物理学对现代北医省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

物理学对当代医学发展贡献第1页v物理学对医学发展贡献v物理学在肿瘤放射治疗与医学影像中应用第2页v 物理学在医学领域应用有着悠久历史伽利略（Galileo,Galileo,1564-1642)将物理学应用到医学上真正创建者他推导出单摆周期和摆长关系，并用于测量人心率他创造了测温计，使“发烧”含糊认识有了定量描述他设计出了第一个当代意义上显微镜第3页哈维（W.Harvey,1578-1657）英国医生及生理学家他首先提出了血液循环存在这一发觉是依靠逻辑推理得出，因为他没有观察到连接动脉和静脉通道马尔皮基马尔皮基（M.MalpighiM.Malpighi，1628-1694）意大利医生、生物学家最早用显微镜研究人体微细结构用显微镜首次观察到了毛细血管网，对当代医学微循环理论做出了贡献他还利用显微镜发觉了肾小球、肾小管、红细胞等，是最早组织学家第4页杨（T.Young,T.Young,1773-1829）不但是物理学家，还曾在伦敦行医研究动脉血流中脉动用衍射法测定出细胞和纤维直径用光学知识研究了人眼调整作用和散光；并和Helmholtz共同创建了色觉三色理论泊肃叶（Poiseuille,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方法研究了血液粘滞性流动建立了粘滞流动泊肃叶公式第5页亥姆霍兹（Helmholtz,Helmholtz,1821-1894 德国）担任过解剖学教授和生理学教授，最终（1871）任物理学教授揭示了眼聚焦机理，并继Young之后系统阐述了色觉三色理论创造了晶体镜用以研究眼球晶体改变创造了眼底镜并用以观察视网膜研究了听觉机理并创造了亥姆霍兹共鸣器第一个测定了神经脉冲传输速度并确定为30m/s证实了肌肉收缩释放热是动物热主要起源第6页20世纪以来，物理学对当代生命科学深远影响是有目共睹。比如X射线发觉医学影像及肿瘤放射治疗是由1895年伦琴（Rentgen，1835-1923）发 觉 X射线开始第7页Rentgen：关于一个新射线（On a New Kind of Rays）1895年发表在沃尔兹堡物理-医学学会会刊（Sitzungsberichte der Wrsburger Physik-medic.Cesellschaft）1.X 射线成像第8页X 射线成像原理以及X 光管结构第9页X X X X 射线成像射线成像射线成像射线成像第10页X X X X 射线成像射线成像射线成像射线成像第11页2.X 射线用于肿瘤放射治疗1896年1月发觉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岁患乳腺癌妇女进行了放射治疗第12页3.经过X射线衍射法硕士物大分子结构劳厄（Laue，1879-1960）19经过X射线在晶体中衍射试验，同时证实了X射线波动性质和晶体内部周期结构19布拉格父子（W.H.Bragg，1862-1942 and W.L.Bragg，1890-1971）经过X射线衍射强度分布测定晶体晶格结构W.H.BraggW.L.Bragg第13页佩 鲁 兹（M.Perutz，1914-）和肯特鲁（C.Kendrew，1917-1997）1953年经过X射线衍射法完成了血红蛋白和肌红蛋白结构分析1947年卡文迪许试验室建立了“生物系统分子结构单元”（Unit for“Research on the Molecular Structure of Biological Systems”），1962年扩大为“分子生物学试验室”M.Perutz C.Kendrew第14页威 尔 金 斯（M.M.Wilkins Wilkins，1916 1916）和弗兰克林（R.R.FranklinFranklin，1920-1920-1958 1958）经过X射线衍射法研究DNA分子结构M.Wilkins R.Franklin 威尔金斯拍摄DNA分子X射线衍射照片照片显示DNA分子是单链结构螺旋体第15页弗兰克林于1952年5月取得一张清楚DNA分子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螺旋体直径为1.0 nm，螺距为3.4 nm第16页J.Watson F.Crick 1953沃森（J.J.D.D.WatsonWatson，19281928）和克里克（F.F.H.H.CrickCrick，19161916）在碱基互补配对标准基础上，构建了DNA分子双螺旋结构模型第17页 J.Watson