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医学物理与实验
课程介绍
- 学科门类:“医学物理”与“医学物理实验”属交叉学科,是应用物理学的一个分支.是研究把物理学理论及物理学技术应用于医学诊断,医学治疗及疾病预防的学科领域.
- 内容特点:课程所授内容及实验紧跟当代医学科技步伐,尽可能把物理与医学交叉的,临床上常用的诊疗仪器介绍给学生,使医学生及早了解和掌握现代诊疗仪器的基本原理,操作技术以及医学应用.
- 基本要求:通过课堂讲授了解生命中的物理过程及生理物理量的产生与测量方法、掌握医学诊断和治疗中的物理原理与技术; 通过实验环节，让学生品尝物理与医学学科交叉的成果,体验运用知识的过程,启发创新意识.
- 课程内容:
- 第一模块：生理物理量及测量。所开实验有：心电位形成与测量、人耳听觉听阈测量、压力传感器模拟组装血压计及血压测量等;
- 第二模块：医学成像物理原理及实验。包括：超声基础及B超实验、核磁共振原理及成像实验、X射线基础及透视,X-CT实验、同步辐射及医学应用,激光及其医学应用等;
- 第三模块：生物材料物理参数及测量。如：人造骨弹性模量测量、药液物理参数（黏度、表面张力、浓度）测量、眼镜片屈光度模拟测量等。
- 选课对象：医学类专业(专业选修课);其它各专业(公共选修课);2014年秋季开始也针对物理专业选课(专业选修)
- 开课目的：加强医学类专业学生的医学物理知识及医学物理实验训练，及早接触物理诊断和物理治疗方面的技术原理,培养学生对物理学在医学实践及研究方面的兴趣及动手能力，激发学生的创新意识及提高学生运用知识的能力。
- 教学时数：54学时
- 教学用地：逸夫科技楼404,406,407室，物理楼145,153,161室。
教学队伍
实验名称及内容
2023-2024学年第二学期（春季学期）
任课教师
| 听阈/A超 | X-CT/MRI | 血压/仿真 | 设研 | |
|---|---|---|---|---|
| 周一67节 | 陈唯，phchenwei@fudan.edu.cn | 王熠华，wangyhv@fudan.edu.cn | 苏卫锋，suwf@fudan.edu.cn | 符维娟, softmat@fudan.edu.cn |
| 听阈/A超/黏度 | X-CT/MRI/B超 | 血压/仿真 /杨氏模量 | |
|---|---|---|---|
| 周五67节 | 石武，shiwu@fudan.edu.cn | 张成，zhangcheng@fudan.edu.cn | 季敏标，minbiaoj@fudan.edu.cn |
| 周五89节 | 石武，shiwu@fudan.edu.cn | 张成，zhangcheng@fudan.edu.cn | 姚红英，yaohy@fudan.edu.cn |
教学安排
课程教材
- 实验讲义2024春季.pdf 学生不用打印，实验室有纸质版讲义。
资料下载
2023-2024学年第一学期（秋季学期）
任课教师
| 听阈/A超 | X-CT/MRI | 血压/心电 | 设研 | |
|---|---|---|---|---|
| 周五 | 姚红英，yaohy@fudan.edu.cn | 张成，zhangcheng@fudan.edu.cn | 石武，shiwu@fudan.edu.cn | 符维娟, softmat@fudan.edu.cn |
教学课件
教学大纲
教材及参考文献
- 2012年至今教材建设:
- 1.张新夷.<同步辐射医学应用讲义>.2012
- 2.王磊,冀敏.<医学物理学>[M]第八版.卫生部”十二五“规划教材.2013.人民卫生出版社
- 3.冀敏,苏卫锋,姚红英.<医学物理实验讲义>上册.2012-2015
