Aplicaciones de la electricidad
Con el rápido desarrollo de la física y la informática modernas, la comprensión de los fenómenos de la vida por parte de las personas se ha profundizado gradualmente. Varias ramas de la medicina basan cada vez más sus teorías en la física precisa. Las técnicas y métodos aprendidos son cada vez más. más ampliamente utilizado en la investigación médica y la práctica médica. Desde hace tiempo se conoce la gran contribución de la microscopía óptica y la fluoroscopia de rayos X a la medicina. Los endoscopios fabricados con diversas fibras ópticas han eliminado varios endoscopios de catéter rígido, la tomografía computarizada y de rayos X (X-CT), los escáneres de ultrasonido (b-ultrasonido), la tomografía por resonancia magnética (MRI), la tomografía por emisión de positrones (PET) no solo reduce en gran medida el dolor y el trauma de los pacientes y mejora la precisión del diagnóstico, pero también promueve directamente el establecimiento y desarrollo de diagnósticos por imágenes médicas modernas. Cada nuevo descubrimiento en física o cada nueva etapa del desarrollo tecnológico proporciona instrumentos y métodos más avanzados, más convenientes y más precisos para la investigación y la práctica médica. Se puede decir que la investigación y las unidades médicas modernas son inseparables de los métodos y equipos físicos. Con el desarrollo de la medicina, la relación entre la física y la medicina será cada vez más estrecha. La física no sólo proporciona medios experimentales modernos para la investigación y prevención de la etiología y patología médicas, sino que también proporciona instrumentos y equipos avanzados para el diagnóstico y tratamiento clínicos. Se puede decir que sin el apoyo de la física hoy no existiría la medicina moderna.
1. El impacto de la óptica en la medicina
El láser se ha utilizado ampliamente en medicina. Utiliza el efecto térmico, el efecto fotoquímico, la ruptura óptica y las ondas de choque generadas durante la propagación del láser. en tejido vivo. Se han utilizado láseres ultravioleta para microdiseccionar cromosomas humanos, lo que ayuda a explorar las bases moleculares de las enfermedades. En términos de diagnóstico, con la amplia aplicación de diversas tecnologías de espectroscopia láser en el campo médico, se está desarrollando la aplicación de la autofluorescencia de tejidos biológicos, la espectroscopia de fluorescencia de fármacos y la espectroscopia Raman en el diagnóstico de cáncer y el diagnóstico temprano de cataratas. La tecnología de tomografía óptica láser (OT) está surgiendo como una nueva tecnología de diagnóstico médico que reemplaza a la X-CT. En términos de tratamiento, la cirugía láser se ha convertido en una tecnología práctica de uso común. Las personas pueden elegir láseres de diferentes longitudes de onda para lograr una alta eficiencia y un daño mínimo. Los láseres se han utilizado para la eliminación de placa cardiovascular, ablación corneal y cirugía plástica, litotricia, fotoporación oftálmica, fibromas uterinos, nevoma cutáneo, cosméticos con láser y terapia fotodinámica (PDT). Endoscopios utilizados para el diagnóstico, como gastroscopia, proctoscopia, broncoscopia, etc. , se fabrican basándose en el principio de múltiples reflejos totales de la luz en la superficie de la fibra. Las lámparas y espejos médicos sin sombras también se fabrican utilizando principios ópticos. Los microscopios de barrido óptico de campo cercano pueden estudiar directamente especímenes biológicos y otras muestras en condiciones naturales como aire y líquido, con una resolución superior a 20 nm. Se ha utilizado para estudiar moléculas individuales y se espera que tenga importantes aplicaciones en medicina. La luz polarizada elípticamente se puede utilizar para identificar virus infecciosos y analizar las membranas de la superficie celular. La microscopía holográfica también se utiliza ampliamente en medicina.
