复旦大学精品课程《医学物理与实验》课件,医学物理实验绪论课件复习精品资料

绪论（第一节） 医学物理实验的重要性
• 一、什么是医学物理实验？
• 二、物理在医学研究与发展中的作用
物理在医学中的应用
诊断――内窥镜、心电图、 X光、CT、核磁 共振、超声波
治疗――放射性、激光、微波、γ刀、PDT、 热疗
内窥镜成像
日本胶囊形内窥镜
Electrocardiography
12 Lead ECG of a 26-year-old male
2 B1 2 B1 2 B2
多次测量：
u ( x) u ( x) u ( x)
2 A 2 B2
测量结果的表示方法：
1、测量结果的一般表示法： x u ( x ) 如，长度为（1.05±0.02）cm。
u ( x) 100 % 2、测量结果的百分比表示法： x
如，长度为1.05cm，相对不确定度2% 。
三、关于测量不确定度的评定方法
不确定度的评价十分重要：过大----浪费；过小----失误。
1993年由国际计量局（BIPM）、国际标准化组织(ISO) 等四个国际权威组织制定了《测量不确定度表示指南》，并 由国际理论与应用物理学会（IUPAP）、国际理论与应用化 学学会（IUPAC）等七个国际组织批准实施。
3、测量结果的有效数字表示法(简略表示)
有效数字表示法
有效数字----从第一个不为0的数开始算起的所有数字。 如, 0.35 (2个); 3.54 (3个); 0.003540 (4个); 3.5400 (5个)。 不确定度本身一般只取一个有效数字，测量值的末位有 效数字应与不确定度的有效数字对齐。 即：测量值的末位有效数字是不确定的。 计算结果的舍入原则：4舍6入，遇5末偶 如，计算值为3.54835; 3.65325 若不确定度为0.0003, 则取x=3.5484; 3.6532 若不确定度为0.002, 则取x=3.548； 3.653 若不确定度为0.04, 则取x=3.55; 3.65 若不确定度为0.1, 则取x=3.5; 3.7
大于5入，小于5舍；刚 好是5时，若前一位为奇 数则入，为偶数则舍
有效数字的运算规则:
加减法: 与不确定度最大项的末位有效数字对齐。
如： 57.31＋0.0156－2.24342（=55.08218）=55.08
乘除法: 与最少个数的有效数字相同。
如： 57.31×0.0156÷2.24342（=0.398514767）=0.399
Varian Clinac 2100C Linear Accelerator.
wenku.baidu.com
放射治疗
肿瘤放射治疗是利用放射线如放射性同位素产生的α、β、γ射线和各 类x射线治疗机或加速器产生的x射线、电子线、质子束及其它粒子 束等治疗恶性肿瘤的一种方法。 大约70%的癌症病人在治疗癌症的过程中需要用放射治疗，约有 40%的癌症可以用放疗根治。
血液和淋巴液的循环，增强细胞的通透性，提高组织的新陈代谢和再生 能力，软化组织，刺激神经系统及细胞功能，使皮肤富有光泽和弹性。
• 温热作用：可以提高皮肤表面的温度，使血液循环加速，增加
皮肤细胞的养分，使神经兴奋性降低，起到镇痛的作用，使痉挛的 肌纤 维松弛，起到解痉的作用。
• 化学作用：超声波可以加强催化能力，加速皮肤细胞的新陈代
二、误差分析与不确定度评定
• 测量——测量者采取某种测量方法用某种测量仪器将 待测量与标准量进行比较。（质量、长度、体积）
用毫米刻度尺测量某物体的长度
数字表测量某一电路中的电流
1、若数字表有稳定的输出：3.888A
左端读数为：10.00cm 右端读数为：15.25cm
2、 若数字表输出不稳定呢？
二、误差分析与不确定度评定
实验内容
• • • • • • • • • 实验1 实验2 实验3 实验4 实验5 实验6 实验7 实验8 实验9 弯曲法测人造骨杨氏模量………………………… 13 毛细管法测液体黏度……………………………… 20 眼睛的光学原理及物理矫正……………………… 24 压力传感器特性研究及血压、心率测量………… 31 人耳听觉听阈曲线测量…………………………… 36 心电图机技术指标的测量及使用………………… 41 A型超声探测及B型超声成像…………..………… 46 X射线特性研究及透视………………….………… 54 核磁共振基础及成像……………………………… 59
放疗机制 直接损伤 :主要由射线直接作用于有机分子而产生自由基引起DNA分子出现断裂、 交叉。 间接损伤: 主要由射线对人体组织内水发生电离，产生自由基，这些自由基再和生 物大分子发生作用，导致不可逆损伤。
Photodynamic therapy
• Shown is close up of surgeons' hands in an operating room with a "beam of light" traveling along fiber optics for photodynamic therapy. Its source is a laser beam which is split at two different stages to create the proper "therapeutic wavelength". A patient would be given a photo sensitive drug (photofrin) containing cancer killing substances which are absorbed by cancer cells. During the surgery, the light beam is positioned at the tumor site, which then activates the drug that kills the cancer cells, thus photodynamic therapy (PDT).
