1、物理學與醫療李彤煒隨著近代物理學的迅速發展，以及人們對生命現象的認識逐步深入，醫學的各分支學科已來愈多地把它們的理論建立在精確的物理科學基礎上，物理學的技術和方法，在醫學研究療實踐中的應用也越來越廣泛。就此興起的醫藥物理學把物理學的原理和方法運用于人類疾病的預防、診斷、治療和保健中，大大提高了醫學教育水平，推動了臨床診斷、治療、預防和康復手段的改進和更新進程。下面就根據兩個方面談談物理學對醫學科技發展的影響。一、物理學對提高醫學診斷準確性的影響自1895年德國物理學家倫琴發現X射線并應用于醫學領域以來原子核物理理論與技術已廣泛應用于醫學診斷領域。例如, X射線成像、計算機斷層成像(X-CT)

2、、核磁共振成像、核學成像和超聲波成像等技術的發展和應用不僅極大地促進了現代醫學的發展提高了疾病診治水平而且將醫學研究推向了一個新的高度。 1.X射線成像 X射線成像模態分為平面X射線成像和斷層成像（X-CT）。 X射線成像及其應用是世界科學史及醫學發展史上的一個重要里程碑。利用人體不同器官和組織對X射線的吸收可以用組織密度進行表征，此后，發展出X射線透視、X射線照相術，為人體骨骼、內臟 器官以及血管的疾病或損傷進行診斷、定位，同時也把膠片帶進了醫學成像領域，使之成為100多年來圖像顯示和信息存貯的工具。 X射線斷層成像（X-CT）是X射線平面成像技術的突破性進展，從20世紀70年代初的簡單的X

3、-CT成像裝置發展為今天的多層螺旋CT技術。X-CT裝置首先用于腦部，能迅速準確地診斷與定位腦瘤對腦出血、腦梗塞、顱內出血、腦挫傷等疾病是一種準確可靠的無創性檢查方法，幾乎可以代替過去的腦血流圖和血管造影等。CT的靈敏度遠遠高于X線膠片對腦瘤的確診率可達95%。對肝、胰和腎等軟組織器官是否病變有特殊功用，能清楚地顯示腫瘤的大小和范圍，在一定程度上X-CT還可以區分腫瘤的性質。它是傳統影像技術中發展最為成熟的成像模式之一，其速度已經快到可以對心臟實現動態成像！ 2.核磁共振成像（MRI） 磁共振斷層成像可以看做是一種多參數、多核種的成像技術。它的基本原理是利用一定頻率的電磁波向處于磁場中的人體照

4、射，人體中各種不同組織的氫核在電磁波作用下，會發生核磁共振，從而吸收電磁波的能量。隨后又發射電磁波，MRI系統探測到這些來自人體中的氫核發射出來的電磁波信號后，經計算機處理和圖像重建，得到人體的斷層圖像。由于氫核吸收和發射電磁波時，會受周圍化學環境的影響，所以由磁共振信號得到的人體斷層圖像，不僅可以反映形態學的信息，還可以從圖像中得到一些與病理有關的信息。經過比較和判斷就可以知道成像部分人體組織是否正常。因此MRI被認為是一種研究活體組織、診斷早期病變的醫學影像技術。 MRI與X-CT和B超比較，X-CT及B超只能顯示切面的密度分布圖像，而MRI圖像可以顯示小切面的某一原子核同位素的濃度分布或

5、某一參量(如弛豫時間)分布。因此MRI要比X- CT和B超獲得更多的人體內部信息，尤其是對于腦部病變和早期腫瘤病變的診斷，MRI更具有優越性。 3.核醫學成像（NMI）核醫學成像也同樣是包括平面成像和斷層成像兩種方式，目前主要以單光子計算機斷層成像（SPECT）和正電子斷層成像（PET）作為發展的主流，其中動物PET也是發展的熱點之一。核醫學成像是目前唯一可以從分子和基因配體水平上成像的模式。應用核醫學分子成像技術可通過放射性核素標記化合物分子在體內分布的可視化研究了解體內微觀分子的宏觀分布及體內行為等信息,分析該化學分子在人體內的相互作用 (機制)。4.超聲波成像（B超）超聲在醫學中用于診斷

6、和治療，由此形成了超聲醫學。超聲波在臨床診斷上的應用相當廣泛，它主要是利用超聲波的良好指向性和與光學相似的反射、散射、衰減和多普勒效應等物理規律。B超與X射線透視相比，其結果的主要差別是：X射線透視所得的是體內縱向投影的陰影像，而B超得出的是縱切面的結構像，在切面方向沒有重疊，可以準確判斷切面的情況。B超的基本原理是將一束超聲波從體外垂直于人體表面射向體內，當超聲波在體內組織中傳播時，碰到有分界面或不均勻處就會產生反射。把這種反射超聲波再在體外同一部位接收 下來，根據發射探頭的所在位置，可以知道反射點在體內對著探頭的位置，而根據發射超聲波的時間差，可以知道它在體內垂直于體表的深度。B超圖像非常

