1、- 1 - 医学物理学教学内容纲要 第一章 生物力学 第一节 生物组织的力学特性 1. 应力和应变 应变外力作用下，物体发生的形状和大小的相对变化。应变是量纲为 1 的量。 弹性形变：在一定的限度内，当外力撤消后物体能完全恢复原状所对应的形变。 塑性形变：超过一定的限度后，当外力撤消后物体不再能完全恢复原状所对应的形变。 张应变 ：物体在受到外力牵拉或压缩时，所发生的长度变化l 与物体原长度 l 之比； 体应变 ：物体受到压力时，在形状没有改变的情况下，所发生的体积变化V 与物体原体积 V 之比； 剪应变（切应变）：物体受到切向力时，在只发生形状变化而没有体积变化的弹性形变的情况下，其切向形
2、状的变化x 与其厚度 d 的比值。 应力物体发生形变时，单位面积上的弹性力： 张应力：使物体处于拉伸状态的应力 体应力：使物体体积变化的力？ 剪应力（切应力）：单位截面受到沿切向的内力？ 2. 弹性模量 应力-应变的关系： 正比极限：O 点到 A 点一条直线，应力与应变成正比。 弹性极限：A 点到 B 点应力与应变不再成正比，但是将 O 点到 B 点之间将引起形变的外力除去后，材料可以顺 着原曲线返回，B 点则为弹性极限。 断裂点： 弹性模量(elastic modulus) ：某一种材料的应力与应变的比值。 杨氏模量 E：正应力 与张应变 的比值； 剪切模量（切变模量）G：切应力 与切应变
3、的比值； 体变模量：体积形变中的压力 p 与体应变V/V 之比。 3. 物质的粘弹性 粘弹性的特点： 应力松驰或张驰(relaxation)：在物体突然发生应变时，在应变保持一定的情况下，相应的应力随时间的增加 而下降。 蠕变(creep)：物体的应变随时间的增加而增大，而应力保持一定。 滞后(hysteresis)：对物体作周期性的加载和卸载，加载卸载时的应力- 应变曲线不重合。 粘弹性体的力学模型 Maxwell 模型 ：两个元件应力相同，应变是二元件应变的总和； Voigt 模型：两个元件应变相同，应力是二元件应力的总和； 四元模型：应变为弹性应变、延迟弹性应变和粘性应变的总和。 4.
4、生物组织的力学性质 软组织的一般力学性质：大变形特点；应力-应变非线性关系；对应变率不敏感；呈现应力松弛； 蠕变特性。 硬组织骨的力学性质 骨的力学性质：骨骼的应力与应变的关系；具有各向异性的力学性质；骨的弹性模量；强度与密度之 比很大；具有非常优良的机械结构。 软骨的力学性质：应力-应变关系具有滞后环，应力峰值随应变率增大而略有增长；具有良好的润滑性能。 复习题 名词概念 1. 弹性形变 塑性形变 2. 应力 张应力 体应力 剪应力 3. 应变 张应变 体应变 剪应变 4. 应变率 剪变率 5. 正比极限 弹性极限 断裂点 6. 弹性模量 扬氏弹性模量 切变弹性模量 体变弹性模量 - 2 -
5、 7. 粘弹性 应力松驰 蠕变 滞后 问答题 1. 粘弹性和弹性材料比较有何不同？ （1）弹性材料的特点是其内部任意一点、任意一刻的应力，完全取决于当时、该处的应变，与应变的历史过程无关。 （2）粘弹性材料任一点任一时刻的应力状态，不 仅取决于当 时、 该点的应变，而且与应变的历史过程有关，即材料 是有记忆的。 2. 试推导粘弹性体的 Voigt 模型。 3. 粘弹性物质的特点？ 4. 蠕变与松弛有和区别？ 5. 软组织的一般力学性质有哪些？ 6. 骨骼的力学性能质有哪些特点？ 第二章 生物流变力学 第一节 生物流变学物理基础 理想流体 稳定流动 牛顿流体 非牛顿流体 流动曲线 屈服应力 触变
