医学医学物理实验绪论省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

医学物理试验医学物理试验绪论绪论数据处理数据处理岑剡第1页医学物理试验课总体安排医学物理试验课总体安排（上课地点：物理楼321室，若有变动另行通知）第1周绪论第2周试验原理讲授（第一组讲试验13，第二组讲试验46）第35周做试验（第一组做试验13，第二组做试验46）第6周试验原理讲授（第一组讲试验46，第二组讲试验13）第79周做试验（第一组做试验46，第二组做试验13）第10周五一长假第11周试验总结与讨论第12周试验原理讲授（试验7，试验8，试验9）第1315周做试验（分三组循环）第16周答疑，复习第17周试验总结及汇报第2页试验内容试验内容试验1弯曲法测人造骨杨氏模量13试验2毛细管法测液体黏度20试验3眼睛光学原理及物理矫正24试验4压力传感器特征研究及血压、心率测量31试验5人耳听觉听阈曲线测量36试验6心电图机技术指标测量及使用41试验7A型超声探测及B型超声成像.46试验8X射线特征研究及透视.54试验9核磁共振基础及成像59 第3页绪论（第一节）绪论（第一节）医学物理试验主要性医学物理试验主要性一、什么是医学物理试验？一、什么是医学物理试验？二、物理在医学研究与发展中作用二、物理在医学研究与发展中作用第4页物理在医学中应用物理在医学中应用诊疗诊疗内窥镜、心电图、内窥镜、心电图、X光、光、CT、核磁、核磁共振、超声波共振、超声波治疗治疗放射性、激光、微波、放射性、激光、微波、刀、刀、PDT、热疗热疗第5页内窥镜成像日本胶囊形内窥镜第6页ElectrocardiographyImageshowingapatientconnectedtothe10electrodesnecessaryfora12-leadECG12LeadECGofa26-year-oldmaleSchematicrepresentationofnormalECG第7页X-rayImage A:Anormalchestradiograph.Image B:Qfeverpneumonia.StarshapedbladderurolithonanX-rayofthepelvis.第8页X-raycomputedtomography(CT)AMultisliceCTScannerExampleofaCTPA,demonstratingasaddleembolus(darkhorizontalline)occludingthepulmonaryarteries(brightwhitetriangle)亨斯费尔德和科马克共同获取1979年诺贝尔生理学或医学奖第9页CT检验范围检验范围一、头部：脑出血，脑梗塞，动脉瘤，血管畸形，各种肿瘤，外伤，出血，骨折，先天畸形等；二、胸部：肺、胸膜及纵隔各种肿瘤，肺结核，肺炎，支气管扩张，肺脓肿，囊肿，肺不张，气胸，骨折等；三、腹、盆腔：各种实质器官肿瘤、外伤、出血，肝硬化，胆结石，泌尿系结石、积水，膀胱、前列腺病变，一些炎症、畸形等；四、脊柱、四肢：骨折，外伤，骨质增生，椎间盘病变，椎管狭窄，肿瘤，结核等；五、骨骼、血管三维重建成像；各部位MPR、MIP成像等；六、CTA（CT血管成像）：大动脉炎，动脉硬化闭塞症，主动脉瘤及夹层等；七、甲状腺疾病：甲状腺腺瘤、甲状腺腺癌等；其它：眼科及眼眶肿瘤，外伤；副鼻窦炎、鼻息肉、肿瘤、囊肿、外伤等。第10页核磁共振广泛地用于确定分子结构，用于对生物在组织与活体组织分析、病理分析、医疗诊疗、产品无损检测等很多方面。医生在为患者做核磁共振检验用核磁共振技术拍摄脑截面图像拉比1944年取得了诺贝尔物理学奖伯塞尔&布洛赫1952年度诺贝尔物理学奖核磁共振全名是核磁共振成像（NuclearMagneticResonanceImaging，NMRI）又称自旋成像（spinimaging），也称磁共振成像（MagneticResonanceImaging，MRI），是磁矩不为零原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率射频辐射物理过程。