物理科技与医学

摘要：物理及物理科技为人们的生活带来带来了诸多便利，大大的推进了医药学的发展，使得医学技术不断地成熟化、完整化，不仅提高了许多疑难杂症的治愈率，并且不会带来太多的副作用。新型的物理科学技术的不断发展在不断地使医学领域扩大，从而使医药学更加全面的发展。
关键词：物理科技、医学影像、X射线、超声波、核磁共振、激光
    
    随着社会的不断进步，生活的不断改善，物理及物理科技在社会生活中的作用越来越明显，它作为多领域发展的动力，正在以惊人的速度改变着我们的生活。物理及物理科技不仅仅局限在科学研究的层面，而且现代物理更注重向应用化、生活化方向发展。
在近代战争中，更加明朗的体现了物理及物理科技的重要作用，如核武器，激光等。战后，物理技术得到了广泛的发展，在航天科技上表现得更为突出。一系列的环球卫星使通讯，无５缡拥瘸晌现实，使载人航天不再是梦想，使嫦娥奔月不再是传说。
在医学的发展上，可以说物理及物理科技发挥了无可比拟的作用，打破了很多不治之症的神话，使医学技术发生了质的飞跃。
传统的医学只停留在病理的研究，采用望闻问切进行诊断，这样一来，很难彻５慕病根治，而随着物理的发展，采用相应的原理设备，对病情进行更加细致的诊断，使得诊治效率大大的提高。
随着逐步的发展，医学物理学逐步形成。其中医学影像在医学中的应用很是广泛，并且和成功。主要涉影像诊断学、放射学、内视镜、医疗用热影像技术、医学摄影和Ｎ⒕怠Ｖ饕采用X 射线、伽马射线、磁共振、超音波、光学摄影等物理原理进行病理检测与诊治。

一、X 射线（X-ray）

    X射线由原子核外的内层电子向内跃迁产生，是一种波长很短、频率很高的电磁辐射，又称伦琴射线。其波长约为（20～0.06）×10-8厘米之间，介于紫外线和γ射线间。其具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应，波长越短的X射线能量越大，叫做硬X射线，波长长的X射线能量较低，称为软X射线。波长小于0.1埃的称超硬X射线，在0.1～1埃范围内的称硬X射线，1～10埃范围内的称软X射线。
    X射线具有穿透、电离、荧光、感光、着色等物理效应。同时X射线也具有生物效应，照射到生物机体时，可使生物细胞受到抑制、破坏甚至坏死，致使机体发生不同程度的生理、病理和生化等方面的改变。不同的生物细胞，对X射线有不同的敏感度，可用于治疗人体的某些疾病，特别是肿瘤的治疗（治疗肿瘤的X刀）。在利用X射线的同时，人们发现了导致病人脱发、皮肤烧伤、工作人员视力障碍，白血病等射线伤害的问题，在应用X射线的同时，也应注意其对正常机体的伤害，注意采取防护措施。
    在医学上X射线应用最广泛的地方在于使用放射线照相术和其他技术产生诊断图像，从而了解病变。X射线的用途主要是探测骨骼的病变，但对于探测软组织的病变也相当有用。常见的例子有胸腔X射线，用来诊断肺部疾病，如肺炎、肺癌或肺气肿；而腹腔X射线则用来检测肠道梗塞，自由气体（free air，由于内脏穿孔）及自由液体（free fluid）。某些情况下，使用X射线诊断还存在争议，例如结石（对X射线几乎没有阻挡效应）或肾结石（一般可见，但并不总是可见）。
    借助计算机，人们可以把不同角度的X射线影像合成成三维图像，在医学上常用的电脑断层扫描（CT扫描）就是基于这一原理。

