影像物理学范文
时间：2022-09-04 13:37:12
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篇1
物理学的很多新理论都为医学影像检查技术带来了革新，X射线、激光、电子显微镜、核磁共振等技术为医学研究及临床应用提供了新的方法和手段，对现代生命科学的发展作出了突出的贡献．借助于某种能量与生物体的相互作用，提取生物体内组织或器官的形态、结构以及某些生理功能的信息，为生物组织研究和临床诊断提供影像信息。
20世纪中叶，一批物理学工作者进入医学领域，从事肿瘤放射治疗及医学影像的研究．并于1958年成立了美国医学物理学家协会，1963年成立了国际医学物理学组织．并将具有定量特征的物理学思想和技术引入到临床的诊断和治疗中．物理学与医学的结合不仅促进了医学的发展，也对物理学的发展起了推动作用．
1 声学的应用
超声成像90年代以来，由于数字化处理的引入，高性能微电子器件及超声换能器的出现，以及各种图像处理技术的应用，超声成像的新技术、新设备层出不穷。超声不但能显示组织器官病变的解剖学改变，同时还可应用Dopper技术检查血流量、血流方向，从而辨别器官的病理生理受损性质与程度。超声诊断采用实时动态灰阶成像，在掌握正确剂量的前提下，可连续对器官的运动和功能实施动态观察，而不会产生像X射线成像那样的累积效应及危险的电离损害。由于超声诊断具有无损伤性、检查方便、诊断快速准确、价格便宜、适用范围广泛等优点，得以在临床中迅速推广。超声波成像的物理基础是超声医学的基础，超声成像是利用超声波遇到介质的不均匀界面时能发生发射的特性，根据检测到的回波信号的幅度、时问、频率、相位等，得到体内组织结构、血液流速等信息．
2 光学的应用X射线成像
X线实际上是一种波长极短、能量很大的电磁波。医学上应用的X线波长约在0.001--0.1nm之间。X射线穿透物质的能力与射线光子的能量有关，X线的 波长越短，光子的能量越大，穿透力越强。X显得穿透力也与物质密度有关，密度大的物质对X线的吸收多，透过少；密度小则吸收少，透过多。利用差别吸收这种性质可以把密度不同的骨骼与肌肉、脂肪等软组织区分开来，者正是X线透视和摄影的物理基础。X射线成像包括X射线透视和摄影、X射线计算机体层成像． X射线计算机体层成像是以测定人体内的衰减系数为基础，采用一定的数学方法，经计算机处理，重新建立断层图像的现代医学成像技术［1］．X射线的几种特殊检查技术，分别是X射线的造影技术、X射线的断层摄影、数字减影．
3 电磁学的应用磁共振成像
MRI成像的先决条件MRI成像的先决条件是被成像样品中的原子核必须具有磁性,而这种磁性源于原子核本身的自旋运动.因此,对原子核等微观粒子的自旋属性进行的深入研究是量子力学取得的重要成果之一,客观上也是MRI得以产生的知识前提.磁共振成像利用了人体内水分子中的氢核在外磁场中产生核磁共振的原理．由于人体不同的正常组织、器官以及同一组织、器官的不同病理阶段氢核的弛豫时间有显著不同，利用梯度磁场进行层面选择和空间编码就可以获得以氢核的密度、纵向弛豫时间 、横向弛豫时间作为成像参数的体内各断层的结构图像．近年来产生很多新的成像序列和技术方法．如扩散加权成像是通过测量人脑中水分子扩散的特性来反映组织的生化特性及组织结构的改变，在临床上可用于急性脑梗塞的早期诊断［2］．螺旋浆扫描技术，明显消除患者因运动或金属异物造成的伪影, 可生成高分辨率、无伪影、具有临床诊断意义的理想图像。
4 原子核物理学的应用放射性核素成像
放射性核素成像的物理基础放射性核素具有放射性，利用放射性核素作踪剂，结合药物在脏器选择性的聚集和参与生理、生化功能，达到诊断疾病的目的。检察方法 有4种：扫描机、照相机、单光子发射计算机体层和正电子发射计算机体层(PET).核素检查中产生的正电子只能存在极短的时间，当它被物质阻止而失去动能时，将和物质中的电子结合而转化成光子，即正负电子对湮没．转变为两个能量为0．551 MeV的光子，并反冲发出．放射性核素在正常组织和病变组织分布不同，产生的光子强弱也有不同，PET成像技术通过探测光子对的差别形成影像．
5 结语
影像物理学在影像检查技术中的意义非常重要，对影像检查技术的发展影像深远，随着影像物理学的不断发展，新的影像技术不断出现，必将对疾病的诊断总出更大的贡献。
篇2