El impacto de la radiactividad en la medicina
La amplia aplicación de la radiación en el campo médico se basa en el hecho de que los tejidos humanos producirán algunos efectos fisiológicos después de ser irradiados. La radiación se puede obtener a través de reactores, aceleradores o radionucleidos. En el estudio de la etiología y la patología, utilizando la tecnología de trazadores radiactivos, la medicina moderna puede estudiar dinámicamente el metabolismo de diversas sustancias en el cuerpo desde el nivel molecular, y constantemente se superan problemas difíciles en la investigación médica. Por ejemplo, se ha dilucidado el proceso de biosíntesis del colesterol, que está estrechamente relacionado con las enfermedades cardiovasculares. Los trazadores radiactivos se han convertido en la actualidad en un arma poderosa e indispensable en la medicina moderna. La radiactividad se ha utilizado ampliamente en el diagnóstico clínico, como en las máquinas de rayos X y la tomografía computarizada médica. En 1895, Roentgen descubrió los rayos X mientras estudiaba las descargas de gases nobles. Los rayos X se utilizaron en la investigación médica clínica sólo tres meses después de su descubrimiento. La fluoroscopia de rayos X se basa en las diferentes capacidades de atenuación de los distintos tejidos u órganos. Los rayos X con intensidad uniforme tienen diferentes intensidades después de pasar por diferentes partes del cuerpo. Después de que los rayos X que atraviesan el cuerpo humano se proyectan en la película fotográfica, se pueden observar imágenes con diferentes colores claros y oscuros en todas partes después de la toma de imágenes. La fluoroscopia de rayos X puede observar claramente la extensión de las fracturas, las lesiones de tuberculosis, la ubicación y el tamaño de los tumores en el cuerpo, la forma de los órganos y la ubicación de los cuerpos extraños en el cuerpo. La fluoroscopia de rayos X se ha convertido en uno de los equipos básicos de los hospitales.
En 1972, G.H. Hounsfield, un ingeniero electrónico de la compañía británica EMI, inventó el X-CT basado en el método matemático de reconstrucción de datos de imágenes publicado por el físico estadounidense A.M Comack en 1963. Tecnología de imágenes médicas. X-CT ahora se ha utilizado ampliamente en todo el mundo y se ha convertido en un importante logro científico y tecnológico reconocido mundialmente. Cormack y Hansfield también ganaron el Premio Nobel de Fisiología Médica en 1979. X-CT utiliza rayos X para penetrar en un determinado plano del cuerpo humano y escanear línea por línea. El detector mide y registra el valor de intensidad del rayo después de que penetra en el cuerpo humano, convierte estos valores de intensidad en señales digitales y los envía a la computadora para su procesamiento, clasificación y reconstrucción. Se puede mostrar en el monitor un mapa de "porciones" de la capa. Usando equipos X-CT, los médicos pueden ver "rebanadas" de las formas y posiciones de varios órganos y huesos en el monitor. La posición, forma y naturaleza de las lesiones se pueden ver claramente en la imagen, lo que mejora en gran medida la precisión del diagnóstico. .
La ventaja de la X-CT es que puede mostrar claramente varias secciones de órganos humanos y evitar la superposición de imágenes. X-CT tiene una resolución de alta densidad y cierta resolución espacial, y su tasa de diagnóstico de tumores cerebrales puede alcanzar el 95%. Tiene un efecto especial sobre si el hígado, el páncreas, los riñones y otros órganos de tejido blando del abdomen y el pecho están enfermos. También muestra claramente el tamaño y la extensión de los tumores enfermos existentes. Hasta cierto punto, la X-CT también puede distinguir la naturaleza de los tumores. En la actualidad, la X-CT médica se ha convertido en uno de los medios más eficaces de diagnóstico médico clínico. La tomografía por emisión de positrones (PET) es una tecnología avanzada de medicina nuclear con trazador de radionúclidos fisiológicos y de alta resolución. Actualmente, es la única tecnología de visualización de biología molecular viva que puede realizar el diagnóstico temprano de enfermedades desde el nivel genético del origen de la vida. La PET no sólo puede producir radionucleidos, sino que también puede utilizarse en investigaciones de oncología, neurología y cardiología, proporcionando una base fiable para el diagnóstico precoz de lesiones y la observación de efectos terapéuticos.
La radiactividad se utiliza principalmente en clínica para tratar el cáncer. Los bisturíes de partículas diseñados para enfermedades y áreas que son difíciles de realizar con cirugía convencional (como los tumores cerebrales) se han vuelto populares. Entre ellos, los bisturís de rayos X y los bisturís de rayos γ se utilizan comúnmente. Los neutrones rápidos, los piones negativos y los iones pesados también se utilizan para tratar el cáncer. Funcionan bien contra algunos tumores resistentes a los rayos gamma, pero son costosos y se han utilizado en varios laboratorios de todo el mundo. En segundo lugar, el bisturí de partículas tiene un buen efecto en una variedad de enfermedades funcionales como la enfermedad cerebrovascular, la neuropatía del trigémino, la parálisis, el dolor y la epilepsia. Además, los suministros e instrumentos médicos pueden esterilizarse mediante radiación, lo que tiene las ventajas de una esterilización completa y un funcionamiento sencillo.
