Qual è il ruolo della fisica nella medicina nucleare?
In termini più ampi, gli studi di fisica si concentrano sugli oggetti fisici, sulla loro materia compositiva e sulle loro interazioni e movimenti attraverso lo spazio e il tempo. La fisica viene utilizzata come mezzo per spiegare eventi e situazioni che si verificano nel mondo naturale e le teorie della fisica sono quindi una componente forte di diverse discipline scientifiche, tra cui astronomia, biologia e studi nucleari. L'uso della fisica nella medicina nucleare implica l'applicazione di principi e teorie della fisica come il decadimento radioattivo e la fusione o fissione per generare tecnologia medica. Lo studio della materia ai livelli più elementari delle cellule di particelle è la pietra angolare della fisica nella medicina nucleare. I principi della fisica nucleare sono spesso usati in medicina per test di immagini e creazione farmaceutica.
La medicina nucleare è una forma di fisica applicata. Le applicazioni della fisica nella medicina nucleare fanno uso delle teorie e delle sottodiscipline della fisica per progettare e creare oggetti di lavoro o nuovi metodi per eseguire compiti. Usano metodi scientifici rigorosamente testati e tentano di applicare leggi scientifiche stabili e immutabili. La meccanica quantistica, ad esempio, è un sottocampo di fisica che affronta il modo in cui particelle come quelle generate nel decadimento radioattivo hanno anche proprietà ondulate e come queste particelle interagiscono sia tra loro sia con le forze energetiche.
La fisica nucleare è il fondamento della tecnologia nucleare, compresa la medicina nucleare. Questo ampio campo è focalizzato sui nuclei trovati negli atomi, in particolare la loro struttura e interazioni. Gli scienziati possono manipolare le parti interne di queste cellule e creare reazioni potenti, che di solito producono radiazioni - un principio fisico di base dell'energia che si muove attraverso lo spazio. Le attività di ricerca nucleare che possono generare energia comprendono l'accelerazione, il riscaldamento, il trasferimento, il decadimento, la scissione e la fusione. Queste ultime attività sono particolarmente importanti nella medicina nucleare.
Fissione e fusione sono reazioni nucleari che possono essere utilizzate per generare energia per la fisica in medicina nucleare. Il primo evento prevede la divisione di particelle atomiche, mentre il secondo prevede la combinazione di materiale atomico. I fisici inducono queste reazioni in dispositivi chiamati reattori nucleari. In campo medico, i reattori di ricerca vengono spesso utilizzati per analisi, test e produzione di radioisotopi o materiale nucleare di atomi.
Un componente principale della fisica nucleare in medicina riguarda l'imaging diagnostico. Questi processi - chiamati anche imaging con nuclide - avvengono quando il medico inietta particelle di nuclide nel corpo. Man mano che queste particelle decadono, generano forme radioattive di energia chiamate raggi gamma. Apparecchiature specifiche come telecamere gamma rilevano quindi differenze nella radioattività. Le variazioni spesso forniscono informazioni sulle capacità funzionali delle diverse regioni e parti del corpo.
Nel decadimento radioattivo come quello riscontrato nelle pratiche di imaging, le attività delle particelle sono conosciute in fisica come interazioni deboli perché non creano un effetto forte e vincolante. Altri tipi di tipi di interazione di base in fisica includono elettromagnetismo e gravità. I medici usano le interazioni di particelle cariche elettricamente nell'elettromagnetismo per creare macchine di risonanza magnetica (MRI).
Un'altra applicazione della fisica nella medicina nucleare si verifica quando i materiali nuclidici vengono utilizzati per trattamenti medici. Ad esempio, quando il materiale radionuclidico viene combinato con alcuni tipi di farmaci, il risultato di questa interazione è il radiofarmaco. Questi trattamenti sono usati più spesso per tipi specifici di condizioni, come il cancro. Le fonti di radiazioni di energia diretta possono anche essere utilizzate nei trattamenti di radioterapia del cancro, in cui i raggi di radiazioni sono diretti verso le aree bersaglio del corpo nella speranza che distruggano sostanze nocive.