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【摘要】物理学对医学的发展起着重要的推动作用，物理上的新发现或新技术，为医疗实践和医学研究提供了更方便、更精密和更先进的仪器和诊疗方法。 【关键词】超生成像 X 射线影像 磁共振成像 【中图分类号】R312 【文献标识码】B 【文章编号】2095-1752（2012）08-0293-01 On the application of physics to medicineZhang Ming ( Section of physics, Zunyi medical college,Guizhou Zunyi,563003） 【Abstract】The development of medical physics plays an important role in promoting physical new discovery or new technology for the medical practice and medical research provides amore convenient and more precise and more advanced instruments and diagnosis and treatment method. 【Key words】Ultrasonic Imaging X-ray image Magnetic Resonance Imaging 物理学的理论和定律具有普遍性，它是其自然科学和一切应用技术的基础，包括医学和生命科学。物理学研究的原子和粒子，构成了蛋白质、基因、器官和生物体。随着现代科学技术的发展，医学和生命科学已经从宏观形态的研究进入到了微观机制的研究，并且将其理论建立在物理学基础之上。物理学的技术和方法，在医疗实践和医学研究中的应用越来越广泛，可以说没有物理学就没有现代医学。 1 物理学作为医学不可缺少的理论基础 要了解呼吸过程、血液循环并进行心血管疾病研究，就必须掌握分子物理学、流体力学；要了解人体的心电、脑电、胃肠电及生物磁现象并进行检测，就必须掌握电学、电磁学和电子学的知识；要懂得C T、MRI 等影像设备的成像原理，就必须学习电磁学和原子核物理知识，尤其是射线与物质的相互作用机制等。 在医学临床中，输液及静脉注射时，要注意防止出现气泡，这就需要把输液管中的气泡排干净，才能给病人输液，因为液体中的气泡进人血管会引起气体栓塞，甚至危及病人的生命；在微循环中，红细胞为什么会轴向集中，从而在血管边缘形成血浆层[1] ? 人在做体力劳动时，第5 腰椎为什么容易损伤[3]? 这些都需要用到物理学的理论。缺乏物理学础理论，要学好各门医学课程也是困难的。 2 物理因子的生物体效应 物理因子的生物效应是生命科学研究的重要内容之一，包括超重、失重、高气压、低气压、机械振动、高温、低温、超生、次声、噪声、低频电、射频、微波、红外线、紫外线、X 射线、激光和电离辐射等。例如热疗可以镇静、止痛、消炎、解痉；低温可以镇痛、抗炎、控制痉挛；机械振动（刺激）可以调节中枢神经功能，加速血液和淋巴循环，改善肌肉、关节活动等；在电磁疗法中，特定电磁波能增加患者体内脑啡呔的分泌，有持久镇痛的作用；能有效地促进微循环系统的加速修复，改善患者血液循环；还能提高机体内各种酶的活性，促进机体对缺乏元素的吸收。 3 物理学技术将医学诊断治疗水平推向新的高度 超声成像 超声波入射到介质表面会发生发射，由于介质表面是不均匀的，所以得到的回波可以反映介质信息。医学上根据检测到的回波信号的幅度、时间、频率、相位等，得到体内组织结构、血液流速等信息。近50 年来，超声成像技术实现了三次重大的突破：第一次是利用灰度显像，使超声技术进入临床实用阶段；第二次是发展了“适时”技术，扩大了超声诊断的应用范围；第三次突破是超声技术与现代计算机技术相结合，实现计算机断层扫描技术、超声全系照相术等。超声成像诊断技术可分为两大类，一类是基于回波扫描的超声探测技术，另一类是基于多普勒效应的超声诊断技术。多普勒超声诊断技术的基本原理是利用运动物体散射或反射声波时造成的频率偏移现象来获取人体内部的运动信息，主要可用于了解组织器官的功能状况和血液动力学方面的生理病理状况，如血流状态、心脏的运动状况和血管是否栓塞等。 