Физиканың медицинадағы қолданысы

Серіков Саят Серікұлы

Sayat.serikov.2004@Gmail.com

Ш.Уалиханов атындағы КУ Математика, физика және информатика кафедра студенті,

Ғылыми жетекші –

Көкшетау қ, Қазақстан

Аңдатпа

Бұл мақалада физика ғылымының медицина саласындағы қолдану аясы жан-жақты қарастырылады. Медицинадағы заманауи диагностикалық және емдеу әдістері — рентгенография, ультрадыбыстық зерттеу (УДЗ), магнитті-резонанстық томография (МРТ), лазерлік технологиялар және радиациялық терапия — физикалық құбылыстар мен заңдылықтарға негізделген. Сонымен қатар, биомеханика, медициналық оптика, термодинамика және электрофизика принциптері арқылы адам ағзасындағы физиологиялық процестерді зерттеудің маңызы баяндалады. Физика мен медицинаның тоғысуы нәтижесінде диагностиканың дәлдігі артып, емдеу тәсілдері жетілдірілуде. Бұл зерттеу физиканың медицинадағы рөлін айқындап, болашақта медициналық технологияларды дамытуда маңызы зор екендігін көрсетеді.

Кілт сөздер:

Кіріспе

Медициналық физика-бұл физикалық аспаптар мен сәулелерден, емдеу-диагностикалық аппараттардан және технологиялардан тұратын жүйе туралы ғылым.

Медициналық физиканың мақсаты-аурулардың алдын алу мен диагностикалаудың осы жүйелерін зерттеу, сондай-ақ физика, математика және техниканың әдістері мен құралдары арқылы науқастарды емдеу. Аурулардың табиғаты мен қалпына келтіру механизмі көптеген жағдайларда биофизикалық түсіндірмеге ие.

Медициналық физиктер физика - медициналық білімді біріктіріп, пациенттің жауапкершілігін дәрігермен бөлісе отырып, емдеу-диагностикалық процеске тікелей қатысады.

Медицина мен физиканың дамуы әрқашан бір-бірімен тығыз байланысты болды. Ежелгі дәуірде медицина жылу, суық, дыбыс, жарық, әртүрлі механикалық әсерлер (Гиппократ, Авиценна және т.б.) сияқты физикалық факторларды емдік мақсатта қолданған.

Алғашқы медициналық физик Леонардо да Винчи (бес ғасыр бұрын) болды, ол адам денесінің қозғалыс механикасы бойынша зерттеулер жүргізді. Медицина мен физика ең жемісті түрде XVIII ғасырдың аяғы мен XIX ғасырдың басынан бастап өзара әрекеттесе бастады.электр және электромагниттік толқындар ашылған кезде, яғни. электр дәуірінің басталуымен.

Әр түрлі дәуірлерде маңызды жаңалықтар ашқан ұлы ғалымдардың бірнеше есімдерін атайық.

XIX ғасырдың аяғы-ХХ ғасырдың ортасы. рентген сәулелерінің, радиоактивтіліктің, Атом құрылымының теорияларының, электромагниттік сәулеленудің ашылуымен байланысты. Бұл тұжырымдар в. К. рентген, А. Беккерель есімдерімен байланысты,

Ультрадыбыстық және оны медицинада қолдану

Ультрадыбыстық-бұл адамның құлағы естімейтін қатты, сұйық немесе газ тәрізді орта бөлшектерінің жоғары жиілікті механикалық тербелістері. Ультрадыбыстың тербеліс жиілігі секундына 20 000-нан жоғары, яғни есту шегінен жоғары.

Емдік мақсатта секундына 800 000-нан 3 000 000 тербеліске дейінгі жиіліктегі ультрадыбыстық қолданылады. Ультрадыбысты жасау үшін ультрадыбыстық Эмитенттер деп аталатын құрылғылар қолданылады.

