醫(yī)學(xué)設(shè)備中的高中物理模型

林劍峰 吳志斌

摘要：無論是物理學(xué)科的發(fā)展，亦或是計算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)，都進(jìn)一步推進(jìn)了人類對于生命現(xiàn)象的認(rèn)知，這在很大程度上豐富了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的學(xué)科分支?？梢园l(fā)現(xiàn)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，建立在精確的物理科學(xué)基礎(chǔ)。時尚涉及到物理學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)和方法，在醫(yī)學(xué)研究以及實踐中的應(yīng)用也越來越廣泛。本文主要探討基于核心素養(yǎng)視角下有關(guān)醫(yī)學(xué)設(shè)備中物理模型的構(gòu)建，通過巧妙教學(xué)設(shè)計，了解模型表象的同時，探究模型的本質(zhì)，準(zhǔn)確把握關(guān)于物理模型構(gòu)建的關(guān)鍵點，促進(jìn)物理學(xué)科和醫(yī)學(xué)的深度融合。

關(guān)鍵詞：中學(xué)物理;醫(yī)學(xué)設(shè)備;物理模型

物理模型主要是針對實際問題，采用科學(xué)的抽象以及概括，通過突出主要因素來形成對于事物本質(zhì)特性進(jìn)行反應(yīng)的理想物體的構(gòu)建過程，能夠針對一些復(fù)雜問題進(jìn)行解決，因此將物理模型應(yīng)用于醫(yī)學(xué)設(shè)備中往往能夠更加準(zhǔn)確的把握醫(yī)學(xué)設(shè)備的核心要素，發(fā)揮醫(yī)學(xué)設(shè)備的功能價值，更好的服務(wù)于實際工作。

一、基于物理知識的醫(yī)學(xué)設(shè)備

1.X射線透視

倫琴在德國維爾茨堡大學(xué)實驗室研究稀薄氣體放電時發(fā)現(xiàn)X射線。而在被發(fā)現(xiàn)三個月之后，就開始應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，可以說已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)研究不可或缺的工具，并且在臨床實踐上也有著十分廣泛的應(yīng)用。其具體原理是根據(jù)不同組織以及臟器對于X射線的衰減本領(lǐng)不同，強(qiáng)度均勻的X射線透過身體不同部位后的強(qiáng)度不同，透過人體的X射線投射到照相底片上，能夠針對各處明暗不同的成像進(jìn)行觀察。目前在臨床中的應(yīng)用包括對骨折程度的觀察，以及肺結(jié)核病灶體內(nèi)腫瘤位置和大小等診斷方面，可以說是現(xiàn)代醫(yī)療機(jī)構(gòu)不可或缺的基本設(shè)備。

2.B超

B超是超聲波B型顯示斷層成像的簡稱，之所以稱為B超顯示，是因為對過去顯示超聲檢查結(jié)果的方法又創(chuàng)立了一種方案而增加的新名稱，把已有的那種一維顯示一串脈沖波的方案稱為A型顯示，而新的這種二維縱向斷層顯示稱為B型顯示。其具體原理是使用超聲波從體外垂直于人體表面向體內(nèi)攝入，超聲波在人體內(nèi)組織傳播過程中，如果觸碰到分界面或者不均勻處，會產(chǎn)生反射，與體外同一部位接收反射超聲波，根據(jù)發(fā)射探頭所在位置，確定對應(yīng)的反射點體內(nèi)位置，依據(jù)發(fā)射超聲波到接收之間的時間差，了解在體內(nèi)傳播的深度。優(yōu)勢在于有著十分直觀的圖像，且較容易分辨。

3.X射線電子計算機(jī)輔助斷層掃描成像（X—CT）

電子工程師洪斯菲爾德發(fā)明了X—CT，使醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)生重大變革?，F(xiàn)如今該種技術(shù)在世界醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，具體原理是利用X射線穿透人體某層面進(jìn)行逐行掃描，根據(jù)透過人體的射線強(qiáng)度值并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)調(diào)數(shù)碼信號，由計算機(jī)負(fù)責(zé)處理，最終重建進(jìn)行排列，最后獲得層面的“切片”圖，在完成一個層面掃描之后，需要旋轉(zhuǎn)10再進(jìn)行下一個層面的掃描，直至完成1800，最終獲得完整的人體層面。該設(shè)備的主要功能是針對臟器，骨骼形狀以及位置切片進(jìn)行觀察，來了解病變區(qū)域，并且成像中能夠清晰地反映病變的形狀以及性質(zhì)，能夠大幅度提高臨床關(guān)于疾病的診斷精準(zhǔn)度。同時保證了較高的密度分辨率和空間分辨率?，F(xiàn)如今該技術(shù)手段已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)95%的腦瘤確診率可，在臨床診斷胸部各組織器官的病變領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。