3. El impacto del electromagnetismo en la medicina
La tomografía por resonancia magnética es una tecnología de imagen multiparamétrica y multinúcleo. En la actualidad, la imagen principal es el tiempo de relajación de la densidad t y t de los núcleos de hidrógeno (H). El principio básico es utilizar ondas electromagnéticas de una determinada frecuencia para iluminar el cuerpo humano en un campo magnético.
Bajo la acción de las ondas electromagnéticas, los núcleos de hidrógeno de varios tejidos del cuerpo humano producirán vibraciones magnéticas nucleares, absorberán la energía de las ondas electromagnéticas y luego emitirán ondas electromagnéticas. Después de que el sistema de resonancia magnética detecta las señales electromagnéticas emitidas por estos núcleos de hidrógeno desde el cuerpo humano, se somete a un procesamiento por computadora y reconstrucción de imágenes para obtener una imagen tomográfica del cuerpo humano. Dado que los núcleos de hidrógeno absorben y emiten ondas electromagnéticas y se ven afectados por el entorno químico circundante, la imagen tomográfica del cuerpo humano obtenida a partir de la señal de vibración magnética no sólo puede reflejar información morfológica, sino también obtener información patológica de la imagen. Después de comparar y juzgar, podrá saber si el tejido humano en el área de imágenes es normal. Por lo tanto, la resonancia magnética se considera una técnica de imágenes médicas para estudiar tejido vivo y diagnosticar lesiones tempranas.
En comparación con la X-CT y la ecografía B, la resonancia magnética solo puede mostrar la imagen de distribución de densidad de la sección transversal, mientras que la resonancia magnética puede mostrar la distribución de concentración de un determinado isótopo nuclear o un determinado parámetro (como el tiempo de relajación). ). Distribución de pequeñas secciones. Por lo tanto, la resonancia magnética puede obtener más información interna del cuerpo humano que la X-CT y la ecografía B, especialmente para el diagnóstico de lesiones cerebrales y lesiones tumorales tempranas.
Debido a la existencia de campos electromagnéticos en el cuerpo humano, puede proporcionar una base de detección importante para el diagnóstico de enfermedades médicas. Por lo tanto, la electroencefalografía y la electrocardiografía se utilizan desde hace mucho tiempo para el diagnóstico de enfermedades cerebrales y cardíacas. La magnetoencefalografía y la magnetocardiografía correspondientes son más precisas y eficaces en el diagnóstico médico, pero por razones técnicas y de precio no se utilizan en el diagnóstico clínico. Ser ampliamente utilizado. La magnetocardiografía se reconoció más tarde y es más eficaz que los rayos X en el diagnóstico de enfermedades pulmonares (como la neumoconiosis). Actualmente, algunos científicos avanzados lo utilizan como un medio importante para el diagnóstico de enfermedades pulmonares.
Debido a que el agente de contraste para rayos X original (harina de bario) no era ideal, se desarrollaron agentes de contraste para rayos X magnéticos que se han utilizado en el diagnóstico clínico. Se trata de un líquido que fluye magnético con una buena tasa de absorción de rayos X. Al cambiar el campo magnético externo, puede llegar a casi cualquier parte del cuerpo en estudio sin congelarse dentro del cuerpo.
Los microscopios electrónicos se utilizan ampliamente en medicina y pueden utilizarse para observar estructuras finas que no pueden distinguirse con los microscopios ópticos comunes. Como virus en biología, estructura molecular de proteínas, etc. Los microscopios electrónicos se basan en el principio de que los haces de electrones pueden iluminar objetos para formar imágenes. Utilizan haces de electrones para enfocar a través de lentes magnéticas (basado en el principio de enfoque magnético) y luego usan un voltaje de aceleración para generar ondas de electrones con longitudes de onda más cortas. El aumento es el de los microscopios ópticos ordinarios decenas o incluso cientos de miles de veces.