热疗
• • 古埃及:加温治疗过乳腺肿瘤 希波克拉底:“药物不能治愈的可用 手术治，手术不能治愈的可用热疗治 ，热疗不能治的就确实无法治了”。 奥地利医生Jauregg发明了治疗中枢神 经系统梅毒感染的标准疗法
•
德国医学家:热疗加化疗 治癌更见效
在土耳其穆拉省达尔扬的苏丹尼耶热疗 馆，一名游客正在洗泥浴 肿瘤热疗设备
误差——测量值与真值的差 • 误差的成因：
1.测量方法（伏安法测电阻、热电偶测温度） 2.测量者（经验、估读、疏忽） 3.测量仪器及标准量（定标、环境、时效）
• 误差分析的重点在测量方法（体温计、单摆测g）。
• 测量者的估读、仪器和标准量的不确定程度是可 以用一定的方法评定的，称为“不确定度评定 ”。
Image A: A normal chest radiograph. Image B: Q fever pneumonia.
X-ray computed tomography(CT)
A Multislice CT Scanner
亨斯费尔德和科马克共同获取1979 年诺贝尔生理学或医学奖
Example of a CTPA, demonstrating a saddle embolus (dark horizontal line) occluding the pulmonary arteries (bright white triangle)
“电子棒棒糖”让盲人通过舌头“看”东西
“电子棒棒糖”帮助盲人用舌头“视物”示意图
第二章：实验数据的处理
一、为什么要处理数据？ 二、误差分析与不确定度评定
三、不确定度的评定方法
四、作图与拟合
一、为什么要处理数据？
1、大多物理规律是用物理量之间的定量关 系来表述的。 2、实验得到的数据只有经过正确的处理才 能得到公认的、合理的结论。
CT检查范围
• 一、头部：脑出血，脑梗塞，动脉瘤，血管畸形，各种肿瘤，外伤，出 血，骨折，先天畸形等； 二、 胸部：肺、胸膜及纵隔各种肿瘤，肺结核，肺炎，支气管扩张，肺 脓肿，囊肿，肺不张，气胸，骨折等； 三、 腹、盆腔：各种实质器官的肿瘤、外伤、出血，肝硬化，胆结石， 泌尿系结石、积水，膀胱、前列腺病变，某些炎症、畸形等； 四、 脊柱、四肢：骨折，外伤，骨质增生，椎间盘病变，椎管狭窄，肿 瘤，结核等； 五、 骨骼、血管三维重建成像；各部位的MPR、MIP成像等； 六、 CTA（CT血管成像）：大动脉炎，动脉硬化闭塞症，主动脉瘤及夹 层等； 七、 甲状腺疾病：甲状腺腺瘤、甲状腺腺癌等； 其他：眼科及眼眶肿瘤，外伤；副鼻窦炎、鼻息肉、肿瘤、囊肿、外伤 等。
（多次测量时，uB1由uA代替） • 仪器不确定度（与仪器种类、级别及使用条件有 关） ，可取：
uB 2 a c
不确定度的合成：
单次测量：
u ( x) u ( x) u ( x)
2 B1 2 B2
在长度测量中，长度值是两个位置读数x1和x2之差， 其不确定度合成公式为：
u ( x) u ( x1 ) u ( x 2 ) u ( x)
医生在为患者做核磁共振检查
用核磁共振技术拍摄的脑截面图像
超声波
Sonogram of a fetus at 14 weeks (Profile)
A fetus, aged 29 weeks, in a "3D ultrasound"
超声波美容
• 机械作用:作用于面部可以使皮肤细胞随之振动，从而，改善局部
Image showing a patient connected to the 10 electrodes necessary for a 12-lead ECG
Schematic representation of normal ECG
X-ray
Star shaped bladder urolith on an X-ray of the pelvis.
医学物理实验
绪论 数据处理
岑剡 cenyan@fudan.edu.cn
医学物理实验课总体安排
• • • • • • • • • • • • （上课地点：物理楼321室，若有变动另行通知） 第1周 绪论 第2周 实验原理讲授（第一组讲实验1~3，第二组讲实验4~6） 第3~5周 做实验 （第一组做实验1~3，第二组做实验4~6） 第6周 实验原理讲授（第一组讲实验4~6，第二组讲实验1~3） 第7~9周 做实验 （第一组做实验4~6，第二组做实验1~3） 第10周 五一长假 第11周 实验总结与讨论 第12周 实验原理讲授（实验7，实验8，实验9） 第13~15周 做实验 （分三组循环） 第16周 答疑，复习 第17周 实验总结及汇报
谢，使组织pH值向碱性方向变化，减轻皮肤炎症伴有的酸中毒及疼痛。 超声波可以提高细 胞膜的通透性，使营养素和药物解聚，利于皮肤吸收 营养，利于药物透入菌体，提高杀菌能力。
Radiation therapy
Radiation therapy of the pelvis. Lasers and a mould under the legs are used to determine exact position.
核磁共振
核磁共振全名是核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging，NMRI）又称自旋成像（spin imaging），也称磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI），是磁矩不为零的原 子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂， 共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。 拉比 1944年获得了诺贝尔物理学奖 伯塞尔&布洛赫 1952年度诺贝尔物理学奖 广泛地用于确定分子结构，用于对生 物在组织与活体组织的分析、病理分 析、医疗诊断、产品无损检测等诸多 方面。
• 不确定度----被测量分散性的表征。 • 分为两类：
A类---由多次测量统计分析评定的不确定度 B类---其他方法评定的不确定度
A类不确定度的评定方法:
对待测量x 进行n 次全同测量：
测量次数 n 越多，uA 越小。
一般可在科学型计算器上直接得出计算结果。
B类不确定度的评定方法:
• 测量不确定度（与测量方法和测量经验有关）， 可取：