6、性 片流 湍流 流阻 泊肃叶流动 雷诺数 表观粘度 相对粘度 Casson 方程 FahraeusLindqvist 效应 毛细管逆转现象 临界半径 红细胞的变形能力 红细胞的聚集性 理想流体：绝对不可压缩完全没有粘滞性的流体。 稳定流体：如果流体流经空间各点的速度不随时间改变，这种流动状态称为稳定流动。 牛顿液体：遵从牛顿粘滞性定律的液体。 非牛顿液体：不遵从牛顿粘滞性定律的液体。 流动曲线：在任一时刻，可以在流场中划出一系列假想的曲线，并使曲线上任意点的切线方向与流经该点的流体粒 子的速度方向一致，这些线就成为这一时刻流体的流线。 屈服应力：某些非牛顿流体，形成疏松的空间结构，当施加的剪应
7、力比较小时，这种结构可以有所改变，流体变形， 但不至于流动。当剪应力增大到一定值时，流体才开始流动，该力为该流体的屈服应力。 触变性：形成上述疏松结构的流体受到较大剪应力的作用，会溶解成分散状态，静置后再凝固成输送结构，这成为 触变现象。其黏度不仅依赖于剪变率的大小，也依赖于剪变率作用的时间，称为触变性。 片流： 湍流：指当处于层流的流体速度增大到某一数值时，层流状态就会被破坏，各液流层间流体粒子大量互相掺混，流 动紊乱，甚至出现涡旋。 表观粘度：流体的切应力与剪变率的比值。 相对粘度（比粘度）：样品表现粘度与溶剂粘度的比值。 1. 连续性原理和伯努利方程 连续性原理 21Sv 伯努利方程 （
8、理想流体）常 数ghp2 （粘性流体）Evv22121 2. 牛顿粘滞性定律 层流（片流）：当粘性液体流速不太大时，液体将分层流动。层流具有如下特点：分层流动，各层的流速 - 3 - 不相同；流速 v 的方向与层面相切，没有法向向量；层与层之间无质量交换。 粘滞性：流体在流动过程中，内部是存在相对运动形式的；在做相对运动的两层流体之间的接触面上，存在 一对阻碍两流体层相对运动的大小相等、方向相反的内摩擦力。流体的这种性质即为粘滞性。 速度梯度：在垂直于流动方向上，每增加单位距离流体速率的增加量 ，称为平均速度梯度；极限rvdrvr0lim 即为速度梯度。 牛顿粘滞性定律： xvSF 粘滞系数：
9、上述中的比例系数 ，简称粘度； 是流体粘滞性的量度，在国际单位制中的单位是 Pas。 剪变率：剪应变 随时间的变化率。 3. 牛顿流体和非牛顿流体 牛顿液体：遵从牛顿粘滞性定律的液体。 非牛顿液体：不遵从牛顿粘滞性定律的液体。 （3）流动曲线： 4. 泊肃叶流动 泊肃叶定律 LpRQ8214 流阻 Rf： 4f 5. 雷诺数 湍流：指当处于层流的流体速度增大到某一数值时，层流状态就会被破坏，各液流层间流体粒子大量互相掺 混，流动紊乱，甚至出现涡旋。 雷诺数(Reynolds number)R e： （没有单位的纯数）rvRe 层流和湍流的判别 第二节 血液的流变学性质 1. 血液的粘度 表观粘
10、度：流体的切应力与剪变率的比值。 相对粘度（比粘度）：样品表现粘度与溶剂粘度的比值。 还原粘度：消除浓度影响后，反映的构造粘度。 2. Casson 方程 c 3. 血液的触变性和滞后现象 触变性(thixotropy)：一种对于剪变率和剪变时间均有依赖性的流变特性。 特征：具有一定屈服应力；扭矩衰减曲线；滞后环。 第三节 影响血液粘度的因素 1. 血细胞比积对血液粘度的影响 HCT a； 血浆粘度 p 血液粘度 a主要取决于血浆蛋白。 2. 血细胞的聚集性与变形性的影响 红细胞变形能力 血液粘度（高切） ； 红细胞聚集 血浆粘度（低切） ； P a - 4 - 温度 HCT 红细胞聚集 白细
