醫(yī)用物理學(xué)課件：01緒論

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院

數(shù)學(xué)物理系

歡迎各位同學(xué)

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院

數(shù)學(xué)物理系

歡迎各位同學(xué)醫(yī)用物理學(xué)緒論一、物理學(xué)的定義、誕生和發(fā)展二、物理學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系三、幾個(gè)具體實(shí)例四、課程安排醫(yī)用物理學(xué)緒論二、物理學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系把物理學(xué)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)的科學(xué)家們物理學(xué)幫助人們認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象物理學(xué)為醫(yī)學(xué)提供現(xiàn)代化的研究手段物理學(xué)和醫(yī)學(xué)是相互促進(jìn)的二、物理學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系把物理學(xué)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)的科學(xué)家們伽利略將物理學(xué)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)上的真正創(chuàng)立者他推導(dǎo)出單擺周期和擺長的關(guān)系，并用于測(cè)量人的心率他發(fā)明了測(cè)溫計(jì)，使“發(fā)燒”的模糊認(rèn)識(shí)有了定量描述還設(shè)計(jì)了顯微鏡

Galileo1564-1642伽利略將物理學(xué)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)上的真正創(chuàng)立者Galileo伽利略的顯微鏡兩個(gè)可以伸縮的套筒，在套筒外壁上刻上了很多螺紋，通過旋轉(zhuǎn)套筒即可使套筒上下伸縮，完成調(diào)焦。伽利略的顯微鏡兩個(gè)可以伸縮的套筒，在套筒外壁上刻上了很多螺紋胡克(RobertHooke，1635～1703)

英國物理學(xué)家、天文學(xué)家。用自己制造的顯微鏡觀察植物組織，于1665年發(fā)現(xiàn)了植物細(xì)胞（實(shí)際看到的是細(xì)胞壁），并命名為"cell"，至今仍被沿用。胡克(RobertHooke，1635～1703)英國電子顯微鏡-百合花粉微粒電子顯微鏡-百合花粉微粒電子顯微鏡-人類紅細(xì)胞電子顯微鏡-人類紅細(xì)胞電子顯微鏡-蝌蚪"微笑"電子顯微鏡-蝌蚪"微笑"高分辨率全自動(dòng)化電子顯微鏡：小鼠大腦中一塊比沙粒還小的圓柱體形組織高分辨率全自動(dòng)化電子顯微鏡：小鼠大腦中一塊比沙粒還小的圓柱體含有碳原子的環(huán)狀分子C26H14C26H14C26H14原子力顯微鏡：化學(xué)鍵首次肉眼可見含有碳原子的環(huán)狀分子C26H14C26H14C26H14原銅晶體表面8-羥基喹啉分子的qPlus原子力顯微鏡圖像（顏色渲染）

中國國家納米科學(xué)中心：自制核心部件qPlus型力傳感器原子力顯微鏡：分子間氫鍵首次肉眼可見銅晶體表面8-羥基喹啉分子的qPlus原子力顯微鏡圖像（顏色微型熒光顯微鏡nVistaHD《TheScientist》雜志評(píng)選出了2013年度生命科學(xué)領(lǐng)域10大最具創(chuàng)新性及競爭力的產(chǎn)品與技術(shù)微型熒光顯微鏡nVistaHD《TheScientist》倫琴醫(yī)學(xué)影像及腫瘤放射治療是由1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線開始的1901年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)R?entgen，1835-1923倫琴醫(yī)學(xué)影像及腫瘤放射治療是由1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線開始的R?entgen：關(guān)于一種新的射線（OnaNewKindofRays）1895年發(fā)表在《沃爾茲堡物理-醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊》（SitzungsberichtederWürsburgerPhysik-medic.Cesellschaft

）倫琴夫人手的X射線照片，攝于1895年12月22日

X射線成像R?entgen：關(guān)于一種新的射線（OnaNewKinX射線成像X射線成像X射線成像X射線成像A.M.Cormack1924-1998X射線電子計(jì)算機(jī)斷層成像