7、直觀，很容易看懂。 二、物理學對提升醫學療養水平的影響物理治療學（理療學）是研究應用物理因子提高健康水平、預防和治療疾病、促進病后機體康復及延緩衰老等的專門學科。所應用的物理因子包括人工、自然兩類：人工物理因子如，光、電、磁、聲、溫熱、寒冷等；自然物理因子如礦泉、氣候、日光、空氣、海水等。應用到物理知識的有：電療法、光療法、磁療法、超聲療法、熱療法、冷療法、水療法等。 1、電療法電療法是應用各種電流或電磁場預防和治療疾病的方法。電療法特點是：（1）電療的共性作用：如生理和治療作用是以理論學變化為基礎的神經體液調節途徑實現的。電療具有鎮痛、消腫、消炎、脫敏、緩解肌肉痙攣、加強組織張力、促進恢復正

8、常的神經傳導和調節功能等治療作用。（2）電療的特異性作用：如直流電優先作用于末梢神經感受器和周圍神經纖維；一不定頻率低頻電優先作用于肌肉神經結構；超短波優先作用于結締組織、單核巨細胞系統。電療的特異性作用在使用小劑量時最明顯。（3）電療的效果與其作用的組織器官有關，如微波作用于腎上腺區可增加皮質固醇激素的產生。作用于甲狀腺區可降低糖皮質激素的活性，加強免疫功能。電療法包括直流電及直流電離子導入療法，低頻電療法，中頻電療法及高頻電療法等。直流電療法具有鎮靜、止痛、消炎、促進神經再生和骨折愈合，調整神經系統和內臟功能，提高肌張力等作用。低頻脈沖電療法可以促進局部血液循環,鎮痛。中頻電療法在臨床上常

9、用于各類疤痕，腸粘連，聲帶小結等的治療。高頻電療法則常用于治療亞急性及慢性炎癥，功能性和器質性血循環障礙，外傷手血腫，內臟平滑骨痙攣等。當然電療法在治療當中也有需要注意的一些禁忌，在實際的操作中需要多加注意。2、磁療法磁療是利用磁場作用于人體治療疾病的方法。其作用機理的基本點是通過磁場對機體內生物電流的分布和電荷的運行狀態和生物高分子的磁距取向等方面的影響而產生生物效應和治療作用。磁療法主要的治療作用有止痛、鎮靜 用于治療急性胃炎、慢性結腸炎、急性軟組織損傷、肩周圍炎、網球肘、腱鞘炎、血腫、滑囊炎、三叉神經痛、枕大神經痛，眶上神經痛，單純嬰兒腹瀉，顳頜關節功能紊亂、冠周炎等。有研究認

10、為，人體的穴位具有電磁特性，它是磁場的聚焦點。在生命活動中會產生生物電流，生物電流便會產生磁場。如心、腦均會產生心磁場、腦磁場。經絡是生物放大效應的主要渠道，人體生物電荷失去平衡可導致一些疾病的發生。磁療法是通過磁場對經絡穴位的作用，調節機體生物電磁的平衡，從而達到治療疾病的目的。3、超聲療法超聲波頻率多在8001000kHz之間。人體組織結構不同，聲阻各異，并在不同組織間構成許多界面。超聲波在均勻的人體組織中的傳播路徑呈直線，但遇上界面則發生折射或反射。傳播過程中，超聲波對組織產生明顯的機械作用和熱作用，在體內引起一系列理化變化，故能調整人體功能，改善或消除病理過程，促進病損組織恢復。超聲波

11、可用多種方式進入人體，人體對超聲波反應的大小取決于超聲波的能量大小和人體的功能狀態。超聲療法對神經疾病、如神經炎、神經痛，具有明顯鎮痛作用。小劑量超聲波多次投射可以促進骨骼生長，骨痂形成；中等劑量作用時可讓骨髓充血，用于骨關節創傷。大劑量超聲波作用于未骨化的骨骼，可致骨骼發育不全，因此對幼兒骨骺處禁用超聲。4、光療法光療法是利用陽光或人工光線（紅外線、紫外線、可見光、激光）防治疾病和促進機體康復的方法。日光療法已劃入療養學范疇。理療學中的光療法是利用人工光輻射。現階段主要包括紅外線療法、紫外線療法和激光療法。紅外線可分為兩段：波長1.51000微米的波段為遠紅外線（長波紅外線），波長7601.

12、5微米的波段為近紅外線（短波紅外線）。紅外線的治療作用基礎是溫熱效應，具有改善血循環，促進吸收，緩解 痙攣，消散慢性炎平及鎮前等作用。紫外線光譜生物學作用特點：紫外線的波長400180nm。其光譜分三個波段。（1）長波紫外線（UVA），波長范圍400320nm2）中波紫外線（UVB）波長范圍320280nm3）短波紫外線（UVC波長范圍280180nm。紫外線常于治療急性化膿性炎癥（癤、癰、急性蜂窩織炎、急性乳腺炎、丹毒、急性淋巴（腺）管炎、急性靜脈炎）以及某些非化膿性急性炎癥（肌炎、腱鞘炎）；傷口及慢性潰瘍；急性風濕性關節炎、肌炎；神經（根）炎及一些皮膚病，如玫瑰糠疹、帶狀皰疹，膿胞狀皮炎等。激光即由受激輻射光放大而產生的光，又稱Lase，激光療法是利用激光器發出的光進行治療疾病的一種方法。激光的主要特征有高度定向性、亮度高、單色性好、