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医学物理学
量子和核武器

内部故事:医学的物理学

物理叙事为了14-16 16-19

内幕故事是由此产生的物理研究所医学研究理事会

在这个系列中,您可以找到正电子发射断层扫描(PET)扫描,结肠镜,磁共振成像(MRI)扫描和放射治疗的物理叙事,以及“治疗肿瘤”的互动。

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原子核
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磁共振成像

物理叙事为了11-14 14-16

磁共振成像(MRI)使用磁铁,足够强大拿起汽车,制作内脏的详细图像。

当您执行某些任务或感受某些情绪和感觉时,医生可以使用MRI查看大脑的哪些部分是活动的。

MRI如何工作

大部分人体由脂肪和水组成,两者都含有大量的氢原子。事实上,您组成了大约60%的氢原子。磁共振成像(MRI)通过测量这些氢原子吸收的方式,然后放出电磁能。

当您有MRI扫描时,您可以在包含强大磁铁的机器内。氢原子的核状物就像一块微小的磁铁一样,通过符合扫描仪内的强磁场,所有氢核缠绕在一起 - 就像罗盘针衬里与地球的磁场一样。

扫描仪还具有几个电线圈,该电线材产生了磁场强度的变化,在您的身体中的不同点处。这意味着每个氢核的经历略有不同的磁场强度,这对于检测到它们的位置是重要的。

使用无线电波的脉冲,其给予足够的能量给氢核电,以改变方向。当脉冲关闭时,核恢复到原始位置,每个核以无线电波的形式释放能量。这些波的频率取决于每个核的磁场的强度,这意味着扫描仪可以解决每个核的位置。

给出的无线电波也允许扫描仪制定出氢核是一部分的身体组织类型。此信息用于在您的身体中创建不同类型组织的地图。

功能磁共振成像(FMRI)是一种MRI,允许您在执行不同的任务或感受某些情绪和感觉时,您可以查看大脑的哪些部分是活动的。

大脑活动需要能量和富含氧气的血液。扫描仪可以看到流向大脑最活跃部位的血液流量增加,因为它可以检测到含氧血液和缺氧血液中的氢核的差异。通过这种方式,扫描仪可以构建出一张3D地图,从中可以看出大脑的哪些部分在特别努力地工作。

大脑的FMRI映射用于了解大脑如何进行精神任务以及大脑的哪些部分对不同的脑疾病负责。

MRI扫描的例子

当您的主题正在进行各种不同的事情时,您可以使用MRI扫描来查看大脑的哪些部分是活动的。以下是显示五种不同刺激的例子。

疼痛

MRI扫描图像突出显示患有感觉疼痛的大脑的区域。

扫描显示当受试者的手被加热到疼痛水平时变得更加活跃的大脑区域。疼痛涉及感觉和情感,因此不同类型的疼痛导致大脑的不同区域。

使用FMRI科学家可以开始了解疼痛的作用,以及如何减少痛苦的经历。

MRI扫描图像突出显示感觉爱所涉及的大脑的区域。

害怕

MRI扫描图像突出显示当感到害怕时所涉及的大脑区域。

扫描结果显示,当你的实验对象受到惊吓时,一个叫做杏仁核的大脑结构会变得更加活跃。

Amygdala负责产生一系列负面情绪,如悲伤,愤怒和厌恶。当人们执行非情感任务时,它会变得不那么活跃,这就是为什么当你伤心时让自己忙碌可以让你感觉更好。

喜悦

MRI扫描图像突出显示乐趣时涉及的大脑区域。

当他看着他的足球队得分的目标时,你的扫描显示你的主题大脑的区域变得更加活跃。

虽然有些区域与快乐的感觉有关,但有些区域可能是不同影响的结果,如预期得分。决定受试者应该做什么或看到什么来分离一种情绪,也许是功能磁共振成像研究中最困难的部分。

MRI扫描图像突出嗅觉激活的大脑区域。

扫描显示由气味激活的大脑区域。气味是一个复杂的感觉,需要大脑的几个不同部位来解决气味是什么,它来自哪里以及你是否喜欢它。

可见光
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结肠镜检查

物理叙事为了11-14 14-16

结肠镜检查是医生在大肠 - 或冒号中看的一种技术 - 并检查一切都可以。

为了做到这一点,他们使用了一个内窥镜,这是一个长长的可弯曲的管,带有一个微型摄像机和灯的末端。

当他们引导内窥镜通过结肠时,一个视频屏幕将显示摄像机的视图。这可以让医生检查结肠的表面,寻找任何不寻常的特征。

内窥镜的照片

结肠镜检查如何工作

你的结肠是你的消化系统的最后一部分,在这里,任何剩余的水和营养被吸收从你消化的食物产生粪便或粪便。粪便会被储存在结肠的最后一部分——直肠,直到你能够上厕所并排泄它们。

