Vai trò của vật lý trong y học
Việc áp dụng các nguyên tắc, phương pháp và kỹ thuật về vật lý trong thực hành, nghiên cứu y học đã tạo ra một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong toàn bộ lĩnh vực y tế. Nó được áp dụng trong việc thăm khám cận lâm sàng và giúp điều trị bệnh.
Vai trò chính của vật lý trong y học là dựa trên các nguyên lý của ion, sóng siêu âm, tia laser, tia X …trong việc chẩn đoán và điều trị nhiều bệnh lý.
Vật lý y học được nghiên cứu bởi các chuyên gia y học đào tạo về chuyên ngành vật lý, chuyên nghiên cứu về ứng dụng của vật lý trong việc chăm sóc sức khỏe. Khái niệm về vật lý y học lần đầu tiên được Félix Vicq d’Azir, một bác sĩ giải phẫu người Pháp vào năm 1778.
Vật lý y tế được ứng dụng trong y học để giúp ngăn ngừa, chẩn đoán và điều trị bệnh cho con người. Vật lý y tế có thể được phân loại thành nhiều nhóm phụ bao gồm: vật lý hình ảnh y tế, vật lý trong xạ trị ung thư , vật lý trong bức xạ y tế không ion hóa, vật lý y học hạt nhân…
Những ứng dụng của vật lý trong y học đã được áp dụng rộng rãi mà rất nhiều công nghệ chúng ta đã biết. Các ứng dụng của vật lý trong y học bao gồm:
- Chụp X-Quang và CT Scan
Trong X quang các tín hiệu được tạo ra từ chùm tia X hẹp đi ngang qua vùng bị ảnh hưởng cần quan tâm để tạo ra hình ảnh trên phim. Tương tự, hình ảnh tia X các mặt cắt thu được khi quét lặp lại xếp chồng lên nhau bằng kỹ thuật số hoá xoá nền để tạo ra hình ảnh chụp cắt lớp vi tính (CT) có độ phân giải cao, ba chiều hoặc bốn chiều để phân tích các quá trình động.
Chụp cắt lớp tưới máu (CT perfusion): Bên cạnh việc cung cấp hình ảnh giải phẫu đã được tái tạo, khi chụp CT có thể tạo ra thông tin cho biết chức năng tưới máu mô chất lượng cao hơn thông qua quét tưới máu động. Bằng cách truyền một chất cản quang được sử dụng và sau đó chụp ảnh lặp lại vùng bị ảnh hưởng được thực hiện trong khoảng thời gian từ 3 – 5 giây trong 30 giây. Những hình ảnh này sau đó được xếp chồng lên nhau để tạo thành các hình ảnh 4 chiều, kỹ thuật này rất hữu ích trong việc phân tích các thông số huyết động, bao gồm lưu lượng máu và thể tích máu.
- Chụp cộng hưởng từ
Chụp cộng hưởng từ (MRI) là một kỹ thuật hình ảnh y tế không xâm lấn. Ứng dụng bằng cách sử dụng từ trường tĩnh, gradient từ và sóng vô tuyến do máy tính tạo ra để tạo hình ảnh 3 chiều chất lượng cao của các mô và cơ quan. Từ trường làm cho cơ thể sắp xếp lại các proton của cơ thể với từ trường đó. Sau đó, sóng vô tuyến kích thích các proton và cảm biến MRI được sử dụng để phát hiện năng lượng (tín hiệu) giải phóng từ các proton. Trong MRI định lượng, sự khác biệt về độ tương phản giữa hai mô được tối đa hóa trên một hình ảnh duy nhất bằng cách sử dụng sự khác biệt về thời gian thư giãn của 2 mô đo. Các hình ảnh này dựa trên các đặc tính của 1 mô nào đó. Các trường hợp thường được sử dụng cho MRI là để đo lưu lượng máu não và phân tích cấu trúc mô mềm.
- Siêu âm
Siêu âm là sóng âm tần số cao đưa qua cơ thể để tạo ra hình ảnh không xâm lấn của các mô và cơ quan khác nhau. Sự khác biệt về các đặc tính cơ học các cơ quan hay mô trong cơ thể tạo ra khác nhau gây ra các phản xạ siêu âm. Những phản xạ này được đo để tạo ra hình ảnh siêu âm.
Ưu điểm chính của siêu âm so với các kỹ thuật hình ảnh y tế khác như CT và MRI cũng đem lại hiệu quả tốt trong nhiều trường hợp, chi phí thấp, an toàn, dễ thực hiện. Bên cạnh chẩn đoán bệnh, siêu âm được sử dụng cho mục đích điều trị. Ví dụ, sóng siêu âm hội tụ cường độ cao loại bỏ các mô bị ảnh hưởng bên trong cơ thể mà không làm tổn hại đến các mô khỏe mạnh xung quanh. Ngoài ra, siêu âm được sử dụng để tiêm thuốc hay chọc hút đúng theo mục tiêu.
Tuy nhiên, nó sẽ có nhiều sai sót hơn trong việc chẩn đoán một số bệnh. Vẫn cần sự can thiệp của CT và MRI.
- Y học hạt nhân
Trong y học hạt nhân, các chất phóng xạ được sử dụng để quan sát quá trình sinh lý của cơ thể. Các chất phóng xạ cũng được sử dụng để phân phối một liều điều trị có mục tiêu. Một lượng rất nhỏ chất phóng xạ được đưa vào cơ thể trong quá trình làm thủ thuật. Sau đó, chất phóng được hấp thụ bởi cơ quan hoặc mô đang khảo sát. Bức xạ phát ra từ đầu dò do quá trình phân hủy được phát hiện bởi một máy ảnh gamma, máy ảnh này tạo ra các tín hiệu kỹ thuật số để phân tích trạng thái chức năng của cơ quan.
Máy ảnh gamma tạo ra hình ảnh 2 chiều khi đứng yên. Trong chụp cắt lớp vi tính phát xạ đơn proton, máy ảnh được quay để tạo ra các lát cắt theo trục của cơ quan đích. Những lát cắt này có thể được sử dụng trong quét PET- CT để tạo ra hình ảnh 3 chiều. Y học hạt nhân thường được dùng để phát hiện một mô hấp thụ lượng phóng xạ bất thường, khảo sát sớm ung thư.
- Xạ trị
Xạ trị liên quan đến việc cung cấp một lượng bức xạ ion hóa bên trong cơ thể để giúp tiêu diệt và loại bỏ các tế bào ung thư hoặc một số khối u khác trong cơ thể. Trong toàn bộ quy trình điều trị, hình ảnh y tế được thực hiện để đảm bảo phân phối bức xạ vừa đủ an toàn, đúng mục tiêu và đánh giá những thay đổi do bức xạ gây ra trong giải phẫu.
Nhìn chung, nhờ vật lý học mà ngành y tế có một bước ngoặt khoa học tiến bộ tiên tiến. Các nhà khoa học vẫn tiếp tục nghiên cứu để có các phương pháp chẩn đoán và điều trị nhiều hơn để được ứng dụng trong y học.
