Определение за биомедицинска физика

Биомедицинската физика е интердисциплинарен научен клон, който се състои от изучаване на различни приложения на физико-математическите науки в биомедицинската област.

Настоящата необходимост от получаване на количествени резултати от биологични експерименти, разработване на технологии, използвани в различни методи на диагноза или терапии, наред с други неща, изисква сътрудничеството на различни научни дисциплини и хора с интердисциплинарно обучение, което позволява навлизането им в този тип проекти. Биомедицинската физика се състои от приложения на физико-математическите науки в биомедицината, като тези приложения варират от разследване от фундаментални науки в областта на биомедицината до приложни науки по теми от медицински или здравен интерес.

Как са свързани физиката и биомедицината?

Въпреки че на пръв поглед физиката и биомедицината изглеждат две много отдалечени един от друг, истината е, че много пъти бариерата, която ги разделя, се превръща в a толкова дифузно. Може би първото доказателство, което предполага връзка между физиката и биологията, са експериментите, извършени от Луиджи Галвани, в които той отбелязва, че чрез преминаване на

електрически ток от гръбначния мозък на мъртва жаба, краката на жабата биха се дръпнали по начин, подобен на начина, по който го правеха, когато жабата беше жива. Днес знаем, че нервните сигнали не са нищо повече от електрически импулси, които се изпращат до през аксоните на невроните и че мускулната контракция се осъществява от a постоянен йонен транспорт през мембраните на мускулните влакна.

Поради това значение, което електрическите явления имат в живите същества, физиката е допринесла до голяма степен за разработване на техники, които позволяват откриването на биоелектрични сигнали за изследване на биологични системи или за диагностика на заболявания. В тази последна категория се открояват диагностични техники като електрокардиограмата (ЕКГ), която се състои в откриване на електрическите сигнали на сърце и електроенцефалограмата (ЕЕГ), която анализира електрическите сигнали на мозъка, и двата метода позволяват откриването на аномалии в електрическите сигнали на гореспоменатите органи, които могат да бъдат свързани с различни патологии или условия.

Откритията, направени от физиката, също оказаха голямо влияние върху изучаването на биологията. Откриването на рентгеновите лъчи от Рьонтген през 1895 г. позволява развитието на рентгеновата кристалография, техника, която използва рентгенови лъчи за откриване на атомната структура на определени молекули. Тази техника е използвана от Розалинд Франклин, Джеймс Уотсън и Франсис Крик, за да сложат край на голямата мистерия на структурата на ДНК и разкрива неговата двойна спирална структура. Също така, физиката е изиграла важна роля при количественото изучаване на молекулярните механизми, които правят възможно съществуването на живот и разработването на техники като атомно-силов микроскоп (AFM), оптични пинсети и микрофлуидни системи, които улесняват изследването на биологични системи.

В медицината, някои диагностични техники като рентгенови лъчи, компютърна томография (CT) и образна томография Оптичната кохерентност (OCT) не би могла да бъде възможна без разбирането на електромагнитното излъчване и неговото взаимодействие с тялото човек. Други диагностични методи като магнитен резонанс (MR) и позитронно-емисионна томография (PET сканиране) Те се основават на чисто квантови феномени, чието разбиране им позволява да намерят приложение в тази област лекар. Също така, лечения като лъчетерапия, която се състои от прилагане на големи дози радиация йонизиращ агент за унищожаване на раковите клетки по целенасочен начин, изисква постоянно наблюдение осигурете ефикасност на лечението и на сигурност на пациента. Важно е да се спомене, че разработването и управлението на тези диагностични и лечебни техники са задача на друг по-специализиран клон на физиката, наречен "Медицинска физика".

В момента един от клоновете, който придобива значителна тежест в биомедицинските изследвания, е разработването на математически и изчислителни модели на физиологични процеси. В тези модели физиката и математиката се използват за извършване на числени абстракции на биологични системи, тези модели могат да бъдат въведени в компютър за извършване на симулации и това, което е известно като „Проучвания In Silico“. Експериментите в Silico са много полезни за насочване и стимулиране на други експерименти, които са се извършват в биологичната област и се очаква в бъдеще те да заемат по-голяма роля в дисциплини като напр на Молекулярна биология, на Фармакология, сред други.

Отговорите на големи загадки на природата са получени благодарение на взаимодействието на различни научни дисциплини и всичко изглежда показва, че това ще продължи да е така и в бъдеще.