电磁学的应用

随着社会的发展，生活水平的提高，人们对医疗的要求不断地提高。电磁学作为物理学当中较为成熟的一门学科对医学更是有着巨大贡献。电磁学的每一新的发现或是技术发展到每一个新的阶段，都为医学研究和医疗实践提供更先进，更方便和更精密的仪器和方法。可以说，在现代的医学研究和医疗单位中都离不开电磁学方法和设备。一、电磁学在医学设备上的应用1.核磁共振断层成像磁共振断层成像是—种多参数、多核种的成像技术。目前主要是氢核(H)密度弛豫时间T的成像。其基本原理是利用一定频率的电磁波向处于磁场中的人体照射，人体中各种不同组织的氢核在电磁波作用下，会发生核磁共振，吸收电磁波的能量，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电磁波信号之后，经计算机处理和图像重建，得到人体的断层图像。核磁共振成像应用的一个新发展是除了检测人体组织的病变以外，还能检测人体的多种功能，称为功能性核磁共振成像。例如：人脑受到外部各种刺激时，会引起血液成分、血液携带氧量和血液流动速度等发生变化，而血液中的血红蛋白在带氧时为抗磁性，在脱氧时为顺磁性，这就使核磁共振所称的图像发生变化。核磁共振断层扫描系统核磁共振断层扫描系统2.心电图心电图是利用心电图机从体表记录心脏每一心动周期所产生电活动变化的曲线图形。心肌细胞在静息状态时，膜外排列阳离子带正电荷，膜内排列同等比例阴离子带负电荷，保持平衡的极化状态，不产生电位变化。当细胞一端的细胞膜受到刺激，其通透性发生改变，使细胞内外正、负离子的分布发生逆转，受刺激部位的细胞膜出现除极化，使该处细胞膜外正电荷消失而其前面尚未除极的细胞膜外仍带正电荷，从而形成一对电偶。随后细胞内又逐渐恢复其负电位，这过程称为复极。由除极至复极，膜内电位由负变正及又回至静息电位的一系列电位变化称为跨膜动作电位。心电图是利用心电图机从体表记录心脏每一心动周期所产生电活动变化的曲线图形。心肌细胞在静息状态时，膜外排列阳离子带正电荷，膜内排列同等比例阴离子带负电荷，保持平衡的极化状态，不产生电位变化。当细胞一端的细胞膜受到刺激，其通透性发生改变，使细胞内外正、负离子的分布发生逆转，受刺激部位的细胞膜出现除极化，使该处细胞膜外正电荷消失而其前面尚未除极的细胞膜外仍带正电荷，从而形成一对电偶。这过程称为除极过程。3.脑磁图、心磁图在许多生命活动中都包含有电子和离子的运动。这些带电粒子的运动形成电流，而电流就会产生磁场，这就是生物磁场。特别要注意的是，由于心磁场等人体磁场远远低于地球磁场，因此需要极灵敏的测量微弱磁场的磁强计，还需要能屏蔽地磁场影响而建立起可以容纳人的大型磁屏蔽室。大量的实验表明，比起人体电图来，人体磁图具有较多的优点。磁图测量的分辨率也高于电图测量。因此，脑磁图、心磁图在医学诊断上更为准确有效，但由于技术和价格等原因在临床诊断上尚未得到广泛应用。4.磁性X射线造影剂由于原有X射线造影剂(钡餐)效果不够理想，人们研制了磁性X射线造影剂，现在已用于临床诊断。这是一种具有磁性的流动液体，对X射线具有较好吸收率，通过改变外部磁场，它几乎可到达身体内的任何待查部位，而且不会在体内凝固。5.电子显微镜电子显微镜在医学中应用广泛，可用来观察普通光学显微镜不能分辨的精细结构。如生物中的病毒、蛋白质分子结构等。电子显微镜根据电子束照射物体井成像的原理，利用电子束通过磁透镜(基于磁聚焦原理)进行聚焦，然后通过加速电压能产生波长很短的电子波，其放大倍数是普通光学显微镜的几十倍甚至几十万倍。二、电磁学在医疗上的应用1.磁疗在医学中利用电磁原理可改善人体内部的微循环，达到治病保健的作用。电磁对于减轻疼痛颇有疗效，磁疗也成为许多人缓解疼痛的良方。目前，磁疗缓解疼痛法被美国各大医院门诊广泛采纳，成为风行全美的特殊治疗方法。