- 4.冀敏,姚红英,苏卫锋.<医学物理实验讲义>下册.2012-2015
教学条件
- 教材：自编讲义：《同步辐射及医学应用讲义》，《核磁共振成像讲义》，《医学物理实验讲义》(上册)；《医学物理实验讲义》(下册);参考书：《医学物理学》，《医学物理实验》。
- 扩充性学习资料：授课PPT，仪器说明书，各个实验的介绍及教学要求（网站上）；
- 教材与实验讲义的内容相互补充，教学效果良好；课程网站允许多种形式的讨论、答疑等，促进学生间、学生和老师间随时随地的互动交流；
- 教学人员:有主讲教师5人,教辅1人;
- 实验室：目前有5个实验室，总面积200平方米，配有标准化听力室，X-CT，核磁共振成像等先进教学设备以及电脑、空调、冰柜、饮水机等,实验室资产200万.教学环境良好；
- 网站：本课程在实验中心网站开设有网络课堂，内容覆盖教学内容的三个模块九个实验，正在进一步建设中。
教学方法
- 教学模式: 采用理论讲授与动手实验相结合的教学模式。通过理论讲授，了解医学物理中涉及的物理规律，通过实验环节加深对物理规律在医学中应用的理解，掌握物理与医学交叉知识运用的方法。
- 教学方法:本课程采用问题式（疑难问题讲解时）、案例式（训练逻辑思维时）、讨论式（训练学生提出问题、解决问题、表达能力时）、演示（增加感性认识和启发思考时）等多种教学方法并灵活运用。
- 教学手段:制作教学课件（PPT），利用学校多媒体系统授课，必要的公式推导和说明仍采用板书形式；学生可利用网络课堂下载课件； 实验教学中，通过开放实验室、增加预习和补习环节，提高实验教学质量；实验室配备计算机，方便学生选课和进入网络课堂；每个实验室配有相关参考书及资料，为学生的学习提供了方便。
教学研究
- 教学研究课题:
- 医学类专业物理实验分层次教学研究与实践(复旦大学教学研究项目31),冀敏,苏卫锋,姚红英等,2012-2013年(已结题);
- 教育部教学研究司教学方法研究子课题“案例教学在医学类专业大学物理教学中的应用”，冀 敏等，2009-2011年(已结题);
- 上海高校本科重点教学改革项目：实验教学中的科研元素与创造性训练（上海市教育委员会），张新夷等，2011-2012年;
- 国家基础科学人才培养基金——支撑条件建设项目（自然科学基金委），张新夷等，2012年1月-2015年12月;
- 能谱分析在教学实验中的应用，人才培养基金子课题项目，苏卫锋,2011-2013年;
- 高校基础物理实验教学情况调查研究，教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会高校立项教研项目，苏卫锋等,2009-2011年;
- “高温超导块材制备及性质测试”及“高温超导转变温度测试仪器研制”，姚红英.
- 教学成果:
- 2013年：“肺呼吸物理演示实验装置”获2013演示实验教学研讨会仪器评比二等奖。冀 敏，苏卫锋，乐永康。
- 2010年：“医学物理与实验教学改革与实践”教学成果一等奖(复旦大学).冀 敏,张新夷,姚红英,岑剡,马世红,陈元杰,苏卫锋等;
- 2011年：（集体奖项）物理教学实验中心获2009-2010年度“上海教育先锋号”荣誉称号;
- 2009年： 张新夷教授获2009年度宝钢优秀教师奖;
- 2009年： 冀 敏,陆申龙.<医学物理实验>教材,人民卫生出版社. (出版至今,已被国内近百家高校作为参考书或教课书)
- 2008年：“医学物理实验系列教学仪器研制”二等奖(高校教学仪器评比委员会).冀 敏,马世红,陆申龙. (截止2014年底之前,医学物理系列教学仪器已被国内40多家医学院校用于实验教学)
- 近五年: 姚红英,苏卫锋,张新夷,冀 敏获复旦大学复华奖教金6人次.
