本著這一指導思想,在《醫學物理學》第5版教材的修訂中,我們除注重物理學的基礎理論、基本知識的講述和對學生基本技能的培養之外,還刻意強化了物理學與醫學實踐相結合的內容,同時也兼顧了不同學科之間的相互聯系和銜接。與第4版教材相比,我們對原有內容作了認真地修改、完善和調整。在此基礎上,適當充實了一些新的內容,諸如聽力曲線的介紹、血液的流動、血壓的測量、磁診斷技術、準分子激光治療屈光不正、納米顯微技術、SPECT、PET的原理等。為了便于學生更牢固地掌握相關的物理知識,我們還編寫了一本配套的《醫學物理學學習指導與習題集》。但愿通過我們的努力,能使這本教材具有一定的醫學教育“特色”,體現出教材的思想性、先進性、科學性、啟發性、適用性,并希望收到良好的使用效果。
《醫學物理學》第4版教材自2003年12月出版以來,在全國醫學高等專科學校物理學的教學中發揮了一定的積極作用。2006年經申報,該教材被評選為國家“十一五”規劃教材;2007年又榮獲遼寧省精品教材。按全國高職高專臨床醫學專業教材評審委員會的審議精神,本次修訂后的《醫學物理學》第5版教材將作為全國高職高專臨床醫學專業(三年制)“醫學物理學”的教學用書。
“醫學物理學”在臨床醫學教育中是一門基礎課,顧名思義,基礎課就是給專業課學習打基礎的。這個基礎打得是否牢固,能否真正地為專業課的學習起到奠基的作用,在基礎課和專業課之間架起一座溝通的橋梁,這就要看所使用的教材及安排的教學內容是否合適。就臨床醫學專業而言,用物理學的理論解釋生命活動的規律,講授物理學的技術在臨床診斷和治療中的應用,即突出物理學和醫學的聯系與融合,是順理成章的選擇。
本著這一指導思想,在《醫學物理學》第5版教材的修訂中,我們除注重物理學的基礎理論、基本知識的講述和對學生基本技能的培養之外,還刻意強化了物理學與醫學實踐相結合的內容,同時也兼顧了不同學科之間的相互聯系和銜接。與第4版教材相比,我們對原有內容作了認真地修改、完善和調整。在此基礎上,適當充實了一些新的內容,諸如聽力曲線的介紹、血液的流動、血壓的測量、磁診斷技術、準分子激光治療屈光不正、納米顯微技術、SPECT、PET的原理等。為了便于學生更牢固地掌握相關的物理知識,我們還編寫了一本配套的《醫學物理學學習指導與習題集》。但愿通過我們的努力,能使這本教材具有一定的醫學教育“特色”,體現出教材的思想性、先進性、科學性、啟發性、適用性,并希望收到良好的使用效果。
本書使用的物理量的單位、名稱、符號均符合《中華人民共和國國家標準——量和單位》(GB 3100~3102—93)。另外,書后附有參考文獻、基本物理常量和專業名詞中英文對照。
本書在編寫出版過程中得到了大連醫科大學、山西醫科大學和山東醫學高等專科學校以及人民衛生出版社的全力支持,在此深表謝意。雖然全體編委的工作兢兢業業,認真負責,但仍難免有錯誤和不妥之處,希望使用本書的讀者批評指正,并不吝賜教。
緒論
一、“醫學物理學”的概念
二、“醫學物理學”的研究對象和方法
三、“醫學物理學”與物理學及醫學的關系
第一章 人體力學
第一節 肌肉和骨骼的力學性質
一、肌肉的力學性質
二、骨骼的力學性質
第二節 人體靜力學
一、物體平衡條件
二、杠桿作用
三、作用在髖關節和脊柱上的力
第三節 人體動力學
一、人體的動力學特征
二、人體的運動
第四節 臨床力學器械
第二章 波動與聲波
第一節 波的產生與傳播
一、波的產生
二、波的傳播
三、波動方程
四、惠更斯原理
第二節 聲波
一、聲速
二、聲壓、聲阻抗和聲強
三、聽覺區域聲強級和響度級
第三節 超聲波
一、超聲波的產生與傳播
二、超聲波的性質
三、超聲波的生物效應
第四節 多普勒效應
一、多普勒效應的表達式
二、超聲多普勒血流儀
第三章 液體的流動
第一節 理想液體的穩定流動
一、理想液體
二、穩定流動
三、連續性方程
第二節 伯努利方程及其應用
一、伯努利方程
二、伯努利方程的應用
第三節 實際液體的流動
一、牛頓黏滯定律
二、實際液體的伯努利方程
三、泊肅葉定律
四、湍流、雷諾數
