Медицинская физика - Medical physics

Эта статья о дисциплине. Для журнала см. Медицинская физика (журнал).

Медицинская физика (также называемый биомедицинская физика, медицинская биофизика, прикладная физика в медицине, приложения физики в медицине, радиологическая физика или больничная радиофизика), в общем, является применением физика концепции, теории и методы лекарство или здравоохранение. Кафедры медицинской физики можно найти в больницах или университетах. Медицинская физика обычно делится на две основные подгруппы, а именно: радиационная терапия и радиология. Медицинская физика радиационная терапия может включать такую ​​работу, как дозиметрия, линейный ускоритель гарантия качества и брахитерапия. Медицинская физика радиология вовлекает медицинская визуализация методы, такие как магнитно-резонансная томография, УЗИ, компьютерная томография, позитронно-эмиссионная томография, и Рентгеновский.

В случае клинической работы термин медицинский физик - это название определенной медицинской профессии, обычно работающей в больнице или другой клинике. Медицинские физики часто работают по следующим специальностям: Радиационная Онкология, диагностические и интервенционные радиология (также известное как медицинская визуализация), ядерная медицина, и радиационная защита.

Кафедры университетов бывают двух типов. Первый тип в основном связан с подготовкой студентов к карьере медицинского физика в больнице, а исследования направлены на улучшение практики этой 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.

Заявление о миссии медицинских физиков

В случае больничных отделений медицинской физики, заявление о миссии для медицинских физиков, принятое Европейская федерация организаций медицинской физики (EFOMP) это следующее:[1][2]

«Медицинские физики будут способствовать поддержанию и повышению качества, безопасности и рентабельности медицинских услуг с помощью ориентированной на пациента деятельности, требующей экспертных действий, участия или совета в отношении спецификации, выбора, приемочных испытаний, ввода в эксплуатацию, обеспечения / контроля качества и оптимизации клинической практики. использование медицинских устройств и в отношении рисков для пациентов и защиты от связанных с ними физических агентов (например, рентгеновских лучей, электромагнитных полей, лазерного излучения, радионуклидов), включая предотвращение непреднамеренного или случайного облучения; все действия будут основаны на текущих лучших доказательствах или собственных научных исследование, когда имеющихся доказательств недостаточно. Объем включает риски для добровольцев в биомедицинских исследованиях, лиц, осуществляющих уход, и утешителей. Объем часто включает риски для работников и общественности, особенно когда они влияют на риск для пациента »

Термин «физические агенты» относится к ионизирующим и неионизирующим веществам. электромагнитные излучения, статическое электрическое и магнитные поля, УЗИ, свет лазера и любой другой физический агент, связанный с медицинским, например, рентгеновскими лучами в компьютерная томография (CT), гамма излучение / радионуклиды в ядерной медицине, магнитные поля и радиочастоты в магнитно-резонансная томография (МРТ), ультразвук в ультразвуковой визуализации и Допплер измерения.

Эта миссия включает следующие 11 основных мероприятий:

  1. Услуга по решению научных проблем: комплексная услуга по решению проблем, включающая распознавание неоптимальных характеристик или оптимального использования медицинских устройств, выявление и устранение возможных причин или неправильного использования, а также подтверждение того, что предложенные решения восстановили производительность и использование устройства до приемлемого состояния. Все действия должны основываться на текущих лучших научных данных или собственных исследованиях, когда имеющихся доказательств недостаточно.
  2. Дозиметрические измерения: измерение доз, полученных пациентами, добровольцами в биомедицинских исследованиях, лицами, осуществляющими уход, утешителями и лицами, подвергшимися немедицинскому облучению с помощью визуализации (например, для юридических целей или в целях трудоустройства); подбор, калибровка и обслуживание дозиметрической аппаратуры; независимая проверка величин, связанных с дозой, обеспечиваемая устройствами регистрации дозы (включая программные устройства); измерение дозозависимых величин, необходимых в качестве входных данных для устройств отчетности или оценки доз (включая программное обеспечение). Измерения должны основываться на текущих рекомендуемых методах и протоколах. Включает дозиметрию всех физических агентов.
  3. Безопасность пациентов / управление рисками (включая добровольцев в биомедицинских исследованиях, лиц, обеспечивающих уход, утешителей, и лиц, подвергшихся немедицинскому облучению с помощью изображений. Наблюдение за медицинскими устройствами и оценка клинических протоколов для обеспечения постоянной защиты пациентов, добровольцев в биомедицинских исследованиях, лиц, осуществляющих уход, утешителей и лица, подвергшиеся немедицинскому облучению с помощью визуализации в результате вредного воздействия физических агентов в соответствии с последними опубликованными доказательствами или собственными исследованиями, когда имеющихся доказательств недостаточно. Включает разработку протоколов оценки риска.
  4. Профессиональная и общественная безопасность / управление рисками (когда есть влияние на медицинское облучение или собственную безопасность). Наблюдение за медицинскими изделиями и оценка клинических протоколов в отношении защиты работников и населения при воздействии на облучение пациентов, добровольцев в биомедицинских исследованиях, лиц, осуществляющих уход, утешителей и лиц, подвергшихся немедицинскому облучению с помощью изображений или ответственности за собственную безопасность. Включает разработку протоколов оценки рисков совместно с другими экспертами, занимающимися профессиональными / общественными рисками.
  5. Управление клиническими медицинскими изделиями: спецификация, выбор, приемочные испытания, ввод в эксплуатацию и обеспечение качества / контроль медицинских изделий в соответствии с последними опубликованными европейскими или международными рекомендациями, а также управление и контроль соответствующих программ. Тестирование должно основываться на текущих рекомендуемых методах и протоколах.
  6. Клиническое участие: выполнение, участие и контроль повседневных процедур радиационной защиты и контроля качества для обеспечения постоянного эффективного и оптимизированного использования медицинских радиологических устройств, включая оптимизацию для конкретного пациента.
  7. Повышение качества обслуживания и рентабельности: руководство внедрением новых медицинских радиологических устройств в клиническую службу, внедрение новых услуг медицинской физики и участие во внедрении / разработке клинических протоколов / методов, уделяя должное внимание экономическим вопросам.
  8. Консультации экспертов: Предоставление экспертных консультаций внешним клиентам (например, клиникам, не имеющим внутренних медицинских знаний в области физики).
  9. Обучение специалистов здравоохранения (включая стажеров по медицинской физике: содействие качественному профессиональному образованию в области здравоохранения посредством мероприятий по передаче научно-технических знаний, навыков и компетенций, поддерживающих клинически эффективное, безопасное, научно обоснованное и экономичное использование медицинских радиологических устройств. обучение студентов-медиков и организация программ резидентуры по медицинской физике.
  10. Оценка технологий здравоохранения (ОТЗ): принятие на себя ответственности за физический компонент оценки технологий здравоохранения, связанный с медицинскими радиологическими устройствами и / или медицинским использованием радиоактивных веществ / источников.
  11. Инновации: разработка новых или модификация существующих устройств (включая программное обеспечение) и протоколов для решения до сих пор нерешенных клинических проблем.

Медицинская биофизика и биомедицинская физика

В некоторых учебных заведениях есть факультеты или программы под названием «медицинская биофизика», «биомедицинская физика» или «прикладная физика в медицине». Как правило, они делятся на две категории: междисциплинарные отделы, в которых биофизика, радиобиология и медицинская физика под одной крышей;[3][4][5] и программы бакалавриата, которые готовят студентов к дальнейшему изучению медицинской физики, биофизики или медицины.[6][7]Большинство научных концепций бионанотехнологии заимствованы из других областей. Биохимические принципы, которые используются для понимания материальных свойств биологических систем, являются центральными в бионанотехнологии, потому что те же самые принципы должны использоваться для создания новых технологий. Свойства материалов и области применения, изучаемые в бионанологии, включают механические свойства (например, деформацию, адгезию, разрушение), электрические / электронные (например, электромеханическое воздействие, конденсаторы, накопитель энергии / батареи), оптический (например, абсорбционный, свечение, фотохимия ), термический (например, терморегулируемость, терморегулирование), биологический (например, как клетки взаимодействуют с наноматериалами, молекулярные дефекты / дефекты, биочувствительность, биологические механизмы, такие как механочувствительность ), нанонауки о болезнях (например, генетическое заболевание, рак, отказ органа / ткани), а также вычисления (например, ДНК-вычисления ) и сельское хозяйство (адресная доставка пестицидов, гормонов и удобрений.[8][9][10][11]

Области специальности

В Международная организация медицинской физики (IOMP) признает основные области занятости и специализации медицинской физики.[12][13]

Физика медицинской визуализации

Парасагиттальная МРТ головы у пациента с доброкачественной семейной макроцефалией.