4.磁共振斷層成像（MRI）

磁共振斷層成像是一種多參數(shù)、多核種的成像技術(shù)。隨后又發(fā)射電磁波，MRI系統(tǒng)探測到這些來自人體中的氫核發(fā)射出來的電磁波信號后，經(jīng)計算機(jī)處理和圖像重建，得到人體的斷層圖像。由于在進(jìn)行電磁波吸收和發(fā)射過程中，氫核會受到周邊化學(xué)環(huán)境的影響，因此，通過核磁共振得到的人體斷層圖像除了能夠呈現(xiàn)出形態(tài)學(xué)的相關(guān)信息之外，更可以得到與病例相關(guān)的各種信息，借助比較好判斷的方式，來了解人體組織的正常狀態(tài)。故此，該項技術(shù)也被視作為針對婚禮組織進(jìn)行早期診斷的重要醫(yī)學(xué)技術(shù)。

二、醫(yī)學(xué)設(shè)備物理模型構(gòu)建策略

1.力學(xué)與醫(yī)學(xué)知識結(jié)合

力學(xué)屬于物理體系的重要組成部分，例如涉及到力的平行四邊形法則時，就可以將其和醫(yī)學(xué)實力進(jìn)行融合，共同進(jìn)行講解。如外科對骨折病人常用大小和方向一定的力量來牽引患部，用來平衡傷部肌肉的恢復(fù)力，受力對骨骼的問題與力學(xué)中桁架有密切關(guān)系，應(yīng)力對骨骼的生長、改變和吸收起著調(diào)節(jié)作用，對于骨折病人的康復(fù)和醫(yī)療很重要。如此一來，學(xué)生對于機(jī)械應(yīng)力對于骨骼組織結(jié)構(gòu)，骨骼強(qiáng)度的控制理解更加深刻，并在力學(xué)特性的支持下，為外科手術(shù)治療以及研制人工關(guān)節(jié)等多項醫(yī)學(xué)研究提供正確的模型和數(shù)據(jù)支持，推動現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的增長。事實上，醫(yī)學(xué)中許多現(xiàn)象都和物理學(xué)之間存在著緊密的聯(lián)系，例如人體中關(guān)節(jié)之間存在的摩擦力，骨頭之間關(guān)節(jié)囊中的滑液，是保證肢體活動靈便的關(guān)鍵。對于體重過大的人而言，在上樓或者爬山過程中，膝關(guān)節(jié)摩擦力的增加，會帶來身體損傷，因此在運(yùn)動時應(yīng)當(dāng)盡量減少摩擦力，但是摩擦力又是維持整個世界正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要因素。通過這種思考來引導(dǎo)學(xué)生形成對于物理現(xiàn)象的辯證認(rèn)知。

2.電磁學(xué)與醫(yī)學(xué)知識結(jié)合

由于在進(jìn)行生命活動過程中，會伴隨各種生物電的出現(xiàn)，也就意味著會出現(xiàn)生物磁現(xiàn)象。通過心磁描記法獲得心臟周圍因心肌在電荷運(yùn)動過程中出現(xiàn)的磁場變化曲線得到心磁圖，屬于十分常用的無損傷檢測手段，能夠?qū)π募。窠?jīng)等組織進(jìn)行檢測。在具體應(yīng)用時，根據(jù)電流磁場強(qiáng)弱，對冠心病以及早期小范圍心肌梗死等心臟疾病進(jìn)行診斷。與之形成對應(yīng)的是腦電流產(chǎn)生的腦磁場，以頭顱中點為基點，腦磁場會根據(jù)腦電流的變化而變化，同樣可以測得對應(yīng)的關(guān)系曲線，用于對腦部疾病進(jìn)行檢測。

結(jié)束語

在教學(xué)中采用物理學(xué)與醫(yī)學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，使學(xué)生對醫(yī)學(xué)物理學(xué)產(chǎn)生了興趣 ，有效調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性 ，同時也培養(yǎng)了學(xué)生思考問題的能力 ，增強(qiáng)了學(xué)生解決復(fù)雜問題的信心和能力，從而提高了教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效率。

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基金項目：本文系莆田市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度名師專項課題“物理核心素養(yǎng)下醫(yī)學(xué)設(shè)備物理原理的模型構(gòu)建和應(yīng)用研究”（立項編號：PTMS20034）的階段性成果.