Welche Rolle spielt die Physik in der Nuklearmedizin?
Physikstudien konzentrieren sich im weitesten Sinne auf physikalische Objekte, ihre kompositorische Materie und ihre Wechselwirkungen und Bewegungen durch Raum und Zeit. Physik wird als Mittel zur Erklärung von Ereignissen und Situationen in der Natur verwendet. Daher sind Physiktheorien ein wichtiger Bestandteil mehrerer wissenschaftlicher Disziplinen, darunter Astronomie, Biologie und Nuklearforschung. Der Einsatz von Physik in der Nuklearmedizin beinhaltet die Anwendung physikalischer Prinzipien und Theorien wie radioaktiver Zerfall und Fusion oder Spaltung zur Erzeugung von Medizintechnik. Das Studium von Materie auf den grundlegendsten Ebenen von Partikelzellen ist der Grundstein der Physik in der Nuklearmedizin. Prinzipien der Kernphysik werden am häufigsten medizinisch bei Bildtests und der Erstellung von Pharmazeutika verwendet.
Die Nuklearmedizin ist eine Form der angewandten Physik. Anwendungen der Physik in der Nuklearmedizin nutzen physikalische Theorien und Unterdisziplinen, um Arbeitsobjekte oder neue Methoden für die Ausführung von Aufgaben zu entwerfen und zu erstellen. Sie wenden streng getestete wissenschaftliche Methoden an und versuchen, stabile und unveränderte wissenschaftliche Gesetze anzuwenden. Die Quantenmechanik zum Beispiel ist ein Teilfeld der Physik, in dem untersucht wird, wie Teilchen, wie sie beim radioaktiven Zerfall entstehen, auch wellenartige Eigenschaften haben und wie diese Teilchen sowohl miteinander als auch mit Energiekräften interagieren.
Die Kernphysik ist die Grundlage der Kerntechnik, einschließlich der Nuklearmedizin. Dieses breite Feld konzentriert sich auf die Kerne in Atomen, insbesondere deren Struktur und Wechselwirkungen. Wissenschaftler können die inneren Teile dieser Zellen manipulieren und starke Reaktionen auslösen, die normalerweise Strahlung erzeugen - ein grundlegendes physikalisches Prinzip der Energie, die sich durch den Raum bewegt. Zu den Kernforschungsaktivitäten, die Energie erzeugen können, gehören Beschleunigen, Aufheizen, Übertragen, Zerfallen, Aufteilen und Verschmelzen. Letzteres ist in der Nuklearmedizin besonders ausgeprägt.
Spaltung und Fusion sind Kernreaktionen, mit denen in der Nuklearmedizin Energie für die Physik erzeugt werden kann. Ersteres beinhaltet das Aufspalten von Atompartikeln, während letzteres das Kombinieren von Atommaterial beinhaltet. Physiker induzieren diese Reaktionen in sogenannten Kernreaktoren. Im medizinischen Bereich werden Forschungsreaktoren häufig zur Analyse, zum Testen und zur Herstellung von Radioisotopen oder des Kernmaterials von Atomen verwendet.
Ein Hauptbestandteil der Kernphysik in der Medizin betrifft die diagnostische Bildgebung. Diese Prozesse - auch als Nuklidbildgebung bezeichnet - finden statt, wenn der Arzt Nuklidpartikel in den Körper injiziert. Wenn diese Teilchen zerfallen, erzeugen sie radioaktive Energieformen, die als Gammastrahlen bezeichnet werden. Spezielle Geräte wie Gammakameras erkennen dann Unterschiede in der Radioaktivität. Variationen geben häufig Aufschluss über die Funktionsfähigkeit verschiedener Körperregionen und -teile.
Beim radioaktiven Zerfall, wie er in bildgebenden Verfahren vorkommt, werden die Partikelaktivitäten in der Physik als schwache Wechselwirkungen bezeichnet, da sie keinen starken und bindenden Effekt hervorrufen. Andere Arten grundlegender Wechselwirkungen in der Physik sind Elektromagnetismus und Schwerkraft. Ärzte nutzen die elektrisch geladenen Teilchenwechselwirkungen im Elektromagnetismus, um Magnetresonanz-Bildgebungsgeräte (MRI) herzustellen.
Eine andere Anwendung der Physik in der Nuklearmedizin erfolgt, wenn Nuklidmaterialien für medizinische Behandlungen verwendet werden. Wenn beispielsweise Radionuklidmaterial mit bestimmten Arten von Arzneimitteln kombiniert wird, ist das Ergebnis dieser Wechselwirkung Radiopharmazeutika. Diese Behandlungen werden am häufigsten für bestimmte Arten von Erkrankungen wie Krebs eingesetzt. Direkte Energiestrahlungsquellen können auch in der Krebstherapie eingesetzt werden, bei der Strahlenbündel auf Zielbereiche im Körper gerichtet werden, in der Hoffnung, dass sie Schadstoffe zerstören.