Ең көп таралған электромеханикалық Эмитенттер болды. Медицинада ультрадыбысты қолдану оның таралу ерекшеліктерімен және өзіне тән қасиеттерімен байланысты. Физикалық табиғатта ультрадыбыстық, дыбыс сияқты, механикалық (серпімді) толқын. Алайда ультрадыбыстық толқын ұзындығы дыбыс толқынының ұзындығынан едәуір аз. Әр түрлі акустикалық кедергілер неғұрлым көп болса, гетерогенді орталардың шекарасында ультрадыбыстың шағылысуы мен сынуы соғұрлым күшті болады. Ультрадыбыстық толқындардың шағылысуы әсер ету аймағына түсу бұрышына байланысты – түсу бұрышы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым

Денеде 800-1000 кГц жиіліктегі ультрадыбыстық 8-10 см тереңдікке, ал 2500-3000 Гц жиілікте 1,0 – 3,0 см тереңдікке таралады. ультрадыбысты ұлпалар біркелкі сіңірмейді: акустикалық тығыздық неғұрлым жоғары болса, сіңіру соғұрлым аз болады.

Ультрадыбыстық терапия кезінде адам ағзасына үш фактор әсер етеді:

1) механикалық-жасушалар мен тіндердің діріл микромассажы;

2) жылу-тіндердің температурасы мен жасуша қабықтарының өткізгіштігінің жоғарылауы;

3) физика-химиялық-тін алмасуын және регенерация процестерін ынталандыру.

Ультрадыбыстың биологиялық әсері оның дозасына байланысты, ол тіндерді ынталандырады, тежейді немесе тіпті бұзады. Емдік-профилактикалық әсерлер үшін ең барабар ультрадыбыстың шағын дозалары (1,2 Ваттқа дейін см2), әсіресе импульстік режимде. Олар анальгетикалық, антисептикалық (микробқа қарсы), вазодилататор, сіңіргіш, қабынуға қарсы, десенсибилизациялық (аллергияға қарсы) әсер ете алады.

Ультрадыбыстық тексеру арқылы сырқат адамның денесіндегі әртүрлі ауытқулар – қатерлі ісіктер, дене мүшелерінің пішінінің өзгерістері анықталады.

Ультрадыбыстың көмегімен тастар ұнтақталады, металдар және аса қатты материалдар кесіледі және дәнекерлеу жүзеге асырылады.

Алайда ультрадыбысты адамның ұзақ уақыт бойы қабылдауы жүйке жүйесіне әсер етеді, қанның құрамының, сапасының және қысымының өзгеруіне, бас ауруына әкеледі, тіпті құлақтың естімей қалуы да мүмкін.

Қазіргі таңда медициналық диагностиканың дамуында ультрадыбыстық зерттеу (УДЗ) маңызды орын алады. Бұл әдіс жоғары дәлдікпен ақпарат беретін, инвазивті емес және адам ағзасына қауіпсіз зерттеу түрі ретінде кеңінен қолданылады. УДЗ – диагноз қоюда, ауруларды ерте сатысында анықтауда, сондай-ақ емдеу тактикасын дұрыс таңдауда тиімді құрал.

Көпшілігіміз “УЗИ” деп атайтын бұл технология рентгендік зерттеулермен салыстырғанда иондалған сәулеленуді пайдаланбайды. Рентген сәулелері адам ағзасына белгілі бір деңгейде зиян тигізуі мүмкін болғандықтан, оны жиі қолдануға шектеу қойылады. Ал ультрадыбыстық зерттеулерде мұндай қауіп жоқ, сондықтан ол жүктілік кезінде, балаларда және жиі бақылауды қажет ететін жағдайларда кеңінен қолданылады. УДЗ-ның басты артықшылықтарына оның жылдамдығы, қолжетімділігі, қайталанбалы түрде өткізілу мүмкіндігі және нақты визуализация беру қабілеті жатады. Сонымен қатар, ультрадыбыстық зерттеу арқылы ішкі ағзалардағы түрлі патологияларды – ісіктерді, қабыну процестерін, құрылымдық өзгерістерді дәл анықтауға болады. Осыған орай, ультрадыбыстық зерттеу қазіргі заманғы медицинаның ажырамас бөлігіне айналып, диагноз қою мен ем жүргізуде сенімді құрал ретінде өз маңызын арттыруда.

