Definícia biomedicínskej fyziky

Biomedicínska fyzika je interdisciplinárny vedný odbor, ktorý pozostáva zo štúdia rôznych aplikácií fyzikálno-matematických vied v biomedicínskej oblasti.

Súčasná potreba získať kvantitatívne výsledky z biologických experimentov, vyvinúť technológie používané v rôznych metódach diagnózy alebo terapie si okrem iného vyžiadala spoluprácu rôznych vedných odborov a ľudí s interdisciplinárnym tréningom, ktorý im umožňuje preniknúť do tohto typu projekty. Biomedicínska fyzika pozostáva z aplikácií fyzikálno - matematických vied v biomedicíne, tieto aplikácie siahajú od vyšetrovanie od základnej vedy v biomedicínskej oblasti až po aplikovanú vedu v témach medicínskeho alebo zdravotného záujmu.

Ako súvisí fyzika a biomedicína?

Hoci sa na prvý pohľad zdá, že fyzika a biomedicína sú veľmi dve vzdialení jeden od druhého, pravdou je, že mnohokrát sa bariéra, ktorá ich oddeľuje, stáva a také difúzne. Možno prvým dôkazom, ktorý naznačoval vzťah medzi fyzikou a biológiou, boli experimenty, ktoré uskutočnil Luigi Galvani, v ktorých zistil, že

elektrický prúd miechou mŕtvej žaby sa nohy žaby trhli podobným spôsobom, ako keď bola žaba nažive. Dnes vieme, že nervové signály nie sú nič iné ako elektrické impulzy, ktoré sú vysielané cez axóny neurónov a že svalovú kontrakciu vykonáva a konštantný transport iónov cez membrány svalových vlákien.

Kvôli tomuto významu, ktorý majú elektrické javy u živých bytostí, fyzika prispela do značnej miery k vývoj techník, ktoré umožňujú detekciu bioelektrických signálov na štúdium biologických systémov alebo na diagnostiku choroby. V tejto poslednej kategórii vynikajú diagnostické techniky, ako je elektrokardiogram (EKG), ktorý pozostáva z detekcie elektrických signálov Srdce a elektroencefalogram (EEG), ktorý analyzuje elektrické signály mozgu, obe metódy umožňujú detekciu abnormality v elektrických signáloch vyššie uvedených orgánov, ktoré môžu súvisieť s rôznymi patológiami resp podmienky.

Objavy fyziky mali tiež veľký vplyv na štúdium biológie. Objav röntgenových lúčov Röntgenom v roku 1895 umožnil vývoj röntgenovej kryštalografie, techniky, ktorá využíva röntgenové lúče na objavenie atómovej štruktúry určitých molekúl. Túto techniku ​​použili Rosalind Franklin, James Watson a Francis Crick, aby ukončili veľké tajomstvo štruktúry dna a odhaľujú jeho štruktúru dvojitej špirály. Fyzika tiež zohrala dôležitú úlohu pri kvantitatívnom štúdiu molekulárnych mechanizmov, ktoré umožňujú existenciu života a vývoj techník ako napr. mikroskop atómovej sily (AFM), optické pinzety a mikrofluidné systémy, ktoré uľahčujú štúdium biologických systémov.

V medicíne niektoré diagnostické techniky, ako sú röntgenové lúče, počítačová tomografia (CT) a zobrazovacia tomografia Optická koherencia (OCT) by nemohla byť možná bez pochopenia elektromagnetického žiarenia a jeho interakcie s telom človek. Ďalšie diagnostické metódy, ako je magnetická rezonancia (MR) a pozitrónová emisná tomografia (PET Scan) Sú založené na čisto kvantových javoch, ktorých pochopenie im umožnilo nájsť uplatnenie v tejto oblasti lekár. Tiež liečby, ako je rádioterapia, ktorá pozostáva z aplikácie veľkých dávok žiarenia ionizujúceho činidla na cielené zabíjanie rakovinových buniek, vyžaduje neustále monitorovanie zabezpečiť efektívnosť liečby a bezpečnosť pacienta. Je dôležité spomenúť, že vývoj a riadenie týchto diagnostických a liečebných techník je úlohou ďalšieho špecializovanejšieho odvetvia fyziky s názvom „Lekárske fyziky“.

V súčasnosti je jedným z odvetví, ktoré v biomedicínskom výskume nadobúda značnú váhu, vývoj matematických a výpočtových modelov fyziologických procesov. V týchto modeloch sa fyzika a matematika používajú na vytváranie numerických abstrakcií biologických systémov, tieto modely možno zaviesť do počítač vykonávať simulácie a vykonávať to, čo je známe ako „Štúdie in Silico“. Experimenty In Silico boli veľmi užitočné pri usmerňovaní a stimulovaní iných experimentov sa uskutočňujú v biologickej oblasti a predpokladá sa, že v budúcnosti budú mať väčšiu úlohu v odboroch ako napr a Molekulárna biológia, Farmakológia, okrem iného.

Odpovede na veľké záhady prírody boli získané vďaka interakcii rôznych vedných disciplín a všetko nasvedčuje tomu, že tomu tak bude aj v budúcnosti.