- 教学文章:
- 冀 敏,张新夷,姚红英,苏卫锋.等.医学类专业物理实验分层次教学研究与探索[A].2012第七届高校物理实验教学研讨会论文集[C].成都.大学物理实验教学指导委员会.2012:213-217
- 冀 敏,苏卫锋,李爱萍.等.肺呼吸物理模型测量肺顺应性的教学实验[J].物理实验.2014.34(1):22-25
- 冀 敏,苏卫锋,姚红英.等.医学类专业物理实验分层次教学效果的调研与探讨[J].物理实验.2014.34(增刊):54-57
- 苏卫锋.冀敏.X射线透视及X-CT成像医学物理实验的教学开发与探讨[J]物理实验.2012.32(增刊):57-59
- 教学研讨会邀请报告:
- 冀 敏.医学物理实验教学与精品课程建设[R].哈尔滨:第3届医药类专业物理教学研讨会.2012:8月9日
- 冀 敏.临床医学八年制医学物理实验课程调研与探讨[R].新乡:第4届医药类专业物理教学研讨会.2014:8月3日
- 冀 敏.医药类专业物理课程架构与思考[R].同济大学主办:医药类专业物理教学研讨会.2014:11月29日
- 苏卫锋.核磁共振成像医学物理实验教学开发与探讨[R].杭州:2014核磁共振成像教学实验与应用研究研讨会.2014:10月
课程评价
教学互动与学生成果
基于教学平台的学生成果及作品
- 2010年：肺呼吸物理模型 严寒,赵 斌,钮佳艳,马骏等同学研制;(实验室保存有实物,指导教师:冀敏,苏卫锋,乐永康,李爱萍)
- 2011年：脉搏计数器 栗山涛等同学研制;(实验室保存有实物,指导教师:冀敏)
- 2012年：家庭用听阈曲线测试系统.艾平，张辰，李毓，储冬玮同学;科创项目优秀奖(发证单位:复旦大学团委).(实验室保存有软件和论文,指导教师:冀敏)
- 2012年：喉镜手术过程中的力学模型 冯冬笙等同学研究；(实验室保存有论文,指导老师:冀敏,苏卫锋)
- 2012年：“基于计算机平台的听阈测试医学教学软件”著作权，袁翔同学编写；(证书编号:2013SR037768. 发证单位:中华人民共和国版权局),指导教师:冀 敏
- 2013年：“love Ears-基于移动终端的纯音气导听阈自测平台”，获2013年第十三届”挑战杯“-全国大学生业余科技创新大赛三等奖，获奖同学：艾平，张辰，李毓，储冬玮同学。(发证单位:中华人民共和国:教育部,科学技术学会,共青团中央等.指导教师:冀敏,苏卫锋,乐永康等)
- 2013年:人体循环系统模拟测试装置研究.登辉计划(复旦大学教务处项目).姜畅,聂聪同学等.(实验室保存有实物:指导教师:冀敏,苏卫峰,乐永康,李爱萍)
- 2013年:呼吸系统模拟演示实验装置.全国高校演示实验仪器评比二等奖. 潘鹏宇,黄青等同学参与(实验室保存有实物:指导教师:冀敏,苏卫峰,乐永康,李爱萍)
- 2015年:“LED”紫外线消毒鞋楦研制.曦源计划(复旦大学教务处项目).王舒琪,顾慧君同学. (指导教师:冀敏,苏卫峰)
- 2015年:“LED”红外线康复治疗装置(实验室保存有实物).(复旦大学物理教学实验中心资助).赵志强,王舒琪同学.(指导教师:冀敏,姚红英)
- 肺呼吸物理模型 家庭用听阈曲线测试系统
问题讨论区
对于人耳听阈实验中，理论显示人耳在3500Hz处最为灵敏，但是许多同学的实验结果显示两耳在3500-4000Hz都不在最佳结果，并且并非个例，请问这是为什么呢？——13301050249马欣纯,2015/5/20一般来讲,人的听觉最敏感频率在2800Hz左右,与耳道长度有关.部分同学对3500-4000Hz的声音不敏感我个人认为有两种可能因素:耳道长度以及中耳内耳关于声波的偶合情况;每个人耳朵尺寸不完全一样,敏感频率会存在差异.—–冀敏/2015/5/21
在MRI实验中，对于一般扫描序列，如SE序列，扫描时间如何确定？——13301050279陶梦圆/2015/5/22在SE序列中，扫描时间由脉冲序列重复时间TR,相位编码数NE和累加次数NS决定:t=TrxNExNS。 — Hongying Yao 2015/06/02 12:28