Магнит өрісінің қарқындылығы және оның басқа қасиеттері

Магнит өрісінің кернеулігі ортаның қасиетіне байланысты және тек тізбек бойымен өтетін ток күшімен анықталады. Тұрақты ток тудыратын магнит өрісінің қарқындылығы оның жеке элементтері тудыратын өрістердің қарқындылығынан тұрады (био-Савар-Лаплас заңы):

(DH-кернеу, k-пропорционалдылық коэффициенті, di және r – векторлар). Интегралдау арқылы біз токпен немесе осы тізбектің бір бөлігімен тізбек құрған магнит өрісінің қарқындылығын табамыз:

Дөңгелек шеңбер түрінде өткізгіш арқылы өтетін ток деп аталады. Бұл ток шеңбер бойымен айналатын электр зарядына да сәйкес келеді. Магнит өрісінің қарқындылығын және ортаның салыстырмалы магниттік өткізгіштігін біле отырып, магниттік индукцияны табуға болады:

B = M + M0H = mNf(2r).

Заттың магниттік қасиеттері

Мұндай заттар жоқ, олардың күйі өзгермейді

оларды магнит өрісіне орналастырыңыз. Сонымен қатар, магнит өрісінде заттар өздері осындай өрістің көздеріне айналады. Бұл мағынада барлық заттар әдетте магнети деп аталады.

Парамагнетиктердің молекулаларында нөлден басқа магниттік моменттер бар. Магнит өрісі болмаған кезде бұл моменттер ретсіз орналасады және олардың магниттелуі нөлге тең болады. Магниттік моменттердің реттілік дәрежесі екі қарама – қарсы факторға байланысты - магнит өрісі және молекулалық хаотикалық қозғалыс, сондықтан магниттелу магниттік индукцияға да, температураға да байланысты.

Вакуумдағы біртекті емес магнит өрісінде парамагниттік зат бөлшектері өріске тартылады деп айтылады. Парамагнетиктерге алюминий, оттегі, молибден және т. б.

Диамагнетизм барлық заттарға тән. Парамагнетиктерде диамагнетизм күшті парамагнетизммен қабаттасады.

Егер молекулалардың магниттік моменті нөлге тең болса немесе диамагнетизм парамагнетизмнен басым болатындай кішкентай болса, онда мұндай молекулалардан тұратын заттар диамагнетиктерге жатады. Диамагнетиктердің магниттелуі магниттік индукцияға қарама-қарсы бағытталған, оның мәні

Сәулелік терапиядағы физиканың рөлі

Жақында жеңіл және жылдам тағамдардың көбеюіне және оларды адамдардың шамадан тыс тұтынуына байланысты ісік ауруы айтарлықтай өсті. Бұл әлемдік медицинадағы үлкен дағдарыс. Біздің елде де онкологиялық аурулар жастар арасында көп кездеседі. Алайда, медицина саласы қарқынды дамып келе жатқанын бәріміз білеміз, көптеген шешілмеген аурулардың алдын алу үшін емдік шаралар жасайтын әртүрлі құрылғылар ойлап табылуда. Дүниежүзілік медицина саласында сәулелік терапия немесе сәулелік терапия Онкологиядағы қатерлі ісік ауруларын емдеудің маңызды әдістерінің бірі болып табылады. Ал қазіргі нарық дәуірінде оның негізінде ісік жасушаларын жоюға немесе түзетуге болатын жоғары энергиялы Сәулелер жатыр. Сәулелік терапия-қатерлі ісік ауруын емдеудің тиімділігі мен қауіпсіз физикалық принциптеріне негізделген өте тиімді әдісі. Ісікке сәулелердің дұрыс дозасын жеткізу, сәулеленудің түсуін және сіңуін бақылау, сау тіндердің минималды зақымдануы-бұл барлық

Сәулелік терапияның тиімділігі оның дозасына байланысты болады. Доза ісікке максималды әсер ететіндей болуы керек, бірақ сау тіндерге зиян тигізбеуі керек. Осы мақсатқа жету үшін сәулелер көбінесе бір сеансқа қажет үлкен дозаның орнына бірнеше дозада бөлінеді.

