Medical physics[1] deals with the application of the concepts and methods of physics to the prevention, diagnosis and treatment of human diseases with a specific goal of improving human health and well-being.[2] Since 2008, medical physics has been included as a health profession according to International Standard Classification of Occupation of the International Labour Organization.[3]

Although medical physics may sometimes also be referred to as biomedical physics, medical biophysics, applied physics in medicine, physics applications in medical science, radiological physics or hospital radio-physics, a "medical physicist" is specifically a health professional[4] with specialist education and training in the concepts and techniques of applying physics in medicine and competent to practice independently in one or more of the subfields of medical physics.[5] Traditionally, medical physicists are found in the following healthcare specialties: radiation oncology (also known as radiotherapy or radiation therapy), diagnostic and interventional radiology (also known as medical imaging), nuclear medicine, and radiation protection. Medical physics of radiation therapy can involve work such as dosimetry, linac quality assurance, and brachytherapy. Medical physics of diagnostic and interventional radiology involves medical imaging techniques such as magnetic resonance imaging, ultrasound, computed tomography and x-ray. Nuclear medicine will include positron emission tomography, Single-photon emission computed tomography, and radionuclide therapy. However one can find Medical Physicists in many other areas such as physiological monitoring, audiology, neurology, neurophysiology, cardiology and others.

Abteilungen für Medizinphysik finden sich an Institutionen wie Universitäten, Krankenhäusern und Forschungseinrichtungen. An Universitäten lassen sich zwei Arten von Abteilungen unterscheiden. Die erste Art konzentriert sich hauptsächlich auf die Ausbildung von Studierenden für eine Karriere als klinische Medizinphysiker; ihre Forschung zielt darauf ab, die Berufspraxis zu verbessern. Die zweite Art (zunehmend als „biomedizinische Physik“ bezeichnet) hat ein deutlich breiteres Spektrum und umfasst Forschung zu allen Anwendungen der Physik in der Medizin, von der Untersuchung biomolekularer Strukturen bis hin zu Mikroskopie und Nanomedizin.

Leitbild der Medizinphysiker

In den medizinisch-physikalischen Abteilungen von Krankenhäusern lautet das von der Europäischen Föderation der Organisationen für Medizinphysik (EFOMP) verabschiedete Leitbild für Medizinphysiker wie folgt: [ 6 ] [ 7 ]

Medizinphysiker tragen durch patientenorientierte Tätigkeiten, die fachliche Expertise, Mitwirkung oder Beratung bei der Spezifikation, Auswahl, Abnahmeprüfung, Inbetriebnahme, Qualitätssicherung/-kontrolle und optimierten klinischen Anwendung von Medizinprodukten erfordern, zur Aufrechterhaltung und Verbesserung der Qualität, Sicherheit und Kosteneffizienz von Gesundheitsdienstleistungen bei. Sie berücksichtigen dabei auch Patientenrisiken und den Schutz vor damit verbundenen physikalischen Einwirkungen (z. B. Röntgenstrahlen, elektromagnetische Felder, Laserlicht, Radionuklide) sowie die Vermeidung unbeabsichtigter oder versehentlicher Expositionen. Alle Tätigkeiten basieren auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft oder, falls die verfügbaren Daten nicht ausreichen, auf eigener wissenschaftlicher Forschung. Der Aufgabenbereich umfasst auch Risiken für Freiwillige in der biomedizinischen Forschung sowie für Pflegekräfte und Begleitpersonen. Häufig schließt er auch Risiken für Beschäftigte und die Öffentlichkeit ein, insbesondere wenn diese das Patientenrisiko beeinträchtigen.

Der Begriff „physikalische Einwirkungen“ bezieht sich auf ionisierende und nicht-ionisierende elektromagnetische Strahlung , statische elektrische und magnetische Felder , Ultraschall , Laserlicht und alle anderen physikalischen Einwirkungen, die mit medizinischen Anwendungen verbunden sind, z. B. Röntgenstrahlen in der Computertomographie (CT), Gammastrahlen /Radionuklide in der Nuklearmedizin, Magnetfelder und Hochfrequenzen in der Magnetresonanztomographie (MRT), Ultraschall in der Ultraschallbildgebung und Doppler- Messungen.