11、胞与血小板 a。 3. FahraeusLindqvist 效应 表现粘度 a 与管径有关。 R41 RBC 刚性 。 2. 红细胞的聚集性 RBC 聚集的必要条件： RBC 变形性正常；血浆中高分子蛋白质存在。 RBC 聚集的主要影响因素：灌注压和切应力；RBC 表面的负电荷 不易聚集；血浆蛋白分子的桥 联作用；其它因素。 RBC 聚集的生理和临床意义 第六节 血液流变学参数测定 1. 血液粘度的测定 毛细管型粘度计：惯性较小，在剪变率很高时仍可用于作定常剪切流动流变测量。 毛细管粘度计： 0tt 缝隙粘度计 r； - 5 - 旋转型粘度计：有惯性、粘弹性和流体其他效应，难以保持定常剪切流动
12、，剪变率也受到限制。 共轴圆筒(Couette)粘度计： r 锥板粘度计 2.6.2 红细胞变形性测定 粘性法（粘度法） 核孔膜滤筛法 激光衍射法 其他方法 1. 微吸管法 2. 电导法 3. 电子自旋共振法 2.6.3 红细胞聚集性测定 1 粘度测定法 2 红细胞沉降率法 3 触变参数测量法 4 动态光学法 5 红细胞电泳法等 第三章 感觉的物理学 * 人体感觉的分类： 1、内部感觉 可觉察的感觉：用于保持器官的健康与正常活动的感觉，有人体内部感受器感受。 不可觉察的感觉：四肢位置的官爵和关于平衡的前庭感觉 2、外部感觉 味觉(舌头) 、嗅觉( 鼻子)、触觉(皮肤)、听觉( 耳朵)、视觉(
13、眼睛) 3、感觉的产生过程： 第一节 触觉的物理学 一、触觉(Sense of touch) ： 1、皮肤的作用： * 皮肤的结构： 2、触觉的产生： 包括力学感受器、伤痛感受器和温度感受器等。 3、力学感受器： (1)作用：响应有关力学负载的刺激。 (2)组成：毛囊感受器、环层小体、自由神经末梢 (3)环层小体结构：形似一橄榄球。60 层扁平细胞层叠环绕一中心核构成，而其整体有被包裹在结缔组织的鞘囊里。 小体的中心处有一非有髓神经纤维，此纤维在小体外部分则为有髓神经纤维。 * 环层小体作用：作为一负载变化率的感受器，而不是对负载的强度本身起反应。也叫振动传感器。 (4)环层小体的理论模型：
14、(5)力学感受器的分布密度和空间分辨率： 二、温度感受器 * 有热觉和冷觉两种。 * 分布密度：5-10/cm2 三、伤痛感受器 * 功能：在刺激强度超过某一阈值时发出痛的信号。 * 有快速(有髓神经纤维传导，速度快 )和持久感受器（无髓神经纤维传导，速度慢） 。 第二节 耳和听觉的物理学 一、听觉器官物理特性 1、听觉器官结构：外耳、中耳、内耳 - 6 - 听觉产生过程：刺激耳蜗纤毛细胞的机械系统，在听觉神经上产生动作电位的传感器，听觉皮质对听觉神经穿来的 信号进行解释。 2、传音系统外耳、中耳、内耳对声波传导的物理特性 (1)外耳 特点：气体传导声波，集声系统 (a)耳廓作用：保护鼓膜 (
15、b)外耳道：可看作一端封闭的管状共振腔。 响应频率与耳道长度的关系： (c)鼓膜作用：把声压转化为机械震动 (2)中耳 特点：传声部分 (a)构成：鼓室。听小骨(锤骨、砧骨和蹬骨 )。 (b)功能：将声波压强放大，使冲气的耳刀与充满淋巴液的内耳耳蜗声阻抗匹配 (c)声压增大的原因： 活塞作用，杠杆作用 (d)保护内耳的作用：听骨和它的感觉韧带还在免除强声的损害保护耳方面起重要作用。强声使中耳肌肉往侧边拉听 骨，以减小传到内耳的声音强度；咽骨管下通到嘴，起者对耳膜两边的压力平衡作用。 (3)内耳 与听觉有关部分是耳蜗。 (a)耳蜗组成：前庭阶、鼓阶和蜗管。 外淋巴液，内淋巴液。 前庭膜，基底膜。
16、 (b)产生听觉主要途径： (c)听觉次要途径： (d)骨传导途径： 3、感音系统耳蜗对声波的鉴频与生物电现象 (1)基底膜与鉴频： 听觉的感音器： * 听弦： * 基底膜的频率分布： * 基底膜对声波频率的共振鉴频分析机制： (2)耳蜗生物电现象微音器电位： 感音细胞： * 听毛： * 微音器效应： 4、小结： 听觉器官等效的物理模型： (1)外耳： (2)中耳： (3)内耳： (4)基底膜： (5)毛细胞： 二、听觉的声学规律 1、听阈值与听阈曲线： (1)听阈值：能引起听觉的最小声强度值 (2)听阈曲线：下方实线为挺立好的年轻人听觉阈值的平均值，可见它是一随频率变化的曲线。其上的均值线表
