醫(yī)用物理學課件：01緒論

生物醫(yī)學工程學院

數(shù)學物理系

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歡迎各位同學醫(yī)用物理學緒論一、物理學的定義、誕生和發(fā)展二、物理學與醫(yī)學的關(guān)系三、幾個具體實例四、課程安排醫(yī)用物理學緒論二、物理學與醫(yī)學的關(guān)系把物理學應用于醫(yī)學的科學家們物理學幫助人們認識生命現(xiàn)象物理學為醫(yī)學提供現(xiàn)代化的研究手段物理學和醫(yī)學是相互促進的二、物理學與醫(yī)學的關(guān)系把物理學應用于醫(yī)學的科學家們伽利略將物理學應用到醫(yī)學上的真正創(chuàng)立者他推導出單擺周期和擺長的關(guān)系，并用于測量人的心率他發(fā)明了測溫計，使“發(fā)燒”的模糊認識有了定量描述還設計了顯微鏡

Galileo1564-1642伽利略將物理學應用到醫(yī)學上的真正創(chuàng)立者Galileo伽利略的顯微鏡兩個可以伸縮的套筒，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)

英國物理學家、天文學家。用自己制造的顯微鏡觀察植物組織，于1665年發(fā)現(xiàn)了植物細胞（實際看到的是細胞壁），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-人類紅細胞電子顯微鏡-人類紅細胞電子顯微鏡-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》雜志評選出了2013年度生命科學領域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年諾貝爾物理學獎R?entgen，1835-1923倫琴醫(yī)學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)學學會會刊》（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射線電子計算機斷層成像

(X-rayComputedTomography,簡稱X-CT)1963年美國物理學家科馬克發(fā)現(xiàn)人體不同的組織對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)學方法A.M.CormackX射線電子計算機斷層成像X射線電子計算機斷層成像1972年英國工程師亨斯菲爾德研制成第一臺頭部X-CT，在臨床上使用并獲得清晰的診斷影像G.N.Hounsfield1919~2004X射線電子計算機斷層成像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射線對一名55歲患乳腺癌的婦女進行了放射治療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的機體“安全模式”？將癌癥設想為細胞內(nèi)一種古老程序的執(zhí)行，這些程序事先加載在各種細胞基因組。這就像windows系統(tǒng)遭受到某種損害后默認成‘安全模式’傳統(tǒng)觀點認為，癌癥是由一系列偶然發(fā)生的突變導致的，并且是在有機體上重新產(chǎn)生出來的。新觀點則認為癌癥實際是機體應對某種壓力或物理挑戰(zhàn)的系統(tǒng)性、組織性的響應。癌癥是一種激進的機體“安全模式”？將癌癥設想為細胞內(nèi)一種古老癌癥是一種激進的機體“安全模式”？當生命的形式發(fā)生了重大變化，從單細胞生物進化成多細胞生物時，地球上的低氧水平使得癌細胞恢復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預測，如果奪取癌細胞的糖類物質(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。癌癥是一種激進的機體“安全模式”？當生命的形式發(fā)生了重大變化癌癥是一種激進的機體“安全模式”？Davies和CharlesLineweaver既是理論物理學家，又是經(jīng)驗豐富的天體生物學家（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建立的物理科學與癌癥生物學中心，該中心由美國國家癌癥研究所成立，專門鼓勵物理學家憑借自己的見解和交叉學科的優(yōu)勢解決癌癥問題。癌癥是一種激進的機體“安全模式”？Davies和Charle美國科學院院士：莊小威創(chuàng)造性地將熒光光譜和顯微分析技術(shù)應用于單個分子，使得實時揭示復雜生物過程中的分子個體及其運動步驟成為可能曾拍攝到單一感冒病毒如何影響一個細胞，這是首次有科學家記錄到這過程1972-從物理到生物美國科學院院士：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驗，同時證實了X射線的波動性質(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射線的衍射強度分布測定晶體的晶格結(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，而且認識到是雙鏈同軸排列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配對原則的基礎上，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

