Определение биомедицинской физики

Биомедицинская физика — это междисциплинарная научная отрасль, которая состоит из изучения различных приложений физико-математических наук в области биомедицины.

Текущая потребность в получении количественных результатов биологических экспериментов, в разработке технологий, используемых в различных методах диагноз или терапия, среди прочего, потребовала сотрудничества различных научных дисциплин и люди с междисциплинарной подготовкой, которая позволяет им вмешиваться в этот тип Проекты. Биомедицинская физика состоит из приложений физико-математических наук в биомедицине, эти приложения варьируются от расследование от фундаментальных наук в области биомедицины до прикладных наук по темам, представляющим интерес для медицины или здравоохранения.

Как связаны физика и биомедицина?

Хотя на первый взгляд физика и биомедицина кажутся двумя очень далеки друг от друга, правда в том, что барьер, который разделяет их, часто становится такой рассеянный. Возможно, первым свидетельством связи между физикой и биологией были эксперименты, проведенные Луиджи Гальвани, в которых он заметил, что, пройдя через

электрический ток спинным мозгом мертвой лягушки ноги лягушки дергались бы так же, как они делали это, когда лягушка была жива. Сегодня мы знаем, что нервные сигналы — это не что иное, как электрические импульсы, посылаемые в через аксоны нейронов, а сокращение мышц осуществляется постоянный ионный транспорт через мембраны мышечных волокон.

Из-за того, что электрические явления имеют отношение к живым существам, физика в значительной степени способствовала разработка методов, позволяющих обнаруживать биоэлектрические сигналы для изучения биологических систем или для диагностики болезни. В этой последней категории выделяются диагностические методы, такие как электрокардиограмма (ЭКГ), которая заключается в обнаружении электрических сигналов сердца. сердце и электроэнцефалограмма (ЭЭГ), которая анализирует электрические сигналы мозга, оба метода позволяют обнаруживать нарушения в электрических сигналах вышеупомянутых органов, которые могут быть связаны с различными патологиями или условия.

Открытия, сделанные физиками, также оказали большое влияние на изучение биологии. Открытие рентгеновских лучей Рентгеном в 1895 году позволило разработать рентгеновскую кристаллографию, метод, который использует рентгеновские лучи для обнаружения атомной структуры определенных молекул. Эта техника использовалась Розалиндой Франклин, Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком, чтобы положить конец великой тайне строения ДНК и выявить его двойную спиральную структуру. Кроме того, физика сыграла важную роль в количественном изучении молекулярных механизмов, делающих возможным существование жизни, и в разработке таких методов, как атомно-силовой микроскоп (АСМ), оптический пинцет и микрожидкостные системы, облегчающие изучение биологических систем.

В медицине используются некоторые методы диагностики, такие как рентген, компьютерная томография (КТ) и визуализирующая томография. Оптическая когерентность (ОКТ) была бы невозможна без понимания электромагнитного излучения и его взаимодействия с телом. человек. Другие методы диагностики, такие как магнитно-резонансная (МР) и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ-сканирование) Они основаны на чисто квантовых явлениях, понимание которых позволило им найти применение в области врач. Кроме того, такие методы лечения, как лучевая терапия, заключаются в применении больших доз радиации. ионизирующего агента для целенаправленного уничтожения раковых клеток, требует постоянного контроля, чтобы обеспечить эффективность лечения и безопасность пациента. Важно отметить, что разработка и управление этими методами диагностики и лечения являются задачей другой, более специализированной области физики, называемой «Медицинская физика».

В настоящее время одним из направлений, приобретающих значительный вес в медико-биологических исследованиях, является разработка математических и вычислительных моделей физиологических процессов. В этих моделях физика и математика используются для числовых абстракций биологических систем, эти модели могут быть введены в компьютер проводить симуляции и проводить так называемые «In Silico Studies». Эксперименты In Silico оказались очень полезными для направления и стимулирования других экспериментов. проводятся в биологической области, и ожидается, что в будущем они будут играть более важную роль в таких дисциплинах, как в Молекулярная биология, Фармакология, среди прочего.

Ответы на великие загадки природы были получены благодаря взаимодействию различных научных дисциплин, и все, кажется, указывает на то, что так будет и впредь.