第11页超声波Sonogramofafetusat14weeks(Profile)Afetus,aged29weeks,ina3Dultrasound第12页超声波美容超声波美容机械作用:作用于面部能够使皮肤细胞随之振动，从而，改进局部血液和淋巴液循环，增强细胞通透性，提升组织新陈代谢和再生能力，软化组织，刺激神经系统及细胞功效，使皮肤富有光泽和弹性。温热作用：能够提升皮肤表面温度，使血液循环加速，增加皮肤细胞养分，使神经兴奋性降低，起到镇痛作用，使痉挛肌纤维松弛，起到解痉作用。化学作用：超声波能够加强催化能力，加速皮肤细胞新陈代谢，使组织pH值向碱性方向改变，减轻皮肤炎症伴有酸中毒及疼痛。超声波能够提升细胞膜通透性，使营养素和药品解聚，利于皮肤吸收营养，利于药品透入菌体，提升杀菌能力。第13页RadiationtherapyRadiationtherapyofthepelvis.Lasersandamouldunderthelegsareusedtodetermineexactposition.VarianClinac2100CLinearAccelerator.第14页肿瘤放射治疗是利用放射线如放射性同位素产生、射线和各类x射线治疗机或加速器产生x射线、电子线、质子束及其它粒子束等治疗恶性肿瘤一个方法。放射治疗大约70%癌症病人在治疗癌症过程中需要用放射治疗，约有40%癌症能够用放疗根治。放疗机制直接损伤:主要由射线直接作用于有机分子而产生自由基引发DNA分子出现断裂、交叉。间接损伤:主要由射线对人体组织内水发生电离，产生自由基，这些自由基再和生物大分子发生作用，造成不可逆损伤。第15页PhotodynamictherapyShowniscloseupofsurgeonshandsinanoperatingroomwithabeamoflighttravelingalongfiberopticsforphotodynamictherapy.Itssourceisalaserbeamwhichissplitattwodifferentstagestocreatethepropertherapeuticwavelength.Apatientwouldbegivenaphotosensitivedrug(photofrin)containingcancerkillingsubstanceswhichareabsorbedbycancercells.Duringthesurgery,thelightbeamispositionedatthetumorsite,whichthenactivatesthedrugthatkillsthecancercells,thusphotodynamictherapy(PDT).第16页热疗热疗古埃及:加温治疗过乳腺肿瘤希波克拉底:“药品不能治愈可用手术治，手术不能治愈可用热疗治，热疗不能治就确实无法治了”。奥地利医生Jauregg创造了治疗中枢神经系统梅毒感染标准疗法德国医学家德国医学家:热疗加化疗热疗加化疗治癌更见效治癌更见效在土耳其穆拉省达尔扬苏丹尼耶热疗馆，在土耳其穆拉省达尔扬苏丹尼耶热疗馆，一名游客正在洗泥浴一名游客正在洗泥浴肿瘤热疗设备第17页“电子棒棒糖”让盲人经过舌头“看”东西“电子棒棒糖”帮助盲人盲人用舌头“视物”示意图第18页第二章：试验数据处理第二章：试验数据处理一、为何要处理数据？一、为何要处理数据？二、误差分析与不确定度评定二、误差分析与不确定度评定三、不确定度评定方法三、不确定度评定方法四、作图与拟合四、作图与拟合第19页一、为何要处理数据？一、为何要处理数据？1、大多物理规律是用物理量之间定量关系定量关系来表述。2、试验得到数据只有经过正确处理才能得到公认公认、合理合理结论。第20页用毫米刻度尺测量某物体长度用毫米刻度尺测量某物体长度左端读数为：左端读数为：10.00cm右端读数为：右端读数为：15.25cm数字表测量某一电路中电流数字表测量某一电路中电流1、若数字表有稳定输出：、若数字表有稳定输出：3.888A2、若数字表输出不稳定呢？若数字表输出不稳定呢？二、误差分析与不确定度评定二、误差分析与不确定度评定测量测量测量者采取某种测量方法用某种测量仪器将待测量与标准量进行比较。（质量、长度、体积）第21页二、误差分析与不确定度评定二、误差分析与不确定度评定误差误差测量值与真值差测量值与真值差误差成因：误差成因：1.测量方法测量方法（伏安法测电阻、热电偶测温度）（伏安法测电阻、热电偶测温度）2.