Instrumente und Methoden:       Medizinische Physik

1. Vorwort
Die Medizinische Physik wird von vielen als ein am Rande der naturwissenschaftlichen Disziplinen stehendes Fachgebiet gesehen. Dieser Eindruck entspricht jedoch nicht der Realität. Die Medizinische Physik ist zwar ein noch relativ junges Teilgebiet der Angewandten Physik, sie gewinnt jedoch zunehmend an Bedeutung und stellt im Bereich zwischen Medizin und Physik ein wichtiges Element sowohl in der Gesundheitsfürsorge als auch in der Forschung und Entwicklung dar.

Nach der umfassenden Interpretation von einem der Nestoren des Faches, Mayneord, ist die Medizinische Physik eine angewandte Wissenschaft mit folgenden drei Zielen:
· Anwendung physikalischer Konzepte und Methoden zum Verständnis des gesunden und kranken menschlichen Körpers;
· Entwicklung neuer, verbesserter Verfahren und Techniken zur Untersuchung und Behandlung von Patienten und
· Bereitstellung und Einsatz physikalischer Hilfsmittel in der klinischen Routine.

Die Bezeichnung Medizinische Physik taucht als Titel eines Lehrbuches von Fick zwar bereits 1865 auf, die stürmische Entwicklung des Faches setzte jedoch erst drei Jahrzehnte später mit den ersten Anwendungen ionisierender Strahlen in der Medizin ein. Es waren Physiker, die schon bald nach der Entdeckung der Röntgenstrahlen im Jahre 1895 und der Radioaktivität ein Jahr später begannen, zu neuen und verbesserten Anwendungen dieser Entdeckungen im medizinischem Bereich beizutragen. Aufgaben ergaben sich zunächst in der Strahlentherapie und im Strahlenschutz, dann auch bei der Entwicklung und Anwendung radiologischer Abbildungsverfahren und in der Strahlenbiologie. Heute erstreckt sich das Fach Medizinische Physik sowohl auf das gesamte Gebiet der Radiologie (einschließlich Ultraschall und magnetischer Resonanzverfahren) und der Anwendung nichtionisierender Strahlen in der Optik, Akustik und Lasermedizin. Dazu kommen die Computerwissenschaften und die Elektronik. Darüber hinaus ergeben sich Berührungen und teilweise auch Überschneidungen mit anderen Fachgebieten, wie z.B. mit der Biomedizinischen Technik, dem Strahlenschutz oder der Umweltphysik.
Man kann heute sagen, daß Medizinphysiker auf fast allen Gebieten der Medizin mit Ärzten zusammenarbeiten; am offensichtlichsten geschieht das in der Radiologie. Man findet Medizinphysiker in Universitäten, Forschungseinrichtungen, Kliniken, Behörden und in der Industrie. Der Bedarf an qualifizierten Medizinphysikern steigt ständig und die Medizinische Physik als wissenschaftliche Disziplin gewinnt an Attraktivität. In der Zukunft wird die Physik sowohl in der klinischen Medizin als auch in den medizinischen Wissenschaften eine noch größere Bedeutung erlangen. Voraussetzung ist jedoch ein hoher Qualitätsstandard und entsprechende Ressourcen in der Medizinischen Physik. Die vorliegende Broschüre wurde erstellt, um insbesondere Studenten und jungen Wissenschaftlern einen kurzen Überblick über das Fach der Medizinischen Physik zu vermitteln und um sie zu ermutigen, in dieses Fach einzusteigen.

 

Beispiel Strahlentherapie: Strahlenbehandlung eines Patienten mit einem Hirntumor an einem Elektronen-Linearbeschleuniger. Neben der Erhebung der physikalischen und dosimetrischen Basisdaten eines solchen Beschleunigers gehören auch Messungen zur Kalibrierung und Qualitätssicherung zum Aufgabenbereich des Medizinphysikers in der Strahlentherapie.

3. Wo arbeitet der Medizinphysiker?

Im folgenden sind die drei wesentlichen Tätigkeitsfelder von Medizinphysikern kurz umrissen.

