Медицинская физика занимается применением концепций и методов физики для профилактики, диагностики и лечения заболеваний человека с конкретной целью улучшения здоровья и благополучия человека. С 2008 года медицинская физика включена в категорию медицинских профессий в соответствии с Международным стандартом классификации профессийMedical Physicists (Revised definition provided by International Organisation for Medical Physicists) // ISCO-08 Structure, index correspondence with ISCO-88 Международной организации труда. С 2010 года «медицинский физик» включен в перечень квалификаций, требующих высшего образования в России.
Медицинские физики встречаются в следующих направлениях медицины: радиационная онкология, диагностическая и интервенционная радиология, ядерная медицина и радиационная защита и др. В клинической практике медицинский физик — это название конкретной медицинской профессии.
Университетские кафедры бывают двух типов. Первый тип в основном связан с подготовкой студентов к карьере больничного медицинского физика, а научные исследования направлены на совершенствование практики данной профессии. Второй тип (все чаще называемый «биомедицинской физикой») имеет гораздо более широкий охват и может включать исследования в любых областях применения физики к медицине, от изучения биомолекулярной структуры до микроскопии и наномедицины.
История: Нобелевские лауреаты по физике и медицине в сфере медицинской физики
Нобелевских премий, в разное время за научные открытия, значимые в сфере медицинской физики, были удостоены: в 1901 году Вильгельм Конрад Рентген — «в знак признания исключительных услуг, которые он оказал науке открытием замечательных лучей», названных впоследствии в его честь в 1924 году Виллем Эйнтховен — «за открытие механизма электрокардиограммы» в 1979 году Аллан Кормак и Годфри Хаунсфилд — «за разработку компьютерной томографии» в 1986 году Эрнст Руска — «за фундаментальную работу по электронной оптике и за создание первого электронного микроскопа» в 2003 году Пол Лотербур и Питер Мэнсфилд — «за открытия, касающиеся метода магнитно-резонансной томографии».
Следует также отметить научный вклад первооткрывателей: Ханса Бергера— одного из отцов метода электроэнцефалографии, Джона Уальда (John J. Wild) — «отца медицинского ультразвука», Дэвида Кула и Майкла Тер-Погосяна — известных своими новаторскими работами в области позитронно-эмиссионной томографии.
Миссия медицинской физики Миссия включает 11 основных направлений: Решение научных проблем: комплексное решение проблем, включающее определение оптимальной производительности или оптимизации использования медицинских устройств, выявление и устранение возможных причин неправильного использования, а также подтверждение того, что предлагаемые решения восстановили работоспособность и использование устройства до приемлемого состояния. Все виды деятельности должны основываться на современных научных данных или собственных исследованиях, когда имеющихся данных недостаточно. Дозиметрические измерения: измерение доз, переносимых пациентами, добровольцами в биомедицинских исследованиях и лицами, подвергнутыми немедицинскому облучению; выбор, калибровка и обслуживание дозиметрических приборов; независимая проверка доз, связанных с количеством, предоставляемым устройствами регистрации доз; измерение доз, связанных с количеством, требуемым в качестве входных данных для устройств регистрации или оценки доз. Измерения должны основываться на современных рекомендуемых методах и протоколах. Включает дозиметрию всех физических агентов. Безопасность пациентов / управление рисками: наблюдение за медицинскими приборами и оценка клинических протоколов для обеспечения постоянной защиты пациентов, добровольцев в биомедицинских исследованиях и лиц, подвергнутых немедицинскому облучению от вредных воздействий физических агентов в соответствии с последними опубликованными доказательствами или собственными исследованиями, когда имеющихся доказательств недостаточно. Включает разработку карт оценки рисков. Профессиональная и общественная безопасность / управление рисками: Наблюдение за медицинскими приборами и оценка клинических протоколов в отношении защиты работников и общественности при воздействии на пациентов, добровольцев в биомедицинских исследованиях и лиц, подвергнутых немедицинскому воздействию. Включает разработку карт оценки рисков совместно с другими экспертами, занимающимися профессиональными / общественными рисками. Клиническое управление медицинскими устройствами: спецификация, отбор, приемочные испытания, ввод в эксплуатацию и контроль качества медицинских устройств в соответствии с последними опубликованными международными рекомендациями, а также управление и надзор за соответствующими программами. Тестирование должно проводиться на основе современных рекомендуемых методик и протоколов. Клиническое участие: проведение, участие и контроль ежедневных процедур радиационной защиты и контроля качества для обеспечения непрерывного эффективного и оптимального использования медицинских радиологических устройств, включая оптимизацию для конкретного пациента. Развитие качества и экономической эффективности услуг: руководство внедрением новых медицинских радиологических устройств в клиническую службу, внедрение новых медицинских физических услуг и участие во внедрении/разработке клинических протоколов/методов, уделяя должное внимание экономическим вопросам. Экспертная консультация: предоставление экспертных консультаций внешним клиентам (например, клиникам, не имеющим собственной экспертизы в области медицинской физики). Образование медицинских работников (в том числе обучающихся по медицинской физике: содействие качественному медицинскому профессиональному образованию через деятельность по передаче знаний, касающихся научно-технических