Физика медицинской визуализации также известна как физика диагностической и интервенционной радиологии. Клинические (как «штатные», так и «консультационные») физики[14] обычно имеют дело с областями тестирования, оптимизации и обеспечения качества диагностическая радиология области физики, такие как рентгенография Рентгеновские лучи, рентгеноскопия, маммография, ангиография, и компьютерная томография, а также неионизирующее излучение такие методы, как УЗИ, и МРТ. Они также могут заниматься вопросами радиационной защиты, такими как: дозиметрия (для персонала и пациентов). Кроме того, многие физики-визуализаторы часто также занимаются ядерная медицина системы, в том числе однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) .Иногда физики-визуализаторы могут работать в клинических областях, но в исследовательских и учебных целях,[15] например, количественная оценка внутрисосудистое ультразвуковое исследование как возможный метод визуализации конкретного сосудистого объекта.

Физика лучевой терапии

Физика лучевой терапии также известна как лучевая терапия физика или онколог-радиолог К этой группе принадлежит большинство медицинских физиков, работающих в настоящее время в США, Канаде и некоторых западных странах. Физик лучевой терапии обычно занимается линейный ускоритель (Linac) системы и киловольтные рентгеновские установки на ежедневной основе, а также другие способы, такие как Томотерапия, гамма-нож, кибернож, протонная терапия, и брахитерапия.[16][17][18]Академическая и исследовательская сторона терапевтической физики может включать такие области, как борная нейтронозахватная терапия, лучевая терапия с закрытым источником, терагерцовое излучение, сфокусированные высокой интенсивности УЗИ (включая литотрипсия ), оптическое излучение лазеры, ультрафиолетовый и т. д. в том числе фотодинамическая терапия, а также ядерная медицина в том числе лучевая терапия с открытым источником, и фотомедицина, то есть использование света для лечения и диагностики заболеваний.

Физика ядерной медицины

Ядерная медицина - это отрасль медицины, в которой радиация используется для получения информации о функционировании конкретных органов человека или для лечения заболеваний. В щитовидная железа, кости, сердце, печень и многие другие органы можно легко визуализировать и выявить нарушения в их функциях. В некоторых случаях источники излучения могут быть используется для лечения больные органы или опухоли. Пять Нобелевские лауреаты были тесно связаны с использованием радиоактивных индикаторов в медицине. Более 10 000 больниц по всему миру используют радиоизотопы в медицине, и около 90% процедур являются диагностическими. Наиболее распространенный радиоизотоп, используемый в диагностике, - это технеций-99m, около 30 миллионов процедур в год, что составляет 80% всех процедур ядерной медицины во всем мире.[19]

Физика здоровья

Физика здоровья также известна как радиационная безопасность или радиационная защита. Физика здоровья - это прикладная физика радиационной защиты для здоровья и здравоохранения. Это наука, занимающаяся распознаванием, оценкой и контролем опасностей для здоровья, чтобы разрешить безопасное использование и применение ионизирующего излучения. Специалисты в области физики здоровья способствуют совершенствованию науки и практики радиационной защиты и безопасности.

Неионизирующая медицинская радиационная физика

Некоторые аспекты физики неионизирующего излучения могут рассматриваться в рамках физики радиационной защиты или диагностической визуализации. Методы визуализации включают: МРТ, оптическое изображение и УЗИ. Соображения безопасности включают эти области и лазеры

Физиологическое измерение

Физиологические измерения также использовались для мониторинга и измерения различных физиологических параметров. Многие методы физиологических измерений неинвазивный и может использоваться вместе или как альтернатива другим инвазивный методы. Методы измерения включают: электрокардиография Многие из этих областей могут быть охвачены другими специальностями, например медицинская техника или сосудистая наука.[20]

Информатика здравоохранения и вычислительная физика

Другие области, тесно связанные с медицинской физикой, включают области, которые имеют дело с медицинскими данными, информационные технологии и Информатика для медицины.

Области исследований и академического развития

ЭКГ след

Неклинические физики могут или не могут сосредоточиться на вышеуказанных областях с академической и исследовательской точки зрения, но их сфера специализации может также включать: лазеры и ультрафиолетовый системы (такие как фотодинамическая терапия ), фМРТ и другие методы для функциональная визуализация а также молекулярная визуализация, электроимпедансная томография, диффузное оптическое изображение, оптической когерентной томографии, и двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия.