Diese Mission umfasst die folgenden 11 Kernaktivitäten:

  1. Wissenschaftliche Problemlösungsdienstleistung: Umfassende Problemlösungsdienstleistung, die die Erkennung suboptimaler Leistung oder optimierter Anwendung von Medizinprodukten, die Identifizierung und Beseitigung möglicher Ursachen oder Fehlanwendungen sowie die Bestätigung, dass die vorgeschlagenen Lösungen die Leistung und Anwendung des Produkts auf einen akzeptablen Standard wiederhergestellt haben, umfasst. Alle Maßnahmen basieren auf den aktuell besten wissenschaftlichen Erkenntnissen oder, falls die verfügbaren Erkenntnisse nicht ausreichen, auf eigenen Forschungsergebnissen.
  2. Dosimetriemessungen: Messung der Strahlendosis für Patienten, Probanden in der biomedizinischen Forschung, Pflegekräfte, Begleitpersonen und Personen, die nichtmedizinischen Bildgebungsverfahren (z. B. für rechtliche oder berufliche Zwecke) ausgesetzt sind; Auswahl, Kalibrierung und Wartung dosimetriebezogener Instrumente; unabhängige Überprüfung der von Dosisberichtsgeräten (einschließlich Software) bereitgestellten dosisbezogenen Größen; Messung der für Dosisberichts- oder -berechnungsgeräte (einschließlich Software) erforderlichen dosisbezogenen Größen. Die Messungen erfolgen nach den aktuell empfohlenen Techniken und Protokollen. Die Dosimetrie umfasst alle physikalischen Strahlungsquellen.
  3. Patientensicherheit/Risikomanagement (einschließlich Freiwilliger in der biomedizinischen Forschung, Pflegekräfte, Begleitpersonen und Personen, die nichtmedizinischen Bildgebungsverfahren ausgesetzt sind). Überwachung von Medizinprodukten und Bewertung klinischer Protokolle, um den fortlaufenden Schutz von Patienten, Freiwilligen in der biomedizinischen Forschung, Pflegekräften, Begleitpersonen und Personen, die nichtmedizinischen Bildgebungsverfahren ausgesetzt sind, vor den schädlichen Auswirkungen physikalischer Einwirkungen gemäß den neuesten veröffentlichten Erkenntnissen oder eigenen Forschungsergebnissen zu gewährleisten, wenn die verfügbaren Erkenntnisse nicht ausreichen. Beinhaltet die Entwicklung von Risikobewertungsprotokollen.
  4. Arbeits- und öffentliche Sicherheit/Risikomanagement (bei Auswirkungen auf die medizinische Exposition oder die eigene Sicherheit). Überwachung von Medizinprodukten und Bewertung klinischer Protokolle hinsichtlich des Schutzes von Arbeitnehmern und der Öffentlichkeit bei Auswirkungen auf die Exposition von Patienten, Probanden in der biomedizinischen Forschung, Pflegekräften und Personen, die nichtmedizinischen Bildgebungsverfahren ausgesetzt sind, oder bei Verantwortung für die eigene Sicherheit. Dies umfasst die Entwicklung von Risikobewertungsprotokollen in Zusammenarbeit mit anderen Experten für Arbeits- und öffentliche Risiken.
  5. Management klinischer Medizinprodukte: Spezifikation, Auswahl, Abnahmeprüfung, Inbetriebnahme und Qualitätssicherung/-kontrolle von Medizinprodukten gemäß den neuesten veröffentlichten europäischen oder internationalen Empfehlungen sowie Management und Überwachung zugehöriger Programme. Die Prüfungen erfolgen auf Grundlage aktueller empfohlener Verfahren und Protokolle.
  6. Klinische Beteiligung: Durchführung, Teilnahme an und Überwachung der täglichen Strahlenschutz- und Qualitätskontrollverfahren, um eine kontinuierliche effektive und optimierte Nutzung medizinischer radiologischer Geräte zu gewährleisten, einschließlich patientenspezifischer Optimierung.
  7. Entwicklung der Servicequalität und Kosteneffizienz: Federführend bei der Einführung neuer medizinisch-radiologischer Geräte in den klinischen Einsatz, der Einführung neuer medizinphysikalischer Dienstleistungen und Beteiligung an der Einführung/Entwicklung klinischer Protokolle/Techniken unter gebührender Berücksichtigung wirtschaftlicher Aspekte.
  8. Expertenberatung: Bereitstellung von Expertenrat für externe Kunden (z. B. Kliniken ohne eigene medizinische Physikexpertise).
  9. Weiterbildung von medizinischem Fachpersonal (einschließlich angehender Medizinphysiker): Beitrag zu einer qualitativ hochwertigen Ausbildung von medizinischem Fachpersonal durch Wissenstransferaktivitäten im Bereich der technisch-wissenschaftlichen Kenntnisse, Fertigkeiten und Kompetenzen, die den klinisch effektiven, sicheren, evidenzbasierten und wirtschaftlichen Einsatz medizinisch-radiologischer Geräte unterstützen. Beteiligung an der Ausbildung von Medizinphysikstudierenden und Organisation von Weiterbildungsprogrammen für Medizinphysiker.
  10. Bewertung von Gesundheitstechnologien (HTA): Übernahme der Verantwortung für die physikalische Komponente von Bewertungen von Gesundheitstechnologien im Zusammenhang mit medizinischen radiologischen Geräten und/oder der medizinischen Verwendung radioaktiver Stoffe/Quellen.
  11. Innovation: Entwicklung neuer oder Modifizierung bestehender Geräte (einschließlich Software) und Protokolle zur Lösung bisher ungelöster klinischer Probleme.