测量者测量者（经验、估读、疏忽）（经验、估读、疏忽）3.测量仪器测量仪器及及标准量标准量（定标、环境、时效）（定标、环境、时效）误差分析重点在测量方法（体温计、单摆测误差分析重点在测量方法（体温计、单摆测g）。）。测量者估读、仪器和标准量不确定程度是能够用一测量者估读、仪器和标准量不确定程度是能够用一定方法评定，称为定方法评定，称为“不确定度评定不确定度评定”。第22页三、关于测量不确定度评定方法三、关于测量不确定度评定方法不确定度评价十分主要：不确定度评价十分主要：过大过大-浪费；过小浪费；过小-失误。失误。1993年由国际计量局（年由国际计量局（BIPM）、国际标准化组织）、国际标准化组织(ISO)等四个国际权威组织制订了等四个国际权威组织制订了测量不确定度表示指南测量不确定度表示指南，并，并由国际理论与应用物理学会（由国际理论与应用物理学会（IUPAP）、国际理论与应用化）、国际理论与应用化学学会（学学会（IUPAC）等七个国际组织同意实施。）等七个国际组织同意实施。不确定度不确定度-被测量分散性表征。被测量分散性表征。分为两类：分为两类：A类类-由屡次测量统计分析评定不确定度由屡次测量统计分析评定不确定度B类类-其它方法评定不确定度其它方法评定不确定度第23页A A类不确定度评定方法类不确定度评定方法:对待测量对待测量x 进行进行n 次全同测量次全同测量：测量次数测量次数n 越多，越多，uA越小。越小。普通普通可在科学型计算器上直接得出计算结果可在科学型计算器上直接得出计算结果。第24页B B类不确定度评定方法类不确定度评定方法:测量不确定度（与测量方法和测量经验相关），测量不确定度（与测量方法和测量经验相关），可取：可取：（屡次测量时，（屡次测量时，uB1由由uA代替）代替）仪器不确定度（与仪器种类、级别及使用条件相仪器不确定度（与仪器种类、级别及使用条件相关）关），可取：，可取：第25页不确定度合成：不确定度合成：单次测量：单次测量：在长度测量中，长度值是两个位置读数在长度测量中，长度值是两个位置读数x1和和x2之差，之差，其不确定度合成公式为其不确定度合成公式为：屡次测量：屡次测量：第26页 测量结果测量结果表示方法表示方法：1、测量结果普通表示法：如，长度为（1.050.02）cm。2、测量结果百分比表示法：如，长度为1.05cm，相对不确定度2%。3、测量结果有效数字表示法(简略表示)第27页有效数字表示法有效数字表示法有效数字有效数字-从第一个不为从第一个不为0数开始算起全部数字数开始算起全部数字。如如,0.35(2个个);3.54(3个个);0.003540(4个个);3.5400(5个个)。不确定度本身普通只取一个有效数字，测量值末位有效不确定度本身普通只取一个有效数字，测量值末位有效数字应与不确定度有效数字对齐。数字应与不确定度有效数字对齐。即：即：测量值末位有效数字是不确定测量值末位有效数字是不确定。计算结果舍入标准：计算结果舍入标准：4舍舍6入，遇入，遇5末偶末偶如，计算值为如，计算值为3.54835;3.65325若不确定度为若不确定度为0.0003,则取则取x=3.5484;3.6532若不确定度为若不确定度为0.002,则取则取x=3.548；3.653若不确定度为若不确定度为0.04,则取则取x=3.55;3.65若不确定度为若不确定度为0.1,则取则取x=3.5;3.7大于5入，小于5舍；刚好是5时，若前一位为奇数则入，为偶数则舍第28页有效数字运算规则有效数字运算规则:加减法加减法:与不确定度最大项末位有效数字对齐。与不确定度最大项末位有效数字对齐。如：如：57.310.01562.24342（=55.08218）=55.08乘除法乘除法:与最少个数有效数字相同。与最少个数有效数字相同。如：如：57.310.01562.24342（=0.398514767）=0.399注意注意：在前两种不确定度表示方法中，测量值也必须按在前两种不确定度表示方法中，测量值也必须按有效数字要求来表示有效数字要求来表示。第29页不确定度传递不确定度传递:在间接测量时，待测量是由直接测量量经过计算而得。在间接测量时，待测量是由直接测量量经过计算而得。此时，待测量不确定度由各直接测量量不确定度传递而此时，待测量不确定度由各直接测量量不确定度传递而得。得。