(X-rayComputedTomography,簡稱X-CT)1963年美國物理學(xué)家科馬克發(fā)現(xiàn)人體不同的組織對(duì)Ｘ線的透過率有所不同，提出了用投影數(shù)據(jù)重建圖像的數(shù)學(xué)方法A.M.CormackX射線電子計(jì)算機(jī)斷層成像X射線電子計(jì)算機(jī)斷層成像1972年英國工程師亨斯菲爾德研制成第一臺(tái)頭部X-CT，在臨床上使用并獲得清晰的診斷影像G.N.Hounsfield1919~2004X射線電子計(jì)算機(jī)斷層成像1972年英國工程師亨斯菲爾德研制Marconi生產(chǎn)的MX8000多層螺旋CT掃描系統(tǒng)Marconi生產(chǎn)的MX8000多層螺旋CT掃描系統(tǒng)CT掃描圖像CT掃描圖像X光日歷X光日歷X光藝術(shù)X光藝術(shù)2.X射線用于腫瘤的放射治療1896年1月發(fā)現(xiàn)X射線后僅幾周，芝加哥電氣技師EmilGrubbe（1875-1960）即利用X射線對(duì)一名55歲患乳腺癌的婦女進(jìn)行了放射治療2.X射線用于腫瘤的放射治療1896年1月發(fā)現(xiàn)X射線后僅幾癌癥是一種激進(jìn)的機(jī)體“安全模式”？將癌癥設(shè)想為細(xì)胞內(nèi)一種古老程序的執(zhí)行，這些程序事先加載在各種細(xì)胞基因組。這就像windows系統(tǒng)遭受到某種損害后默認(rèn)成‘安全模式’傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，癌癥是由一系列偶然發(fā)生的突變導(dǎo)致的，并且是在有機(jī)體上重新產(chǎn)生出來的。新觀點(diǎn)則認(rèn)為癌癥實(shí)際是機(jī)體應(yīng)對(duì)某種壓力或物理挑戰(zhàn)的系統(tǒng)性、組織性的響應(yīng)。癌癥是一種激進(jìn)的機(jī)體“安全模式”？將癌癥設(shè)想為細(xì)胞內(nèi)一種古老癌癥是一種激進(jìn)的機(jī)體“安全模式”？當(dāng)生命的形式發(fā)生了重大變化，從單細(xì)胞生物進(jìn)化成多細(xì)胞生物時(shí)，地球上的低氧水平使得癌細(xì)胞恢復(fù)到最古老的代謝形式，即無氧呼吸。無氧呼吸可消耗很少的氧氣產(chǎn)生很大的能量，但需要大量的能源物質(zhì)糖類。Davies和Lineweaver預(yù)測(cè)，如果奪取癌細(xì)胞的糖類物質(zhì)，并使其處于氧飽和狀態(tài)，它們的代謝將逐漸減慢，最終死亡。癌癥是一種激進(jìn)的機(jī)體“安全模式”？當(dāng)生命的形式發(fā)生了重大變化癌癥是一種激進(jìn)的機(jī)體“安全模式”？Davies和CharlesLineweaver既是理論物理學(xué)家，又是經(jīng)驗(yàn)豐富的天體生物學(xué)家（專門從事尋找地球外生命物質(zhì)的研究）。二者最近才轉(zhuǎn)向癌癥研究，部分原因是由于亞利桑那州立大學(xué)建立的物理科學(xué)與癌癥生物學(xué)中心，該中心由美國國家癌癥研究所成立，專門鼓勵(lì)物理學(xué)家憑借自己的見解和交叉學(xué)科的優(yōu)勢(shì)解決癌癥問題。癌癥是一種激進(jìn)的機(jī)體“安全模式”？Davies和Charle美國科學(xué)院院士：莊小威創(chuàng)造性地將熒光光譜和顯微分析技術(shù)應(yīng)用于單個(gè)分子，使得實(shí)時(shí)揭示復(fù)雜生物過程中的分子個(gè)體及其運(yùn)動(dòng)步驟成為可能曾拍攝到單一感冒病毒如何影響一個(gè)細(xì)胞，這是首次有科學(xué)家記錄到這過程1972-從物理到生物美國科學(xué)院院士：莊小威創(chuàng)造性地將熒光光譜和顯微分析技術(shù)應(yīng)用于3.通過X射線衍射法研究生物大分子結(jié)構(gòu)勞厄（Laue，1879-1960）1912年通過X射線在晶體中衍射的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)證實(shí)了X射線的波動(dòng)性質(zhì)和晶體內(nèi)部的周期結(jié)構(gòu)1913年布拉格父子（W.H.Bragg，1862-1942andW.L.Bragg，1890-1971）通過X射線的衍射強(qiáng)度分布測(cè)定晶體的晶格結(jié)構(gòu)W.H.BraggW.L.Bragg3.通過X射線衍射法研究生物大分子結(jié)構(gòu)勞厄（Laue，187醫(yī)用物理學(xué)課件：01緒論DNA分子的結(jié)構(gòu)威爾金斯（M.Wilkins，1916）和弗蘭克林（R.Franklin，1920-1958）通過X射線衍射法研究DNA分子的結(jié)構(gòu)M.WilkinsR.Franklin

