醫學設備中的高中物理模型

林劍峰 吳志斌

摘要：無論是物理學科的發展，亦或是計算機等先進技術的研發，都進一步推進了人類對于生命現象的認知，這在很大程度上豐富了醫學領域的學科分支。可以發現現代醫學的發展，建立在精確的物理科學基礎。時尚涉及到物理學領域的技術和方法，在醫學研究以及實踐中的應用也越來越廣泛。本文主要探討基于核心素養視角下有關醫學設備中物理模型的構建，通過巧妙教學設計，了解模型表象的同時，探究模型的本質，準確把握關于物理模型構建的關鍵點，促進物理學科和醫學的深度融合。

關鍵詞：中學物理;醫學設備;物理模型

物理模型主要是針對實際問題，采用科學的抽象以及概括，通過突出主要因素來形成對于事物本質特性進行反應的理想物體的構建過程，能夠針對一些復雜問題進行解決，因此將物理模型應用于醫學設備中往往能夠更加準確的把握醫學設備的核心要素，發揮醫學設備的功能價值，更好的服務于實際工作。

一、基于物理知識的醫學設備

1.X射線透視

倫琴在德國維爾茨堡大學實驗室研究稀薄氣體放電時發現X射線。而在被發現三個月之后，就開始應用于醫學研究領域，可以說已經成為醫學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用。其具體原理是根據不同組織以及臟器對于X射線的衰減本領不同，強度均勻的X射線透過身體不同部位后的強度不同，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行觀察。目前在臨床中的應用包括對骨折程度的觀察，以及肺結核病灶體內腫瘤位置和大小等診斷方面，可以說是現代醫療機構不可或缺的基本設備。

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果的方法又創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攝入，超聲波在人體內組織傳播過程中，如果觸碰到分界面或者不均勻處，會產生反射，與體外同一部位接收反射超聲波，根據發射探頭所在位置，確定對應的反射點體內位置，依據發射超聲波到接收之間的時間差，了解在體內傳播的深度。優勢在于有著十分直觀的圖像，且較容易分辨。

3.X射線電子計算機輔助斷層掃描成像（X—CT）

電子工程師洪斯菲爾德發明了X—CT，使醫學影像技術發生重大變革。現如今該種技術在世界醫療領域的應用十分廣泛，具體原理是利用X射線穿透人體某層面進行逐行掃描，根據透過人體的射線強度值并轉變為相應調數碼信號，由計算機負責處理，最終重建進行排列，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10再進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。該設備的主要功能是針對臟器，骨骼形狀以及位置切片進行觀察，來了解病變區域，并且成像中能夠清晰地反映病變的形狀以及性質，能夠大幅度提高臨床關于疾病的診斷精準度。同時保證了較高的密度分辨率和空間分辨率。現如今該技術手段已經能夠實現95%的腦瘤確診率可，在臨床診斷胸部各組織器官的病變領域有著十分廣泛的應用。

4.磁共振斷層成像（MRI）

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

二、醫學設備物理模型構建策略

1.力學與醫學知識結合

力學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，就可以將其和醫學實力進行融合，共同進行講解。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力，受力對骨骼的問題與力學中桁架有密切關系，應力對骨骼的生長、改變和吸收起著調節作用，對于骨折病人的康復和醫療很重要。如此一來，學生對于機械應力對于骨骼組織結構，骨骼強度的控制理解更加深刻，并在力學特性的支持下，為外科手術治療以及研制人工關節等多項醫學研究提供正確的模型和數據支持，推動現代醫療技術的增長。事實上，醫學中許多現象都和物理學之間存在著緊密的聯系，例如人體中關節之間存在的摩擦力，骨頭之間關節囊中的滑液，是保證肢體活動靈便的關鍵。對于體重過大的人而言，在上樓或者爬山過程中，膝關節摩擦力的增加，會帶來身體損傷，因此在運動時應當盡量減少摩擦力，但是摩擦力又是維持整個世界正常運轉的重要因素。通過這種思考來引導學生形成對于物理現象的辯證認知。

2.電磁學與醫學知識結合

由于在進行生命活動過程中，會伴隨各種生物電的出現，也就意味著會出現生物磁現象。通過心磁描記法獲得心臟周圍因心肌在電荷運動過程中出現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，能夠對心肌，神經等組織進行檢測。在具體應用時，根據電流磁場強弱，對冠心病以及早期小范圍心肌梗死等心臟疾病進行診斷。與之形成對應的是腦電流產生的腦磁場，以頭顱中點為基點，腦磁場會根據腦電流的變化而變化，同樣可以測得對應的關系曲線，用于對腦部疾病進行檢測。

結束語

在教學中采用物理學與醫學相結合的教學模式，使學生對醫學物理學產生了興趣 ，有效調動了學生的學習積極性 ，同時也培養了學生思考問題的能力 ，增強了學生解決復雜問題的信心和能力，從而提高了教學效果和學習效率。

參考文獻：

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基金項目：本文系莆田市教育科學“十三五”規劃2020年度名師專項課題“物理核心素養下醫學設備物理原理的模型構建和應用研究”（立項編號：PTMS20034）的階段性成果.