Medizinische Biophysik und biomedizinische Physik

Ein Ribosom ist eine biologische Maschine , die die Dynamik von Proteindomänen nutzt , was Richard Feynman zu dem Vorschlag veranlasste, die Nanophysik medizinisch anzuwenden .

Einige Bildungseinrichtungen beherbergen Abteilungen oder Studiengänge mit Bezeichnungen wie „Medizinische Biophysik“, „Biomedizinische Physik“ oder „Angewandte Physik in der Medizin“. Im Allgemeinen lassen sich diese in zwei Kategorien einteilen: interdisziplinäre Abteilungen, die Biophysik , Radiobiologie und Medizinphysik unter einem Dach vereinen [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] , und Bachelorstudiengänge, die Studierende auf ein weiterführendes Studium in Medizinphysik, Biophysik oder Medizin vorbereiten [ 11 ] [ 12 ] . Die meisten wissenschaftlichen Konzepte der Bionanotechnologie stammen aus anderen Fachgebieten. Biochemische Prinzipien, die zum Verständnis der Materialeigenschaften biologischer Systeme verwendet werden, sind in der Bionanotechnologie von zentraler Bedeutung, da ebendiese Prinzipien zur Entwicklung neuer Technologien genutzt werden sollen. Zu den in der Bionanowissenschaft untersuchten Materialeigenschaften und Anwendungen gehören mechanische Eigenschaften (z. B. Verformung, Adhäsion, Versagen), elektrische/elektronische Eigenschaften (z. B. elektromechanische Stimulation, Kondensatoren , Energiespeicher/Batterien), optische Eigenschaften (z. B. Absorption, Lumineszenz , Photochemie ), thermische Eigenschaften (z. B. Thermomutabilität, Wärmemanagement), biologische Eigenschaften (z. B. Wechselwirkung von Zellen mit Nanomaterialien, molekulare Defekte, Biosensorik, biologische Mechanismen wie Mechanosensorik ), die Nanowissenschaft der Krankheitsforschung (z. B. genetische Erkrankungen, Krebs, Organ-/Gewebeversagen) sowie Anwendungen im Bereich des Rechnens (z. B. DNA-Computing ) und der Landwirtschaft (gezielte Ausbringung von Pestiziden, Hormonen und Düngemitteln). [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

Fachgebiete

Die Internationale Organisation für Medizinische Physik (IOMP) definiert die wichtigsten Einsatzgebiete und Schwerpunkte der medizinischen Physik. [ 17 ] [ 18 ]

Physik der medizinischen Bildgebung

Parasagittale MRT des Kopfes bei einem Patienten mit benigner familiärer Makrozephalie.

Die medizinische Bildgebungsphysik wird auch als Physik der diagnostischen und interventionellen Radiologie bezeichnet. Klinische Physiker (sowohl intern als auch extern) [ 19 ] befassen sich typischerweise mit der Prüfung, Optimierung und Qualitätssicherung von Bereichen der diagnostischen Radiologiephysik, wie z. B. Röntgenaufnahmen , Durchleuchtung , Mammographie , Angiographie und Computertomographie , sowie mit nichtionisierenden Strahlungsverfahren wie Ultraschall und MRT . Sie können auch mit Strahlenschutzfragen wie der Dosimetrie (für Personal und Patienten) befasst sein. Darüber hinaus sind viele Bildgebungsphysiker häufig auch in nuklearmedizinische Systeme involviert, darunter die Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie (SPECT) und die Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Manchmal sind Bildgebungsphysiker auch in klinischen Bereichen tätig, jedoch zu Forschungs- und Lehrzwecken [ 20 ] , beispielsweise zur Quantifizierung des intravaskulären Ultraschalls als mögliche Methode zur Darstellung eines bestimmten Gefäßobjekts.

Therapeutische medizinische Physik

Die Strahlentherapiephysik wird auch als Radiotherapiephysik oder Strahlenonkologiephysik bezeichnet . Die Mehrheit der Medizinphysiker in den USA, Kanada und einigen westlichen Ländern gehört dieser Berufsgruppe an. Ein Strahlentherapiephysiker arbeitet typischerweise täglich mit Linearbeschleunigern (Linacs) und Röntgengeräten im Kilovoltbereich sowie mit anderen Modalitäten wie Tomotherapie , Gamma Knife , Cyberknife , Protonentherapie und Brachytherapie . [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] Der akademische und Forschungsbereich der Strahlentherapiephysik umfasst unter anderem Bereiche wie die Bor-Neutroneneinfangtherapie , die Strahlentherapie mit geschlossenen Strahlenquellen , Terahertz-Strahlung , hochintensiven fokussierten Ultraschall (einschließlich Lithotripsie ), optische Strahlung, Laser , Ultraviolettstrahlung usw. einschließlich der photodynamischen Therapie sowie die Nuklearmedizin einschließlich der Strahlentherapie mit offenen Strahlenquellen und die Photomedizin , die die Anwendung von Licht zur Behandlung und Diagnose von Krankheiten beschreibt.