加减法加减法:乘除法乘除法:乘方：乘方：普通传递公式：普通传递公式：当各直接测量量相互独立无关时，当各直接测量量相互独立无关时，第30页例题例题1 1：用电子天平测得一个圆柱体质量用电子天平测得一个圆柱体质量M=80.36g；电子天平最小；电子天平最小指示值为指示值为0.01g；不确定度限值为；不确定度限值为0.02g。用钢尺测量该圆柱体高。用钢尺测量该圆柱体高度度HH2H1，其中，其中，H14.00cm，H219.32cm；钢尺分度；钢尺分度值为值为0.1cm，估读，估读1/5分度；不确定度限值为分度；不确定度限值为0.01cm。用游标卡。用游标卡尺测量该圆柱体直径尺测量该圆柱体直径D（数据以下表所表示）；游标卡尺分度（数据以下表所表示）；游标卡尺分度值为值为0.002cm；不确定度限值为；不确定度限值为0.002cm。试依据上述数据，计算该圆柱体密度及其不确定度。试依据上述数据，计算该圆柱体密度及其不确定度。D/cm2.0142.0182.0162.0202.0182.0182.0202.0222.0162.020第31页分析：分析：对质量测量：对质量测量：圆柱体高度：圆柱体高度：圆柱体直径平均值：圆柱体直径平均值：第32页试验结果：试验结果：材料密度材料密度：第33页四四.作图与拟合作图与拟合作图法作图法最小二乘法最小二乘法第34页1 1、清楚地看到定性关系清楚地看到定性关系（螺线管磁场分布）（螺线管磁场分布）2 2、方便地比较不一样特征方便地比较不一样特征（不一样曲线用（不一样曲线用不一样符号或不一样颜色）不一样符号或不一样颜色）3 3、合理地从图上得到有用信息合理地从图上得到有用信息 （比如：求斜率或从图上读出曲线峰或谷处信息等）（比如：求斜率或从图上读出曲线峰或谷处信息等）作图法直线拟合作图法直线拟合一、一、为何作图？为何作图？二极管伏安特征直线求斜率螺线管中心轴线上磁场分布第35页二、怎样作图？二、怎样作图？选择图纸（采取标准坐标纸、反应有效数字、实图占选择图纸（采取标准坐标纸、反应有效数字、实图占1/2以上）以上）依据物理量差（取整）选择图纸格数依据物理量差（取整）选择图纸格数依据自变量因变量选择图纸方向（普通取自变量为依据自变量因变量选择图纸方向（普通取自变量为横坐标）横坐标）画坐标轴、分度线（等间距、勿太密）并标明物理量画坐标轴、分度线（等间距、勿太密）并标明物理量名称（名称（斜体斜体）及单位（正体）及单位（正体）画数据点（不标数据值、符号长度反应不确定度）画数据点（不标数据值、符号长度反应不确定度）画直线或曲线，标明特殊点坐标值（计算斜率用点、画直线或曲线，标明特殊点坐标值（计算斜率用点、峰、谷等）峰、谷等）第36页作图规则作图规则1)用标准坐标纸；坐标轴不一定取图纸边线，标度不一定从0开始。2)在选择百分比时，应使图纸上1格所表示物理量为原数据量值1、2、5等倍（或它们十进倍率）。3)对每一坐标轴，要标明物理量名称及单位符号。每隔一定距离划上短线并注明标度值，标度值无须取试验数据中全部有效数字位数。4)数据点要用端正符号来表示。不一样数据组应使用不一样符号。直线或曲线线条务必匀、细、光滑，不经过图线数据点应匀称地分布在图线两侧，且尽可能靠近图线。5）如用计算机作图，可不用坐标纸，但仍应画分隔线，其间隔仍应取1、2、5十进倍率，方便于读图。用铅笔作图用铅笔作图第37页三、怎样读图三、怎样读图1、从图上读数据点值（从图上读数据点值（X，Y）时，应正确反应）时，应正确反应有效数字。有效数字。2、从图上读某点单一坐标值（、从图上读某点单一坐标值（X或或Y）时，不但）时，不但应正确反应有效数字，还要标明单位。应正确反应有效数字，还要标明单位。3、从图上求直线斜率时，取两数据点距离应远、从图上求直线斜率时，取两数据点距离应远些，但不超出试验点范围；斜率应有对应单位。些，但不超出试验点范围；斜率应有对应单位。第38页三、怎样读图？三、怎样读图？试验名称：量子论试验图名：Ip-UG曲线实验者：郝时彦试验时间：/2/12第39页最小二乘法认为：最小二乘法认为：假设各假设各xi值是准确，全部不确定度都只联络着值是准确，全部不确定度都只联络着yi，若最正确拟合直线为：，若最正确拟合直线为：，则所测各，则所测各值与拟合直线上值与拟合直线上对应各预计值对应各预计值之间偏差平方和最小，即：之间偏差平方和最小，即：直线方程中：直线方程中：最小二乘法直线拟合最小二乘法直线拟合第40页谢谢！第41页