Введение

Применение физических концепций, теорий и методов в медицине или здравоохранении – это дисциплина, известная как медицинская физика. Медицинская физика занимается применением концепций и методов физики для профилактики, диагностики и лечения заболеваний человека с конкретной целью улучшения здоровья и благополучия. С 2008 года медицинская физика включена в перечень медицинских профессий в соответствии с Международной стандартной классификацией профессий Международной организации труда. Хотя медицинская физика иногда также может называться биомедицинской физикой, медицинской биофизикой, прикладной физикой в медицине, применением физики в медицинской науке, радиологической физикой или больничной радиофизикой, "медицинский физик" – это конкретный специалист в области здравоохранения, обладающий специализированным образованием и подготовкой в области концепций и методов применения физики в медицине и компетентный для самостоятельной практики в одной или нескольких областях медицинской физики. Традиционно медицинские физики работают в следующих медицинских специальностях: радиационная онкология (также известная как радиотерапия 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 виды работ, как дозиметрия, контроль качества линейных ускорителей и брахитерапия. Медицинская физика диагностической и интервенционной радиологии включает методы медицинской визуализации, такие как магнитно-резонансная томография, ультразвуковое исследование, компьютерная томография и рентгенография. Ядерная медицина включает позитронно-эмиссионную томографию и радионуклидную терапию. Однако медицинских физиков можно встретить и во многих других областях, таких как физиологический мониторинг, аудиология, неврология, нейрофизиология, кардиология и другие. Отделения медицинской физики можно найти в таких учреждениях, как университеты, больницы и лаборатории. Университетские кафедры бывают двух типов. Первый тип в основном занимается подготовкой студентов к карьере медицинского физика в больнице, а научные исследования направлены на совершенствование практики профессии. Второй тип (все чаще называемый "биомедицинской физикой") имеет гораздо более широкий охват и может включать исследования в любых областях применения физики в медицине – от изучения структуры биомолекул до микроскопии и наномедицины.

Медицинская биофизика и биомедицинская физика

В некоторых учебных заведениях существуют кафедры или программы под названием «медицинская биофизика», «биомедицинская физика» или «прикладная физика в медицине». Как правило, они относятся к одной из двух категорий: междисциплинарные кафедры, объединяющие биофизику, радиобиологию и медицинскую физику, и программы бакалавриата, готовящие студентов к дальнейшему обучению в области медицинской физики, биофизики или медицины. Большинство научных концепций в бионанотехнологиях заимствованы из других областей науки. Биохимические принципы, используемые для понимания материальных свойств биологических систем, играют центральную роль в бионанотехнологиях, поскольку те же принципы применяются для создания новых технологий. Изучаемые в бионанонауке материальные свойства и области применения включают механические свойства (например, деформация, адгезия, разрушение), электрические/электронные (например, электромеханическая стимуляция, конденсаторы, накопление/аккумуляторы энергии), оптические (например, поглощение, люминесценция, фотохимия), термические (например, термомутабельность, тепловой менеджмент), биологические (например, взаимодействие клеток с наноматериалами, молекулярные дефекты, биосенсорика, биологические механизмы, такие как механосенсорика), нанонауку о болезнях (например, генетические заболевания, рак, недостаточность органов/тканей), а также вычислительную технику (например, ДНК-вычисления) и сельское хозяйство (целевая доставка пестицидов, гормонов и удобрений).

Специализированные области

Международная организация по медицинской физике (IOMP) выделяет основные направления трудоустройства и специализации в медицинской физике.

Медицинская визуализация

Медицинская физика визуализации также известна как физика диагностической и интервенционной радиологии. Клинические физики (как работающие непосредственно в учреждении, так и консультанты) обычно занимаются тестированием, оптимизацией и обеспечением качества в областях диагностической радиологической физики, таких как рентгенография, флюороскопия, маммография, ангиография и компьютерная томография, а также в методах, использующих неионизирующее излучение, таких как ультразвуковое исследование и МРТ. Они также могут быть вовлечены в вопросы радиационной защиты, включая дозиметрию (для персонала и пациентов). Кроме того, многие физики, работающие в области визуализации, часто участвуют в работе с системами ядерной медицины, включая однофотонную эмиссионную компьютерную томографию (ОФЭКТ) и позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ). В некоторых случаях физики-визуалисты могут участвовать в клинической практике, но чаще – в исследовательских и образовательных целях, например, для количественной оценки внутрисосудистого ультразвука как возможного метода визуализации конкретного сосуда.

Физика лучевой терапии

Физика лучевой терапии также известна как физика радиотерапии или физика онкологической радиотерапии. Большинство медицинских физиков, работающих в настоящее время в США, Канаде и некоторых западных странах, относятся к этой группе. Физик по лучевой терапии обычно ежедневно работает с линейными ускорителями (Linac) и рентгеновскими аппаратами киловольтажного диапазона, а также с другими методами лечения, такими как томотерапия, гамма-нож, кибернож, протонная терапия и брахитерапия. Академическая и исследовательская деятельность в области терапевтической физики может включать такие направления, как терапия захвата нейтронов бором, радиотерапия с использованием герметичных источников, терагерцевое излучение, высокоинтенсивный сфокусированный ультразвук (включая литотрипсию), оптические лазеры, ультрафиолетовое излучение и другие методы, включая фотодинамическую терапию, а также ядерную медицину, включая радиотерапию с использованием негерметичных источников, и фотомедицину – использование света для лечения и диагностики заболеваний.

Физика ядерной медицины

Ядерная медицина – это раздел медицины, использующий радиацию для получения информации о работе конкретных органов человека или для лечения заболеваний. Щитовидная железа, кости, сердце, печень и многие другие органы могут быть легко визуализированы, и нарушения в их функции могут быть выявлены. В некоторых случаях источники радиации могут применяться для лечения пораженных органов или опухолей. Пять лауреатов Нобелевской премии были непосредственно вовлечены в использование радиоактивных индикаторов в медицине. Более 10 000 больниц по всему миру используют радиоизотопы в медицине, и около 90% процедур проводятся с диагностической целью. Наиболее часто используемым радиоизотопом для диагностики является технеций-99m, на долю которого приходится около 30 миллионов процедур в год, что составляет 80% всех процедур ядерной медицины в мире.

Физиологическое измерение

Физиологические измерения также использовались для мониторинга и измерения различных физиологических параметров. Многие методы физиологического измерения являются неинвазивными и могут использоваться как в сочетании с другими инвазивными методами, так и в качестве их альтернативы. Методы измерения включают электрокардиографию. Многие из этих областей могут охватываться другими специальностями, например, медицинской инженерией или сосудистой наукой.

Области научных исследований и академического развития

Неклинические физики могут или не могут уделять внимание вышеперечисленным областям с академической и исследовательской точки зрения, однако их сфера специализации также может включать лазеры и ультрафиолетовые системы (например, фотодинамическую терапию), фМРТ и другие методы функциональной визуализации, а также молекулярную визуализацию, электрическую импедансную томографию, диффузную оптическую визуализацию, оптическую когерентную томографию и двухэнергетическую рентгеновскую абсорбциометрию.