大学精品课件：物理学对现代

1、物理学对现代医学发展的贡献,物理学对医学发展的贡献 物理学在肿瘤放射治疗与医学影像中的应用,物理学在医学领域的应用有着悠久的历史,伽利略（Galileo, 1564-1642) 将物理学应用到医学上的真正创立者 他推导出单摆周期和摆长的关系，并用于测量人的心率 他发明了测温计，使“发烧”的模糊认识有了定量描述 他设计出了第一个现代意义上的显微镜,哈维（W. Harvey, 1578-1657） 英国医生及生理学家 他首先提出了血液循环的存在 这一发现是依靠逻辑推理得出的，因为他没有观察到连接动脉和静脉的通道,马尔皮基（M. Malpighi，1628-1694） 意大利医生、生物学家 最早用显

2、微镜研究人体的微细结构 用显微镜首次观察到了毛细血管网，对现代医学的微循环理论做出了贡献 他还利用显微镜发现了肾小球、肾小管、红细胞等，是最早的组织学家,杨（T. Young, 1773-1829 ） 不仅是物理学家，还曾在伦敦行医 研究动脉血流中的脉动 用衍射法测定出细胞和纤维的直径 用光学知识研究了人眼的调节作用和散光；并和Helmholtz共同创立了色觉的三色理论,泊肃叶（Poiseuille, 1778-1869） 法国医生及生理学家 创造了用水银压力计测量狗主动脉血压的方法 研究了血液的粘滞性流动 建立了粘滞流动的泊肃叶公式,亥姆霍兹（Helmholtz, 1821-1894 德国）

3、 担任过解剖学教授和生理学教授，最后（1871）任物理学教授 揭示了眼的聚焦机理，并继Young之后系统阐述了色觉的三色理论,发明了晶体镜用以研究眼球晶体的变化 发明了眼底镜并用以观察视网膜 研究了听觉机理并发明了亥姆霍兹共鸣器 第一个测定了神经脉冲的传播速度并确定为30m/s 证明了肌肉收缩释放的热是动物热的重要来源,20世纪以来，物理学对现代生命科学的深远影响是有目共睹的。例如X射线的发现,医学影像及肿瘤放射治疗是由1895年伦琴（Rentgen，1835-1923）发现X射线开始的,Rentgen：关于一种新的射线（On a New Kind of Rays）1895年发表在沃尔兹堡物理

4、-医学学会会刊（Sitzungsberichte der Wrsburger Physik- medic. Cesellschaft,X 射线成像,X 射线成像的原理以及X 光管的结构,X 射线成像,X 射线成像,X 射线用于肿瘤的放射治疗,1896年1月发现X射线后仅几周，芝加哥电气技师Emil Grubbe（1875-1960）即利用X射线对一名55岁患乳腺癌的妇女进行了放射治疗,通过X射线衍射法研究生物大分子结构,劳厄（Laue，1879-1960）1912年通过X射线在晶体中衍射的实验，同时证实了X射线的波动性质和晶体内部的周期结构,1913年布拉格父子（W. H. Bragg，186

5、2-1942 and W. L. Bragg，1890-1971）通过X射线的衍射强度分布测定晶体的晶格结构,W. H. Bragg,W. L. Bragg,佩鲁兹（M. Perutz，1914-2002）和肯特鲁（C. Kendrew，1917-1997）1953年通过X射线衍射法完成了血红蛋白和肌红蛋白的结构分析,1947年卡文迪许实验室建立了“生物系统的分子结构单元”（Unit for “Research on the Molecular Structure of Biological Systems”），1962年扩大为“分子生物学实验室,M. Perutz C. Kendrew,威尔

6、金斯（M. Wilkins ，1916 ）和弗兰克林（R. Franklin，1920-1958 ）通过X射线衍射法研究DNA分子的结构,M. Wilkins R. Franklin,威尔金斯拍摄的DNA分子的X射线衍射照片 照片显示DNA分子是单链结构的螺旋体,弗兰克林于1952年5月获得的一张清晰的DNA分子的X光衍射照片 由此推算DNA分子呈螺旋状，而且认识到是双链同轴排列 定量测定DNA螺旋体的直径为1.0 nm，螺距为3.4 nm,J. Watson F. Crick,1953沃森（J. D. Watson，1928）和克里克（F. H. Crick，1916）在碱基互补配对原则的基