Сәулелердің ісікке дәл бағытталуы өте маңызды. Бұл принцип сәулелік терапияның негізгі принциптерінің бірі болып табылады, өйткені оның мақсаты ісіктің максималды дозасын жеткізу және сау тіндерге аз зиян келтіру болып табылады. Сәулелерді бағыттау үшін ісіктің нақты орнын анықтауға және сәулелердің бағытын дұрыс реттеуге мүмкіндік беретін бейнелеу әдістері (мысалы, КТ, МРТ, ПЭТ сканерлеу) қолданылады.

Дәл бағыттау принципі: нысананың дәлдігі мен сәулелердің бағыты ісіктің орналасуына және оның мөлшеріне сәйкес дәл анықталады.

Сәулелік терапияның мақсаты ісік жасушаларын тиімді жою болса да, сау тіндерге зақым келтірмеу маңызды. Сәулелердің дозасы мен бағыты сау тіндерге әсерін азайту үшін өте мұқият реттеледі. Сәулелік терапияда қарқынды модификацияланған сәулелік терапия (IMRT) сияқты көптеген әдістер мен технологиялар бар, олар сәулелердің дозасын дәл реттеу арқылы сау тіндерге әсерін азайтады.

Магниттердің қасиеттері және адам тіндерінің магниттік қасиеттері
Дене тіндері негізінен су сияқты диамагнитті. Алайда организмде парамагниттік заттар, молекулалар мен иондар да бар. Денеде ферромагниттік бөлшектер жоқ. Денеде пайда болатын биотоктар әлсіз магнит өрістерінің көзі болып табылады. Кейбір жағдайларда мұндай өрістердің индукциясын өлшеуге болады. Мәселен, мысалы, жүректің магнит өрісінің индукциясының (жүрек биотоктарының) уақытша тәуелділігін тіркеу негізінде диагностикалық әдіс – магнитокардиография жасалды. Магниттік индукция ток күшіне пропорционал, ал ОМ Заңына сәйкес ток күші (биоток) кернеуге пропорционалды болғандықтан (биопотенциал), жалпы магниттік кардиограмма электрокардиограммаға ұқсас. Алайда, магнитокардиография, электрокардиографиядан айырмашылығы, байланыссыз әдіс болып табылады, өйткені магнит өрісі биологиялық объектіден – өріс көзінен біршама қашықтықта тіркелуі мүмкін.

Қорытынды

Қорыта келе, физика ғылымының медицинадағы орны ерекше екендігі айқындалады. Диагностика мен емдеудің заманауи әдістері – рентген, ультрадыбыс, МРТ, лазер, сәулелік терапия – барлығы физикалық заңдылықтарға негізделген. Сонымен қатар, адам ағзасындағы физиологиялық процестерді терең түсінуге мүмкіндік беретін биомеханика, термодинамика және электрофизика секілді салалар медицинаның дамуына зор үлес қосуда. Физика мен медицинаның тығыз байланысы болашақта жаңа технологиялардың дамуына, ауруларды ерте анықтап, тиімді емдеуге жол ашатыны сөзсіз. Сондықтан да физика ғылымын медицинада қолдану – адам денсаулығын қорғау жолындағы маңызды бағыттардың бірі.

Пайдаланылған әдебиеттер

1. Вера.А.П. Медицинская физика

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/Казахстан

3. https://bilim-all.kz/article/23285