знаний, навыков и компетенций, обеспечивающих клинически эффективное, безопасное, научно обоснованное и экономичное использование медицинских радиологических устройств). Участие в обучении студентов медицинской физики и организации программ ординатуры по медицинской физике. Оценка технологий здравоохранения: Принятие на себя ответственности за физическую оценку технологий здравоохранения, связанных с медицинскими радиологическими устройствами и /или медицинским использованием радиоактивных веществ/источников. Инновации: разработка новых или модификация существующих устройств (включая программное обеспечение) и протоколов для решения до сих пор нерешенных клинических проблем.Guibelalde E., Christofides S., Caruana C. J., Evans S. van der Putten W. (2012). Guidelines on the Medical Physics Expert' a project funded by the European CommissionCaruana C.J., Christofides S., Hartmann G.H. (2014) European Federation of Organisations for Medical Physics (EFOMP) Policy Statement 12.1: Recommendations on Medical Physics Education and Training in Europe 2014 Physica Medica — European Journal of Medical Physics, 30:6, p598-603
Медицинская биофизика и биомедицинская физика В некоторых учебных заведениях есть кафедры или программы, носящие название «медицинская биофизика», "биомедицинская физика " или «прикладная физика в медицине». Как правило, они относятся к одной из двух категорий: междисциплинарные факультеты, объединяющие биофизику, радиобиологию и медицинскую физику под одной крышей; и программы бакалавриата, которые готовят студентов к дальнейшему изучению медицинской физики, биофизики, или медицина. Большинство научных концепций бионанотехнологии заимствованы из других областей. Биохимические принципы, которые используются для понимания материальных свойств биологических систем, занимают центральное место в бионанотехнологии, потому что те же самые принципы должны использоваться для создания новых технологий. Свойства материалов и приложения, изучаемые в бионанонауке, включают механические свойства (например, деформация, адгезия, разрушение), электрические/электронные (например, электромеханическая стимуляция, конденсаторы, накопление энергии/батареи), оптические (например, поглощение, люминесценция, фотохимия), тепловые (например, термомутабельность, управление температурным режимом), биологические (например, как клетки взаимодействуют с наноматериалами, молекулярные изъяны/дефекты, биосенсорика, биологические механизмы, такие как механоощущение), нанонауки о болезнях (например, генетические заболевания, рак, недостаточность органов/тканей), а также вычислительные (например, ДНК вычислительная техника) и сельское хозяйство (целевая доставка пестицидов, гормонов и удобрений.
Области специализации Международная организация медицинской физики (IOMP) признаёт следующие основные области применения и направления деятельности медицинской физики.
Физика медицинской визуализации Физика медицинской визуализации, также известна как физика диагностической и интервенционной радиологии. Клинические физики обычно заняты в таких областях диагностической радиологии, как рентгенография, рентгеноскопия, маммография, ангиография и компьютерная томография, а также методах неионизирующего излучения, таких как УЗИ и МРТ. Они также могут заниматься вопросами радиационной защиты, такими как дозиметрия (для персонала и пациентов). Кроме того, многие физики-визуалисты часто также связаны с системами ядерной медицины, включая однофотонную эмиссионную компьютерную томографию (ОФЭКТ) и позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ). Иногда физики-визуалисты могут заниматься клиническими областями, но в исследовательских и учебных целях, например, для количественной оценки внутрисосудистого ультразвука как возможного метода визуализации конкретного сосудистого объекта. В некоторых случаях для научных исследований и диагностики структур и функций на микро- нано-уровне целесообразно использование электронной микроскопии.
Радиационная терапевтическая физика
Радиационная терапевтическая физика, также известная как лучевая терапия или радиотерапия. Сфера медицины, в которой специалисты занимаются вопросами лечения онкологических заболеваний с помощью ионизирующего излучения. Большинство специалистов в медицинской физике, работают именно в этой сфере. Физики, занимающийся лучевой терапией, имеют дело с системами линейных ускорителей и установками для лечения рентгеновским излучением, а также другими методами, такими как томотерапия, гамма-нож, кибернож, протонная терапия и брахитерапия. Академические исследования могут охватывать такие области, как нейтрон-захватная терапия, излучение закрытыми источниками (брахитерапия), терапия терагерцовым излучением, терапия высокоинтенсивными сфокусированными ультразвуковыми пучками (в том числе литотрипсия), терапия лазерами оптического излучения включая фотодинамическую терапию, ультрафиолетовое бактерицитдное облучение, и др. Также в этот список можно включить ядерную медицину в рамках лучевой терапии на основе открытых источников излучения.
Физика ядерной медицины Ядерная медицина — это раздел медицины, который использует излучение для получения информации о функционировании конкретных органов человека или для лечения заболеваний. Можно легко визуализировать щитовидную железу, кости, сердце, печень и многие другие органы, а также выявить нарушения в их функционировании. В некоторых случаях источники излучения могут быть использованы для лечения пораженных органов или опухолей. Пять нобелевских лауреатов были тесно связаны с использованием радиоактивной диагностики 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, с которым проводится около 30 миллионов процедур в год, что составляет 80 % всех процедур ядерной медицины во всем мире.
Радиационная гигиена, физика здоровья