在医学影像里广泛应用的超声成像技术，主要便是利用了超声脉冲回波原理。由于这种医学影像技术的人体成像原理是通过超声波的能量来实现的，所以对人体无任何辐射性危害，而且因为该成像技术成本较低、安全性高，已被普及广泛应用到临床、介入治疗等方法中，成为医院里医学影像设备中重要设备之一。随着超声成像技术的普及应用，超声影像技术的物理原理基础在医学影像物理学也变成了重要的组成部分。通过学习超声影像的物理方面基础，能够帮助认识和理解超声的含义及超声影像的意义。因此本次研究通过利用超声脉冲回波原理设计影像物理学实验，促进超声影像物理学的学习，详细如下。
1 实验研究目标
超声成像的目的在于，声波于人体各组织的穿透能力达到可以深度成像。超声成像所测算的物理量为声波的回波幅度和相位，回波的时间常用于定位声波的深度。由于声波在人体组织的穿透速度约等于常数，因此回波的特征可以反映不同人体组织密度的不同。经过对反射回波的接收，并使其在显像屏上以不同的亮度等级呈现，最终形成超声图像。而若超声波的频率越高，则其波长越短，能量越高，分辨率越高，所成图像质量越佳。但是由于声波穿透深度与声波频率成反比，深度越小频率越高，所以想得到质量高的高频超声成像是以牺牲穿透深度为代价的[1]。通过设计实施超声脉冲回波原理设计影像物理学实验，可以更好的掌握声波的产生及传播原理，提高对超声波图像的物理意义的理解，掌握超声波的各项参数对超声最终所成图像的影响。
2 实验设计原理
超声波的基本参数有三个，包括频率、波长和声速。声波的振动频率f=振动数/时间（s），f由振动源决定，声波（在人体内部）的传播速度c取决于传播媒体。超声波和人体组织发生相互作用后之后，改变了起载体功能的超声波的物理特性，例如使能量发生衰减改变，使声波的传播方向发生反射、衍射等改变。而临床诊断所需要的信息就依托存在于这些不断变化的物理参数中，这些物理参数的不断变化不仅是诊断信息的依附，更是一些补偿机制的依据[2]。而波的吸收定律、反射定律等是掌握超声波成像原理的关键。超声波和人体组织发生相互作用而引起的能量变化为一个能量衰减的过程，像声束在人体组织表面发生折射、散射等均会减弱入射声波的能量。不管声波通过的内部是何种分子过程，超声波能量的衰减均符合如下式的负指数形式规律：
3 实验仪器设计及内容
本次实验中所需要使用的实验仪器包括：超声体模、美国OLYMPUS公司的超声发射接收仪器、超声测试模具及迈瑞公司的DP6600的超声诊断仪器。通过这些设备，依据实验要求事项，设计了两个内容的实验，详细如下：
3.1 图像与体模的验证实验
首先通过超声诊断仪器的探头来探测超声体模，观测超声图像所显示的体模信息，而后将超声图像与超声体模进行对比，以此来掌握超声图像所反映的物理意义。而后对超声诊断仪器的各项参数进行完成调整，包括声波速度、诊断仪探头的发射频率、声波功率及超声回波的接收灵敏度等[4]，同时观察超声显示图像的改变情况。实验目的包括了解超声波各项参数对超声图像的影响过程，所以调整超声各项参数对图像变化情况的影响，应被记录、加入到最终的实验报告中。
3.2 综合测算声速类实验
通过使用示波器、超生脉冲回波规律、超声波发射接收仪器及超声波测试部分，来对超声波在介质水中的穿透速度、超声波在有机玻璃内传播的衰减系数进行记录、计算。实验进行时，需要注意示波器和超声波发射接收仪器的仔细连接，而后将恰当的传感器接入超声发射接收仪器的T/R端口，且把传感器置于适当测试模具的有利位置。在对超声波在介质水中的穿透速度进行计算时，同时观察、记录示波器所反映的波形图，利用示波器的B扫描功能及X轴扫描拓展功能，来对中间两个不同界面的反射脉冲回波分别对应的峰值点间的时间差进行详细记录，以此来完成对超声波在介质水中的穿透速度的计算。在关于声速计算的最终实验报告中需要包括：声速测试的物理原理，测得的脉冲回波波形，对两个脉冲回波分别的峰值点和峰值点间的时间差的标识，详细计算过程，实验中产生的误差及误差产生的原因。在对超声波在有机玻璃内传播的衰减系数进行计算时，观察示波器所反映波形，记录测试模具里两个界面脉冲回波的峰值幅度。
4 结语
在影像物理学的研究中，包括许多用于成像的物质波。本次实验选取的超声波为其中一种安全可靠有效的物质波，通过本次实验，可以对超声在不同介质里的传播规律及声波的衍射、折射、散射等在超声成像中的作用进行深入了解，理解超声影像显示的物理原理，而且在一定程度上对影像物理学里的理论进行了验证。
参考文献：
[1]任杰.基于超声脉冲回波的影像物理学实验设计[J].科技信息，2010（5）：436.
