Definicja fizyki biomedycznej

Fizyka biomedyczna to interdyscyplinarna gałąź naukowa, która polega na badaniu różnych zastosowań nauk fizyko-matematycznych w obszarze biomedycyny.

Obecna potrzeba uzyskiwania wyników ilościowych z eksperymentów biologicznych, rozwijania technologii stosowanych w różnych metodach diagnoza lub terapie, między innymi, wymagały współpracy różnych dyscyplin naukowych oraz osoby z interdyscyplinarnym wykształceniem, które umożliwia im wejście w tego typu Projektowanie. Fizyka biomedyczna składa się z zastosowań nauk fizyko-matematycznych w biomedycynie, zakres tych zastosowań sięga od dochodzenie w naukach podstawowych w dziedzinie biomedycyny do nauk stosowanych w tematach związanych z medycyną lub zdrowiem.

W jaki sposób fizyka i biomedycyna są powiązane?

Chociaż na pierwszy rzut oka fizyka i biomedycyna wydają się być dwoma bardzo ważnymi oddalone od siebie, prawda jest taka, że ​​często bariera, która je oddziela, staje się tak rozproszony. Być może pierwszym dowodem, który sugerował związek między fizyką a biologią, były eksperymenty przeprowadzone przez Luigiego Galvaniego, w których zaobserwował on, że przechodząc przez

prąd elektryczny przy rdzeniu kręgowym martwej żaby, nogi żaby szarpnęłyby się w sposób podobny do tego, jak robiły to, gdy żaba była żywa. Dziś wiemy, że sygnały nerwowe to nic innego jak impulsy elektryczne, które są wysyłane do przez aksony neuronów i że skurcz mięśni jest wykonywany przez a stały transport jonów przez błony włókien mięśniowych.

Ze względu na to znaczenie, jakie zjawiska elektryczne mają w żywych istotach, fizyka w dużym stopniu przyczyniła się do rozwój technik umożliwiających wykrywanie sygnałów bioelektrycznych do badania układów biologicznych lub do diagnostyki choroby. W tej ostatniej kategorii wyróżniają się techniki diagnostyczne, takie jak elektrokardiogram (EKG), który polega na wykrywaniu sygnałów elektrycznych serce oraz elektroencefalogram (EEG), który analizuje sygnały elektryczne mózgu, obie metody umożliwiają wykrycie nieprawidłowości w sygnałach elektrycznych wyżej wymienionych narządów, które mogą być związane z różnymi patologiami lub warunki.

Odkrycia dokonane przez fizykę miały również ogromny wpływ na naukę biologii. Odkrycie promieni rentgenowskich przez Röntgena w 1895 roku umożliwiło rozwój krystalografii rentgenowskiej, techniki wykorzystującej promieniowanie rentgenowskie do odkrywania struktury atomowej niektórych cząsteczek. Technika ta została wykorzystana przez Rosalind Franklin, Jamesa Watsona i Francisa Cricka, aby położyć kres wielkiej tajemnicy struktury DNA i ujawnić jego strukturę podwójnej helisy. Również fizyka odegrała ważną rolę w ilościowym badaniu mechanizmów molekularnych, które umożliwiają istnienie życia i rozwój technik, takich jak mikroskop sił atomowych (AFM), pęsety optyczne i układy mikroprzepływowe ułatwiające badanie układów biologicznych.

W medycynie niektóre techniki diagnostyczne, takie jak zdjęcia rentgenowskie, tomografia komputerowa (CT) i tomografia obrazowa Spójność optyczna (OCT) nie byłaby możliwa bez zrozumienia promieniowania elektromagnetycznego i jego interakcji z ciałem człowiek. Inne metody diagnostyczne, takie jak rezonans magnetyczny (MR) i pozytonowa tomografia emisyjna (skanowanie PET) Opierają się one na zjawiskach czysto kwantowych, których zrozumienie pozwoliło znaleźć zastosowanie w terenie lekarz. Również zabiegi takie jak radioterapia polegająca na aplikacji dużych dawek promieniowania środek jonizujący do zabijania komórek nowotworowych w sposób ukierunkowany, wymaga stałego monitorowania Zapewnić skuteczność leczenia i bezpieczeństwo pacjenta. Należy wspomnieć, że rozwój i zarządzanie tymi technikami diagnostycznymi i leczniczymi jest zadaniem innej bardziej wyspecjalizowanej gałęzi fizyki zwanej „fizyką medyczną”.

Obecnie jedną z gałęzi, która zyskuje na znaczeniu w badaniach biomedycznych, jest opracowywanie matematycznych i obliczeniowych modeli procesów fizjologicznych. W tych modelach fizyka i matematyka są używane do numerycznych abstrakcji systemów biologicznych, modele te można wprowadzić do komputer do przeprowadzania symulacji i przeprowadzania tak zwanych „badań in silico”. Eksperymenty In Silico okazały się bardzo przydatne w kierowaniu i stymulowaniu innych eksperymentów prowadzone są w obszarze biologicznym i oczekuje się, że w przyszłości będą odgrywać większą rolę w dyscyplinach takich jak: the Biologia molekularna, Farmakologia, m.in.

Odpowiedzi na wielkie zagadki natury uzyskano dzięki interakcji różnych dyscyplin naukowych i wszystko wskazuje na to, że tak będzie również w przyszłości.