期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆 X 射线影像 X 射线应用于医学影像诊断已经有100 多年的历史，利用人体不同器官对X 射线吸收衰减不同发展起来的X 射线影像技术是临床上不可缺少的常规诊断手段，其信息量占到了各种医学图像信息的首位。随着计算机技术的发展，与X 射线影像技术结合，实现了数字减影血管造影（Digital Subtraction Angiography, DSA）技术和直接数字化X 射线摄影（Direct Digital Radiography, DR）技术。减影技术是通过对人体同一部位造影前、后的两帧图像相减，而获得反映两帧图像中差异（造影）部分的图像技术，DSA 将造影前、后获得的数字图像进行数字减影，在减影图像中消除了骨骼和软组织结构，使得浓度很低的对比剂所充盈的血管在减影图像中显示出来，具有较高的图像对比度。D R 是指在具有图像处理功能的计算机控制下，采用一维或二维的X 射线探测器直接把X 射线信息影像转换为数字图像信息的技术。 平面X 射线影像是多器官的重叠图像，没有关于垂直于人体长轴方向上的任何信息。而X-CT 的出现就解决了这个问题。X-CT 是运用扫描并采集投影的物理技术，以测定X 射线在人体内的衰减系数为基础，采用一定的算法，经过计算机运算处理，求解出人体组织的衰减系数值在某解剖面上的二维分布矩阵后，再转换为图像上的灰度分布，从而实现建立断层解剖图像。 磁共振成像 1946 年以美国人Bloch 和Purcell 为领导的课题组首先发现了核磁共振现象（nuclear magnetic resonance，NMR），到1978 年第一台头部磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI) 设备投入临床使用，MRI 现在已经成为临床诊断的重要依据。 在MR I 图像中，各像素的明暗差异取决于各自所对应的磁共振(Magnetic Resonance，MR) 信号强度，而MR 信号的强度则取决于成像物体的一些基本参数（质子密度ρ、纵向弛豫时间T1、横向弛豫时间T2 等)。为了对成像物体的基本参数进行测量，得到反映这些参数的图像，常采用脉冲序列对成像物体进行扫描。脉冲序列是由一些90°或180°的脉冲构成，MR 信号的强度不仅取决于这些脉冲的高度和宽度，而且还取决于脉冲间的时间间隔和组成方式，改变这些序列参数（扫描参数），就可以改变ρ、T1 和T2 对图像灰度的影像程度。在图像处理中，还可以突出灰度主要由一个特定的参数决定，这就是所谓加权图像。 肿瘤的放射治疗 X 射线能够杀死癌细胞，因此可用于治疗恶性肿瘤。X - 刀是一种立体定向放射治疗设备，由于治疗某些病变的疗效接近手术，同时避免了麻醉意外、颅内出血、感染等并发症，备受医学科学工作者的青睐。由于X 射线的生物效应与照射总剂量、单次照射剂量都密切相关。所以治疗技术又分为一次大剂量的立体放射外科（S t e r e o t a c t i cR a d i o s u r g e r y , S R S）和多次小剂量的立体放射治疗（S t e r e o t a c t i cRadiotherapy,SRT），前者主要用于治疗良性病变，后者主要用于治疗恶性病变。X - 刀的使用使病变区与周围正常组织放射剂量比值大大提高，保证了疗效、同时减少了并发症。 以立体定向放射神经外科手术为例，病理反应一般分为三期。 Ⅰ期：坏死期。靶点中心吸收剂量为200G y 时，照射后3—4 周出现靶区坏死和急性炎症反应。 Ⅱ期：吸收期。照射后一年，坏死病灶内的大量细胞碎片被吸收，胶质瘢痕开始形成；坏死区周围星形胶质细胞增生，呈现慢性炎症反应，血管充血，新生毛细血管形成，血管内皮增厚。吸收期持续到照射后一年或者更长时间。 Ⅲ期：后期。自照射后一年开始胶质瘢痕形成，损坏已趋稳定，早期的一些变化消失，血管减少，巨核细胞消失，炎症反应消失，细胞碎片完全消失。 应当指出，不同性质肿瘤经X- 刀治疗后发生的病理改变存在差异。可以看出，物理学很大程度上推动了医学的发展，医学对物理学的依赖程度越来越大。在不远的将来，物理学将在医学中得到更广泛的应用，为现代医学的发展做出更大贡献。

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