 二、核磁共振（NMR）

    核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场磁能级之间 生共振跃迁的现象，其基础是原子核的自旋。
    核磁共振成像(MRI)技术。是继CT后医学影像学的又一重大进步，其基本原理：是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核 特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像。
    核磁共振成像技术(MRI)是核磁共振在医学领域的应用。人体内含有非常丰富的水，不同的组织，水的含量也各不相同，如果能够探测到这些水的分布信息 就能够绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像，而核磁共振成像技术(MRI)就是通过识别水分子中氢原子信号的分布来推测水分子在人体内的分布，进而探测人体内部结构的技术。
    核磁共振成像技术(MRI)提供的信息量不但大于医学影像学中的其他许多成像术，而且不同于已有的成像术，因此，它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。它可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像，不会产生CT检测中的伪影；不需注射造影剂；无电离辐射，对机体没有不良影响。MRI对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效，同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。MRI还可以与X射线断层成像技术（CT）结合为临床诊断和生理学、医学研究提供重要数据。
    同时应当指出MRI是一种介入探测技术，相对于X-射线透视技术和放射造影技术，MRI对人体没有辐射影响，相对于超声探测技术，核磁共振成像更加清晰，能够显示更多细节，此外相对于其他成像技术，核磁共振成像不仅仅能够显示有形的实体病变，而且还能够对脑、心、肝等功能性反应进行精确的判定。在帕金森氏症、阿尔茨海默氏症、癌症等疾病的诊断方面，MRI技术都发挥了非常重要的作用。
    另外，核磁共振成像技术(MRI)也存在不足之处。它的空间分辨率不及CT，带有心脏起搏器的患者或有某些金属异物的部位不能作MRI的检查，另外价格比较昂贵。

三、超声波（ultrasonic (waves)）

    超声波是人耳不能听见的声波，但是对于某些动物来说，超声波至关重要。如蝙蝠，它利用超声波进行导航，以至于它不会碰上障碍物，因为超声波的这个作用，人类制造类雷达导航系统和雷达监测系统。
总体说来超声波具有以下几个特征：　1） 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播；2） 超声波可传递很强的能量；3） 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象；4） 超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。
    在医学中医学超声波检查的工作原理与声纳有一定的相似性，即将超声波发射到人体内，当它在体内遇到界面时会发生反射及折射，并且在人体组织中可能被吸收而衰减。因为人体各种组织的形态与结构是不相同的，因此其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同，医生们正是通过仪器所反映У牟ㄐ汀⑶线，或影象的特征来辨别它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变，便可诊断所检查的器官是否有病。
   目前，医生们应用的超声诊断方法主要有四种不同的形式：
    A型：是以波形来显示组织特征的方法，主要用于测器官的径线，以判定其大小。可用来鉴别病变组织的一些物理特性，如实质性、液体或是气体是否存在等。 
    B型：用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情况。检查时，首先将人体界面的反射信号转变为强弱不同的光点，这些光点可通过荧光屏显现Ю矗这种方法直观性好，重复性强，可供前后对比，所以广泛用于妇产科、泌尿、消化及心血管等系统疾病的诊断。 
    M型：是用于观察活动界面时间变化的一种方法。最适用于检查心脏的活动情况，其曲线的动态改变称为超声心动图，可以用来观察心脏Р憬峁沟奈恢谩⒒疃状态、结构的状况等，多用于辅助心脏及大血管疫病的诊断。
    D型：是专门用来检测血液流动和器官活动的一种超声诊断方法，又称为多普勒超声诊断法。可确定血管是否通畅、管腔是否狭窄、闭塞以及病变部位。新一代的D型超声波还能Я康夭舛ü芮荒谘液的流量。
现在还有立体超声显象、超声CT、超声内窥镜等超声技术不断涌现出来，并且还可以与其他检查仪器结合使用，使疾病的诊断准确率大大提高。
    在疾病的治疗方面，超声波也发挥着极其重要的作用。而超声波的治病机理主要有机械效应、温热效应、理化效应。
    其中在机械效应方面超声振动可引起组织细胞内物质运动，由于超声的细微按摩，使细胞浆流动、细胞震荡、旋转、摩擦、从而产生细胞按摩的作用，也称为“内按摩”这是超声波治疗所独有的特性，可以改变细胞膜的通透性，刺激细胞半透膜的弥散过程，促进新陈代谢、加速血液和淋巴循环、改善细胞缺血缺氧状态，改善组织营养、改变蛋白合成率、提高再生机能等。使细胞内部结构发生变化，导致细胞的功能变化，使坚硬的结缔组织延伸，松软，进而可软化组织，增强渗透，提高代谢，促溲液循环，刺激神经系统和细胞功能。
    在温热效应方面超声波在人体组织中传播过程中，其能量不断地被组织吸收而变成热量，其结果是组织的自己身体的温度升高。产热过程既是机械能在介质中转变成热能的能量转换过程。即内生热。超声温热效应可增加血液循环，加速代谢，改善局部组织营养，增强酶活力。一般情况下，超声波的热作用以骨和结缔组织为显著，脂肪与血液为最少。
    在理化效应方面超声波具有独特的弥散作用（改变细胞膜通透性，增强细胞膜的弥散过程，促进物质交换，加速代谢，改善组织营养。）、触变作用（对肌肉，肌腱的软化作用，以及对一些与组织缺水有关的病理改变）、空化作用（成纤维细胞受激活，蛋白合成增加，血管通透性增加，血管形成加速，胶原张力增加）、聚合作用与解聚作用（可使关节内增加水解酶和原酶活性增加）、以及消炎，修复细胞和分子的作（可使组织PH值向碱性方面发展，缓解炎症所伴有的局部酸中毒，使白细胞移动，促进血管生成。胶原合成及成熟。促进或抑制损伤的修复和愈合过程。从而达到对受损细胞组织进行清理、激活、修复的过程）。