物理學和化學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奧地利物理學家

《生命是什么》１９４４年出版物理學和化學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配對原則的基礎上，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年正式運行，耗資11億美元將會有1250名工作人員，其中1/5屬于物理、化學、數(shù)學和工程師，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年正式運行，二十一世紀的沃森二十一世紀的沃森“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得獎者拍賣獎牌不出數(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和曾任職的劍橋大學克萊爾學院第一位在世諾貝爾獎得獎者拍賣獎牌不出數(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，中國科學院上海藥物研究所趙強研究員研究組在嘌呤能受體P2Y12R結(jié)構(gòu)生物學領域取得重大突破性進展。P2Y12R與拮抗劑以及激動劑的三維結(jié)構(gòu)將作為兩篇獨立文章于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世紀諾貝爾生理學及醫(yī)學獎中與物理學有關(guān)的部分項目：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)于眼睛屈光學方面的研究1924年愛因托芬(Einthoven，1860-1927)發(fā)現(xiàn)心電圖機理20世紀諾貝爾生理學及醫(yī)學獎中與物理學有關(guān)的部分項目：19220世紀諾貝爾生理學及醫(yī)學獎中與物理學有關(guān)的部分項目：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“行波學說”、發(fā)現(xiàn)耳蝸感音的物理機制1979年科馬克和亨斯菲爾德發(fā)明X射線計算機斷層掃描（X-CT）20世紀諾貝爾生理學及醫(yī)學獎中與物理學有關(guān)的部分項目：19420世紀獲得諾貝爾生理學及醫(yī)學獎的部分物理學家或具有物理學背景的科學家：貝克西（Bekesy）1923年在布達佩斯(Budapost)大學獲物理學博士學位，1961年獲獎克里克（Crick）在UniversityCollegeLondon學習物理學，1937年獲學士學位，博士研究由于戰(zhàn)爭在1939年中斷威爾金斯（Wilkins）在St.John’sCollege，Cambridge(圣約翰學院)學習物理學，1938年獲學士學位后去伯明翰（Birmingham）大學研究固體發(fā)光，1940年獲物理學博士學位,克里克和威爾金斯1962年獲獎20世紀獲得諾貝爾生理學及醫(yī)學獎的部分物理學家或具有物理學背20世紀獲得諾貝爾生理學及醫(yī)學獎的部分物理學家或具有物理學背景的科學家：德爾布呂克(Delbruck，1906-1981)1930年在哥丁根（Gottingen）大學獲理論物理博士學位，導師為玻恩（MaxBorn）。1969年因發(fā)現(xiàn)病毒的復制機制和基因結(jié)構(gòu)獲獎雅洛夫人（Yalow,1921）1945年在HunterCollege獲核物理博士學位，1977年因開發(fā)放射免疫分析法獲獎20世紀獲得諾貝爾生理學及醫(yī)學獎的部分物理學家或具有物理學背2003年諾貝爾生理學及醫(yī)學獎獲得者保羅·勞特伯爾(PaulC.Lauterbur)彼得·曼斯菲爾(PeterMansfield)1962年獲倫敦大學物理學博士學位2003年諾貝爾生理學及醫(yī)學獎獲得者保羅·勞特伯爾(Paul第一臺3TMRI系統(tǒng)第三代超高場MRI系統(tǒng)第一臺3TMRI系統(tǒng)第三代超高場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年諾貝爾化學獎。2006年11月25日，受聘為我校名譽教授2010年廣東引進首批海內(nèi)外科研團隊和領軍人物1937年12月31日－以色列生物學家。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級軟件工程專業(yè)學生。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級軟件Cell,8May2014《群體分析揭示北極熊更近的物種形成時間和快速的適應性進化》劉石平（右）與同學何偉明（左）合影“華工—華大”基因組科學創(chuàng)新班第一屆學生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氧化亞銅納米粒可作為臨床腫瘤治療的新型藥物本科生一作論文登頂級期刊YWang,FYang,H-2014科學及醫(yī)療領域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)新力和知識水平。他們之中的每一個人都令人驚嘆、富有魅力并忘我工作。這是一個令胸懷抱負的年輕人激動不已的時代。年輕從來沒有像現(xiàn)在這樣成為一種優(yōu)勢。13females/17males2014科學及醫(yī)療領域30位30歲以下俊杰福布斯的2014年體位對血壓的影響體位對血壓的影響體位對血壓的影響體位對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