Jaka jest rola fizyki w medycynie nuklearnej?
W najszerszym ujęciu badania fizyki koncentrują się na obiektach fizycznych, ich materii kompozycyjnej oraz ich oddziaływaniach i ruchu w przestrzeni i czasie. Fizyka jest wykorzystywana jako środek wyjaśniający zdarzenia i sytuacje występujące w świecie przyrody, dlatego teorie fizyki są silnym składnikiem wielu dyscyplin naukowych, w tym astronomii, biologii i badań jądrowych. Zastosowanie fizyki w medycynie nuklearnej polega na zastosowaniu zasad fizyki i teorii, takich jak rozpad radioaktywny i fuzja lub rozszczepienie do generowania technologii medycznej. Badanie materii na najbardziej podstawowych poziomach komórek cząsteczkowych jest podstawą fizyki w medycynie nuklearnej. Zasady fizyki jądrowej są najczęściej stosowane medycznie w testach obrazu i tworzeniu farmaceutyków.
Medycyna nuklearna jest formą fizyki stosowanej. Zastosowania fizyki w medycynie nuklearnej wykorzystują teorie fizyki i subdyscypliny do projektowania i tworzenia obiektów roboczych lub nowych metod wykonywania zadań. Stosują rygorystycznie przetestowane metody naukowe i próbują stosować stabilne i niezmienne prawa naukowe. Na przykład mechanika kwantowa jest polem fizyki, które zajmuje się tym, w jaki sposób cząstki, takie jak te generowane podczas rozpadu promieniotwórczego, mają również właściwości falowe oraz w jaki sposób cząstki te oddziałują zarówno ze sobą, jak i z siłami energii.
Fizyka jądrowa stanowi podstawę technologii jądrowej, w tym medycyny nuklearnej. To szerokie pole koncentruje się na jądrach atomów, szczególnie na ich strukturze i oddziaływaniach. Naukowcy mogą manipulować wewnętrznymi częściami tych komórek i tworzyć silne reakcje, które zwykle wytwarzają promieniowanie - podstawową zasadę fizyki energii poruszającej się w przestrzeni. Działania w zakresie badań jądrowych, które mogą generować energię, obejmują przyspieszanie, podgrzewanie, przenoszenie, rozkład, rozpad i stapianie. Te ostatnie działania są szczególnie widoczne w medycynie nuklearnej.
Rozszczepienie i fuzja to reakcje jądrowe, które można wykorzystać do wytworzenia energii dla fizyki w medycynie nuklearnej. To pierwsze zdarzenie polega na rozszczepieniu cząstek atomowych, podczas gdy drugie polega na połączeniu ze sobą materiału atomowego. Fizycy indukują te reakcje w urządzeniach zwanych reaktorami jądrowymi. W dziedzinie medycyny reaktory badawcze są często wykorzystywane do analiz, do testowania i do produkcji radioizotopów lub materiałów jądrowych atomów.
Główny element fizyki jądrowej w medycynie dotyczy obrazowania diagnostycznego. Procesy te - zwane także obrazowaniem nuklidów - zachodzą, gdy lekarz wstrzykuje cząsteczki nuklidu do organizmu. Gdy cząstki te ulegają rozpadowi, wytwarzają radioaktywne formy energii zwane promieniami gamma. Specjalny sprzęt, taki jak kamery gamma, wykrywa następnie różnice w radioaktywności. Odmiany często dają wgląd w możliwości funkcjonalne różnych obszarów ciała i części.
W rozpadzie radioaktywnym, takim jak w praktykach obrazowania, działania cząstek są znane w fizyce jako słabe interakcje, ponieważ nie wytwarzają silnego i wiążącego efektu. Inne typy podstawowych typów interakcji w fizyce obejmują elektromagnetyzm i grawitację. Lekarze wykorzystują elektrycznie naładowane interakcje cząstek w elektromagnetyzmie do tworzenia urządzeń do rezonansu magnetycznego (MRI).
Kolejne zastosowanie fizyki w medycynie nuklearnej ma miejsce, gdy do leczenia stosuje się materiały nuklidowe. Na przykład, gdy materiał radionuklidowy jest łączony z niektórymi rodzajami leków, wynikiem tej interakcji są radiofarmaceutyki. Te zabiegi są najczęściej stosowane w określonych typach schorzeń, takich jak rak. Źródła bezpośredniego promieniowania energetycznego mogą być również wykorzystywane w radioterapii raka, w której wiązki promieni promieniowania są kierowane na docelowe obszary ciała w nadziei, że zniszczą szkodliwe substancje.