第四節 血液的流動
一、循環系統中的血液流動
二、血壓的測量
三、心臟做功
第五節 血液的流變
一、血液的非牛頓性與表觀黏度
二、影響血液黏度的因素
三、血液流變學的應用與進展
第四章 液體的表面現象
第一節 表面張力和表面能
第二節 彎曲液面的附加壓強
第三節 血管與心臟的跨壁壓
第四節 毛細現象和氣體栓塞
一、潤濕現象
二、毛細現象
三、氣體栓塞
第五節 肺的表面活性物質
一、液體的表面活性物質
二、肺泡的附加壓強與表面活性物質
第五章 人體的生物電場和磁場
第一節 電偶極子及電偶層的電場
一、電偶極子的電勢
二、電偶層的電勢
第二節 膜電位和神經傳導
一、能斯特方程式
二、靜息電位
三、動作電位
四、神經傳導
第三節 心電的向量原理
一、心肌細胞的除極與復極
二、空間心電向量環及平面心電向量環
第四節 心電圖的描記原理
一、心電導聯
二、心電圖的形成原理及描記
第五節 人體的生物磁場
一、磁場、磁感應強度
二、人體中的生物磁信號
三、生物磁場的測量
四、磁診斷技術和磁場療法
第六章 直流電
第一節 基爾霍夫定律
一、基爾霍夫第一定律
二、基爾霍夫第二定律
第二節 電容器的充電和放電過程
一、電容器的充電過程
二、電容器的放電過程
第三節 直流電在醫學中的應用
一、直流電對機體的作用
二、電泳
三、電療
第四節 超導體
一、超導體的電學性質
二、超導體的磁學性質
三、超導體在醫學上的應用
第七章 光的波動性
第一節 光的干涉
一、相干光源
二、楊氏雙縫干涉
第二節 光的衍射
一、單縫衍射
二、圓孔衍射
三、光柵衍射
第三節 光的偏振
一、自然光和偏振光
二、馬呂斯定律
第四節 旋光性
第五節 光的吸收
一、朗伯一比爾定律
二、光電比色計原理
第六節 光的生物效應
一、紫外線
二、紅外線
第八章 幾何光學
第一節 球面折射與透鏡
一、單球面折射
二、透鏡
三、薄透鏡組
四、柱面透鏡
第二節 眼屈光
一、眼的光學結構
二、眼的屈光系統
三、眼的屈光不正及其矯正
第三節 光學顯微鏡與電子顯微鏡
一、放大鏡
二、光學顯微鏡
三、電子顯微鏡
第四節 納米顯微技術
一、掃描隧道顯微鏡
二、原子力顯微鏡
第五節 玻璃纖維內鏡
一、全反射
二、光纖
三、醫用內鏡
第九章 激光
第十章 X射線
第十一章 原子核與放射性
第十二章 醫學影像的物理學基礎
學習要點
1.掌握B型超聲診斷儀、XCT成像、磁共振成像的物理學原理。
2.熟悉單光子發射型計算機斷層成像、正電子發射型計算機斷層成像的原理。
3.了解A型超聲診斷儀的原理和應用。
醫學影像成像是借助于某種物質(如超聲波、X射線、電磁場等)與人體的相互作用,把人體內部組織、器官的形態結構、密度等,以影像的形式表現出來,供醫生根據影像中所提供的信息進行分析判斷,從而對患者的健康狀況進行診斷的一門科學技術。所以,醫學影像學是臨床診斷、治療和影像研究的一個重要領域。包括超聲波成像、X射線成像、核素成像、磁共振成像等。醫學影像學可分為三大部分:醫學影像成像原理、醫學影像處理技術和醫學影像臨床應用技術。本章我們主要介紹醫學影像成像的物理學基礎。
第一節超聲診斷
超聲技術應用于醫學只有幾十年歷史,具有獨特的優越性,已在醫學診斷、治療及醫學研究方面獲得廣泛應用。尤其是超聲診斷技術,是繼X射線診斷技術之后發展最迅速、推廣應用和普及最快的一門技術。超聲成像在醫院中僅次于X射線成像。超聲診斷利用超聲波探測人體內部情況,與X射線診斷相比較,具有無損傷和靈敏度高兩大優點。X射線對人體有傷害作用,過量的X射線照射會造成嚴重后果。而超聲診斷使用的超聲波的強度小,對患者無痛苦與傷害,比較安全。X射線對人體軟組織的辨別能力較差,組織密度相差10%以上才能顯示區別,而超聲波則適于對人體軟組織的探查,有較高的靈敏度,并且適于人體器官的動態觀察與研究。超聲診斷的不足是對含氣組織及骨骼系統的探查困難。利用超聲波成像獲得人體的內部信息,與其他診斷信息相互補充才能確診。超聲波、X射線及核素掃描,是現代醫學并用的三大影像診斷系統。