Em termos mais amplos, os estudos de física enfocam objetos físicos, sua matéria composicional e suas interações e movimentos através do espaço e do tempo. A física é usada como um meio de explicar eventos e situações que ocorrem no mundo natural, e as teorias da física, portanto, são um forte componente de várias disciplinas científicas, incluindo astronomia, biologia e estudos nucleares. O uso da física na medicina nuclear envolve a aplicação de princípios e teorias da física, como decadência radioativa e fusão ou fissão, para gerar tecnologia médica. O estudo da matéria nos níveis mais básicos das células das partículas é a pedra angular da física na medicina nuclear. Os princípios da física nuclear são usados com mais frequência na área médica em testes de imagem e criação farmacêutica.
A medicina nuclear é uma forma de física aplicada. As aplicações da física na medicina nuclear fazem uso de teorias e subdisciplinas da física para projetar e criar objetos de trabalho ou novos métodos de execução de tarefas. Eles usam métodos científicos rigorosamente testados e tentam aplicar leis científicas estáveis e imutáveis. A mecânica quântica, por exemplo, é um subcampo da física que aborda como partículas como as geradas no decaimento radioativo também têm propriedades ondulatórias e como essas partículas interagem entre si e com forças de energia.
A física nuclear é a base da tecnologia nuclear, incluindo a medicina nuclear. Este amplo campo está focado nos núcleos encontrados nos átomos, particularmente em sua estrutura e interações. Os cientistas podem manipular as porções internas dessas células e criar reações poderosas, que geralmente produzem radiação – um princípio físico básico de energia que se move através do espaço. As atividades de pesquisa nuclear que podem gerar energia incluem aceleração, aquecimento, transferência, decomposição, divisão e fusão. As últimas atividades são especialmente proeminentes na medicina nuclear.
Fissão e fusão são reações nucleares que podem ser usadas para gerar energia para a física na medicina nuclear. O primeiro evento envolve a divisão de partículas atômicas, enquanto o último envolve a combinação de materiais atômicos. Os físicos induzem essas reações em dispositivos chamados reatores nucleares. Na área médica, os reatores de pesquisa são freqüentemente usados para análises, testes e produção de radioisótopos, ou o material nuclear de átomos.
Um componente principal da física nuclear na medicina está relacionado ao diagnóstico por imagem. Esses processos – também chamados de imagem de nuclídeo – ocorrem quando o médico injeta partículas de nuclídeo no corpo. À medida que essas partículas decaem, elas geram formas radioativas de energia chamadas raios gama. Equipamentos específicos, como câmeras gama, detectam diferenças na radioatividade. As variações geralmente fornecem informações sobre as capacidades funcionais de diferentes regiões e partes do corpo.
No decaimento radioativo, como o encontrado nas práticas de imagem, as atividades das partículas são conhecidas na física como interações fracas porque não criam um efeito forte e vinculativo. Outros tipos básicos de interação na física incluem eletromagnetismo e gravidade. Os médicos usam as interações de partículas carregadas eletricamente no eletromagneticismo para criar máquinas de imagem por ressonância magnética (MRI).
Outra aplicação da física na medicina nuclear ocorre quando materiais nuclídeos são usados para tratamentos médicos. Por exemplo, quando o material radionuclídeo é combinado com certos tipos de drogas, o resultado dessa interação são os radiofármacos. Esses tratamentos são usados com mais frequência para tipos específicos de doenças, como câncer. As fontes de radiação de energia direta também podem ser usadas em tratamentos de radioterapia do câncer, nos quais feixes de raios de radiação são direcionados a áreas-alvo do corpo na esperança de destruir substâncias nocivas.