17、示此 水平，被实验的各种人，仅有一半听到声音。所以这两条曲线反映了耳听觉的灵敏度。 2、痛阈值与痛阈曲线： (1)痛阈值：引起耳朵疼痛的最小声强度值？ (2)痛阈曲线： 3、听觉区域： - 7 - 4、声强级： 5、声压： * 声压级： 6、响度级： (1)等响曲线： (2)响度单位： 三、听力测试与助听 * 听力损失： * 听力测试： 1、电子听力计： (1)构造和功能：包括 * 纯音发生器： * 衰减器： * 耳机： * 纯音断续器： (2)听力图： 2、中耳阻抗听力测试系统： * 中耳作用： (1)系统构造： (2)测试过程： (3)测试结果：声阻随压力的变化曲线。 * 声顺度： 3、助
18、听器： (1)耳聋或全聋： (2)听力降低原因： * 助听器原理： (3)传导性听力衰减： (4)神经性听力衰减： * 人工耳蜗： * 振动性感应法： 第三节 眼和视觉的物理学 一、眼的结构和光学性质 1、眼的结构：角膜、虹膜、瞳孔、晶状体、房水、玻璃体。 视网膜、黄斑、中央凹。巩膜(眼白) 。 2、眼的光学性质 (1) 古氏平均眼：认为眼睛相当于一个厚透镜。 (2) 简约眼：把眼睛简化为一个单球面折射系统。 (3)眼的调节： (4)远点： 近点： (5)明视距离： 3、眼的分辨本领和视力 (1)视角： (2)视力： * 标准视力表：VS * 对数视力表：VL 两种视力数值的对照： 二、眼的屈
19、光不正及其矫正 * 正视眼： * 非正视眼：屈光不正的眼。主要分近视眼、远视眼和散光眼三种。 1、近视眼(myopia) - 8 - (1)特点： (2)原因： (3)矫正： 2、远视眼(hypermetropia) (1)特点： (2)原因： (3)矫正： 3、散光眼(astigmatism) (1)特点： (2)原因： (3)矫正： 4、老花眼(senopia) (1)特点： (2)原因： (3)矫正： * 近点与年龄的关系： 三、视觉的物理特性 (一)、视觉的物理过程 1、视网膜结构： (1)组成： 感光细胞 (包括锥细胞和杆细胞)。 神经节细胞。 双极细胞。 * 杆细胞作用： * 锥细
20、胞作用： (2)锥细胞和杆细胞的分布： 2、视觉形成过程： 3、视见函数： * 概念： * 视见函数和波长的关系： 白昼： 暗光(黄昏)： (二)、视觉的分类 光觉： 形觉： 色觉： 1、眼的光觉和适应： (1)光度学几个基本概念和单位 * 辐射通量： 光通量： * 发光强度： * 面发光度： * 亮度： * 照度： (2)物体亮度和落在网膜上光通量关系： * 在网膜上的照度为： (3)眼对光的适应： * 暗适应： * 明适应： 2、形觉 (1)单眼视觉： - 9 - 单眼以主视线为空间定向标准。 (2)双眼视觉： 双眼单视： * 中央眼： 双眼复视： (3)双眼视差： * 双眼视差计算式：
21、(4)立体视觉： 单眼调节： * 眼球转动： 双眼视觉： * 实体视差： * 实体视觉半径：即人眼可产生立体视觉的范围。 3、色觉 (1)基本概念： * 色调(彩)： * 饱和度： * 亮度： * 色觉产生机制： * 色盲： (2)色觉理论 * 三原色理论：认为基本色是红、绿、蓝，可组合成各种各样的颜色。 * Hering 理论： * 阶段说理论： (3)颜色混和定律 两互补色的波长计算式： 第一定律 (补色律 )： 第二定律 (中间色律 )： 第三定律 (代替律 )： (4)色品与色品图 由 cC=rR+gG+bB，c=r+g+b ，可得： * 色品： * 色品图： * 讨论： 课堂测试题：