Por otro lado, el uso de principios electromagnéticos en medicina puede mejorar la microcirculación dentro del cuerpo humano y lograr el efecto de tratar enfermedades y cuidar la salud, como máquinas de circulación sanguínea, diversos dispositivos de terapia magnética, etc. .; según la interacción entre el cuerpo humano y las ondas electromagnéticas, en medicina, el efecto térmico de la energía electromagnética se utiliza para tratar tumores a altas temperaturas y la hipertermia general. Los aceleradores de partículas se utilizan en medicina para producir radiación para diagnóstico o tratamiento, y también se pueden utilizar para producir sustancias radiactivas que se inyectan en el cuerpo para obtener imágenes. Se fabrican utilizando las leyes del movimiento de partículas cargadas en campos magnéticos.
4. El impacto de la acústica en la medicina
El ultrasonido se utiliza en medicina para el diagnóstico y el tratamiento, formando así la medicina ultrasónica. La ecografía se utiliza ampliamente en el diagnóstico clínico. Utiliza principalmente la buena directividad de las ondas ultrasónicas y leyes físicas como la reflexión óptica, la dispersión, la atenuación y los efectos Doppler para utilizar un generador ultrasónico para emitir ondas ultrasónicas al cuerpo y difundirlas en los tejidos. La impedancia acústica del tejido enfermo difiere de la del tejido normal. El receptor capta las ondas reflejadas y dispersas y, después del procesamiento y la obtención de imágenes, se pueden diagnosticar las lesiones, como la ecografía A, la ecografía B y la flujometría Doppler.
La principal diferencia entre la ecografía B y la fluoroscopia de rayos X es que la fluoroscopia de rayos X proporciona una imagen de sombra proyectada longitudinalmente en el cuerpo, mientras que la ecografía B proporciona una imagen estructural de una sección longitudinal. sin superposición. Puede juzgar con precisión el estado de este tramo de carretera.
Para mejorar el nivel de detección de algunas lesiones pequeñas (como el cáncer de hígado pequeño), los problemas no lineales en la acústica han atraído la atención de la gente. En los últimos años, las imágenes paramétricas no lineales se han convertido en un punto de investigación en el diagnóstico ultrasónico, y las imágenes de segundo armónico son uno de los métodos desarrollados más recientemente. La aplicación del segundo armónico se basa en el agente de contraste acústico. Durante el diagnóstico ultrasónico, el agente de contraste ultrasónico se inyecta en la parte del cuerpo humano que se va a examinar con anticipación, lo que puede aumentar la información del flujo sanguíneo y facilitar la visualización de las lesiones.
Las imágenes del segundo armónico han recibido amplia atención en el diagnóstico de la enfermedad de las arterias coronarias.
La aplicación de los ultrasonidos en el tratamiento se basa en el efecto mecánico, efecto térmico y algunos efectos físicos y químicos de los ultrasonidos en el cuerpo humano. Existen litotricia ultrasónica, hipertermia ultrasónica para el tratamiento del cáncer, bisturí ultrasónico y terapia de penetración de fármacos ultrasónica. El ultrasonido se puede utilizar para tratar una variedad de enfermedades como la esclerodermia, enfermedades vasculares, dolor lumbar y de piernas y enfermedades mentales. Existen muchos tipos de máquinas de terapia ultrasónica que se utilizan clínicamente. Además, las ondas ultrasónicas también se utilizan en la limpieza dental ultrasónica y la pérdida de peso ultrasónica en el ámbito de la belleza.
La microscopía acústica es una tecnología de imagen visual que utiliza ondas sonoras para obtener estructuras materiales microscópicas. Se utiliza en medicina para observar cuerpos vivos. Es un instrumento de alta tecnología que integra acústica, piezoelectricidad, óptica, electrónica y computadoras.
En la actualidad, la profundidad y amplitud de la física en aplicaciones médicas se están ampliando aún más, lo que a menudo requiere el uso integral de una variedad de conocimientos. Por ejemplo, la terapia electroacústica, que puede aliviar rápidamente los síntomas del dolor, utiliza ultrasonido y corriente alterna. Los cristales líquidos se han utilizado, entre otras cosas, en tecnologías de imagen como la termografía médica (diagnóstico de cáncer de mama, enfermedades de la sangre, etc.). Tecnologías como la superconductividad también se utilizan en medicina.
En resumen, la física ha promovido en gran medida el desarrollo de la medicina, y la medicina moderna depende cada vez más de la física. Creemos que la física se utilizará más en medicina y hará mayores contribuciones al desarrollo de la medicina.