1、物理学在医学领域的应用有着悠久的历史,伽利略（Galileo, 1564-1642) 推导出单摆周期和摆长的关系，并用于测量人的心率发明了测温计，使“发烧”的模糊认识有了定量描述设计出了第一个现代意义上的显微镜,杨（T. Young, 1773-1829 ） 不仅是物理学家，还曾在伦敦行医研究动脉血流中的脉动用衍射法测定出细胞和纤维的直径用光学知识研究了人眼的调节作用和散光；并和Helmholtz共同创立了色觉的三色理论,伽利略名言：追求科学需要特殊的勇敢,亥姆霍兹（Helmholtz, 1821-1894 德国） 担任过解剖学教授和生理学教授，最后（1871）任物理学教授揭示了眼的聚焦机理，
2、并继Young之后系统阐述了色觉的三色理论,发明了晶体镜用以研究眼球晶体的变化发明了眼底镜并用以观察视网膜研究了听觉机理并发明了亥姆霍兹共鸣器第一个测定了神经脉冲的传播速度并确定为30m/s证明了肌肉收缩释放的热是动物热的重要来源,医学物理学有两项开创性研究：一是伦琴发现x射线并用于人体透视；二是居里夫人发现放射性元素镭并用于肿瘤的治疗,这两项研究奠定了医学物理学的基础.,DNA大分子的结构,我国医学物理学的发展历史，最早可以追溯到上世纪40 年代。我国医学物理的先行者原中国军事医学科学院的徐海超教授同美国医学物理学家: Marvin Williamus 教授一道，工作在北京协和医学院，用40
3、0kV 的X射线机治疗恶性肿瘤。解放后，应卫生部的要求，高教部于1964年从北京大学、复旦大学、浙江大学、安徽大学4所综合性大学物理系分配了5名物理系毕业生，分别就业于北京中国医学科学院的北京协和医院和肿瘤医院、上海肿廇医院、浙江省肿廇医院、广州中山大学肿廇医院，启动了我国医学物理学的发展。 1965年有更多的物理系毕业生分配到中央和省级肿廇医院。19651976 年间因“ 文化大革命”被迫中止。改革开放后，各级肿瘤医院因工作的急需，分别从不同渠道，招聘了一批理、工类的毕业生以及“文革”前在非医疗机构工作的与核物理研究和应用有关的物理工作者；同时有一批在医院工作的医学物理工作者于上世纪80 年
4、代初被送往欧美国家访问和进修；以及继后开展的中美、中法、中瑞等双边的医学物理师的交换学者项目，和在我国召开的双边、多边国际医学物理学术研讨会和讲习班等，大大推动了我国医学物理学科的发展。,上世纪90 年代中至本世纪初，北京大学重离子物理研究所、武汉大学物理学院、清华大学医学物理和工程研究所、中国科学技术大学核能研究所等大学院校开设医学物理学本科、硕、博学位课程.医学物理学的教育应该是本科以上的医学物理硕、博研究生课程，而不是医学物理学的本科教育.欧、美、日，包括澳大利亚、印度、我国香港和台湾地区，在医疗机构或与医疗机构有关的研究机构内工作的医学物理学家或医学物理师，都是通过医学物理的硕、博研究
5、生课程的培养.医学物理学的入学学生，应该是大学本科毕业取得学士学位的有较好的数理基础的理、工科学生，但也不排除有较好数理基础的医科毕业生. 研究生硕、博课程应包括医学物理基础、医学影像物理、放射肿瘤物理、人体解剖学、病理学、生理，医学信息学等.,1.人体器官、系统的功能以及正常、异常的物理学解释；声与听觉：声带振动声波耳膜振动耳蜗（流体力学、频谱分析） 听觉细胞兴奋（电学） 听觉神经（电脉冲传导） 听觉中枢,心血管系统： 心脏 1）发电机窦房节自律细胞 2）动力泵瓣膜、心肌力学性质,血管 1）血液循环流体力学 2）血管壁粘弹性,物理学与医学的关系,3.医学检测的物理测量技术及原理超声成像、X-
6、CT、MRI、ECT、心电图、脑电图、肌电图、血流量等,2.物理因子对人体的作用物理因子：超声、激光、电、磁等生物体：热、分子激发与电离生物大分子损伤：细胞功能变化生物效应,第六章辐射生物物理,研究辐射对生物系统的作用辐射的基本性质；辐射对生物体的物理作用过程；辐射的生物效应,一、辐射的种类辐射按本质分为电磁辐射：仅有能量无质量。 如微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线等。粒子辐射：既有能量又有静止质量。 如电子、质子、中子、粒子、粒子和重离子等。,辐射按与物质作用分为电离辐射： 高速带电粒子（、质子等）直接电离 致电离光子（X、 ）、中子等 间接电离非电离辐射： 只引起原子或分子的振动