肠关系图

当他们引导内窥镜通过结肠时,一个视频屏幕将显示摄像机的视图。这可以让医生检查结肠的表面,寻找任何不寻常的特征。

结肠镜检查使用内窥镜,该内窥镜是一个长的柔性管,最后是微型相机和光。通过管道运行的数字电缆将视频信号从相机携带到电视屏幕,使您的医生是您的冒号的全彩色视图。使用光纤电缆沿管喂食光。内窥镜还经常具有内置仪器,该仪器由沿着数字电缆沿着管道运行的电线控制,并且可用于在结肠镜检查期间进行次要的手术操作。

在结肠镜检查期间,内窥镜的柔性管通过直肠插入到您的冒号中。也许令人惊讶的是,这是不舒服而不是痛苦,但你会事先镇静,以尽量减少任何不适。将相机放入冒号中的明显缺点看它看起来像什么,是它通常是部分消化的食物和粪便!为了让医生看到你的结肠而不是你吃的遗骸,你将在结肠镜检查前几天放在透明液体的饮食中,然后在结肠镜检查之前发生强烈的泻药。

插入内窥镜后,您的医生可以控制相机位置和光线,因为它们沿着您的结肠直接。如果发现任何可疑的区域,您的医生将使用内置仪器进行组织样本以供以后分析。

结肠镜检查用于寻找结肠中任何癌症或其他疾病的证据,在检查过程中提取的任何组织样本都在显微镜下进行分析。疾病的早期发现,包括癌症,极大地提高了治疗的有效性。

结肠镜检查的图片

下面您将看到一些静止图像从结肠镜检查的镜头中拍摄,突出显示某些功能。

特征1

来自结肠镜检查的图像,显​​示良性憩室

你可以看到的小孔是开启憩室。这是一个小袋,其通过结肠壁的外层的弱点凸出,如内管,如轮胎中的孔戳。大约50岁以上的一半有憩室(复数憩室),在大多数情况下,他们不会造成任何问题。

特征2

来自结肠镜检查的图像,显​​示了患有轻度发炎的区域的活检

在这种温和发炎的区域中,血管更加突出。注意正在采取的活检。活检是医生采用患者组织样本的样本的地方,这将被发送到实验室,以便进一步测试,看看是否有任何错误。

正电子
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宠物扫描

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正电子发射断层扫描(宠物)用于了解您的身体如何使用葡萄糖,氨,水和氧气等物质。看到这些分子如何穿过你的身体,并且在哪里使用它们,允许您的医生检查任何可能表明疾病存在的事情。

宠物扫描如何工作

正电子发射断层扫描(PET)用于了解您的身体如何使用葡萄糖,氨,水和氧气等物质。看到这些分子如何穿过你的身体,并且在哪里使用它们,允许您的医生检查任何可能表明疾病存在的事情。

通过跟踪您的身体如何使用葡萄糖,宠物扫描可以产生癌症的肿瘤图像,并帮助您的医生锻炼待遇最佳。你的身体使用葡萄糖 - 一种糖的糖 - 用于能量,所以使用比正常身体组织更多的葡萄糖的癌组织,将显示为宠物图像上的明亮区域。

如果氧被用作跟踪分子,则PET扫描可用于图像脑活动,并在心脏中看血液流动以检测冠心病和其他心脏问题。

为了允许跟踪分子,放射性同位素在注射到身体之前与它们连接。放射性同位素是一种不稳定的原子,其细胞核中的中子过多或太少。在宠物中,使用的同位素具有太少的中子。这使得它们不稳定,最终它们的核将分裂,释放正弦 - 在该过程中带正电的电子。当这些积极在相邻原子中与电子接触时,它们会产生伽马射线。PET扫描仪检测这些伽马射线并在它们的身体中的何处开始,因此正在跟踪分子的位置。