7、础上，构建了DNA分子双螺旋结构模型,J. Watson (L) and F. Crick (R,X 射线电子计算机断层成像 （X-ray Computed Tomography, 简称X-CT,G. N. Hounsfield,A. M. Cormack,1963年美国物理学家科马克（A. M. Cormack，1924-1998 ）发现人体不同的组织对线的透过率有所不同，提出了用投影数据重建图像的数学方法,1972年英国工程师亨斯菲尔德（G. N. Hounsfield，1919）研制成第一台头部X-CT，在临床上使用并获得清晰的诊断影像,建于1972年，称为EMI Marker1 成像矩

8、阵为8080，分辨率为3mm/pixel 每祯图像需要5分钟采集时间，重建需要1.5分钟,第一台头部 X-CT 示意图,早期 X-CT 片,X-CT 成像原理,CT 扫描技术的发展历史,多层螺旋CT,4层螺旋CT 示意图,单层与多层探测器之间的区别,马可尼公司(Marconi) 生产的MX8000多层螺旋CT扫描系统 主要特点：最多100s的连续多层螺旋扫描能力；每秒8层的多层扫描能力；超快速0.5s，360螺旋扫描；薄层扫描厚度0.5mm,由Marconi MX8000得到的肺动脉栓塞的X-CT 扫描图像,CT 扫描图像,CT 扫描图像,64层采集的螺旋CT设备：SIEMENS SOMATO

9、N Sensation 64层CT扫描一周能够获得64层图像，每层厚在1mm以下，一周所用时间只有0.37s，各个方向上的空间分辨率是一致的，为0.4 mm,SOMATON Sensation 64 2004年1月20日面世 2004年4月12日获得FDA认证,20世纪诺贝尔生理学及医学奖中与物理学有关的部分项目,1922年希尔（Hill，1886-1977）在肌肉的能量代谢和物质代谢方面的研究,1911年古尔斯特兰德（Gullstrand， 1862-1930）关于眼睛屈光学方面的研究,1924年爱因托芬(Einthoven，1860-1927)发现心电图机理,20世纪诺贝尔生理学及医学奖中

10、与物理学有关的部分项目,1946年缪勒（Muller，1890-1967）发现X 射线引起基因突变,1961年贝克西（Bekesy，1899-1972）确立“行波学说”、发现耳蜗感音的物理机制,1979年科马克和亨斯菲尔德发明X射线计算机断层扫描（X - CT,20世纪获得诺贝尔生理学及医学奖的部分物理学家或具有物理学背景的科学家： 贝克西（Bekesy）1923年在布达佩斯(Budapost)大学获物理学博士学位，1961年获奖 克里克（Crick）在University College London 学习物理学，1937年获学士学位，博士研究由于战争在1939年中断 威尔金斯（Wilkin

11、s）在St. Johns College，Cambridge 学习物理学，1938年获学士学位后去伯明翰（Birmingham）大学研究固体发光，1940年获物理学博士学位 克里克和威尔金斯1962年获奖,20世纪获得诺贝尔生理学及医学奖的部分物理学家或具有物理学背景的科学家,德尔布吕克(Delbruck，1906-1981) 1930年在哥丁根（Gottingen ）大学获理论物理博士学位，导师为玻恩（Max Born）。1969年因发现病毒的复制机制和基因结构获奖,雅洛夫人（Yalow, 1921）1945年在Hunter College 获核物理博士学位，1977年因开发放射免疫分析法获

12、奖,科马克（Cormack）1945年在开普敦（Cape Town）大学获物理硕士学位，1979年获奖,2003年诺贝尔生理学及医学奖获得者,保罗劳特伯尔(Paul C. Lauterbur,彼得曼斯菲尔(Peter Mansfield) 1962年获伦敦大学物理学博士学位,新世纪随着高端技术的飞速发展，物理学在医学中的作用越来越凸显。如生物电磁场、各种心电监护仪、多维彩超、准分子激光技术、单分子探测技术和纳米技术的应用、红外热像技术对某些肿瘤的诊断、X-CT成像、磁共振成像、利用正负电子对湮没现象的PET成像等都对物理学基础教学提出了新的挑战。为了培养能适应21世纪发展需求的素质高、能力强，知识结构合理的创新型医学人才，物理学的基础作用意义重大,人体力学，重点介绍人体肌肉、骨骼的力学性和人体的静力平衡；将振动和波的内容介绍与人的声音和听觉有关的振动、波动和声，介绍超声波的医学应用（A超、B超、M超、多普勒彩超等）；流体的运动部分侧重介绍与人体血液循环和呼吸过程有