7、、转动或电子能级的改变。 如微波、红外线、可见光、紫外线等,1 辐射及其生物效应,人为活动引起辐射核工业：核电、铀矿冶炼 建材成分的改变：煤渣、粉煤灰的再利用； 天然石采的利用,公众所受辐射照射比例,人类受到的辐射天然辐射(natural exposure)： 宇宙射线：来自宇宙空间的高能粒子流； 宇生核素(cosmogenic)：主要是由宇宙射线与大气中的原子核相互作用产生的； 3H; 14C; 7Be; 22Na 原生核素(primordial)：存在于地壳中的天然放射性核素。三大放射系 40K 238U；232Th；235U,二、辐射剂量,1、吸收剂量 (D ),D = dE / dm,
8、单位质量的被照射物质从射线中所吸收的能量值,SI：1Gy(戈瑞） = 1Jkq1旧：rad 拉德关系：1Gy = 100rad,2、传能线密度 (LET)带电粒子直接电离粒子在单位长度径迹上消耗的平均能量。 LET不同，产生不同的生物效应。,产生一对离子所需平均能量,电离比值,3、 相对生物效应（RBE)电离辐射生物效应：电离辐射作用于生物机体后,将其能量传递给机体的分子、细胞、组织和器官所引起的形态、功能的变化和产生的后果,生物效应的双重性治癌与致癌；致基因突变与诱导DNA损伤的修复；抑制生物合成，导致膜损伤、酶失活，抑制细胞分裂甚至导致细胞或机体死亡，也能刺激核酸、蛋白质的合成，提高酶的活
9、性，加速细胞分裂、促进生物生长。,照射剂量不同、电离辐射类型不同，产生生物效应不同。,生物效应用细胞存活率、染色体畸变、突变等表示,相对生物效应（RBE), 确定性效应（deterministic effects）机体多数器官和组织的功能，不因损伤少量甚或大量的细胞而受影响，机体自身有强大的代偿功能。,剂量,严重程度,阈值,确定性效应,损伤细胞足够多、细胞又相当重要功能损失；有剂量阈值剂量小，损伤概率为零； 剂量高于阈值效应的严重程度与剂量成正比。,如靶细胞的多个敏感部位被辐射击中（击中次数决定修复、损伤不可逆）,例如：急性放射病定义：人体一次或短时间内分次受到大剂量照射引起的全身性疾患。 外
10、照射：1Gy,半致死剂量 LD 50/60天, 随机性效应辐射致癌,癌症(cancer): 恶性肿瘤生长迅速，侵犯周围组织，无明显界限，质地坚硬，无包膜，与正常组织分界不清，细胞向周围蔓延致癌因子(carcinogen): 能使正常细胞转变为恶性细胞最后发展为癌症的因子（基因突变的信息会传给后代遗传效应）,物理致癌因子主要为辐射致癌,包括电离辐射、紫外线等。若长期被辐射照射或接受到超量辐射都会导致白血病; 大气层中臭氧层的破坏,紫外线照射增强,皮肤癌病人增加。 化学致癌因子已知具有致癌作用的化学物品有数千种,如黄曲霉素、亚硝胺、煤焦油、尼古丁等。吸烟对人体的危害,主要是所含的尼古丁等有害物质与
11、肺癌、口腔癌、膀胱癌等有一定的关连。 病毒致癌因子肿瘤病毒(或称致癌病毒)。分为DNA肿瘤病毒和RNA肿瘤病毒两大类。,剂量,？,无剂量阈值；发生几率与剂量成正比；严重程度与剂量无关。,辐射导致癌症是典型的随机效应。若变异发生在性腺细胞（精子或卵子），基因突变的信息会传给后代遗传效应,发生机率,随机性效应,辐射,细胞死亡,细胞变异,细胞克隆,潜伏期,癌症,人类的放射性癌症 (radiogenic cancer),2 辐射能量转移（吸收）的原发过程,辐射类型不同能量转移机制不同,一、x射线、射线在生物组织内间接电离或激发，取决于光子能量光电效应：E mRNA rRNA和tRNA 蛋白质,四、辐射的防护外照射防护三原则（1）时间防护 累积剂量与受照时间成正比 措施：充分准备，减少受照时间（2）距离防护 剂量率与距离的平方成反比 措施：远距离操作（3）屏蔽防护 屏蔽材料选择的一般原则,
