En términos más amplios, los estudios de física se centran en los objetos físicos, su materia compositiva y sus interacciones y movimiento a través del espacio y el tiempo. La física se utiliza como un medio para explicar eventos y situaciones que ocurren en el mundo natural y, por lo tanto, las teorías de la física son un componente importante de varias disciplinas científicas, incluidas la astronomía, la biología y los estudios nucleares. El uso de la física en la medicina nuclear implica la aplicación de principios y teorías de la física como la desintegración y fusión radiactiva o la fisión para generar tecnología médica. El estudio de la materia en los niveles más básicos de células de partículas es la piedra angular de la física en la medicina nuclear. Los principios de la física nuclear se utilizan con mayor frecuencia con fines médicos en las pruebas de imágenes y la creación farmacéutica.
La medicina nuclear es una forma de física aplicada. Las aplicaciones de la física en la medicina nuclear hacen uso de las teorías y subdisciplinas de la física para diseñar y crear objetos de trabajo o nuevos métodos para realizar tareas. Utilizan métodos científicos rigurosamente probados e intentan aplicar leyes científicas estables e invariables. La mecánica cuántica, por ejemplo, es un subcampo de la física que aborda cómo las partículas como las generadas en la desintegración radiactiva también tienen propiedades onduladas y cómo estas partículas interactúan entre sí y con las fuerzas energéticas.
La física nuclear es la base de la tecnología nuclear, incluida la medicina nuclear. Este amplio campo se centra en los núcleos que se encuentran en los átomos, en particular su estructura e interacciones. Los científicos pueden manipular las partes internas de estas células y crear reacciones poderosas, que generalmente producen radiación, un principio físico básico de la energía que se mueve a través del espacio. Las actividades de investigación nuclear que pueden generar energía incluyen acelerar, calentar, transferir, descomponer, dividir y fusionar. Estas últimas actividades son especialmente destacadas en la medicina nuclear.
La fisión y la fusión son reacciones nucleares que pueden utilizarse para generar energía para la física en la medicina nuclear. El primer evento implica la división de partículas atómicas, mientras que el segundo implica la combinación de material atómico. Los físicos inducen estas reacciones en dispositivos llamados reactores nucleares. En el campo médico, los reactores de investigación se utilizan a menudo para análisis, pruebas y producción de radioisótopos o el material nuclear de átomos.
Un componente principal de la física nuclear en la medicina se relaciona con las imágenes de diagnóstico. Estos procesos, también llamados imágenes de nucleidos, tienen lugar cuando el médico inyecta partículas de nucleidos en el cuerpo. A medida que estas partículas se desintegran, generan formas radiactivas de energía llamadas rayos gamma. Los equipos específicos, como las cámaras gamma, detectan las diferencias de radiactividad. Las variaciones a menudo dan una idea de las capacidades funcionales de diferentes regiones y partes del cuerpo.
En la desintegración radiactiva como la que se encuentra en las prácticas de imágenes, las actividades de las partículas se conocen en física como interacciones débiles porque no crean un efecto fuerte y vinculante. Otros tipos de interacciones básicas en física incluyen el electromagnetismo y la gravedad. Los médicos utilizan las interacciones de partículas cargadas eléctricamente en el electromagneticismo para crear máquinas de imágenes por resonancia magnética (IRM).
Otra aplicación de la física en la medicina nuclear ocurre cuando se utilizan materiales nucleidos para tratamientos médicos. Por ejemplo, cuando el material radionúclido se combina con ciertos tipos de medicamentos, el resultado de esta interacción son los radiofármacos. Estos tratamientos se usan con mayor frecuencia para tipos específicos de afecciones, como el cáncer. Las fuentes de radiación de energía directa también se pueden usar en tratamientos de radioterapia contra el cáncer, en los que se dirigen haces de rayos de radiación a áreas específicas del cuerpo con la esperanza de que destruyan sustancias nocivas.