Физика и медицина

Мы привыкли ассоциировать физику с инновационными научными исследованиями в области частиц, являющихся основой Вселенной, проводящимися в ЦЕРН, г.Женева. Но физика также влияет на медицину и на лечение людей. Каким образом?

Уже многие десятилетия базовые исследования в области физики, проводящиеся в университетах и в крупных центрах, таких как ЦЕРН, г.Женева, оказывают большое влияние на медицину: достаточно вспомнить компьютерную томографию, магнитно-резонансную томографию или ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография с использованием положительно заряженных электронов) - оборудование, широко применяющееся во всем мире для проведения инструментальной диагностики. Стоит отметить также невероятный технический прогресс в области лечения опухолей с разработкой линейных ускорителей для радиотерапии, или же производство всё более эффективных радиопрепаратов для диагностики и ядерной терапии.

В частности, медицинская физика, то есть физика, применяемая в медицине, играет важнейшую роль в защите сотрудников, населения и пациентов от рисков использования ионизирующей, оптической и электромагнитной радиации посредством оптимизации как радиологической практики (с целью улучшения качества полученных изображений и снижения дозы облучения для пациентов), так и плана лечения (более точное определение дозы облучения и сохранность здоровых тканей). Медицинские физики (дипломированные физики со специализацией в области медицинской физики) всегда заботились о гарантии качества радиотерапии, радиодиагностики и ядерной медицины, а также о безопасности, то есть предотвращении рисков случайного облучения пациентов.  

Адронная терапия - это показательный пример применения физики в медицине. Как она работает?

Адронная терапия - это усовершенствованная форма радиотерапии, использующая тяжелые частицы - протоны и ионы углерода - для точного поражения раковых клеток.

В CNAO, как и в других современных центрах радиотерапии, опухоль выявляется и локализуется в соотношении с анатомией пациента посредством применения трехмерных морфологических и функциональных изображений, получаемых посредством компьютерной аксиальной томографии, МРТ и ПЭТ. Полученные изображения отправляются в систему планирования лечения, позволяющую разработать наилучшую схему для каждого пациента. Процедура состоит в облучении объема опухоли посредством пучков протонов и ионов углерода высокой энергии. Представьте себе, что вы нарезаете опухоль на ломтики: каждый из них поражается точным образом пучком с определенной энергией, который передает большую часть этой энергии (благодаря так называемому пику Брэгга, характерному для отдачи дозы адронами). Для каждого «ломтика» тонкий пучок быстро направляется на всю область опухоли благодаря действию магнитов сканирования. Таким образом всего за несколько минут удается подать на опухоль высокую и точную дозу облучения, сохранив при этом здоровые ткани.

В Медицинском департаменте CNAO работает отделение медицинской физики, ответственное за ввод в эксплуатацию и периодический контроль качества оборудования, применяемого на различных стадиях лечения посредством пучков протонов и ионов углерода, генерируемых нашим синхротроном. Мы ежедневно работаем бок о бок с медицинским персоналом для разработки и реализации оптимального плана лечения для каждого пациента, проходящего адронную терапию. Мы используем передовые решения в области технологий, например, методика лечения подвижных опухолей (поджелудочная железа, печень), требующих тщательного контроля последствий перемещения органов, вызываемых дыхательной деятельностью, или воздействие на меланому глаза посредством пучка протонов со сканированием.

Каковы текущие инновационные проекты?

CNAO активно и плодотворно сотрудничает с различными итальянскими и иностранными университетами, INFN (Национальным институтом ядерной физики), другими центрами адронной терапии, например, с центром в г.Гейдельберг (Германия) или NIRS в г.Тиба (Япония). Целью является развитие стратегий лечения и передовых исследовательских проектов. Например, на данный момент мы сотрудничаем с INFN в области амбициозного проекта, разрабатывающего дозиметрическую проверку в режиме реального времени посредством точного определения действительной длины пробега (пути) частиц в тканях пациента: это станет возможным благодаря внедрению системы, оснащенной оборудованием ПЭТ с двойной головкой и трекером частиц, который будет установлен в процедурных залах и будет способен выявлять вторичную радиацию, возникающую вследствие взаимодействия пучка с тканями тела пациента, и исходящую от пациента.

Кроме того, мы ведем многочисленные проекты совместно с Департаментом биоинженерии Политехнического института г.Милана, в частности, в области создания роботизированных систем позиционирования пациента и проверки подготовки процедурного зала, а также систем онлайн-проверки фиксации взгляда пациента во время процедур на глазах.

Наконец, мне хотелось бы упомянуть проект, направленный на создание радиобиологической характеристики используемых пучков ионов углерода, в котором участвуют Отделение медицинской физики и исследовательская группа, работающая над симуляцией посредством метода Монте-Карло, Департамет медицины, центр NIRS г.Тиба и Университет г.Берген (Норвегия).