Vad är fysikens roll i kärnmedicin?
I det bredaste perspektivet fokuserar fysikstudier på fysiska föremål, deras sammansättningsmaterial och deras interaktioner och rörelse genom rum och tid. Fysik används som ett sätt att förklara händelser och situationer som inträffar i den naturliga världen, och fysikteorier är därför en stark komponent i flera vetenskapliga discipliner, inklusive astronomi, biologi och kärnkraftsstudier. Användningen av fysik i kärnmedicin innebär tillämpning av fysikprinciper och teorier såsom radioaktivt förfall och fusion eller fission till generering av medicinsk teknik. Att studera ämnen på de mest grundläggande partikelcellnivåerna är hörnstenen i fysik inom kärnmedicin. Principer inom kärnfysik används ofta medicinskt vid bildtestning och läkemedelsskapande.
Kärnmedicin är en form av tillämpad fysik. Tillämpningar av fysik inom kärnmedicin använder fysikteorier och underdiscipliner för att utforma och skapa arbetsobjekt eller nya metoder för att utföra uppgifter. De använder strikt testade vetenskapliga metoder och försöker tillämpa stabila och oföränderliga vetenskapliga lagar. Kvantmekanik är till exempel ett fysikunderfält som tar upp hur partiklar som de som alstras i radioaktivt förfall också har vågliknande egenskaper och hur dessa partiklar interagerar både med varandra och med energikrafter.
Kärnfysik är grunden för nukleär teknik, inklusive kärnmedicin. Detta breda fält är fokuserat på kärnorna som finns i atomer, särskilt deras struktur och interaktioner. Forskare kan manipulera de inre delarna av dessa celler och skapa kraftfulla reaktioner, som vanligtvis producerar strålning - en grundläggande fysikprincip för energi som rör sig genom rymden. Kärnkraftsforskningsaktiviteter som kan generera energi inkluderar snabbare, uppvärmning, överföring, ruttnande, delning och smältning. De senare aktiviteterna är särskilt framträdande inom kärnmedicin.
Fission och fusion är kärnreaktioner som kan användas för att generera energi för fysik inom kärnmedicin. Den förra händelsen involverar delning av atompartiklar, medan den senare handlar om att kombinera atommaterial tillsammans. Fysiker inducerar dessa reaktioner i apparater som kallas kärnreaktorer. Inom det medicinska området används forskningsreaktorer ofta för analys, testning och framställning av radioisotoper eller atomens kärnmaterial.
En huvudkomponent i kärnfysik inom medicin hänför sig till diagnostisk avbildning. Dessa processer - även kallad nuklidavbildning - äger rum när läkaren injicerar nuklidpartiklar i kroppen. När dessa partiklar förfaller genererar de radioaktiva former av energi som kallas gammastrålar. Specifik utrustning som gammakameror upptäcker då skillnader i radioaktivitet. Variationer ger ofta inblick i funktionella kapaciteter i olika kroppsregioner och delar.
Vid radioaktivt sönderfall som det som finns i avbildningspraxis är partikelaktiviteterna kända i fysiken som svaga interaktioner eftersom de inte skapar en stark och bindande effekt. Andra typer av grundläggande interaktionstyper inom fysik inkluderar elektromagnetism och tyngdkraft. Läkare använder de elektriskt laddade partikelinteraktionerna i elektromagnetismen för att skapa MRI-maskiner.
En annan tillämpning av fysik inom kärnmedicin uppstår när nuklidmaterial används för medicinska behandlingar. Till exempel, när radionuklidmaterial kombineras med vissa typer av läkemedel, är resultatet av denna interaktion radiofarmaceutiska medel. Dessa behandlingar används oftast för specifika typer av tillstånd, till exempel cancer. Direkte energistrålningskällor kan också användas vid behandling av cancerstrålningsterapi, där strålar strålar riktas mot målområden i kroppen i hopp om att de kommer att förstöra skadliga ämnen.