广西中医大中国医学史课件09现代重大科学技术成果在医学上的应用

第九讲

现代重大科学技术成果在医学上的应用

重点：电子计算机的发明及其在医学上的应用电子显微镜的发明及其在医学上的应用核素及其在医学上的应用激光的发明及其在医学上的应用超声的发明及其在医学上的应用

背景：近代三次科学技术革命

一、电子计算机的发明及其在医学上的应用（一）电子计算机的发明：

1642年，法国哲学家兼数学家布累斯·巴斯柯

(BlaisePascal)发明了第一台真正的机械计算器——加法器(Pascaline)。莱布尼茨提出二进制运算法则计算机最早引入中国是在什么时候？康熙大帝英国人查尔斯·巴贝奇研制出差分机和分析机，为现代计算机设计思想的发展奠定基础巴贝奇差分机巴贝奇分析机部件大英博物馆

后人完成的巴贝奇分析机

1938年德国楚译纯机械结构计算机

1943年美国莫奇利在军方支持下研制电子计算机

1944年美国艾肯在IBM支持下进行自动程序控制计算机研制

1946年美国第一台电子计算机ENIAC研制成功第一台电子计算机ENIAC冯·诺伊曼二进制第一代：电子管第二代：晶体管晶体管计算机第三代：集成电路第四代：大规模集成电路板

左图：中国“757”工程研制的千万次矢量计算机

右图：中国的“银河”亿次巨型机

第五代电子计算机被称为“智能计算机”

它是一种有知识，会学习，能推理的计算机，具有能理解自然语言，声音，文字和图像的能力，并且具有说话的能力，使人机能够用自然语言直接对话，它可以思维、联想、推理，并得出结论，能解决复杂问题，具有汇集，记忆，检索有关知识的能力。

美国研制成功高超级“蓝色选择”计算机

1996年7月，美国IBM公司宣布，将要制造一种比现今最快的计算机还要快300倍的高超级计算机。这种计算机的运算速度将达到每秒3万亿次，可存储2.5万亿字节。它可以在一秒钟内做到一个使用便携式计算机的人在3万年才能完成的工作。

现代超级电子计算机内部

复杂的连接线路令人目眩从20世纪60年代中期开始，电子计算机研制出现了一个重要的转折：向小型化发展

微机和个人电脑在70年代获得大发展，计算机开始进入家庭

开发出“苹果”电脑并创立了苹果电脑公司的乔布斯（右）和沃兹匹克

笔记本型电脑问世日本东芝公司生产的笔记本型电脑更加小巧新颖的袖珍计算机和手册式计算机

开始相继进入市场

日本的卡西欧手册式计算机。这种计算机采用先进的电能利用技术，用5节1号碱性电池或可充电电池能运行4小时。它可以使用微软公司的软件，大小只有笔记本式计算机的一半，因此被人称为手册式计算机

绿色电脑被倡导

绿色电脑与普通电脑相比，有以下特点：一，主机的电源由5V降为3.3V。二，附加了停机时具有暂停功能的电源管理芯片，使显示器和硬盘分开设备电源。具有这种功能后，电脑在工作时功耗为120~130W，而在不工作时功耗则降低到30~40W。三，采用节能并能防止电磁辐射的平板显示器。四，主机的机箱采用金属板屏蔽，以防止辐射从系统中逸出。遵循这些原则，美国环保局率先提出了“能源之星”计划。这个计划要求，每台个人电脑的耗电量从目前的150~300W，降到30~50W。符合这一标准的电脑，将被容许贴上“能源之星”的标识。在“能源之星”计划的推动下，美国一些著名的电脑厂商相继推出了绿色电脑。模仿人类大脑功能的神经计算机已经开发成功，它标志着电子计算机的发展进入第六代

这是对大规模神经集成电路进行检测。神经集成电路是第六代电子计算机的心脏，它模仿人脑的神经细胞结构

计算机的应用：

1900美国人口普查，由于采用了制表机，全部统计处理工作只用了1年7个月的时间。如果采用原来的，仅进行性别，民族和职业三个项目的统计工作就需要100名职工作7年11个月。据估计，一台制表机可以代替500个人的劳动。

1950美国总统选举1953年密执安州医院病历管理1963年伊利诺斯州一家医院进行财务管理1966年波士顿医学中心儿童医院进行病房管理标志着医院管理的数字化

20世纪60年代开始，美、英、原西德、日本开始出现早期计算机化医院，到现在计算机化辅助管理系统广泛应用。(二)计算机在医学上的应用1、管理：2、诊疗仪器的计算机化1959年心电图数据加工处理1961年血细胞自动分析装置现代血细胞自动分析仪1969年胸部X-ray摄片自动识别仪20世纪50年代英国计算机工程师豪斯菲尔德研究计算机应用有关的X-ray新技术，扫描时间从九天到几小时。美国理论物理学家科马克研究人体不同组织对X-ray的吸收量；1963-1964年发表数学表达式解决了计算机断层扫描的理论问题。1969年第一台CT机研制成功豪斯菲尔德科马克３、教育及信息检索

1961年美国国立医学图书馆研制一个叫Medallars的医学文献存储、分析、检索系统，1964年正式使用，1970年开始联机检索服务，是目前世界上最大最全的医学检索系统之一。4、临床治疗应用：二、显微镜的发明及其在医学上的应用（一）发明：

16世纪末Jansen父子发明光学显微镜

罗伯特·虎克发明的显微镜19世纪放大倍数分辨率都以尽善尽美20世纪电子光学理论发展，开始研制电镜1932年德国诺尔和卢斯卡研制成第一台电子显微镜1934年德国卢斯卡和比利时马尔顿分别制成复式电磁式显微镜马尔顿在布鲁塞尔用此镜观察毛苔叶子

（二）应用：1936年马尔顿首次观察细菌1938年观察病毒20世纪50年代后超薄切片技术出现电镜应用不断扩大。

扫描电镜透射电镜扫描透射电镜哈尔滨医科大学电镜室电镜三、核素及其在医学上的应用（一）X线的发现（二）核素理论的形成（三）核素的应用1895年伦琴发现X射线（一）X线的发现1896年法国贝克勒尔发现铀盐的放射性1898年法国居里夫妇成功提取放射性钋和镭1902年法国卢瑟福提出嬗变理论

1910年英国索迪提出“同位素概念”

1919年英国阿斯顿发明质谱仪

1931年美国劳伦斯设计制造回旋加速器

1946年美国曼哈顿计划万能核素劳伦斯实验室

欧洲原子核研究组织粒子加速器（二）核素理论的形成1、初创阶段（1935-1945年）2、初具规模阶段（1946-1960年）

3、迅速发展阶段（1961-1975年）4、现代核医学阶段（1975年以来）

（二）核素理论的形成1、初创阶段（1935-1945年）这一阶段可用的放射性核素仅限于I、P、Au和Na，并且都是一些最简单的无机化合物形式，放射性探测器也只有盖革计数管和定标器。因此应用项目仅有甲状腺功能测定、甲状腺疾病治疗、血液病和腹腔转移瘤治疗等几项。2、初具规模阶段（1946-1960年）

成功地制备了较为复杂的包括有机物的标记化合物，如I-人血清蛋白、I-司特、Co-维生素B12和Cr-红细胞等。实现了心、肾、肝、胆功能的测定和肝、肾、脾、骨、甲状腺扫描。为逐渐形成临床核医学这一新的学科奠定了基础。3、迅速发展阶段（1961-1975年）

至60年代，核医学进入了一个更高的发展阶段，最主要的进展是利用加速器和发生器（特别是Tc发生器）生产出了更多和更符合临床要求的放射性核素，用它们制备成功了多种的标记化合物。加之γ闪烁照相机问世并配以计算机的广泛应用，使得人体各重要脏器几乎都能用放射性核素显像，包括形态和功能显像。其中最为世人瞩目的是Tl心肌灌注显像、Tc-红细胞门电路心血池显像、Tc-多膦酸盐全身骨显像和Ga肿瘤显像。4、现代核医学阶段（1975年以来）

70年代后期出现的放射性核素断层显像装置，80年代研制成功的心脑功能显像剂和单克隆技术的应用，使临床核医学进入了又一特色鲜明的新阶段。放射性核素显像已成为现代几大医学影像之一，是解决当今三大疾病——心、脑血管疾病和肿瘤的重要方法之一。

1919年匈牙利赫韦希用镭做植物标记

1927年美国布鲁姆加特将镭用于人体研究，确立了放射性同位素在应学上应用的基本原理

1933年德国舍恩海墨用氘标记脂肪酸代谢，用15N

证实了尿素鸟氨酸循环

1950年美国物理学家雅洛和医学博士伯桑测定胰岛素抗体过程中发现“放射免疫测定技术”

1959年他们首次精确测定人体血浆胰岛素浓度（三）核素的应用：三羧酸循环及尿素循环用铅罐贮存的131I药物

甲状腺功能测量仪

肾图仪

γ照相机

单光子ECT(正电子CT)

可移动的γ照相机

单探头SPECT

双探头可变角SPECT开放型可变角双探头SPECT

PET

核素扫描的正常婴儿和成人的甲状腺

变异的甲状腺“热结节”3秒1帧，1至16帧正常肾动态显像

99mTc放射性核素心血管造影正常影像

核磁共振（MRI）

磁共振成像是一种较新的医学成像技术，国际上从1982年才正式用于临床。它采用静磁场和射频磁场使人体组织成像，在成像过程中，既不用电子离辐射、也不用造影剂就可获得高对比度的清晰图像。它能够从人体分子内部反映出人体器官失常和早期病变。它在很多地方优于X线CT。便于区分脑中的灰质与白质，对组织坏死、恶性疾患和退化性疾病的早期诊断效果有极大的优越性，其软组织的对比度也更为精确。

脑MRI正常脑断层影像四、激光的发现及其在医学上的应用

激光即由受激辐射的光放大而产生的光，又称莱塞（laser是英语“lightamplificationbystimulatedemissionofradiation”的几个字首的缩写）。激光技术的成功被认为是本世纪最重大的四项科学成果之一（即原子能、半导体、计算机、激光）。（一）发现：1960年美国物理学家梅曼研制成功第一台红宝石激光器

1964年眼科手术最早利用红宝石激光焊接脱落的视网膜

1972年美国和德国将激光用作手术刀近年来激光主要应用于血管成形术，激光光敏疗法，角膜再成形手术，癌症；其次是激光碎石，激光美容，激光内窥镜恢复关节骨骼和韧带损伤，“光敏分子激光靶向治疗脑胶质瘤”(二)应用:

1964年激光风力同位素理论论证

1970年美国迈耶激光分离同位素成功激光筛选细胞装置激光微束照射技术激光光谱分析激光皮秒脉冲技术其他方面：五、超声的发现及其在医学上的应用（一）早期研究:

1842年奥地利物理学家多普勒发现光波的多普勒效应随后贝斯巴勒进行声学研究发现多普勒效应适用于声波

1907年阿利特别尔格在实验室获得超声振