22、 * 补充内容(几何光学) * 一、单球面折射 1、单球面折射公式： 2、条件： 3、符号规则： 4、单球面的焦点和焦距： 二、共轴球面系统 概念： 1、计算：逐次成像法。 2、共轴球面系统三对基点概念 (2)两主点(H1 、H2)： (3)两节点(N1、N2)： (1)两焦点(F1 、 F2)： 3、成像公式： 若系统前后介质相同，则 f1=f2=f 。则公式可简为： - 10 - 第五章 人体电磁学 第一节 人体电现象及物理基础 * 历史： * 应用：心电图、脑电图、或肌电图等。 * 原因： 一、人体电阻抗 * 基础： 细胞膜可看作是 RC 并联电路。 1、细胞的电阻抗： 2、组织的电阻抗
23、： * 直流电阻率： * 交流电阻率、相对介电常数和频率的关系： * 交流电阻率随频率增加而下降的原因： 第二节 细胞生物电现象和神经传导 一、神经元的结构和电性质 1、神经纤维的结构 神经元(神经细胞)： 细胞体 树突 轴突：有髓鞘纤维；郎飞氏结。无髓鞘纤维 2、神经纤维的电学性质： (1)轴浆电流： * 膜电流： (2)轴浆电阻： (3)膜电阻： * 膜电导： (4)膜电容： (5)神经的兴奋和冲动： * 刺激强度和持续时间的关系： 二、静息电位和离子浓度 1、概念：膜电位。静息电位。 2、产生原因： (1) 细胞膜内、外液体中离子浓度不同； (2) 细胞膜对不同种类的离子通透性不一样。
24、3、能斯特(Nernst) 方程和平衡电位 (1)方程： 半透膜。 经推导得膜两侧电势差(即 K的平衡电位)为： 称为能斯特方程。 (2)Nernst 方程的应用 4、Donnan 平衡： * Donnan 平衡后离子浓度的分布满足两个条件： 5、Goldman 方程： 若膜对几种离子都可透过，则稳定时可算出跨膜电位差为： 6、膜电位的测量 可用细胞内记录装置测量。 三、电紧张电位和电缆学说 1、神经细胞的电紧张电位： (1)被动膜： (2)电紧张电位： (3)测量： - 11 - (4)结果： 2、电缆方程 * 一小段神经纤维的等效电路： * 整个神经纤维的等效电路： * 可推得神经纤维的电
25、缆方程为： 空间钳制，则电缆方程的解为： (1)时间常数： (2)空间常数： 一段时间后，电容充电完毕，则电缆方程的解为： * 与纤维半径的关系： 四、动作电位 1、动作电位的离子学说 (1)极化： (2)除极(去极化 )： (3)复极： * 动作电位： (4)神经传导： 极化 除极 触发动作电位 复极 2、离子电流的测定 遵从欧姆定律。 (1)膜对某离子的电导： (2)电压钳制实验装置： * 电压钳制实验示意图： * 电压钳制法的实验结果： 五、Hodgkin-Huxley 理论 1、Hodgkin-Huxley 方程 2、动作电位的传导 * 动作电位特点： 动作电位传导的电路模型。它可反映
26、兴奋传导的规律。 (a)是 Hodgkin-Huxley 模型的计算结果；(b)是实验测得的传导性动作电位。 第三节 电偶极子和心电向量原理 一、电偶极子及电偶极层的电场 1、电偶极子电势 (1)电偶极矩： (2)电偶极子电势： * 电矩延长线上，U 最大： * 电矩反向延长线，U 最小： * 在电偶极子中垂线(或中垂面 )上，电势 U=0 2、电偶极层的电势 (1)概念： (2)电势计算： 整个面积 S 的电偶层在 M 点的电势： (3)容积导体概念： 二、心肌细胞的极化 1、静息时心肌细胞电场中的电位 2、正在除极时心肌细胞电场中的电位 3、正在复极时心肌细胞电场中的电位 4、心肌细胞的极
