1. فیزیک پزشکی چه نقشی در تشخیص و درمان بیماری‌ها ایفا می‌کند؟ چند نمونه از تجهیزات پزشکی که از اصول فیزیک برای عملکرد خود استفاده می‌کنند را ذکر کنید.
پاسخ: فیزیک پزشکی به‌طور عمده در طراحی و بهینه‌سازی تجهیزات پزشکی، تصویربرداری، و درمان‌های نوین نقش دارد. نمونه‌هایی از این تجهیزات شامل دستگاه‌های اشعه ایکس (رادیولوژی)، دستگاه‌های MRI (تصویربرداری با تشدید مغناطیسی)، و رادیوتراپی برای درمان سرطان است.
2. نحوه عملکرد دستگاه MRI و اصول فیزیکی که برای تصویربرداری استفاده می‌شود را توضیح دهید.
پاسخ: دستگاه MRI با استفاده از میدان مغناطیسی قوی و امواج رادیویی برای تولید تصاویری از داخل بدن استفاده می‌کند. اصول فیزیکی شامل تعامل بین مغناطیس هسته‌ای (NMR) و ویژگی‌های مغناطیسی هسته‌های اتم‌های بدن است.
3. در رادیوتراپی، چطور تابش‌های یونیزه کننده می‌توانند به درمان سرطان کمک کنند؟
پاسخ: در رادیوتراپی، تابش‌های یونیزه کننده مانند اشعه ایکس، گاما یا الکترون‌ها به تومور سرطانی تابیده می‌شود. این تابش‌ها با تخریب DNA سلول‌های سرطانی موجب از بین رفتن یا کاهش رشد آنها می‌شود، در حالی که آسیب کمتری به بافت‌های سالم اطراف وارد می‌کنند.
4. کاربرد قانون بقای انرژی در دستگاه‌های پزشکی مانند CT Scan یا PET را توضیح دهید.
پاسخ: در دستگاه‌های پزشکی مانند CT Scan یا PET، انرژی تابشی (اشعه X یا گاما) به بدن ارسال می‌شود و پس از تعامل با بافت‌های مختلف، بازتاب یا جذب می‌شود. طبق قانون بقای انرژی، میزان انرژی تابیده شده و بازتابیده شده برای ساخت تصاویر به کار می‌رود. در PET، تابش‌های گاما از واپاشی رادیواکتیو در بدن آزاد می‌شود و اطلاعات مربوط به توزیع مواد رادیواکتیو در بدن را فراهم می‌کند.
5. اصول فیزیکی که در اکوکاردیوگرافی (آلتراسوند قلب) به کار می‌روند چیست؟
پاسخ: اکوکاردیوگرافی از امواج صوتی با فرکانس بالا استفاده می‌کند که از بدن عبور کرده و بازتاب می‌شوند. این بازتاب‌ها توسط دستگاه ضبط و تبدیل به تصویر می‌شوند. اصول فیزیکی در این روش بر اساس بازتاب امواج صوتی و تفاوت سرعت انتقال آن در بافت‌های مختلف بدن است.
فیزیک در پزشکی کاربردهای گسترده‌ای دارد و نقش مهمی در تشخیص، درمان و تحقیق ایفا می‌کند. برخی از مهم‌ترین کاربردهای آن عبارت‌اند از:
۱. تصویربرداری پزشکی
- اشعه ایکس (X-ray): برای تصویربرداری از استخوان‌ها و بررسی شکستگی‌ها
- سی‌تی اسکن (CT scan): ارائه تصاویر مقطعی از بدن با استفاده از پرتوهای ایکس
- ام‌آر‌آی (MRI): استفاده از میدان مغناطیسی و امواج رادیویی برای تولید تصاویر دقیق از بافت‌های نرم
- اولتراسوند (Ultrasound): استفاده از امواج صوتی برای بررسی اعضای داخلی مانند قلب و جنین در دوران بارداری
- پت اسکن (PET Scan): بررسی عملکرد متابولیکی اندام‌ها با استفاده از مواد رادیواکتیو
۲. رادیوتراپی و پرتودرمانی
- درمان سرطان: استفاده از پرتوهای یونیزان مانند اشعه گاما و ایکس برای تخریب سلول‌های سرطانی
- رادیوایزوتوپ‌ها: کاربرد مواد رادیواکتیو برای درمان بیماری‌هایی مانند سرطان تیروئید
۳. بیومکانیک و مهندسی پزشکی
- طراحی پروتزهای مصنوعی، مفاصل مصنوعی، و ابزارهای ارتوپدی
- بررسی نحوه حرکت اعضای بدن و نیروهای وارد بر آنها برای بهبود درمان‌های فیزیوتراپی
۴. لیزر در پزشکی
- جراحی با لیزر: مانند جراحی چشم (LASIK)، درمان بیماری‌های پوستی و حذف تومورها
- لیزر درمانی: برای کاهش درد، بهبود زخم‌ها و فیزیوتراپی
۵. الکتروفیزیولوژی
- بررسی فعالیت الکتریکی مغز (EEG) و قلب (ECG) برای تشخیص بیماری‌هایی مانند صرع و آریتمی قلبی
- تحریک مغناطیسی ترانس‌کرانیال (TMS): استفاده از میدان مغناطیسی برای درمان افسردگی و بیماری‌های عصبی
۶. نانوفناوری در پزشکی
- استفاده از نانوذرات برای تصویربرداری دقیق‌تر و هدف‌گیری داروها به سلول‌های سرطانی
۷. دزیمتری و حفاظت پرتوی
- اندازه‌گیری و کنترل میزان پرتوهای دریافتی بیماران و کارکنان پزشکی برای جلوگیری از اثرات مخرب اشعه‌ها
این کاربردها نشان می‌دهند که فیزیک، بخش جدایی‌ناپذیری از پزشکی مدرن است و پیشرفت‌های آن به بهبود تشخیص و درمان بیماری‌ها کمک شایانی کرده است.
جزوات فیزیک و حل مسائل فیزیک