磁疗不但可以减轻疼痛，还可以快速修复坏死的骨骼组织，对于许多目前医学界公认的绝症也有治愈的希望。2．磁石磁石一般是指天然的磁铁矿，磁铁矿的主要化学成分是四氧化三铁，它在许多情况下具有能吸引强磁物质的特殊磁性，称为永久磁性。磁石主治的疾病有风湿、四肢疼痛、耳聋，还能护养肾脏，增强骨气，疏通关节，消除臃肿；还可以医治喉痛、腰痛、眼睛昏花、筋骨衰弱、小儿误吞铁针、烦躁不安和五劳七伤等病症。磁石作为药物或药物的一种成分，其应用不但有两千多年的历史，而且在现代的一些重要中药中也还有应用。2．磁石磁石一般是指天然的磁铁矿，磁铁矿的主要化学成分是四氧化三铁，它在许多情况下具有能吸引强磁物质的特殊磁性，称为永久磁性。磁石主治的疾病有风湿、四肢疼痛、耳聋，还能护养肾脏，增强骨气，疏通关节，消除臃肿；还可以医治喉痛、腰痛、眼睛昏花、筋骨衰弱、小儿误吞铁针、烦躁不安和五劳七伤等病症。磁石作为药物或药物的一种成分，其应用不但有两千多年的历史，而且在现代的一些重要中药中也还有应用。三、电磁波在医学上的应用1．X射线X射线应用于医学方面有三大环节——诊断、治疗和防护。(1).X射线诊断X射线应用于医学诊断，主要依据X射线的穿透作用、差别吸收、感光作用和荧光作用。由于X射线穿过人体时，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射线量比肌肉吸收的量要多，那么通过人体后的X射线量就不一样，这样便携带了人体各部密度分布的信息，在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用或感光作用的强弱就有较大差别，因而在荧光屏上或摄影胶片上(经过显影、定影)将显示出不同密度的阴影。根据阴影浓淡的对比，结合临床表现、化验结果和病理诊断，即可判断人体某一部分是否正常。于是，X射线诊断技术便成了世界上最早应用的非刨伤性的内脏检查技术。(2).X射线治疗X射线应用于治疗，主要依据其生物效应，应用不同能量的X射线对人体病灶部分的细胞组织进行照射时，即可使被照射的细胞组织受到破坏或抑制，从而达到对某些疾病，特别是肿瘤的治疗目的。(3).X射线防护在利用X射线的同时，人们发现了导致病人脱发、皮肤烧伤、工作人员视力障碍，白血病等射线伤害的问题，为防止X射线对人体的伤害，必须采取相应的防护措施。2．紫外线在电磁波谱中位于紫光和X射线之间的电磁辐射。波长约为0.01~0.40微米，不能引起视觉（即在可见光范围之外）。可见光能透过的物质，对于紫外线的某些波段却会强烈的吸收。在生物学和医学上常用紫外线进行杀菌消毒，诱发突变、治疗皮肤病和软骨病等。紫外线还具有生理作用，在医疗保健方面用途较大。紫外线还可以透过表皮，使人体内部组织细胞发生化学变化。长时间暴露于紫外线下的皮肤会变色，血管会扩张，血液中的钙质和磷质增多，红血球和血色素亦会增加。另外还特别适宜治疗佝偻病、小儿虚弱症、肺以外的结核病以及某些传染性皮肤病等。3．红外线红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在760纳米至1毫米之间。红外线对人体皮肤、皮下组织具有强烈的穿透力。外界红外线辐射人体产生的一次效应可以使皮肤和皮下组织的温度相应增高，促进血液的循环和新陈代谢，促进人的健康。红外线理疗对组织产生的热作用、消炎作用及促进再生作用已为临床所肯定，通常治疗均采用对病变部位直接照射。近红外微量照射治疗对微循环的改善效果显著尤以微血流状态改善明显。表现为辐照后毛细血管血流速度加快，红细胞聚集现象减少，从而对改善机体组织、重要脏器的营养、代谢、修复及功能有积极作用。结语电磁学在生物医上有着很大的影响，我国正经历着技术革新。在新兴产业上我国还有很多的路要走，各交叉学科需要紧密结合，不断地技术革新。谢谢观赏