27、化向量 PC： 三、一块心肌的极化： 是所有心肌细胞极化的总和。 1、瞬时心电向量 P： - 12 - P=PC 2、心电向量 P 在各处引起的电位分布： 3、一块心肌的除极与复极： * 心脏偶极子模型： 四、空间心电向量环与平面心电向量环 1、心肌分两类： (1)是具收缩功能的普通心肌。 (2)是有产生和传递兴奋刺激功能的特殊心肌。 * 兴奋传导系统： 2、去极化波的传播： 3、空间心电向量环： * 矢量方程： * 分类： P 环： QRS 环： T 环： 4、平面心电向量环 定义：又叫向量心电图。 * 参量方程： * 分类： 向量心电图： 平面 P 环：额面 P 环，横面 P 环，侧面 P
28、 环 平面 QRS 环：额面 QRS 环，横面 QRS 环，侧面 QRS 环 平面 T 环：额面 T 环，横面 T 环，侧面 T 环 五、心电导联 1、概念： 2、导联轴： * 正侧、负侧： 3、标量心电图导朕： 常用的是标准十二导联系统。 (1)标准导联 I、： (2)加压导联： * 中心电端： (3)胸导联： (4)额面六轴系统： * 横面六轴系统： 六、心电图的形成原理与描记 1、心电图的形成原理： (1) 方法：环体分割投影法。 (2) 标准导联和加压导联： (3) 胸导联： 2、心电图的描记 红、黄、绿、白、黑分接在右臂、左臂、左腿、胸部、右腿。 第四节 脑电和肌电原理 一、脑电图(
29、EEG) 脑电图波形分四种。 二、脑电极的导联 1、电极的放置： 为常用的 1020 电极系统。 * 电极部位、名称、编号和代号： 2、导联方法： - 13 - (1)单极导联法： (2)双极导联法： 三、肌电图(EMG) 1、运动单元： 2、肌电极： (1)面电极： (2)同轴针形电极： 3、不同程度用力收缩时的肌电图： * 电静息： (1)单纯相： (2)混合相： (3)干扰相： 4、其他生物电位： 第五节 生物磁学 一、几个基本概念 1、磁场： 来源： 性质： 2、磁感应强度： (1)大小： (2)方向：右手螺旋法则确定。 (3)单位：1T=104G (4)磁感应线： 二、人体的磁特性
30、1、机体中的磁场 地球表面： 人体中： 2、人体中生物磁信号的来源： 3、磁场的生物效应 (1)磁场对生物作用的物理机制： 感应电动势： 洛伦兹力： 磁化： (2)影响磁场对生物作用的几个物理因子： 磁场类型： 磁感应强度： 磁强的均匀性： 磁场的方向： 磁场的作用时间： (3)影响磁场对生物作用的几个机体因子： 机体磁性、组成、种类、敏感性、部位和血流速度等。 (4)生物效应的时间延迟： * 时间延迟的原因： 三、生物磁场的测定 常用超导量子干涉仪(又称 SQUID 磁强计) 1、简介：灵敏度高。 2、结构原理： 3、梯度仪：有一阶微分和二阶微分梯度仪。 4、梯度仪结构原理： * 倾斜 45
31、0 的梯度仪： 5、磁屏蔽室： - 14 - 四、磁诊断技术和磁场疗法 1、磁诊断技术 (1)心磁图(MCG)： (2)脑磁图(MEG)： (3)肺磁图(MPG)： (4)视网膜磁图(MRG)： 2、磁场疗法(即磁疗)： 第六章 声学基础与医学超声 第一节 声学原理 超声波的基本概念 1. 超声速 c 与温度有关 生物材料一定，速度与声频率有关 频散 速度 c 随频率 f 而变称频散; 2. 频率 声波在介质中传播时，每秒质点完成全振动的次数，称为频率(f)，单位是赫兹(Hz)； 诊断用超声波的频率：0.180MHz 3. 波长（） 声波在一个周期内，振动所传播的距离，称为波长（ ） ，单位是
