Biomeditsiinilise füüsika definitsioon

Biomeditsiiniline füüsika on interdistsiplinaarne teadusharu, mis hõlmab füüsikalis-matemaatikateaduste erinevate rakenduste uurimist biomeditsiini valdkonnas.

Praegune vajadus saada bioloogilistest katsetest kvantitatiivseid tulemusi, töötada välja erinevates meetodites kasutatavad tehnoloogiad diagnoos või teraapiad on muu hulgas nõudnud erinevate teadusharude koostööd ja inimesed, kellel on interdistsiplinaarne koolitus, mis võimaldab neil seda tüüpi sissetungi Projektid. Biomeditsiiniline füüsika hõlmab füüsikalis-matemaatikateaduste rakendusi biomeditsiinis, need rakendused ulatuvad uurimine biomeditsiini valdkonna alusteadustes kuni rakendusteaduseni meditsiini või tervise huvides.

Kuidas on füüsika ja biomeditsiin seotud?

Kuigi esialgu tunduvad füüsika ja biomeditsiin olevat kaks väga teineteisest kaugel, tõsi on see, et sageli muutub neid eraldav barjäär a nii laialivalguv. Võib-olla olid esimesed tõendid, mis viitasid füüsika ja bioloogia seostele, Luigi Galvani läbiviidud katsed, milles ta täheldas, et läbides

elektrivool surnud konna seljaaju tõttu tõmblesid konna jalad sarnaselt sellega, nagu konn elus. Tänapäeval teame, et närvisignaalid pole muud kui elektrilised impulsid, mis saadetakse neuronite aksonite kaudu ja et lihaste kontraktsiooni viib läbi a konstantne ioonide transport läbi lihaskiudude membraanide.

Elektriliste nähtuste tähtsuse tõttu elusolendites on füüsika aidanud suurel määral kaasa meetodite väljatöötamine, mis võimaldavad tuvastada bioelektrilisi signaale bioloogiliste süsteemide uurimiseks või haiguste diagnoosimiseks. haigused. Selles viimases kategoorias paistavad silma sellised diagnostikameetodid nagu elektrokardiogramm (EKG), mis seisneb südamelihase elektriliste signaalide tuvastamises. süda ja elektroentsefalogramm (EEG), mis analüüsib aju elektrilisi signaale, mõlemad meetodid võimaldavad tuvastada eelnimetatud organite elektriliste signaalide kõrvalekalded, mis võivad olla seotud erinevate patoloogiatega või tingimused.

Füüsika avastused on avaldanud suurt mõju ka bioloogia uurimisele. Röntgeni poolt 1895. aastal avastatud röntgenikiirgus võimaldas välja töötada röntgenkristallograafia – tehnika, mis kasutab röntgenikiirgust teatud molekulide aatomistruktuuri avastamiseks. Seda tehnikat kasutasid Rosalind Franklin, James Watson ja Francis Crick, et teha lõpp suurele müsteeriumi struktuuri DNA ja paljastavad selle topeltheeliksi struktuuri. Samuti on füüsika mänginud olulist rolli elu olemasolu võimaldavate molekulaarsete mehhanismide kvantitatiivsel uurimisel ja selliste tehnikate väljatöötamisel nagu aatomijõu mikroskoop (AFM), optilised pintsetid ja mikrofluidsüsteemid, mis hõlbustavad bioloogiliste süsteemide uurimist.

Meditsiinis on mõned diagnostikameetodid, nagu röntgenikiirgus, kompuutertomograafia (CT) ja pilditomograafia Optiline koherentsus (OCT) ei oleks võimalik ilma elektromagnetkiirguse ja selle vastasmõju kehaga mõistmiseta inimene. Muud diagnostikameetodid, nagu magnetresonants (MR) ja positronemissioontomograafia (PET-skaneerimine) Need põhinevad puhtalt kvantnähtustel, mille mõistmine võimaldas neil valdkonnas rakendust leida arst. Samuti sellised ravimeetodid nagu kiiritusravi, mis koosneb suurte kiirgusdooside kasutamisest ioniseeriv aine vähirakkude sihipäraseks hävitamiseks, nõuab pidevat jälgimist tagada tõhusust ravist ja turvalisus patsiendist. Oluline on mainida, et nende diagnostika- ja ravimeetodite väljatöötamine ja haldamine on teise spetsiifilisema füüsikaharu, mida nimetatakse meditsiinifüüsikaks, ülesanne.

Praegu on biomeditsiinilistes uuringutes üheks märkimisväärset kaalu koguvaks haruks füsioloogiliste protsesside matemaatiliste ja arvutuslike mudelite väljatöötamine. Nendes mudelites kasutatakse füüsikat ja matemaatikat bioloogiliste süsteemide arvuliste abstraktsioonide tegemiseks, neid mudeleid saab tutvustada arvuti simulatsioonide läbiviimiseks ja nn In Silico Studiesi läbiviimiseks. In Silico katsed on olnud väga kasulikud teiste katsete suunamiseks ja stimuleerimiseks viiakse läbi bioloogilises valdkonnas ja eeldatakse, et tulevikus võtavad need suuremat rolli sellistes distsipliinides nagu a Molekulaarbioloogia, Farmakoloogia, muu hulgas.

Suurtele looduse mõistatustele on vastused saadud tänu erinevate teadusdistsipliinide koosmõjule ja kõik näib viitavat sellele, et nii on see ka tulevikus.