Законодательные и совещательные органы

Рекомендации

  1. ^ Гибелальде Э., Кристофидес С., Каруана К. Дж., Эванс С. ван дер Путтен В. (2012). Руководство по эксперту в области медицинской физики »проект, финансируемый Европейской комиссией
  2. ^ Каруана С.Дж., Кристофидес С., Хартманн Г.Х. (2014) Заявление о политике 12.1 Европейской федерации организаций медицинской физики (EFOMP): Рекомендации по образованию и обучению в области медицинской физики в Европе, 2014 г. Physica Medica - European Journal of Medical Physics, 30: 6, p598-603
  3. ^ «Кафедра медицинской биофизики». utoronto.ca.
  4. ^ «Медицинская биофизика - Западный университет». uwo.ca. Архивировано из оригинал на 2013-07-03.
  5. ^ Программа для выпускников биомедицинской физики UCLA
  6. ^ "Добро пожаловать". wayne.edu. Архивировано из оригинал на 2013-08-12. Получено 2013-07-01.
  7. ^ «Медицинская физика». fresnostate.edu.
  8. ^ GarciaAnoveros, J; Кори, Д.П. (1997). «Молекулы механочувствительности». Ежегодный обзор нейробиологии. 20: 567–94. Дои:10.1146 / annurev.neuro.20.1.567. PMID  9056725.
  9. ^ Callaway DJ, Matsui T, Weiss T., Stingaciu LR, Stanley CB, Heller W.T., Bu ZM (7 апреля 2017 г.). «Контролируемая активация наноразмерной динамики в неупорядоченном белке изменяет кинетику связывания». Журнал молекулярной биологии. 427 (7): 987–998. Дои:10.1016 / j.jmb.2017.03.003. ЧВК  5399307. PMID  28285124.
  10. ^ Лангер, Роберт (2010). «Нанотехнологии в доставке лекарств и тканевой инженерии: от открытий до приложений». Nano Lett. 10 (9): 3223–30. Bibcode:2010NanoL..10.3223S. Дои:10.1021 / nl102184c. ЧВК  2935937. PMID  20726522.
  11. ^ Тангавелу, Раджа Мутурамалингам; Гунасекаран, Дхаранивасан; Джесси, Майкл Иммануэль; s.u, Мохаммед Рияз; Сундараджан, Дипан; Кришнан, Катираван (2018). «Нанобиотехнологический подход с использованием синтезированных гормоном корней растений наночастиц серебра в качестве« нанопуляций »для динамического применения в садоводстве - исследование in vitro и ex vitro». Арабский химический журнал. 11: 48–61. Дои:10.1016 / j.arabjc.2016.09.022.
  12. ^ «Медицинская физика». Международная организация медицинской физики. Получено 21 октября 2017.
  13. ^ «Заявление о позиции, политика и процедуры AAPM - подробности». aapm.org.
  14. ^ "AAPM - Чем занимаются медицинские физики?". aapm.org.
  15. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2013-11-13. Получено 2013-11-13.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  16. ^ Хилл Р., Хили Б., Холлоуэй Л., Кунчич З., Туэйтс Д., Болдок С. (2014). «Достижения в дозиметрии киловольтного рентгеновского излучения». Физика в медицине и биологии. 59 (6): R183–231. Bibcode:2014PMB .... 59R.183H. Дои:10.1088 / 0031-9155 / 59/6 / R183. PMID  24584183.CS1 maint: использует параметр авторов (ссылка на сайт)
  17. ^ Туэйтес Д.И., Туохи Дж.Б. (2006). «Назад в будущее: история и развитие клинического линейного ускорителя». Физика в медицине и биологии. 51 (13): R343–62. Bibcode:2006ПМБ .... 51Р.343Т. Дои:10.1088 / 0031-9155 / 51/13 / R20. PMID  16790912.CS1 maint: использует параметр авторов (ссылка на сайт)
  18. ^ Маки, Т. Р. (2006). «История томотерапии». Физика в медицине и биологии. 51 (13): R427–53. Bibcode:2006ПМБ .... 51Р.427М. Дои:10.1088 / 0031-9155 / 51/13 / R24. PMID  16790916.
  19. ^ «Радиоизотопы в медицине». Всемирная ядерная ассоциация. Октябрь 2017 г.. Получено 21 октября 2017.
  20. ^ «Сосудистая наука». Карьера в NHS Health. 25 марта 2015 г.. Получено 21 октября 2017.

внешняя ссылка