J.Watson(L)(L)and and F.Crick(R)F.Crick(R)第18页4.X 射线电子计算机断层成像 （X-ray Computed Tomography,简称X-CT)G.N.HounsfieldG.N.HounsfieldA.M.CormackA.M.Cormack1963年美国物理学家科马克（A.A.M.M.CormackCormack，1924-1998 1924-1998）发觉人体不一样组织对线透过率有所不一样，提出了用投影数据重建图像数学方法1972年英国工程师亨斯菲尔德（G.G.N.N.HounsfieldHounsfield，19191919）研制成第一台头部X-CT，在临床上使用并取得清楚诊疗影像第19页建建于于19721972年年，称称为为EMI Marker1EMI Marker1成成 像像 矩矩 阵阵 为为8080 8080，分分辨辨率率为为3mm/pixel3mm/pixel每每祯祯图图像像需需要要5 5分分钟钟采采集集时时间间，重重建建需需要要1.51.5分分钟钟第一台头部第一台头部 X-CT X-CT X-CT X-CT 示意图示意图示意图示意图第20页早期早期 X-CTX-CTX-CTX-CT 片片第21页X-CTX-CTX-CTX-CT 成像原理成像原理第22页CT 扫描技术发展历史1985滑环滑环滑环滑环CTCT实现单周连续扫描，扫描时间实现单周连续扫描，扫描时间实现单周连续扫描，扫描时间实现单周连续扫描，扫描时间1s1s1989199119931995199519981998亚秒扫描应用亚秒扫描应用亚秒扫描应用亚秒扫描应用实时扫描技术实时扫描技术实时扫描技术实时扫描技术0.50.5秒扫描时间秒扫描时间秒扫描时间秒扫描时间螺旋螺旋螺旋螺旋CTCT开始用于临床开始用于临床开始用于临床开始用于临床亚毫米级高分辨亚毫米级高分辨亚毫米级高分辨亚毫米级高分辨 CTCT多层螺旋多层螺旋CTCT大量数大量数据取样据取样高质量快高质量快速扫描速扫描第23页多层螺旋CTCT4层螺旋CT 示意图第24页单层探测器多层探测器X X 光管X X 光管单层与多层探测器之间区分第25页马 可 尼 企 业(Marconi)生 产MX8000多 层 螺旋CT扫描系统主要特点：最多100s连续多层螺旋扫描能力；每秒8层多层扫描能力；超快速0.5s，360螺旋扫描；薄层扫描厚度0.5mm第26页由Marconi MX8000得到肺动脉栓塞X-CT 扫描图像第27页CT 扫描图像第28页CT 扫描图像第29页64层采集螺旋CT设备：SIEMENS SOMATON Sensation 64层CT扫描一周能够取得64层图像，每层厚在1mm以下，一周所用时间只有0.37s，各个方向上空间分辨率是一致，为0.4 mm第30页SOMATON Sensation 641月20日面世4月12日取得FDA认证 第31页20世纪诺贝尔生理学及医学奖中与物理学相关部分项目：1922年 希 尔（Hill，1886-1977）在肌肉能量代谢和物质代谢方面研究19古尔斯特兰德（Gullstrand，1862-1930）关于眼睛屈光学方面研究1924年爱因托芬(Einthoven，1860-1927)发 觉心电图机理第32页20世纪诺贝尔生理学及医学奖中与物理学相关部分项目：1946年缪勒（Muller，1890-1967）发觉X 射线引发基因突变1961年贝克西（Bekesy，1899-1972）确立“行波学说”、发觉耳蜗感音物理机制1979年科马克和亨斯菲尔德创造X射线计算机断层扫描（X-CT）第33页20世纪取得诺贝尔生理学及医学奖部分物理学家或含有物理学背景科学家：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，博士研究因为战争在1939年中止威尔金斯（Wilkins）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年获奖第34页20世纪取得诺贝尔生理学及医学奖部分物理学家或含有物理学背景科学家：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年因发觉病毒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年获奖第35页诺贝尔生理学及医学奖取得者保罗保罗劳特伯尔劳特伯尔(Paul C.Lauterbur)(Paul C.Lauterbur)彼得彼得曼斯菲尔曼斯菲尔(Peter(Peter Mansfield)Mansfield)19621962年年获获伦伦敦敦大大学学物物理理学学博博士士学位学位第36页