32、毫米（mm ） ； 常用诊断超声的波长为 0.15 0.6mm ； 4. 频率、波长和声速的关系 5. 声特性阻抗 声特性阻抗：Z =c 瑞利（ 10-1kg.m-2.s-1 ） 人体组织可分成三大类： 低声阻抗的气体或充气组织，如肺部组织； 中等声阻抗的液体和软组织，如肌肉组织； 高声阻抗的骨组织。 声波的反射与折射 条件： 声阻抗发生突变； 均匀媒质，大界面。 1. 声压反射系数与透射系数 2. 声强反射系数与透射系数 3讨论： 4. 全反射 声波的衍射与散射 1. 超声波的衍射 2. 超声波的散射 声波的衰减与吸收 声波衰减因素 人体组织声波衰减的一般规律 第二节 超声基础 压电效应 1
33、. 压电体 2. 压电现象 3. 正压电效应 - 15 - 4. 逆压电效应 盘状活塞式声源的辐射特性（圆形换能器的声场特性） 1. 远场特性 2. 指向性 主瓣 旁瓣 3. 近场特性 近场长度 第三节 超声诊断 6 . 3 . 1 脉冲回波技术 超声脉冲返回换能器，包含两种信息： 脉冲往返换能器的时间间隔：与换能器和反射界面之间的距离有关系。 相对振幅：提供产生反射界面种类的信息。 6 . 3 . 2 超声成像 1. 超声成像系统的基本组成 2. 超声成像系统的主要参数 最小成像深度 最大成像深度 深度（轴向）分辨率 角度分辨率 频帧 3. 相控阵列 6 . 3 . 3 常用超声诊断仪器 一
34、、A(Amplitude)型超声仪 工作特点： 声源 探头 显示特征 属一维 A 型显示； 二、 M(time motion)型超声仪 工作原理及特点 声源 显示特征（一维 B 型显示） 需用时间轴进行 M 显示 三、B(Brightness) 型超声诊断仪 1. 定义 将截层各处探测到的一维 B 型回声线，依次在显示器相应位置进行显示，构成二维 B 型图像的超声仪。 2. B 型工作特点 声源 用脉冲超声源，用同一探头发射脉冲超声波和接受回声信号，发射一个脉冲超声得一条 B 型回声线； 一 幅 B 超图由几十条至几百条回声线组成。 探头必须具有扫描功能 四、多普勒血流仪 第七章 激光在生物医
35、学中的应用 - 16 - 第一节 激光的产生和特性 激光的产生 光与粒子的相互作用 1. 自发辐射 2. 受激辐射 3 受激吸收 粒子数按能级的分布 1. 玻尔兹曼分布 2. 粒子数在能级上的反转分布 、激光器 1. 工作物质 2. 激励装置（泵浦源） 3. 光学谐振腔 激光的特性 单色性好 方向性好 高亮度 相干性好 第二节 激光器的种类和激光的特性参数与测量 激光器分类 （一）按工作物质分类 1 气体激光器 2 液体激光器 3 固体激光器 4半导体激光器 5准分子激光器 6自由电子激光器 （二）按工作方式分类 1连续激光器 2脉冲激光器 3巨脉冲激光器 医用激光器 医用固体激光器 1. 红
36、宝石激光器 2. Nd:YAG 激光器（掺钕钇铝石榴石激光器） 3. 钬激光器(Ho:YAG) 医用气体激光器 1. 二氧化碳激光器 2. 氩离子激光器 3. He-Ne 激光 医用导光系统 1. 关节型导光系统 2. 激光导光光学纤维 3. 激光血管成形导管 4. 激光球囊血管成形术的导管 激光的参数与测量 - 17 - 第三节 激光与生物组织的相互作用 一、激光的热作用 红外激光的生热机制 h 较小，生物分子吸收 平动能 生物分子热运动 T，故称直接生热。 可见和紫外激光的生热机制 h 较大，生物分子吸收 回到基态过程中释放能量 生物分子热运动 T，间接生热。 影响热作用的因素 激光参数