威爾金斯拍攝的DNA分子的X射線衍射照片DNA分子的結(jié)構(gòu)威爾金斯（M.Wilkins，1916DNA分子的結(jié)構(gòu)弗蘭克林于1952年5月獲得的一張清晰的DNA分子的X光衍射照片由此推算DNA分子呈螺旋狀，而且認(rèn)識(shí)到是雙鏈同軸排列DNA分子的結(jié)構(gòu)弗蘭克林于1952年5月獲得的一張清晰的DNJ.Watson1928～DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1953沃森和克里克在堿基互補(bǔ)配對(duì)原則的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型F.Crick1916～2004J.WatsonDNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1953沃森和克里《生命是什么》１９４４年出版

物理學(xué)和化學(xué)原則上可以詮釋生命現(xiàn)象；基因是一種非周期性的晶體或固體；染色體是遺傳的密碼本；……

薛定諤1887～1961奧地利物理學(xué)家

《生命是什么》１９４４年出版物理學(xué)和化學(xué)原則上可以詮釋生命J.Watson(L)andF.Crick(R)

1953沃森和克里克在堿基互補(bǔ)配對(duì)原則的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1953年4月25日《nature》J.Watson(L)andF.Crick(R)克里克英國倫敦的弗朗西斯克里克研究院將在2015年正式運(yùn)行，耗資11億美元將會(huì)有1250名工作人員，其中1/5屬于物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)和工程師，使用各自的研究方法和技術(shù)，轉(zhuǎn)行從事生物醫(yī)學(xué)研究?？死锟擞鴤惗氐母ダ饰魉箍死锟搜芯吭簩⒃?015年正式運(yùn)行，二十一世紀(jì)的沃森二十一世紀(jì)的沃森“DNA之父”提出顛覆性糖尿病新理論JamesDWatson.

Type2diabetesasaredoxdisease.TheLancet,1March2014;doi:10.1016/S0140-6736(13)62365-X“DNA之父”提出顛覆性糖尿病新理論JamesDWats第一位在世諾貝爾獎(jiǎng)得獎(jiǎng)?wù)吲馁u獎(jiǎng)牌不出數(shù)分鐘即以475萬美元成交拍賣所得一部分將捐給母校芝加哥大學(xué)和曾任職的劍橋大學(xué)克萊爾學(xué)院第一位在世諾貝爾獎(jiǎng)得獎(jiǎng)?wù)吲馁u獎(jiǎng)牌不出數(shù)分鐘即以475萬美元成P2Y12R的三維結(jié)構(gòu)是新一代抗血栓病藥物研發(fā)的關(guān)鍵2014年4月30日，中國科學(xué)院上海藥物研究所趙強(qiáng)研究員研究組在嘌呤能受體P2Y12R結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域取得重大突破性進(jìn)展。P2Y12R與拮抗劑以及激動(dòng)劑的三維結(jié)構(gòu)將作為兩篇獨(dú)立文章于5月1日同期發(fā)表在Nature上。這是國內(nèi)研究組極為罕見地在頂級(jí)雜志上背靠背同期發(fā)表科研論文。P2Y12R的三維結(jié)構(gòu)是新一代抗血栓病藥物研發(fā)的關(guān)鍵201420世紀(jì)諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)中與物理學(xué)有關(guān)的部分項(xiàng)目：1922年希爾（Hill，1886-1977）在肌肉的能量代謝和物質(zhì)代謝方面的研究1911年古爾斯特蘭德（Gullstrand，1862-1930）關(guān)于眼睛屈光學(xué)方面的研究1924年愛因托芬(Einthoven，1860-1927)發(fā)現(xiàn)心電圖機(jī)理20世紀(jì)諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)中與物理學(xué)有關(guān)的部分項(xiàng)目：19220世紀(jì)諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)中與物理學(xué)有關(guān)的部分項(xiàng)目：1946年繆勒（Muller，1890-1967）發(fā)現(xiàn)X

射線引起基因突變1961年貝克西（Bekesy，1899-1972）確立“行波學(xué)說”、發(fā)現(xiàn)耳蝸感音的物理機(jī)制1979年科馬克和亨斯菲爾德發(fā)明X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（X-CT）20世紀(jì)諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)中與物理學(xué)有關(guān)的部分項(xiàng)目：19420世紀(jì)獲得諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的部分物理學(xué)家或具有物理學(xué)背景的科學(xué)家：貝克西（Bekesy）1923年在布達(dá)佩斯(Budapost)大學(xué)獲物理學(xué)博士學(xué)位，1961年獲獎(jiǎng)克里克（Crick）在UniversityCollegeLondon學(xué)習(xí)物理學(xué)，1937年獲學(xué)士學(xué)位，博士研究由于戰(zhàn)爭在1939年中斷威爾金斯（Wilkins）在St.John’sCollege，Cambridge(圣約翰學(xué)院)學(xué)習(xí)物理學(xué)，1938年獲學(xué)士學(xué)位后去伯明翰（Birmingham）大學(xué)研究固體發(fā)光，1940年獲物理學(xué)博士學(xué)位,克里克和威爾金斯1962年獲獎(jiǎng)20世紀(jì)獲得諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的部分物理學(xué)家或具有物理學(xué)背20世紀(jì)獲得諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的部分物理學(xué)家或具有物理學(xué)背景的科學(xué)家：德爾布呂克(Delbruck，1906-1981)1930年在哥丁根（Gottingen）大學(xué)獲理論物理博士學(xué)位，導(dǎo)師為玻恩（MaxBorn）。1969年因發(fā)現(xiàn)病毒的復(fù)制機(jī)制和基因結(jié)構(gòu)獲獎(jiǎng)雅洛夫人（Yalow,1921）1945年在HunterCollege獲核物理博士學(xué)位，1977年因開發(fā)放射免疫分析法獲獎(jiǎng)20世紀(jì)獲得諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的部分物理學(xué)家或具有物理學(xué)背2003年諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者保羅·勞特伯爾(PaulC.Lauterbur)彼得·曼斯菲爾(PeterMansfield)1962年獲倫敦大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位2003年諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者保羅·勞特伯爾(Paul第一臺(tái)3TMRI系統(tǒng)第三代超高場(chǎng)MRI系統(tǒng)第一臺(tái)3TMRI系統(tǒng)第三代超高場(chǎng)MRI系統(tǒng)3TMRI圖像3TMRI圖像功能性磁共振成像(fMRI)

KassamKS,MarkeyAR,CherkasskyVL,LoewensteinG,JustMA.

IdentifyingEmotionsontheBasisofNeuralActivation.PLoSONE,June19,2013;doi:10.1371/journal.pone.0066032功能性磁共振成像(fMRI)KassamKS,Mark阿夫拉姆·赫什科由于發(fā)現(xiàn)了泛素調(diào)解的蛋白質(zhì)降解，與阿龍·切哈諾沃、歐文·羅斯一起獲得了2004年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。2006年11月25日，受聘為我校名譽(yù)教授2010年廣東引進(jìn)首批海內(nèi)外科研團(tuán)隊(duì)和領(lǐng)軍人物1937年12月31日－以色列生物學(xué)家。阿夫拉姆·赫什科由于發(fā)現(xiàn)了泛素調(diào)解的蛋白質(zhì)降解，與阿龍·切醫(yī)用物理學(xué)課件：01緒論人體腸道菌群元基因組參考基因集的構(gòu)建工作

華工2006級(jí)軟件工程專業(yè)學(xué)生。上圖：李俊樺，左圖：謝寅龍2010年3月4日出版的《自然》封面人體腸道菌群元基因組參考基因集的構(gòu)建工作華工2006級(jí)軟件Cell,8May2014《群體分析揭示北極熊更近的物種形成時(shí)間和快速的適應(yīng)性進(jìn)化》劉石平（右）與同學(xué)何偉明（左）合影“華工—華大”基因組科學(xué)創(chuàng)新班第一屆學(xué)生Cell,8May2014《群體分析揭示北極熊更近的物本科生一作論文登頂級(jí)期刊YWang,FYang,H-XZhang,X-YZi,X-HPan,FChen,W-DLuo,J-XLi,H-YZhu,andY-PHu.Cuprousoxidenanoparticlesinhibitthegrowthandmetastasisofmelanomabytargetingmitochondria.CellDeathandDisease,29August2013;doi:10.1038/cddis.2013.314氧化亞銅納米?？勺鳛榕R床腫瘤治療的新型藥物本科生一作論文登頂級(jí)期刊YWang,FYang,H-2014科學(xué)及醫(yī)療領(lǐng)域30位30歲以下俊杰福布斯的2014年度榜單《30位30歲以下俊杰》上的年輕顛覆者、創(chuàng)新者以及創(chuàng)業(yè)家們正迫不及待地要改變世界。他們代表著同代人中的最佳創(chuàng)業(yè)精神、創(chuàng)新力和知識(shí)水平。他們之中的每一個(gè)人都令人驚嘆、富有魅力并忘我工作。這是一個(gè)令胸懷抱負(fù)的年輕人激動(dòng)不已的時(shí)代。年輕從來沒有像現(xiàn)在這樣成為一種優(yōu)勢(shì)。13females/17males2014科學(xué)及醫(yī)療領(lǐng)域30位30歲以下俊杰福布斯的2014年體位對(duì)血壓的影響體位對(duì)血壓的影響體位對(duì)血壓的影響體位對(duì)血壓的影響血管中血液的流速血管中血液的流速肺泡的物理現(xiàn)象肺泡