老师，在核磁共振成像中，实验室中的机器都只有在GY取负值的时候，才能够成正立的像，为什么在设计仪器的时候不直接将GY的数据修正为正值时候成正立的相？如果将GY的数据修改为正值，会对别的功能产生影响吗？——王舒琪 13301050269/2015/5/25你的问题很好！看到了这个现象就打了个问号。因为电流方向选的正好相反。在设计仪器的时候可以直接将GY的数据修正为正值时候成正立的相。而这批仪器厂商开发的比较早，没有考虑到这个问题。他们现在的仪器考虑了这个问题，就都为正立的像了。 — Hongying Yao 2015/06/02 12:45
老师，关于“毛细管法测液体黏度”实验，当粘度计倾斜时，会增大溶液与粘度计之间的阻力，液体流下的时间增大，这会导致测得的黏度系数偏大——这样的分析是否正确呢？我发现实验中并没有能保证实验器材水平的装置，建议增加，以确认粘度计垂直，减小实验误差~~（不知道铅垂是否适合在这个实验中使用？是否还有其他比较方便的确认垂直的方式？）——魏依绸13301050253/2015/5/30您的建议非常好.可以固定一小铅垂,帮助判断毛细管是否竖直.(但当毛细管放置有倾角时,只要每次倾角不变,理论上对所测黏度影响不大)——冀 敏/2015/6/1
老师想问一下~在用弯曲法测杨氏模量的时候，超出刀口两边的人造骨长短对测量有影响吗？应该没有。 — 苏卫锋 2014/04/16 16:06
有个问题:实验4中,当胳膊抬高时,收缩压和舒张压都会降低,怎样用伯努利方程进行解释?看了你的问题，我也进行了学习。参考 人体中的伯努利方程【高志冬、全美盈，《大学物理实验》Vol.19, No.2, P.4（2006）】一文，我想主要是伯努利方程中的重力项在起作用。欢迎各位老师同学指正。 — xinyi zhang 2012/05/05 11:24
伯努利方程： 0.5*ρ*v^2+ρ*g*h+P=常量 测收缩压或舒张压时，v不变，胳膊抬高，h增大，压强P减小。
用奥氏黏度计能不能测量血液黏度?实验2中所用的奥氏黏度计只能用于测量黏度较小的牛顿流体.血液是非牛顿流体,其黏度随切变率变化,在临床上规定,全血黏度要分别测量高切变率(200/s)\中切变率(30/s)\低切变率(3/s)三种情况下的黏度,因此奥氏黏度计不能测量全血黏度.血浆是牛顿流体,其黏度不随切变率变化,但黏度较大,所以一般不用奥氏黏度计测血浆黏度.关于该问题可以参考各种版本的<血液流变学>教材.—min ji 2012/05/08 16:00
在体检时,眼科医生拿着手电筒来检查眼睛,随即能说出你是近视或远视,医生拿的手电筒与家庭中用的有什么不同?眼科医生手持的”手电筒“称为直接检眼镜,用于观察眼底(视网膜)病变,主要由电池,灯泡,会聚透镜,反射棱镜,透镜组几部分组成.适当会聚的光经反射棱镜射入病人眼底,从眼底反射出来的光经透镜组中的某透镜后射入医生眼睛并在视网膜成像,医生通过旋转透镜组选择透镜,从而看清楚病人视网膜的图像.医生根据所选透镜可以判断病人是近视还是远视以及散光,还可以读出屈光度.透镜组上各透镜的直径小于4mm.参考书:人民卫生出版社出版,胡纪湘主编的<医用物理学>第四版”几何光学“一章.—min ji 2012/05/08 16:40
核磁共振成像在Z方向上利用梯度磁场下特定频率的共振在Z轴上选定层面。同时，在X方向的扫描上也是利用梯度磁场下共振频率的区别对X坐标做出判定。这就产生了一个问题：假设有两个层面：他们在Z方向上的位置分别为z1,z2，对应射频共振频率分别为w1，w2。在考虑z1面的X方向：在x=0处，共振频率为w1，加上梯度磁场后随着X的变化，共振频率响应变化，一定可以找到一个x'使得它的共振频率w'=w2。定义坐标(Z,X)，由之前的例子，我们发现在(z1,x')和(z2,0)处它们的共振频率都是w2。探测器是探测不到这两者区别的，响应的，傅里叶分析理应也无法计算出两者的区别。那MRI是通过什么方法判断某一个频率元w2对应的坐标是(z1,x')还是(z2,0)呢？— 袁翔 2012/05/21 09:41
