Медицинская физика [1] занимается применением концепций и методов физики для профилактики, диагностики и лечения заболеваний человека с конкретной целью улучшения здоровья и благополучия человека. [2] С 2008 года медицинская физика включена в список профессий здравоохранения в соответствии с Международной стандартной классификацией профессий Международной организации труда . [3]
Хотя медицинскую физику иногда также называют биомедицинской физикой , медицинской биофизикой , прикладной физикой в медицине , приложениями физики в медицинской науке , радиологической физикой или больничной радиофизикой , « медицинский физик » — это, в частности, медицинский работник [4] со специалистом. образование и подготовка в области концепций и методов применения физики в медицине и способность самостоятельно практиковать в одной или нескольких областях медицинской физики. [5] Традиционно медицинские физики работают по следующим специальностям здравоохранения: радиационная онкология (также известная как лучевая терапия или лучевая терапия), диагностическая и интервенционная радиология (также известная как медицинская визуализация), ядерная медицина и радиационная защита . Медицинская физика лучевой терапии может включать в себя такие работы, как дозиметрия , обеспечение качества линейного ускорителя и брахитерапия . Медицинская физика диагностической и интервенционной радиологии включает в себя методы медицинской визуализации , такие как магнитно-резонансная томография , ультразвук , компьютерная томография и рентген . Ядерная медицина будет включать позитронно-эмиссионную томографию и радионуклидную терапию. Однако медицинских физиков можно найти во многих других областях, таких как физиологический мониторинг, аудиология, неврология, нейрофизиология, кардиология и другие.
Кафедры медицинской физики можно найти в таких учреждениях, как университеты, больницы и лаборатории. Кафедры университета бывают двух типов. Первый тип в основном занимается подготовкой студентов к карьере медицинского физика в больнице, а исследования направлены на улучшение практики профессии. Второй тип (все чаще называемый «биомедицинской физикой») имеет гораздо более широкую сферу применения и может включать исследования в любых приложениях физики к медицине, от изучения биомолекулярной структуры до микроскопии и наномедицины.
В отделениях медицинской физики больниц миссия медицинских физиков, принятая Европейской федерацией организаций медицинской физики (EFOMP), выглядит следующим образом: [6] [7]
«Медицинские физики будут способствовать поддержанию и улучшению качества, безопасности и экономической эффективности медицинских услуг посредством ориентированной на пациента деятельности, требующей экспертных действий, участия или рекомендаций относительно спецификации, выбора, приемочных испытаний, ввода в эксплуатацию, обеспечения / контроля качества и оптимизации клинических исследований. использования медицинских устройств, а также в отношении рисков для пациентов и защиты от связанных с ними физических агентов (например, рентгеновских лучей, электромагнитных полей, лазерного света, радионуклидов), включая предотвращение непреднамеренного или случайного воздействия; все действия будут основаны на лучших современных доказательствах или собственных научных исследованиях. исследования, когда имеющихся доказательств недостаточно. В сферу охвата входят риски для добровольцев, участвующих в биомедицинских исследованиях, для лиц, осуществляющих уход, и лиц, обеспечивающих утешение. В сферу охвата часто входят риски для работников и населения, особенно когда они влияют на риск для пациентов».
Термин «физические агенты» относится к ионизирующим и неионизирующим электромагнитным излучениям , статическим электрическим и магнитным полям , ультразвуку , лазерному свету и любому другому физическому агенту, связанному с медициной, например, рентгеновским лучам в компьютерной томографии (КТ), гамма-лучам /радионуклидам. в ядерной медицине, магнитных полях и радиочастотах в магнитно-резонансной томографии (МРТ), ультразвуке в ультразвуковой визуализации и допплеровских измерениях.