篇3
【中图分类号】G712 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2013）28-0178-01
教学改革是教育界一个永恒的话题，要提高教学的质量和效率，只有在教学中不断地探索和思考，抛弃陈旧的教学思想，树立新的适应现状的教学观念，遵循事物发展的客观规律，充分做到以人为本，才能使我们的教学工作永远立于不败之地。
物理课在卫生学校影像专业的教学中占有非常重要的地位，如何开展有专业特色的物理课教学是当前我们应该探讨的问题。随着近代物理学、图像处理技术和计算机科学以及生命科学的迅猛发展，人们对生命现象从解剖学层面上的认识逐步深入到分子生物学上，医学的许多分支学科已越来越多地把它们的理论建立在精确的物理科学基础上。物理学的技术和方法，在医学研究和医疗实践中得到了应用和延伸，反过来又不断地促进了物理学的发展。要想让影像专业的学生深入透彻地了解这些成像技术的基本成像原理、图像特点，掌握图像的观察、分析与诊断方法就必须首先使他们透彻地理解与其相关的物理学基本原理，从而为影像物理学、图像处理与分析、影像机械、核医学等后续专业基础课及专业课的学习打下坚实的基础。影像专业是随着临床影像设备的发展而新发展起来的专业，目前还没有统一的教学模式，多数学校还一直沿用传统的教学方法，由于受课程学时数的限制，课程内容多，且要求面面俱到，在课程实施过程中局限于普通物理学的知识内容，特别注重逻辑的系统性，而忽略了物理学与专业课的横向联系、学科间的交叉融合，造成医用物理和影像物理内容的大面积重复。纯物理理论过深，与生命科学结合得不紧密，教学方法呆板。因此，如何打造出一套突出影像专业特色的物理学教学内容和教学方法这一问题就摆在了我们面前。
一 影像专业物理课改革势在必行
卫生学校的招生对象主要是初中毕业学生，而且学习基础较差，接受知识的能力不好，不能主动地钻研和学习。而初中所学的物理知识相对简单，与影像学知识要求相差甚远，导致学生在学的过程中感觉相当吃力，在学习过程中丧失信心，兴趣全无，学习效果不好，很多学生出现混课、睡课、玩课的现象。而作为中等职业学校，物理课的课时又相当有限。因而在物理课的教学中如何选择内容，如何选择教学方法，做好物理知识与专业知识的衔接，为专业知识的教学工作打好基础，做好准备显得相当重要。
二 教学内容的改革
由于中职学校物理课时相当有限，在有限的时间内，要想全面地、完整地、系统地学习好物理是不可能的。因而在教学中很好地选择内容，尤其是选择好与专业相关的内容就显得相当重要。在通常的教学中，都是先学习力学、运动学，这样对学生的专业学习帮助不大。如果我们在教学的过程中，舍去与学生专业知识联系不大的力学和运动学，而学习与学生专业知识紧密相关的声学（与超声波成像有关）、电学（与各种设备原理有关）、磁学（与各种设备原理有关）、原子物理学（与磁共振成像有关），这样有助于学生更好地学习专业知识，提高学生学习的兴趣，降低专业教学的难度。并且，这些内容相对独立，与力学和运动学的联系不大，具备课程改革的条件。
三 教学方法的改革
中职学校的教学不同于普通中学的教学，普通中学的教学是为上一级学校培养基础型合格人才，重理论、轻实践，而中职学校是面向社会培养实践型合格劳动者，重实践、轻理论，因而在教学中应区别对待。在中职教育教学中，除了搞好理论教学，更要培养学生的实践能力和动手能力。因而在教学的过程中，要利用一切可能利用的手段，提高学生的实践能力和动手能力。因此，学校要有完善的教学设施和实验设备，让学生能看的多看，能做的多做，能动的多动。如果学校没有相应的设施，老师应多收集相关的图片、资料，通过多媒体向学生展示，让学生形成更直观的认识和了解。在这一点上，老师千万不要怕麻烦而一讲了之，老师省事了，学生就麻烦了。
四 编写适合影像专业的物理校本教材
由于影像专业是一个新兴的专业，在教学中又没有与之配套的物理教材，而现行的物理教材又不能很好地适应专业课的教学要求，因此，编写一本具有专业特色，适合专业教学的校本教材就很有必要。在编写物理校本教材的过程中，要求编写教材的教师充分了解影像课的教学内容，了解影像课程所需的物理知识和要求，充分了解重点和难点，做好内容的取舍，在编写的过程中充分体现影像专业的实践性，注重学生的实践和体会，这样才能编写出具有专业特色的，适合专业教学的，更好的与专业知识衔接的物理校本教材。
篇4
心理学告诉我们，兴趣是一个人探究某种事物或者某种活动的积极心理倾向。对于接触新鲜事物来说，兴趣是最好的老师。随着社会和科技的发展，以及课程改革的要求，在校大学生所要学习的课程越来越多。在校大学生不仅要培养对自身专业的兴趣，也要培养相关专业课程的兴趣。只有对自身专业和相关课程具有浓厚的学习兴趣，才能激发学习主动性。
一、课程性质
医学影像物理是医学院校医学影像学专业的一门专业基础课程，是医学影像与物理学的融合。这门课程讲授的是用于医学成像或诊断的各种成像技术的物理学基础、成像特点以及图像质量控制等。通过这门课程的学习，使学生具备基本的医学影像基础知识、基本理论和方法，对医学影像设备的工作原理、相关技术有一定的了解。
医学影像物理在医学教育特别是医学影像学专业的教学中占有重要的地位，要学好这门课程，需要学生具备高等数学、物理学、计算机学以及人体解剖学的相关知识，对学生综合运用知识解决临床问题有较高的要求。通过学习医学影像物理，能为学生进一步学习影像学、影像诊断学、医学成像设备学及其他医学影像学专业课程打下基础。
由此可见，要学好医学影像物理这门专业基础课程，除了需要学生具备较好的基础知识外，也对教师如何调动学生的学习兴趣和主动性从而获得良好的教学效果提出了较高的要求。
二、课程面临的问题
医学影像物理需要学生具备基本的高等数学和大学物理学的基础知识，特别是大学物理学基础知识。物理学是自然科学里最为基础的学科，其研究内容具有普遍性和广泛适用性。物理学是高等院校各类专业重要的基础课程，笔者所在的学校也将物理学作为大部分专业的一门基础课程来开设。
无论是中学阶段还是大学阶段，教育工作者都有同样的感受：对于大多数大学生，尤其是一些艺术院校和医学院校的学生，对物理学的地位和作用缺乏充分的认识和了解；还有的学生由于在中学阶段的物理基础较薄弱，上了大学即使有心学学物理，学习效率也比较低。对于我国大学生来说，他们普遍反映物理是一门较难学的课程，认为自己又不是物理学专业的，老师在课堂上讲的理论与一些公式、原理都十分难懂，从而对物理失去了兴趣。
医学影像物理是医学影像与物理学高度融合的一门课程，其主要涉及的X射线成像、磁共振成像、核医学成像和超声成像都离不开相关物理辐射波的产生、辐射波与人体相互作用的物理机制、图像质量保证和控制的物理原理。因此，这门课需要学生有较好的物理学基础。如前所述，由于大学生特别是医学院校的大学生对物理学这门课的兴趣不大，就导致这门课的要求与实际学生的接受情况有差距。
笔者的授课专业为医学影像学专业，第1次课与学生交流时发现该专业大一时没有开设物理学基础课。医学院校普遍学生的物理学基础较差、缺乏兴趣这一客观事实已经是一个不可回避的问题，而医学影像学专业的学生没有大学物理学基础更对这门课的顺利开展提出了挑战。因此，如何采用有效的课堂教学方法、如何培养学生对物理学和医学影像物理的兴趣是笔者要探讨的问题。
三、医学影像物理教学中学生学习兴趣的培养
1.激发学生对物理学的兴趣
医学影像物理这门课程需要具备较好的物理学基础，教学过程中需要讲授各成像技术的物理原理和过程，而本专业学生的物理学基础较薄弱，因此课堂上有必要给学生灌输物理学的重要性以及激发学生的物理学兴趣。
