù)字對(duì)齊。效數(shù)字應(yīng)與不確定度的有效數(shù)字對(duì)齊。即：即：測(cè)量值的末位有效數(shù)字是不確定的測(cè)量值的末位有效數(shù)字是不確定的。計(jì)算結(jié)果的舍入原則：計(jì)算結(jié)果的舍入原則：4舍舍6入，遇入，遇5末偶末偶 如，計(jì)算值為如，計(jì)算值為3.54835; 3.65325 若不確定度為若不確定度為0.0003, 則取則取x=3.5484; 3.6532 若不確定度為若不確定度為0.002, 則取則取x=3.548； 3.653 若不確定度為若不確定度為0.04, 則取則取x=3.55; 3.65 若不確定度為若不確定度為0

19、.1, 則取則取x=3.5; 3.7大于5入，小于5舍；剛好是5時(shí)，若前一位為奇數(shù)則入，為偶數(shù)則舍有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則: :加減法加減法: 與不確定度最大項(xiàng)的末位有效數(shù)字對(duì)齊。與不確定度最大項(xiàng)的末位有效數(shù)字對(duì)齊。如：如： 57.310.01562.24342（=55.08218）=55.08 乘除法乘除法: 與最少個(gè)數(shù)的有效數(shù)字相同。與最少個(gè)數(shù)的有效數(shù)字相同。如：如： 57.310.01562.24342（=0.398514767）=0.399注意注意：在前兩種不確定度表示方法中，測(cè)量值也必須按在前兩種不確定度表示方法中，測(cè)量值也必須按有效數(shù)字的規(guī)定來(lái)表示有效數(shù)字的規(guī)定來(lái)表示。

20、22)()(xxunyyunxy 不確定度的傳遞不確定度的傳遞: :在間接測(cè)量時(shí)，待測(cè)量是由直接測(cè)量的量通過(guò)計(jì)算而得在間接測(cè)量時(shí)，待測(cè)量是由直接測(cè)量的量通過(guò)計(jì)算而得的。此時(shí)，待測(cè)量的不確定度由各直接測(cè)量的量的不確的。此時(shí)，待測(cè)量的不確定度由各直接測(cè)量的量的不確定度傳遞而得。定度傳遞而得。加減法加減法:乘除法乘除法:乘方：乘方：一般傳遞公式：一般傳遞公式：當(dāng)各直接測(cè)量的量相互獨(dú)立無(wú)關(guān)時(shí)，當(dāng)各直接測(cè)量的量相互獨(dú)立無(wú)關(guān)時(shí)，例題例題1 1： 用電子天平測(cè)得一個(gè)圓柱體的質(zhì)量用電子天平測(cè)得一個(gè)圓柱體的質(zhì)量M=80.36g；電子天平的；電子天平的最小指示值為最小指示值為0.01g；不確定度限值為；不確定度限

21、值為0.02g。用鋼尺測(cè)量該圓。用鋼尺測(cè)量該圓柱體的高度柱體的高度HH2H1，其中，其中，H14.00cm，H219.32cm；鋼尺的分度值為鋼尺的分度值為0.1cm，估讀，估讀1/5分度；不確定度限值為分度；不確定度限值為0.01cm。用游標(biāo)卡尺測(cè)量該圓柱體的直徑用游標(biāo)卡尺測(cè)量該圓柱體的直徑D（數(shù)據(jù)如下表所示）；游標(biāo)（數(shù)據(jù)如下表所示）；游標(biāo)卡尺的分度值為卡尺的分度值為0.002cm；不確定度限值為；不確定度限值為0.002cm。試根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計(jì)算該圓柱體的密度及其不確定度。試根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計(jì)算該圓柱體的密度及其不確定度。 D/cm2.0142.0182.0162.0202.0182.018

22、2.0202.0222.0162.020分析：分析：對(duì)質(zhì)量的測(cè)量：對(duì)質(zhì)量的測(cè)量：g015. 0g302. 001. 0)()()(222221MuMuMuBBcm32.15cm)00. 432.19(12HHHcm029. 0cm301. 002. 02)()(2)(222221HuHuHuBBcm0184. 2101101iiDDcm00078. 0 ) 110(10)()(1012iiADDDucm0014. 0cm3002. 0)00078. 0()()()(22222DuDuDuBA圓柱體高度：圓柱體高度：圓柱體的直徑的平均值：圓柱體的直徑的平均值：3322cmg639. 1cmg32

23、.15)0184. 2(1416. 336.8044HDMVM222)()(2)()(HHuDDuMMuu2220.0150.00140.029280.362.018415.3233cmg004. 0cmg639. 1%24. 0)()(uu333mkg10)004. 0639. 1 (cmg)004. 0639. 1 ()(u%24. 01058. 31092. 11048. 3668實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：材料的密度材料的密度 ：四四. . 作圖與擬合作圖與擬合作圖法作圖法最小二乘法最小二乘法1 1、清晰地看到定性關(guān)系清晰地看到定性關(guān)系（螺線管的磁場(chǎng)分布）（螺線管的磁場(chǎng)分布）2 2、方便地比較

24、不同特性方便地比較不同特性（不同曲線用（不同曲線用不同符號(hào)或不同顏色）不同符號(hào)或不同顏色）3 3、合理地從圖上得到有用的信息合理地從圖上得到有用的信息 （比如：求斜率或從圖上讀出曲線峰或谷處的信息等）（比如：求斜率或從圖上讀出曲線峰或谷處的信息等） 作圖法直線擬合作圖法直線擬合一、一、為何作圖？為何作圖？二極管伏安特性直線求斜率螺線管中心軸線上的磁場(chǎng)分布二、如何作圖？二、如何作圖？ 選擇圖紙（采用標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)紙、反映有效數(shù)字、實(shí)圖占選擇圖紙（采用標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)紙、反映有效數(shù)字、實(shí)圖占1/2以上）以上） 根據(jù)物理量的差（取整）選擇圖紙的格數(shù)根據(jù)物理量的差（取整）選擇圖紙的格數(shù) 根據(jù)自變量因變量選擇圖紙的方向（一般取自變量根據(jù)自變量因變量選擇圖紙的方向（一般取自變量為橫坐標(biāo)）為橫坐標(biāo)） 畫坐標(biāo)軸、分度線（等間距、勿太密）并標(biāo)明物理量畫坐標(biāo)軸、分度線（等間距、勿太密）并標(biāo)明物理量名稱（名稱（斜體斜體）及單位（正體）及單位（正體） 畫數(shù)據(jù)點(diǎn)（不標(biāo)數(shù)據(jù)值、符號(hào)長(zhǎng)度反映不確定度）畫數(shù)據(jù)點(diǎn)（不標(biāo)數(shù)據(jù)值、符號(hào)長(zhǎng)度反映不確定度） 畫直線或曲線，標(biāo)明特殊點(diǎn)的坐標(biāo)值（計(jì)算斜率用的畫直線或曲線，標(biāo)明特殊