四、激光（laser）

    除了上面讲到的X射线、核磁共振、超声波之外，激光因其独特物理性质在医学生发挥着很多不可替代的作用。如激光矫视、激光美容、激光除皱等。
激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的光”。它的亮度约为太阳光的100亿倍。是由受激发射的光放大产生的辐射。
    激光在医学上的应用主要分三类：激光生命科学研究、激光诊断、激光治疗，其中激光治疗又分为：激光手术治疗、弱激光生物刺激作用的非手术治疗和激光的光动力治疗。而用于治疗的激光，通常是几个瓦特中等强度的激光。激光对组织的作用，还取决于激光脉冲的发射方式，以典型的连续脉冲发射方式的激光有：氩离子激光、二极管激光、CO2，激光；以短脉冲方式发射的激光有：Er：YAG激光或许多Nd：YAG激光，短脉冲式的激光的强度(即功率)可以达到1,000瓦特或更高，这些强度高、吸光性也高的激光，只适用于清除硬组织。
    激光在美容方面主要作用于人体组织而在局部产生高热量从而达到去除或破坏目标组织的目的，各种不同波长的脉冲激光可治疗各种血管性皮肤病及色素沉ぃ如太田痣、鲜红斑痣、雀斑、老年斑、毛细血管扩张等，以及去纹身、洗眼线、洗眉、治疗瘢痕等；而近年来一些新型的激光仪，高能超脉冲CO2激光，铒激光进行除皱、磨皮换肤、治疗打鼾，美白牙齿等等，取得了良好的疗效，为激光外科开辟越来越广阔的领域。
在激光除皱方面针对皱纹产生机理，运用最新激光-射频联合技术照射皮肤，可使真皮层增厚、减少皱纹，刺激受损的胶原层，产生新的胶原质，从而填平因胶原减少而出现褶皱的皮肤；加热真皮组织层，利用人体自身修复机能刺激组织再生重建，使真皮层增厚，从而达到除皱的目的。
    在激光矫视方面，激光治疗表现不是很完美，但是它为以后激光的发展指出了一个发展方向，相信在以后激光矫视能完美的实现。

    物理与生活密切相关，不仅仅只是在医学上，它穿透于生活的方方面面，离开了物理学，社会也许会出现无规律的发展现象。物理是我们的生活基础，我们的生产生活都离不开它，发展物理是时代所趋。