机械地给学生灌输物理的重要性显得枯燥，笔者将一些物理问题与医学实际问题相结合来解释，让学生更容易接受。例如，假设学生毕业以后在医院从事康复治疗工作，其中一项具体工作是为截肢病人安装假肢，那么从假肢的设计、安装到调试都离不开力学的支撑。这个案例没有直接强调物理学在医学领域的重要性，但很自然地将物理学和医学联系起来了，使学生意识到物理学在医学中所发挥的重要作用。
为了激发学生对物理学的兴趣，笔者还借助医学上一些有趣的现象来间接阐述物理问题，从而激发学生的兴趣。例如，医生给小孩打针时，小孩通常会哭闹坐不住，这时医生或者家长通常会抱怨小孩不听话；而比较有趣的解释是：量子力学不允许物体具有确定的位置和动量，因此小孩本身就不可能坐得住，所以就不能抱怨小孩不听话了。通过这个案例，课堂上学生的兴趣就激发出来了。
2.明确课程教学内容
由于学时的限制，教材内容不能完全涉及，因此给学生明确了主要教学内容，特别强调了本课程将会涉及X射线物理、磁共振物理、核医学物理以及超声物理这四个核心物理问题。这样使学生有针对地去学习相关物理学知识，而不至于感到困惑、无趣。
3.医学影像物理学习兴趣的培养
医学影像物理这门课主要讨论的对象是各种医学影像，即图像；而讨论这些医学影像的核心是形成影像的物理原理。在教学过程中，首先培养学生对图像的认知：从信息量的角度来看，一幅图像所包含的信息远比几个数据或几条曲线（如心率、血压、体温等）的信息量丰富得多；医生能否对患者的健康状况或疾病做出正确的评价或诊断取决于医生获取生物信息的科学程度及信息量大小；医学图像是对人体内部情况的可视化表达，它不仅可以向医生展示人体内部某一特定部位或层面的解剖结构，而且还可以在一定程度上揭示人体脏器的功能，所以医学图像是医生能准确获取患者生物信息的主要途径。从医学图像出发引出相关物理学原理，学生对这门课的兴趣就提升了。
学生有了图像认知后，接着通过一张真实的医学图像来引导学生对这门课的兴趣。通过多媒体给学生展示一张人体锁骨骨折的X射线图像，并提问：要准确、全面地理解这幅X射线图像，需要具备哪些知识？以提问的方式引导学生思考和互动，课堂气氛活跃。需要准确解读这幅图像，有的学生认为只要具备了解剖学的知识就可以知道图像反映的是哪个部位，同时只要具备诊断学的知识就可以知道出现了什么病变，而其他知识都不重要了。这时需要引导学生：人体应该是有血有肉的，为什么这张照片只能看到清晰的骨骼？这个问题就把医学影像物理这门课的重要性引出来了：X射线对骨骼这种高密度组织具有很高的分辨能力，因此图像中的骨骼清晰可见；这门课程会讨论X射线的产生原理、作用的物理机制以及成像特点，学习之后学生就会对这幅X射线图像的形成机理有深入的理解。然后继续向学生引导：随着课程的深入，会发现每种成像方式会得出不同的图像特征，所反映的生物信息和脏器功能也不同，它们各有所长、互相补充。通过这个案例，学生意识到了在各种医学影像中准确把握图像信息和特征的重要性，只有这样才能准确地为患者诊断，从中将医学影像物理在本专业的重要性体现出来了。学生意识到了这门课的重要性和地位，学习兴趣就提升了。
4.结语与展望
医学影像物理作为医学院校医学影像学专业的一门重要的专业基础课程，其教学质量与学生学习效果关系到后续课程的开展。笔者认为，培养学习兴趣是获得最佳课堂效果的重要途径之一，通过课堂教学的设计与引导，学生培养了对本课程的兴趣。
教学方法是多样与灵活的，除了传统的讲授为基础的教学法（LBL，Lecture-based Learning），还应积极探索新型教学法在课堂上的应用，如团队为基础的教学法（TBL，Team-based Learning）以及问题为基础的教学法（Problem-based Learning）等。相信通过教学方法的改进，不断培养学生的学习兴趣，最终能够获得教学与学习效果的双丰收。