37、生物组织的光学性质 生物组织的热学性质 热作用对生物组织的影响 1. 对代谢率的影响 2. 对血液循环的影响 3. 热损伤与热作用持续时间的关系 生物组织的各级热反应水平 二、光化作用 原初光化学反应 继发光化学反应 光化作用规律 1. 光化学吸收定律 只有被分子吸收的光子, 才能在系统中导致化学反应。 2. 光化学量子定律 即 Einstein 定律，又称光化学第二定律：在任何原初光化学反应中，每个光子只和一个分子（离子或原子） 反应。 推论 对于确定波长的激光, 其光化效应只决定于光的总能量, 而不决定于光的功率。 光化作用的非线性吸收。 光化反应的类型 光致分解 光致氧化 光致聚合 光致
38、敏化 由光引起的在敏化剂参与下发生的一种化学反应。光致敏化中，吸收光能的物质是敏化剂，不发生永久性变 化，相当于起催化作用 ( X，Y，Z，S) (X，Y ，P，S) ( X, Y, Z，S)为含敏化剂 S 的系统。经光照后，最终 S 不变，而 Z 变为 P，发生了敏化( 氧化)。 不需分子氧参与的光敏化反应 需分子氧参与的光敏化反应 此类光敏化反应称为光动力学作用(photodynamics). 四个基本条件光、氧、敏化剂和基质。 主要基质是蛋白质、核酸和酶等大分子物质及其组成成分氨基酸与碱基。 三、激光的压强作用(机械作用） 、光压 、汽流反冲压 、内部汽化压 - 18 - 、热膨胀超声压
39、 、等离子体膨胀产生的压强 、电致伸缩压 四、激光生物刺激作用 生物刺激作用引起的生物效应 1对生物分子的作用 2对细胞的作用 3对细菌和微生物的作用 4促进组织生长修复 5溃疡、软组织创伤愈合，神经再生，骨折愈合，毛发生长，移植皮片的长合等 6 对神经刺激作用 7. 对机体免疫功能的影响 激光生物刺激作用的规律 1 小剂量为刺激作用，大剂量为抑制作用 2 积累作用 3 抛物线规律 第七节 激光疗法 7.7.1 光热疗法 一、磨蚀切割去除治疗 用高功率密度激光的蒸发汽化作用，使组织去除而达到将组织穿孔、切割或面状磨蚀。 赘生物去除 二、激光凝固治疗 用强激光对组织照射加热时，组织的蛋白质成分和
40、血液会被凝固的性质，使得被照射的病变组织坏死，或使 被剥离的组织融合豁接或止血。 激光间质热疗 血管或组织吻合 三、激光烧灼治疗 用离焦的激光照射组织，使其温度达到 300 一 400 间，病变组织在热作用下立刻发生干性坏死。 四、激光温热疗法 红外激光可使组织加热升温的原理，对有关病变组织主要是肿瘤持续照射，使其温度保持在 41 44 间 15 20min ，而达到使肿瘤坏死的效果。 五、激光热成形法 7.7.2 激光光化学疗法 光动力学疗法 光敏剂 第一代光敏剂 第二代光敏剂 PDT 应用 治疗肿瘤 治疗皮肤鲜红斑痣等血管性病变； 选择性去除动脉粥样硬化斑块； 治疗牛皮癣、白瘫风等皮肤病变
41、； 预防血管再狭窄； 治疗黄斑退化变性； 消除血制品中的病毒等。 准分子激光切除组织包含了光化作用。 7.7.3 冷光疗法 - 19 - 利用组织的大部分成分对紫外激光有很强的吸收，从而对组织实施的各种精细切割或雕刻的治疗方法。 7.7.4 等离子中介光碎裂疗法 7.7.5 低功率激光疗法 利用激光的生物刺激作用进行的激光治疗方法。 激光针灸治疗 激光理疗 激光血管内照射 生物医学检测分析和诊断用的激光技术 激光微光束技术 1. 概念 2. 激光显微照射系统 3. 应用 激光显微照射术 激光细胞打孔术 激光细胞融合术 激光光镊技术 激光共聚焦扫描显微镜 一、概述 二、共聚焦原理及扫描方法 三、LCSM 的基本结构 四、LCSM 的基本功能概述 (一)黏附细胞的分选 (二)细胞膜流动性的研究 (三)“光陷阱”技术 (四)光漂白恢复技术 (五)光活化技术 (六)Ca 2+、pH 及其他胞内离子的动态荧光测定 (七)三维图像重建