如果是不同层面的话，就不存在什么问题。因为MRI成像是一个层面的信号采集全部结束，即形成该层面图像所需的的全部成像信号，也就是这个层面的图像已经出来了，再去采集另外一个层面的成像信号，形成另一张横断面图像。 — Hongying Yao 2012/05/23 13:11
请问X射线透射试验中要求观察的“透射像的强度和清晰程度”分别指什么？学生不能很明确的区分这两个概念。谢谢。透射像的强度指屏幕上像的亮度（brightness），清晰度指像的对比度（contrast）。 — 苏卫锋 2012/06/04 15:51
老师好，X射线透射试验中思考题中连续光谱的波长如何定义？它与管电压有何关系。然后是不是X射线透射成像主要依靠的是特征光谱的X射线，连续光谱的强度太弱了？谢谢。当高速运动的电子在接近靶原子核时运动速度变缓并且轨迹发生偏转，电子损失能量辐射电磁波，若电子损失的能量是ΔE，则辐射电磁波的波长为λ=hC/ΔE，由于电子损失的能量是连续的，辐射电磁波的波长也是连续的。连续谱的波长有一个极限值，就是电子的能量完全转化为光子能量， 所以连续谱与管压的关系为:管压增大，连续谱的最短波长变短，强度增大。透射成像不是主要依靠特征谱线。 — 苏卫锋 2012/06/11 14:02
老师你好，请问听阈曲线的横坐标到底是怎么处理的呢？模仿材料上的图吗？材料上的图是怎么画出来的呢？ — 钱敏 2012/10/4听阈上的横坐标常采用频率的常用对数来分度，但标度时仍用对应的频率值。—冀敏 2012/10/20谢谢老师，老师一直都很有耐心呢！> < —钱敏 2012/10/23
请问老师第三个实验是按发的讲义的第三个还是网站上的第三个呢？按发的讲义预习实验。 — 苏卫锋 2014/04/16 16:06
老师好，我想问一下，在毛细管法测液体黏度的实验中，我们实验用的水是饮水机中的纯净水，而测水的密度时直接读取的量筒中已有的纯水的密度，并不是做实验用的水的密度，这两个密度值如果不一样，是不是会对实验造成误差？ —徐东野13301050299 2015/6/3您好，量筒中的水也是饮水机中的纯净水。—-冀敏2015/6/5
老师您好！请问做听阈曲线测定实验时，听导耳机有播放掩蔽噪音来掩蔽另一只耳的功能吗？还是纯粹靠物理隔绝？谢谢老师！by陈思奇20160325您好!气导耳机播放的掩蔽噪音的声强级一般大于对侧听阈.个人认为,气导纯音在听阈值时传至对侧耳朵不足于引起听觉.— 冀敏2016/4/6
2016春季讨论课题目
- 实验1:—-实验时,当人造骨放置不对称时,对测量结果有何影响.
- 实验2:—-实验中为什么必须注入6毫升液体;液体倒出后,毛细管中为什么还能看到液柱.
- 实验3:—-超声探伤过程中,为什么后界面的反射波突然”向前移“.
- 实验4:—-假设竖直平面上有一大小不变的电偶极矩矢量以一定角速度绕某固定点旋转,分析平面上关于Y轴对称的两点的电压随时间的变化规律.两点到圆心的距离远大于电偶极矩矢径的大小.
- 实验5:—-临床所测听力图与听阈曲线有何不同.声压级与声强级有何关系.
- 实验6:—-如何较快的完成数字电压表的定标; 如何计算气体管路中体积.
- 实验7:—-X-CT的成像参数是什么;医院使用的X-CT的扫描与实验所用仪器有何不同.
- 实验8:—-
学习汇报
- 各章节后面习题:选择其中的2个或3个题目;
- 实验报告:每个循环(模块)提交两个实验报告,共交6个实验报告;
- 学习总结汇报: 共做一次,鼓励上讲台并提交PPT.
教学视频
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