Physik der Nuklearmedizin

Die Nuklearmedizin ist ein Teilgebiet der Medizin, das Strahlung nutzt, um Informationen über die Funktion bestimmter Organe zu gewinnen oder Krankheiten zu behandeln. Schilddrüse , Knochen , Herz , Leber und viele andere Organe lassen sich gut darstellen, und Funktionsstörungen können erkannt werden. In manchen Fällen werden Strahlungsquellen zur Behandlung erkrankter Organe oder Tumore eingesetzt. Fünf Nobelpreisträger waren maßgeblich an der Anwendung radioaktiver Tracer in der Medizin beteiligt. Weltweit nutzen über 10.000 Krankenhäuser Radioisotope , und etwa 90 % der Verfahren dienen der Diagnostik. Das am häufigsten verwendete Radioisotop ist Technetium-99m , mit dem jährlich rund 30 Millionen Untersuchungen durchgeführt werden. Dies entspricht 80 % aller nuklearmedizinischen Untersuchungen weltweit. [ 24 ]

Strahlenschutz

Strahlenschutzphysik, auch bekannt als Medizinphysik oder Strahlensicherheit , ist die angewandte Physik des Strahlenschutzes für Gesundheit und Gesundheitswesen. Sie befasst sich mit der Erkennung, Bewertung und Kontrolle von Gesundheitsgefahren, um die sichere Anwendung ionisierender Strahlung zu ermöglichen. Fachkräfte im Bereich der Strahlenschutzphysik fördern höchste Standards in Wissenschaft und Praxis.

Physik nichtionisierender medizinischer Strahlung

Einige Aspekte der Physik nichtionisierender Strahlung können im Rahmen des Strahlenschutzes oder der Physik diagnostischer Bildgebungsverfahren betrachtet werden. Zu den Bildgebungsverfahren gehören MRT , optische Bildgebung und Ultraschall . Sicherheitsaspekte umfassen diese Bereiche sowie Laser.

Physiologische Messung

Physiologische Messungen werden auch zur Überwachung und Messung verschiedener physiologischer Parameter eingesetzt. Viele physiologische Messverfahren sind nicht-invasiv und können in Kombination mit oder alternativ zu anderen invasiven Methoden verwendet werden. Zu den Messmethoden gehört die Elektrokardiographie. Viele dieser Bereiche können von anderen Fachrichtungen abgedeckt werden, beispielsweise von der Medizintechnik oder der Gefäßmedizin. [ 25 ]

Gesundheitsinformatik und Computerphysik

Zu den eng verwandten Gebieten der Medizinphysik gehören Bereiche, die sich mit medizinischen Daten, Informationstechnologie und Informatik für die Medizin befassen.

Forschungsbereiche und akademische Entwicklung

EKG- Aufzeichnung

Nicht-klinische Physiker können sich aus akademischer und Forschungsperspektive auf die oben genannten Bereiche konzentrieren oder auch nicht, ihr Spezialgebiet kann aber auch Laser und ultraviolette Systeme (wie die photodynamische Therapie ), fMRI und andere Methoden der funktionellen Bildgebung sowie molekulare Bildgebung , elektrische Impedanztomographie , diffuse optische Bildgebung , optische Kohärenztomographie und Dual-Energy-Röntgenabsorptiometrie umfassen .

Gesetzgebungs- und Beratungsgremien

International

Vereinigte Staaten von Amerika

Vereinigtes Königreich

Andere

Referenzen

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  2. ^ „Medical Physics – International Organization for Medical Physics“ . 27. März 2018.
  3. ^ Richtlinien für die Zertifizierung klinisch qualifizierter Medizinphysiker . IAEA. Link: https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/TCS-71web.pdf
  4. ^ „IAEA veröffentlicht Leitfaden zur Förderung der Anerkennung von Medizinphysikern als Gesundheitsfachkräfte“ . 15. Februar 2021.
  5. ^ IAEA-Sicherheitsstandards: Allgemeine Sicherheitsanforderungen, Teil 3: Strahlenschutz und Sicherheit von Strahlenquellen: Internationale grundlegende Sicherheitsstandards . IAEA. 2014. Link: https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1578_web-57265295.pdf
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