医学物理学
光、声和波

医学物理学教学

课堂活动14 - 16

医学物理教学资源设计用于14-16门科学的教学,使用医学物理实例。资源包括六套演示、工作表和教师笔记,以补充物理研究所2011年学校讲座“从x射线到反物质:观察你身体内部的科学”:

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      了解物理学家是如何制造出我们肉眼看不到的机器的——人体内部。

      这一鼓舞人心的演讲将揭示:

      • 在过去的一百年里,物理学家发展了越来越复杂的技术来观察人体内部
      • 这些技术利用x射线、放射性分子和磁场来产生人体图像
      • 这些图像使医生能够更好地诊断和治疗疾病

      采访Michael Wilson:

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      脉搏血氧仪

      可见光
      光、声音和波

      脉搏血氧仪

      课堂活动14 - 16

      脉搏血氧仪使用红光和红外线来监测脉搏和病人血液中的氧合情况。身体的散射和吸收可见光和近红外波长显著,因此,为了有一个可测量的信号,身体的薄的部分必须使用。

      脉搏血氧仪

      一个典型的脉冲血氧计由发光二极管(led)组成,发光二极管安装在一个可以连接在手指或耳垂上的夹子上,与光传感器相对。

      当led产生的光穿过身体时,它被吸收的数量取决于它的波长和每个血红蛋白分子上氧原子的平均数量。

      吸收的量也随着每次心跳时动脉的扩张和收缩而波动,从而使脉搏血氧计从传送的信号中确定脉搏率和血氧饱和度。

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      超声波扫描

      纵向前进波
      光、声音和波

      超声波扫描

      课堂活动14 - 16

      超声成像系统采用压电换能器作为震源和探测器。压电晶体会随着交流电压而振动,当放置在病人皮肤上并在高频下驱动时,就会产生穿越全身的超声波脉冲。

      当它们向外传播并在体内遇到不同的层时,超声波被反射回源。

      返回的信号反过来驱动晶体并产生一个电子信号,这个电子信号被处理来构造图像。与MRI相比,超声具有成本低、携带方便等优点。

      婴儿的超声图像

      它也比x射线成像更适合于电离辐射造成重大风险的程序,如产前护理期间检查胎儿发育。

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      x射线成像

      X射线扫描
      光、声音和波

      x射线成像

      课堂活动14 - 16

      x射线成像利用高频电磁波的能力,可以在很大程度上畅通无阻地通过人体的软组织。

      x射线图像

      在医疗应用中,x射线通常是在真空管中产生的,它是通过高速电子轰击金属靶产生的,而产生的图像是通过将产生的辐射穿过病人的身体,传到照相板或数字记录仪上,从而产生x光片,或者通过在病人身体周围旋转信号源和探测器来产生计算机断层扫描(CT)的“切片”图像。尽管CT扫描将患者暴露在更高剂量的电离辐射中,但产生的切片图像使人们能够以3D方式看到身体的结构。

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      心电图

      振幅
      光、声音和波

      心电图

      课堂活动14 - 16

      心电图(ECGs)通过放置在病人皮肤上的电极记录心脏的活动。

      心电图

      心脏收缩是由心肌细胞的电势变化引起的;身体传导到其表面的电活动。尽管它被介入的组织改变,在皮肤上产生的信号准确地反映了心脏周期,并可用于以完全无创的方式识别任何解剖和生理异常。

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      γ相机

      半衰期
      量子和核

      γ相机

      课堂活动14 - 16

      伽玛相机是一种成像技术,用于对大脑、甲状腺、肺、肝、胆囊、肾和骨骼进行功能性扫描。伽玛相机对注入病人体内的示踪剂的辐射进行成像。

      γ相机

      最常用的示踪剂是锝-99m,这是一种亚稳态核同分异构体,之所以选择它,是因为它的半衰期相对较长,可达6小时,并能与多种分子结合,以瞄准体内不同的系统。当曳光弹穿过身体并发出辐射时,它的运动过程被一种晶体所追踪,这种晶体会对伽马射线做出反应并闪烁。

      晶体被安装在一组光传感器的前面,光传感器将产生的闪光转换成电信号。伽玛相机与x射线成像技术有一个非常重要的区别;伽玛相机描绘的不是人体的解剖和结构,而是身体的功能和过程。

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      正电子发射断层摄影术(PET)

      β衰变
      量子和核

      正电子发射断层摄影术(PET)

      课堂活动14 - 16

      正电子发射断层扫描(PET)是一种伽马成像技术,使用放射示踪剂发射正电子,即电子的反物质。

      在PET中,用于成像的伽马射线是当一个正电子在病人体内与一个电子相遇时产生的,这种相遇使电子和正电子同时湮灭,并产生两条方向相反的伽马射线。

      通过测绘同时到达的伽马射线,PET系统能够产生具有高空间分辨率的图像。

      PET相对于使用伽马发射示踪剂的方法的另一个优势是更容易获得合适的同位素。生物活性元素的正电子发射同位素如氟、碳和氧都是可用的。特别是氟-18,可以用来制造葡萄糖的放射性类似物,它优先被大脑和癌细胞吸收,成为检测肿瘤的理想工具。PET还可以用来绘制大脑功能图,诊断阿尔茨海默病等疾病。

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