医学设备中的高中物理模型

林剑峰 吴志斌

摘要：无论是物理学科的发展，亦或是计算机等先进技术的研发，都进一步推进了人类对于生命现象的认知，这在很大程度上丰富了医学领域的学科分支。可以发现现代医学的发展，建立在精确的物理科学基础。时尚涉及到物理学领域的技术和方法，在医学研究以及实践中的应用也越来越广泛。本文主要探讨基于核心素养视角下有关医学设备中物理模型的构建，通过巧妙教学设计，了解模型表象的同时，探究模型的本质，准确把握关于物理模型构建的关键点，促进物理学科和医学的深度融合。

关键词：中学物理;医学设备;物理模型

物理模型主要是针对实际问题，采用科学的抽象以及概括，通过突出主要因素来形成对于事物本质特性进行反应的理想物体的构建过程，能够针对一些复杂问题进行解决，因此将物理模型应用于医学设备中往往能够更加准确的把握医学设备的核心要素，发挥医学设备的功能价值，更好的服务于实际工作。

一、基于物理知识的医学设备

1.X射线透视

伦琴在德国维尔茨堡大学实验室研究稀薄气体放电时发现X射线。而在被发现三个月之后，就开始应用于医学研究领域，可以说已经成为医学研究不可或缺的工具，并且在临床实践上也有着十分广泛的应用。其具体原理是根据不同组织以及脏器对于X射线的衰减本领不同，强度均匀的X射线透过身体不同部位后的强度不同，透过人体的X射线投射到照相底片上，能够针对各处明暗不同的成像进行观察。目前在临床中的应用包括对骨折程度的观察，以及肺结核病灶体内肿瘤位置和大小等诊断方面，可以说是现代医疗机构不可或缺的基本设备。

2.B超

B超是超声波B型显示断层成像的简称，之所以称为B超显示，是因为对过去显示超声检查结果的方法又创立了一种方案而增加的新名称，把已有的那种一维显示一串脉冲波的方案称为A型显示，而新的这种二维纵向断层显示称为B型显示。其具体原理是使用超声波从体外垂直于人体表面向体内摄入，超声波在人体内组织传播过程中，如果触碰到分界面或者不均匀处，会产生反射，与体外同一部位接收反射超声波，根据发射探头所在位置，确定对应的反射点体内位置，依据发射超声波到接收之间的时间差，了解在体内传播的深度。优势在于有着十分直观的图像，且较容易分辨。

3.X射线电子计算机辅助断层扫描成像（X—CT）

电子工程师洪斯菲尔德发明了X—CT，使医学影像技术发生重大变革。现如今该种技术在世界医疗领域的应用十分广泛，具体原理是利用X射线穿透人体某层面进行逐行扫描，根据透过人体的射线强度值并转变为相应调数码信号，由計算机负责处理，最终重建进行排列，最后获得层面的“切片”图，在完成一个层面扫描之后，需要旋转10再进行下一个层面的扫描，直至完成1800，最终获得完整的人体层面。该设备的主要功能是针对脏器，骨骼形状以及位置切片进行观察，来了解病变区域，并且成像中能够清晰地反映病变的形状以及性质，能够大幅度提高临床关于疾病的诊断精准度。同时保证了较高的密度分辨率和空间分辨率。现如今该技术手段已经能够实现95%的脑瘤确诊率可，在临床诊断胸部各组织器官的病变领域有着十分广泛的应用。

4.磁共振断层成像（MRI）

磁共振断层成像是一种多参数、多核种的成像技术。随后又发射电磁波，MRI系统探测到这些来自人体中的氢核发射出来的电磁波信号后，经计算机处理和图像重建，得到人体的断层图像。由于在进行电磁波吸收和发射过程中，氢核会受到周边化学环境的影响，因此，通过核磁共振得到的人体断层图像除了能够呈现出形态学的相关信息之外，更可以得到与病例相关的各种信息，借助比较好判断的方式，来了解人体组织的正常状态。故此，该项技术也被视作为针对婚礼组织进行早期诊断的重要医学技术。

二、医学设备物理模型构建策略

1.力学与医学知识结合

力学属于物理体系的重要组成部分，例如涉及到力的平行四边形法则时，就可以将其和医学实力进行融合，共同进行讲解。如外科对骨折病人常用大小和方向一定的力量来牵引患部，用来平衡伤部肌肉的恢复力，受力对骨骼的问题与力学中桁架有密切关系，应力对骨骼的生长、改变和吸收起着调节作用，对于骨折病人的康复和医疗很重要。如此一来，学生对于机械应力对于骨骼组织结构，骨骼强度的控制理解更加深刻，并在力学特性的支持下，为外科手术治疗以及研制人工关节等多项医学研究提供正确的模型和数据支持，推动现代医疗技术的增长。事实上，医学中许多现象都和物理学之间存在着紧密的联系，例如人体中关节之间存在的摩擦力，骨头之间关节囊中的滑液，是保证肢体活动灵便的关键。对于体重过大的人而言，在上楼或者爬山过程中，膝关节摩擦力的增加，会带来身体损伤，因此在运动时应当尽量减少摩擦力，但是摩擦力又是维持整个世界正常运转的重要因素。通过这种思考来引导学生形成对于物理现象的辩证认知。

2.电磁学与医学知识结合

由于在进行生命活动过程中，会伴随各种生物电的出现，也就意味着会出现生物磁现象。通过心磁描记法获得心脏周围因心肌在电荷运动过程中出现的磁场变化曲线得到心磁图，属于十分常用的无损伤检测手段，能够对心肌，神经等组织进行检测。在具体应用时，根据电流磁场强弱，对冠心病以及早期小范围心肌梗死等心脏疾病进行诊断。与之形成对应的是脑电流产生的脑磁场，以头颅中点为基点，脑磁场会根据脑电流的变化而变化，同样可以测得对应的关系曲线，用于对脑部疾病进行检测。

结束语

在教学中采用物理学与医学相结合的教学模式，使学生对医学物理学产生了兴趣 ，有效调动了学生的学习积极性 ，同时也培养了学生思考问题的能力 ，增强了学生解决复杂问题的信心和能力，从而提高了教学效果和学习效率。

参考文献：

[1] 童家明 ， 喀蔚波 ， 王晨光 ， 等 . 医学类专业物理理论课教学状况比较分析 [J]. 大学物理 ，2017（11）：64-69.

[2] 林多 ， 陈伟炜 ， 俞允 ， 等 .《医学物理学》教学中的PBL 教学过程初探 [J]. 课程教育研究 ，2014（13）：243-244.

基金项目：本文系莆田市教育科学“十三五”规划2020年度名师专项课题“物理核心素养下医学设备物理原理的模型构建和应用研究”（立项编号：PTMS20034）的阶段性成果.