Эта миссия включает в себя следующие 11 ключевых мероприятий:
В некоторых учебных заведениях есть кафедры или программы под названием «медицинская биофизика», «биомедицинская физика» или «прикладная физика в медицине». Как правило, они делятся на две категории: междисциплинарные кафедры, объединяющие биофизику , радиобиологию и медицинскую физику под одной крышей; [8] [9] [10] и программы бакалавриата, которые готовят студентов к дальнейшему обучению в области медицинской физики, биофизики или медицины. [11] [12] Большинство научных концепций в бионанотехнологии заимствованы из других областей. Биохимические принципы, которые используются для понимания материальных свойств биологических систем, занимают центральное место в бионанотехнологии, поскольку те же самые принципы должны использоваться для создания новых технологий. Свойства материалов и их применение, изучаемые в бионауке, включают механические свойства (например, деформация, адгезия, разрушение), электрические/электронные (например, электромеханическая стимуляция, конденсаторы , накопители энергии/батареи), оптические (например, поглощение, люминесценция , фотохимия ), термические (например, термомутабельность, управление температурой), биологический (например, как клетки взаимодействуют с наноматериалами, молекулярные дефекты/дефекты, биосенсорство, биологические механизмы, такие как механоощущение ), нанонаука о заболеваниях (например, генетические заболевания, рак, отказ органов/тканей), а также вычисления (например, ДНК вычислительная техника ) и сельское хозяйство (целевая доставка пестицидов, гормонов и удобрений. [13] [14] [15] [16]
Международная организация медицинской физики (IOMP) признает основные области использования и направленности медицинской физики. [17] [18]
Физика медицинской визуализации также известна как физика диагностической и интервенционной радиологии. Клинические (как «штатные», так и «консультирующие») физики [19] обычно занимаются областями тестирования, оптимизации и обеспечения качества в таких областях физики диагностической радиологии , как рентгенография , рентгеноскопия , маммография , ангиография и компьютерная томография . , а также методы неионизирующего излучения, такие как ультразвук и МРТ . Они также могут заниматься вопросами радиационной защиты, такими как дозиметрия (для персонала и пациентов). Кроме того, многие физики-визуализаторы часто также занимаются системами ядерной медицины , включая однофотонную эмиссионную компьютерную томографию (ОФЭКТ) и позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ). Иногда физики-визуализаторы могут заниматься клиническими областями, но в исследовательских и учебных целях, [20] например, количественной оценкой внутрисосудистого ультразвука как возможного метода визуализации конкретного сосудистого объекта.
Физика лучевой терапии также известна как физика лучевой терапии или физика радиационной онкологии . Большинство медицинских физиков, работающих в настоящее время в США, Канаде и некоторых западных странах, принадлежат к этой группе. Физик лучевой терапии обычно ежедневно имеет дело с системами линейных ускорителей (Linac) и киловольтными рентгеновскими установками, а также с другими методами, такими как томотерапия , гамма-нож , кибер-нож , протонная терапия и брахитерапия . [21] [22] [23] Академическая и исследовательская сторона терапевтической физики может охватывать такие области, как бор-нейтронозахватная терапия , лучевая терапия с закрытыми источниками , терагерцовое излучение , высокоинтенсивный сфокусированный ультразвук (включая литотрипсию ), лазеры оптического излучения , ультрафиолет и т. д. включая фотодинамическую терапию , а также ядерную медицину , включая лучевую терапию с открытыми источниками , и фотомедицину , которая представляет собой использование света для лечения и диагностики заболеваний.
Ядерная медицина — это отрасль медицины, которая использует радиацию для получения информации о функционировании определенных органов человека или для лечения заболеваний. Щитовидную железу , кости , сердце , печень и многие другие органы можно легко визуализировать и выявить нарушения в их функции. В некоторых случаях источники радиации можно использовать для лечения больных органов или опухолей. Пять нобелевских лауреатов принимали непосредственное участие в использовании радиоактивных индикаторов в медицине. Более 10 000 больниц по всему миру используют радиоизотопы в медицине, и около 90% процедур предназначены для диагностики. Наиболее распространенным радиоизотопом, используемым в диагностике, является технеций-99m : ежегодно проводится около 30 миллионов процедур, что составляет 80% всех процедур ядерной медицины во всем мире. [24]
Физика здоровья также известна как радиационная безопасность или радиационная защита . Физика здоровья – прикладная физика радиационной защиты в целях здравоохранения и здравоохранения. Это наука, занимающаяся распознаванием, оценкой и контролем опасностей для здоровья, позволяющая безопасно использовать и применять ионизирующее излучение. Специалисты в области медицинской физики способствуют развитию науки и практики радиационной защиты и безопасности.
Некоторые аспекты физики неионизирующего излучения могут рассматриваться в рамках физики радиационной защиты или диагностической визуализации. Методы визуализации включают МРТ , оптическую визуализацию и ультразвук . Соображения безопасности включают эти области и лазеры.
Физиологические измерения также использовались для мониторинга и измерения различных физиологических параметров. Многие методы физиологических измерений неинвазивны и могут использоваться в сочетании с другими инвазивными методами или в качестве альтернативы им . Методы измерения включают электрокардиографию. Многие из этих областей могут быть охвачены другими специальностями, например, медицинской инженерией или сосудистыми науками. [25]
Другие тесно связанные с медицинской физикой области включают области, связанные с медицинскими данными, информационными технологиями и информатикой для медицины.
Неклинические физики могут сосредоточиться или не сосредоточиться на вышеупомянутых областях с академической и исследовательской точки зрения, но их сфера специализации может также включать лазеры и ультрафиолетовые системы (такие как фотодинамическая терапия ), фМРТ и другие методы функциональной визуализации . такие как молекулярная визуализация , электроимпедансная томография , диффузная оптическая визуализация , оптическая когерентная томография и двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия .