医用物理学课件：01绪论

der
Würsburger
Physik-
medic.
Cesellschaft ）
伦琴夫人手的X射线 照 片 ， 摄 于 1895 年 12月22日
X 射线成像
X 射线成像
X 射线电子计算机断层成像 (X-ray Computed Tomography, 简称X-CT)
1963年美国物理学家 科马克发现人体不同的 组织对Ｘ线的透过率有 所不同，提出了用投影 数据重建图像的数学方 法
J. Watson
1928～
F. Crick 1916～2004
《生命是什么》１９４４年出版
物理学和化学原则上可以诠 释生命现象；
基因是一种非周期性的晶体 或固体；
CT 扫描图像
X光日历
X光艺术
2.X 射线用于肿瘤的放射治疗
1896年1月发现X射线后仅几周，芝加哥电气技 师Emil Grubbe（1875-1960）即利用X射线对一 名55岁患乳腺癌的妇女进行了放射治疗
癌症是一种激进的机体“安全模式”？
传统观点认为，癌症是由一 系列偶然发生的突变导致的， 并且是在有机体上重新产生 出来的 。新观点则认为癌 症实际是机体应对某种压力 或物理挑战的系统性、组织 性的响应。
伦琴
医学影像及肿瘤 放射治疗是由 1895年伦琴发现 X射线开始的
1901年诺贝尔物 理学奖
Röentgen，1835-1923
1.X 射线成像
Röentgen ： 关 于 一 种
新的射线（On a New
Kind of Rays ） 1895
年发表在《沃尔兹堡
物理-医学学会会刊》
（ Sitzungsberichte
将癌症设想为细胞内一种古老程序的执行，这 些程序事先加载在各种细胞基因组。这就像 windows系统遭受到某种损害后默认成‘安 全模式’
癌症是一种激进的机体“安全模式”？
当生命的形式发生了重大变化，从单细胞生物 进化成多细胞生物时，地球上的低氧水平使得 癌细胞恢复到最古老的代谢形式，即无氧呼吸。 无氧呼吸可消耗很少的氧气产生很大的能量， 但需要大量的能源物质糖类。
M. Wilkins R. Franklin
威尔金斯拍摄的DNA分 子的X射线衍射照片
DNA分子的结构
弗兰克林于1952 年5月获得的一 张 清 晰 的 DNA 分子的X光衍射 照片
由 此 推 算 DNA 分子呈螺旋状， 而且认识到是双 链同轴排列
DNA分子双螺旋结构模型
1953沃森和克里克在碱基互补 配对原则的基础上，构建了 DNA分子双螺旋结构模型
生物医学工程学院 数学物理系
欢迎各位同学
医用物理学
绪论
一、物理学的定义、诞生和发展 二、物理学与医学的关系 三、几个具体实例 四、课程安排
二、物理学与医学的关系
把物理学应用于医学的科学家们
物理学帮助人们认识生命现象 物理学为医学提供现代化的研究手段 物理学和医学是相互促进的
伽利略
将物理学应用到医学上 的真正创立者
美国科学院院士：庄小威
1972从物理到生物
创造性地将荧光光谱和 显微分析技术应用于单 个分子，使得实时揭示 复杂生物过程中的分子 个体及其运动步骤成为 可能 曾拍摄到单一感冒病毒 如何影响一个细胞，这 是首次有科学家记录到 这过程
3.通过X射线衍射法研究生物大分子结构
劳 厄 （ Laue ， 1879-1960 ） 1912年通过X射线在晶体 中衍射的实验，同时证实 了X射线的波动性质和晶 体内部的周期结构
原子力显微镜：化学键首次肉眼可见
含
有
碳Βιβλιοθήκη Baidu
C26H14
原
子
的
环
状
分
子
C26H14 C26H14
原子力显微镜：分子间氢键首次肉眼可见
铜晶体表面8-羟基喹啉分子的qPlus原子力 显微镜图像（颜色渲染） 中国国家纳米科学中心：自制核心部件qPlus 型力传感器
微型荧光显微镜nVista HD
《TheScientist》杂志评选出了 2013 年度生 命科学领域 10 大最具创新性及竞争力的产品 与技术
英国物理学家、天文 学家。
用自己制造的显微镜 观察植物组织，于 1665年发现了植物 细胞（实际看到的是 细胞壁），并命名为 "cell"，至今仍被沿 用。
电子显微镜-百合花粉微粒
电子显微镜-人类红细胞
电子显微镜-蝌蚪"微笑"
高分辨率全自动化电子显微镜：小鼠大脑 中一块比沙粒还小的圆柱体形组织
1913年布拉格父子（W. H. Bragg，1862-1942 and W. L. Bragg，1890-1971）通 过X射线的衍射强度分布 测定晶体的晶格结构
W. H. Bragg W. L. Bragg
DNA分子的结构
威 尔 金 斯 （ M. Wilkins ，1916 ）和 弗 兰 克 林 （ R. Franklin，1920-1958 ） 通过X射线衍射法研 究DNA分子的结构
A. M. Cormack
1924-1998
X 射线电子计算机断层成像
1972 年 英 国 工 程 师亨斯菲尔德研制 成 第 一 台 头 部 XCT ， 在 临 床 上 使 用并获得清晰的诊 断影像
G.N.Hounsfield 1919~2004
Marconi生产的MX8000多层螺旋CT扫描系统
他推导出单摆周期和 摆长的关系，并用于 测量人的心率
他发明了测温计，使 “发烧”的模糊认识 有了定量描述
还设计了显微镜
Galileo 1564-1642
伽利略的显微镜
两个可以伸缩的套筒， 在套筒外壁上刻上了 很多螺纹，通过旋转 套筒即可使套筒上下 伸缩，完成调焦。
胡克(Robert Hooke，1635～1703)
Davies和Lineweaver预测，如果夺取癌细胞 的糖类物质，并使其处于氧饱和状态，它们的 代谢将逐渐减慢，最终死亡。
癌症是一种激进的机体“安全模式”？
Davies和Charles Lineweaver既是理论 物理学家，又是经验丰富的天体生物学家 （专门从事寻找地球外生命物质的研究）。
二者最近才转向癌症研究，部分原因是由 于亚利桑那州立大学建立的物理科学与癌 症生物学中心，该中心由美国国家癌症研 究所成立，专门鼓励物理学家凭借自己的 见解和交叉学科的优势解决癌症问题。