第二章医用物理学知识
第一节 物质结构
一、原子的核外结构
(一)量子数
1、主量子数n(决定电子壳层) n取1、2、3、„时，相对应的电子壳层可用K、L、M、N、O、P等符号表示。
故主量子数是决定原子能级的主要因素。
2、角量子数L(决定电子亚层即决定电子能量及运动形式) 同一电子壳层中电子具有的能量及运动形式不同，
又分为若干电子亚层，由角量子数L决定。n确定后，L取0、1、2、„、(n-1)，对应的电子亚层分别用s、p、
d、f、g、h等符号表示。
还有磁量子数m(决定轨道量子数)和自旋量子数m(决定电子的自旋状态)他们的取值分别是m=0、?1、?12、„，LsL
1?L;m=?。 s2
(二)核外电子的排布
2按照波尔理论，主量子数为n的壳层可容纳电子数为:N=2n。但除K层为2个电子，其他层最多容纳8个电子。 n
二、原子能级
(一)原子能级和结合能
,、原子能级 以电子伏特表示，1eV=1.6×10-19,。
,、结合力 原子核对电子的吸引力。近原子核的壳层电子结合力强。还和原子序数,有关，,越高，核内正电荷越多，对电子的吸引力越大。
,、结合能 原子能级是结合能的负值。
(二)激发和跃迁
1、基态(正常态) 原子处于最低能量状态(最稳定)叫基态(n=1)。
2、激发 电子从低能级向高能级过渡，称激发。n=2的能量状态称为第一激发，n=3的能量状态称为第二激发等。 3、电离 电子吸收的能量大于结合能时，电子将脱离原子核的束缚，成为自由电子，这个过程称为电离。 4、跃迁 处于激发态的原子，其外层电子或自由电子将自发地填充其空位，同时放出一个能量等于两能级之差的hυ光子，这个过程称为跃迁。特征X线(特征光子)就是根据这个道理产生。
第二节 磁学基础知识
一、自旋和核磁的概念
原子核总以一定的频率绕着自己的轴高速旋转的这一特性称为自旋;原子核自旋形成电流环路，从而产生具有一定大小和方向的磁化矢量，故把由带正电荷的原子核自旋产生的磁场称为核磁。
二、磁性和非磁性原子核
原子核内的质子数和中子数均为偶数，则这种原子核的自旋并不产生核磁，称这种原子核为非磁性原子核。磁性原子核需符合:1、中子和质子均奇数;2、两者中只有一个为奇数。
1磁共振成像选择H的理由:1、人体中数量最多的原子核;2、其磁化率在人体中最高。
三、共振和磁共振现象
(一)共振现象 共振就是两个振动频率相同的物体，当一个振动时，引起另一个物体振动的现象。产生共振的重要条件:要有弹性，且一个物体收外来的频率作用时，它的频率要与后者的频率相同或基本相近。如臭氧层的振动频率恰恰能与紫外线产生共振，因而能吸收大部分的紫外线。
(二)此共振现象 固体在恒定磁场和高频交变电磁场的共同作用下，在某一频率附近产生对高频电磁场的共振吸收现象。高频电磁场在垂直于恒定外磁场的方向上加入。产生磁共振的磁矩是顺磁体中的原子(或离子)磁矩，则称为顺磁共振;磁矩为铁磁体中的电子自旋磁矩，则称为铁磁共振;磁矩是原子核的自旋磁矩，则称为核磁共振。 核磁共振的频率和灵敏度比顺磁共振低很多。
四、核磁弛豫
在均匀的强磁场中，氢原子核的自旋轴将按磁场磁感线的方向重新排列，再用特定频率的射频脉冲(RF)进行激发，氢原子核吸收一定的能量而共振，即发生了磁共振现象。停止发射射频脉冲，则被激发的氢原子核把所吸收的能量逐步释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态，这一恢复过程称为弛豫过程，而恢复到原来平衡状态所需的时间则称之为弛豫时间。
