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浅谈物理学与现代医学的联系

[摘要]：医学物理是把物理学的原理和方法应用于人类疾病的预防、诊断、治疗和保健的一门交叉学科，是物理学与医学实践相结合的一门独立的分支学科-它是研究人类疾病诊、治过程中的物理现象，并用物理方法表达这种现象-医学物理包括放射肿瘤物理、医学影像物理、核医学物理，其他非电离辐射如核磁、超声、微波、射频、激光等物理因子在医学中的应用，和保健物理等分支内容。

[关键词]：物理学；光学；放射性；电磁学；声学

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。光学显微镜和X射线透视对医学的巨大贡献是大家早已热悉的。光导纤维做成的各种内窥镜已淘汰了各种刚性导管内镜，计算机和X射线断层扫描术(X－CT)、超声波扫描仪(B超)和核磁共振断层成像(MRI)、正电子发射断层显像术(PET)等的制成和应用，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。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。可以说，在现代的医学研究和医疗单位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，没有物理学的支持，就没有现代医学的今天。

1、光学对医学的影响

激光在医学上已广为应用，它是利用了激光在活体组织传播过程中会产生热效应、光化效应、光击穿和冲击波作用。紫外激光已用于人类染色体的微切割，这有助于探索疾病的分子基础。在诊断方面，随着各项激光光谱技术在医学领域运用研究的广泛开展，比如生物组织自体荧光、药物荧光光谱和拉曼光谱在癌肿诊断及白内障早期诊断等方面的研究正在发展之中。激光光学层析（断层）造影（OT）技术正在兴起，它是替代X－CT的新兴的医疗诊断技术。在治疗方面，激光手术已成为常用的实用技术，人们可选用不同波长的激光以达到高效、小损伤的目的。激光已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。

在诊断中使用的内窥镜如胃镜、直肠镜、支气管镜等，都是根据光在纤维表面多次发生全反射的原理制成的。医用无影灯、反光镜等也是利用光学原理制成的。

近场光学扫描显微镜可直接在空气、液体等自然条件下研究生物标本等样品，分辨率高达20nm以上，已用于研究单个分子，有望在医学领域获得重要应用。利用椭圆偏振光可以鉴定传染病毒和分析细胞表面膜。全息显微术在医学上应用也很广泛。

2、放射性对医学的影响

射线在医学领域应用极广，这是基于人体组织经射线照射后会产生某些生理效应。射线可通过反应堆、加速器或放射性核素获得。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，使医学研究中的难题不断被攻破。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。

放射性在临床诊断上的应用已很普及，例如X光机和医用CT。1895年伦琴在研究稀薄气体放电时发现X射线。X射线发现后仅3个月就应用于临床医学研究，X射线透视是根据不同组织或脏器对X射线的衰减本领不同，强度均匀的X射线透过身体不同部位后的强度不同，透过人体的X射线投射到照相底片上，显像后就可以观察到各处明暗不同的像。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。

1972年英国EMI公司的电子工程师洪斯菲尔得(G.H.Hounsfield)在美国物理学家柯马克(A.M.Comack)1963年发表的数据重建图像数学方法的基础上，发明了X－CT，使医学影像技术发生重大变革。现在X－CT在全世界得到广泛应用，成为举世公认的重大科技成就。柯马克和洪斯菲尔得两人也因此获得1979年诺贝尔医学生理奖。X－CT是利用X射线穿透人体某层面进行逐行扫描，探测器测量和记录透过人体后的射线强度值，将这些强度值转换为数码信号，送进计算机进行处理，经过排列重建。在显示器上就能显示出该层面的“切片”图。使用X－CT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。