然后使用该信息来生成一系列使用不同颜色或亮度度的一系列图像,以显示随时间的变化浓度和分子的位置。

同位素的放射性随时间减少,因此获得良好系列的图像,在您被注入后必须尽快执行PET扫描。

虽然具有宠物扫描装置,但是您注入放射性物质,所涉及的辐射剂量大致相同,因为您将在两三年内暴露在天然上。这意味着您的身体不会损坏,尽管您不想在短时间内有很多扫描。

宠物扫描图像

下面你将看到三套宠物扫描三个人的大脑。

健康的病人

套6个宠物图像,显示健康患者的大脑

此扫描来自健康的70岁的控制患者。FDG扫描对于具有良好皮质信号的年龄的典型(即通过大脑的该横截面的外边缘)看起来典型。

患者与阿尔茨海默病的疾病

套6个宠物图像,显示患者的脑子与阿尔茨海默病

阿尔茨海默病(AD)是大脑逐渐恶化的条件,导致人行为的变化,以及严重的短期记忆损失和认知障碍。

AD的诊断通常是通过言语测试来评估患者的记忆和智力功能。使用PET进行大脑成像可以确诊阿尔茨海默氏症患者的大脑皮层葡萄糖的使用通常会减少。大脑皮层是大脑最外层的薄层,负责包括记忆、语言和意识在内的许多复杂的大脑功能。

患有脑肿瘤的患者

套6个宠物图像,显示脑肿瘤

脑肿瘤是细胞突变的组织区域,并且无法控制地复制。由于正常的脑细胞与辐射或有害化学物质接触的正常脑细胞可能发生突变,这损害细胞的DNA。

宠物扫描对于鉴定肿瘤是有用的,因为它们使用更多的能量,因此葡萄糖,而不是正常组织。作为葡萄糖形式的FDG示踪剂在肿瘤部位的较高量中发生,并且这在PET图像上显示为明亮的区域。

电离辐射
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放射疗法

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放射疗法是一种使用靶向辐射束治疗癌性肿瘤的方法。辐射通过线性加速器递送,线性加速器可以围绕患者的身体旋转,以从不同角度传递辐射。


放射治疗是如何工作的

并非所有癌症都是相同的,不同的肿瘤需要不同的治疗计划。三种主要的治疗形式是手术,化疗(使用药物)和放射治疗(使用辐射)。

放射疗法使用精确的靶向高能光子的高能光束来损害癌症肿瘤的细胞,使它们无法繁殖和蔓延。使用临床线性加速器创建和递送高能量光子束,该临床线性加速器可以围绕患者旋转以从任何方向传递辐射。

从放射疗法规划软件拍摄的屏幕射击,显示身体的横截面和肿瘤上的梁定位。

从放射疗法规划软件拍摄的屏幕射击,显示身体的横截面和由上述图像中的光束放置引起的辐射水平。

辐射通过正常组织进入肿瘤时,会损害健康细胞。为了减少这种损伤,辐射从一系列不同的方向射向肿瘤。这就保证了癌变的肿瘤将得到充分的剂量,而周围的健康组织则得到更低的剂量。

为患有肺癌的病人计划使用我们的对待肿瘤互动

电磁辐射
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治疗肿瘤

课堂活动为了11-14 14-16

在这项活动中,学生使用肺部患者的患者使用互动放射治疗计划员。


设备和材料

每个学生都需要指令的复印件。

课堂活动

  1. 通过在线性加速器周围重新定位梁来靶向肿瘤处的高能量光子的光束。使用右上角的床控制重新定位体本身。
  2. 调整每个光束上的曝光时间,以确保您将肿瘤暴露于足够的辐射以将其移除。
  3. 健康组织也被辐射损坏,因此您必须确保肿瘤接受所需的剂量而不会损坏其周围的组织。

辐射通过正常组织进入肿瘤时,会损害健康细胞。与学生讨论如何从一系列不同方向射击辐射确保癌症肿瘤会接受全剂量,同时周围的健康组织接受更低的剂量。

有关放射疗法和线性加速器的更多信息可以找到这一页

对不起,这在移动设备上不可用。请使用桌面设备

床控制

放射治疗完成

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