În termeni mai largi, studiile de fizică se concentrează pe obiectele fizice, pe materia lor compozițională și pe interacțiunile și mișcarea lor în spațiu și timp. Fizica este folosită ca mijloc de a explica evenimentele și situațiile care apar în lumea naturală și, prin urmare, teoriile fizicii sunt o componentă puternică a mai multor discipline științifice, inclusiv astronomia, biologia și studiile nucleare. Utilizarea fizicii în medicina nucleară implică aplicarea principiilor și teoriilor fizicii, cum ar fi dezintegrarea radioactivă și fuziunea sau fisiunea pentru generarea de tehnologie medicală. Studierea materiei la cele mai elementare niveluri de celule de particule este piatra de temelie a fizicii în medicina nucleară. Principiile din fizica nucleară sunt cel mai adesea folosite medical în testarea imaginilor și crearea farmaceutică.
Medicina nucleară este o formă de fizică aplicată. Aplicațiile fizicii în medicina nucleară folosesc teoriile și subdisciplinele fizicii pentru a proiecta și crea obiecte de lucru sau noi metode de îndeplinire a sarcinilor. Ei folosesc metode științifice riguros testate și încearcă să aplice legi științifice stabile și neschimbabile. Mecanica cuantică, de exemplu, este un subdomeniu al fizicii care abordează modul în care particulele, cum ar fi cele generate în dezintegrarea radioactivă, au, de asemenea, proprietăți ondulatorii și modul în care aceste particule interacționează atât între ele, cât și cu forțele energetice.
Fizica nucleară este baza tehnologiei nucleare, inclusiv a medicinei nucleare. Acest domeniu larg se concentrează asupra nucleelor găsite în atomi, în special asupra structurii și interacțiunilor acestora. Oamenii de știință pot manipula porțiunile interioare ale acestor celule și pot crea reacții puternice, care de obicei produc radiații – un principiu fizic de bază al energiei care se mișcă prin spațiu. Activitățile de cercetare nucleară care pot genera energie includ accelerarea, încălzirea, transferul, descompunerea, scindarea și fuziunea. Aceste din urmă activități sunt deosebit de importante în medicina nucleară.
Fisiunea și fuziunea sunt reacții nucleare care pot fi folosite pentru a genera energie pentru fizica în medicina nucleară. Primul eveniment implică divizarea particulelor atomice, în timp ce al doilea implică combinarea materialului atomic împreună. Fizicienii induc aceste reacții în dispozitive numite reactoare nucleare. În domeniul medical, reactoarele de cercetare sunt adesea folosite pentru analiză, pentru testare și pentru producerea de radioizotopi sau a materialului nuclear al atomilor.
O componentă principală a fizicii nucleare în medicină se referă la imagistica de diagnostic. Aceste procese – numite și imagistica cu nuclizi – au loc atunci când medicul injectează particule de nuclizi în organism. Pe măsură ce aceste particule se descompun, ele generează forme radioactive de energie numite raze gamma. Echipamente specifice, cum ar fi camerele gamma, detectează apoi diferențele de radioactivitate. Variațiile oferă adesea o perspectivă asupra capacităților funcționale ale diferitelor regiuni și părți ale corpului.
În dezintegrarea radioactivă, cum ar fi cea găsită în practicile de imagistică, activitățile particulelor sunt cunoscute în fizică ca interacțiuni slabe, deoarece nu creează un efect puternic și obligatoriu. Alte tipuri de interacțiuni de bază în fizică includ electromagnetismul și gravitația. Medicii folosesc interacțiunile particulelor încărcate electric în electromagneticism pentru a crea aparate de imagistică prin rezonanță magnetică (RMN).
O altă aplicație a fizicii în medicina nucleară apare atunci când materialele nuclidice sunt utilizate pentru tratamente medicale. De exemplu, atunci când materialul cu radionuclizi este combinat cu anumite tipuri de medicamente, rezultatul acestei interacțiuni este radiofarmaceutice. Aceste tratamente sunt utilizate cel mai adesea pentru anumite tipuri de afecțiuni, cum ar fi cancerul. Sursele directe de radiații de energie pot fi, de asemenea, utilizate în tratamentele de radioterapie pentru cancer, în care fasciculele de radiații sunt îndreptate către zonele țintă din organism, în speranța că vor distruge substanțele nocive.