自旋-晶格弛豫时间又称纵向弛豫时间，它反映自旋核把吸收的能量传给周围晶格所需的时间，也就是90?射频脉冲质子由纵向磁化转到横向磁化之后再恢复到纵向磁化激发前状态的63%所需的时间，称T。 1自旋-自旋弛豫时间又称横向弛豫时间，它反映横向磁化衰减、丧失的过程，即横向磁化维持到37%所需的时间，称T。T衰减由共振质子之间相互磁化作用所引起，与T不同，它引起相位的变化。 221
第三节 激光学基础知识
一、激光的产生
(一)受激吸收和光辐射
1、受激吸收 原子处在低能级E，当有能量为hυ=E-E的光子从旁经过时，原子就有可能吸收光子的能量，从低LHL
能级E过渡到高能级E上去，这过程叫做受激吸收。特点:不是自发发生，必须有外来光子的“激发”才能发生，LH
并且外来光子能量应等于原子激发前后两个能级间的能量差。
2、自发辐射 在没有任何外界影响的情况下，高能级的原子会自发地跃迁到基态或较低激发态，跃迁时释放的能量是以光辐射的形式放出的，则这个过程叫做自发辐射。
3、受激辐射 处于高能级E的原子在自发辐射前，受到一个能量为hυ=E-E的“诱发”后，可释放出一个与诱HHL
发光子特征完全相同的光子而跃迁到低能级E，这个过程称为受激辐射。持续的受激辐射形成的光束就叫激光。L
特点:不是自发发生，必须有外来光子的刺激才能发生，且外来光子能量应等于原子激发前后两个能级间的能量差。 (二)激光的产生
1、激光器的构成 一般由三个主要部分构成:工作物质、激发装置和光学谐振腔。
(1)工作物质 激光器中能产生激光的物质称为工作物质。
(2)激发装置 作用是把处于低能级上的原子激发到高能级上去，使工作物质实现粒子数反转。粒子处于亚稳态，能停留较长时间而不发生自发辐射，是形成粒子数反转的必要条件。所以激光器的工作物质，必须具有合适的亚稳态能级。
(3)光学谐振腔 它是在工作物质两端安装的一对互相平行且垂直于主轴的反射镜，其中一端为全反射镜(反射率100%)，另一端部分透光的部分反射镜(反射率90-99%)。作用:?产生和维持光放大;?选择输出光的方向;?选择输出光的波长。
2、激光器的分类 常用的医用激光器有以下几种:
(1)红宝石激光器:它是世界上最早于1960年研制成功的激光器，次年用于视网膜凝固。694.3nm脉冲激光。 (2)氦-氖激光器:最早研制成功的气体激光器。产生受激辐射的是氖，氦只传递能量。632.8nm红色激光。 (3)二氧化碳激光器:以二氧化碳气体为发光材料的分子激光器。几乎被大部分生物吸收。10.6μm远红外光。 (4)准分子激光器:脉冲式。工作物质是稀有气体及其卤化或氧化物，波长段、功率高。主要进行手术治疗。
二、激光的特性
(一)激光的特性
1、方向性好
2、强度高
3、单色性好
4、相干性好
(二)激光的危害及安全措施
直接危害和间接危害。措施:对激光系统及其工作环境的监管管理和个人防护。
三、激光的医学应用
(一)激光治疗
1、激光手术
2、弱激光治疗 三种
方法
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:激光理疗、激光针灸、弱激光血管内照射疗法。 3、激光光动力学疗法 治疗恶性肿瘤，有体表、组织间、腔内照射及综合治疗四种方式。 4、激光内镜术治疗
(二)激光诊断 方法有激光光谱、干涉、散射、衍射、投射及偏振
分析
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法。 (三)用于医学基础研究的激光技术 如激光显微镜技术、激光扫描计、激光打印机等。
浙公网安备 33021202002483