Dienstleistung und Beratung:
Die Tätigkeit des Medizinphysikers kann sich auf alle Gebiete der Medizin erstrecken, in denen physikalische Methoden eingesetzt werden. Trotz dieses vielfältigen Aufgabenbereichs ist auch heute noch der weitaus größte Teil der Medizinphysiker in der Radiologie tätig. Hier sind es vor allem die drei "klassischen" Gebiete Röntgendiagnostik, Radioonkologie (Strahlentherapie) und Nuklearmedizin, aber auch der Strahlenschutz, in denen er Dienstleistungen erbringt und beratende oder überwachende Funktionen ausübt.
So wirkt er in Kliniken und Praxen beispielsweise bei der Einführung und Evaluation neuer Techniken mit und führt in regelmäßigen Abständen Qualitätskontrollen durch, um den einwandfreien, sicheren und zweckdienlichen Einsatz von Geräten zu gewährleisten. Zu den wichtigsten Aufgaben gehört die Dosimetrie. Sie ist die Voraussetzung für die optimale Nutzung ionisierender Strahlung zu diagnostischen und therapeutischen Zwecken bei gleichzeitiger Minimierung von möglichen Strahlenschäden. Insbesondere in der Radioonkologie beinhaltet dies auch, daß der Medizinphysiker als Partner des Arztes unmittelbar mit dem Patienten kontaktiert ist, z.B bei der Simulation oder Ersteinstellung einer Bestrahlung. Im Zusammenhang mit diesen Funktionen werden vom Medizinphysiker auch oft die verschiedenen Aufgaben auf dem Gebiet des Strahlenschutzes wahrgenommen. Vergleichbare Aufgaben übt auch der in Genehmigungs-, Prüf- und Aufsichtsbehörden tätige Medizinphysiker aus.

Forschung und Entwicklung:
Obwohl eine reine Grundlagenforschung an Kliniken wegen der meist fehlenden personellen und finanziellen Mittel kaum möglich ist, besteht an Universitätskliniken und anderen Forschungseinrichtungen die Möglichkeit, ja die Notwendigkeit, zu klinisch angewandter Forschung. Diese umfaßt auf dem Gebiet der Medizinischen Physik vor allem die Entwicklung neuer und die Verbesserung bestehender Verfahren. Diese Entwicklungen sind nur möglich in enger Zusammenarbeit mit Ärzten, deren Wünsche und Vorstellungen mit den zur Verfügung stehenden physikalischen Methoden und dem internationalen Stand der Forschung in Einklang gebracht werden müssen. Auch in der medizintechnischen Industrie werden Forschungs- und Entwicklungsaufgaben häufig von Medizinphysikern durchgeführt.

Lehre:
Da an einer Klinik meist nur wenige Naturwissenschaftler tätig sind, fällt die Schulung des Personals auf diesem Gebiet im allgemeinen in das Tätigkeitsgebiet des Medizinphysikers. Dies betrifft insbesondere die Aus-, Weiter- und Fortbildung des technischen Personals und der Ärzte in (Strahlen)-Physik, Apparatekunde und Strahlenschutz. An den Universitätskliniken sind die Medizinphysiker in die Ausbildung der Medizinstudenten in den radiologischen Fächern und teilweise auch in die Physikausbildung eingebunden.

Der Medizinphysiker ist Hochschulabsolvent einer physikalischen Fachrichtung, der sich umfassendes medizinisches und biologisches Fachwissen angeeignet hat und über eine mehrjährige praktische Erfahrung in der Anwendung physikalischer Methoden in der Medizin verfügt. Da es in Deutschland zur Zeit noch keine staatliche Fachanerkennung als Medizinphysiker gibt, sollten Medizinphysiker die Fachanerkennung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik (DGMP) anstreben, die als zuständige Fachgesellschaft Regeln zur Aus- und Weiterbildung in Medizinischer Physik erarbeitet hat. Details sind dem "Wegweiser: Aus- und Weiterbildung in Medizinischer Physik" zu entnehmen, der bei der Geschäftsstelle der DGMP angefordert werden kann. Zur Erlangung der Fachanerkennung der DGMP müssen folgende Ausbildungsleistungen erbracht werden:
· Dreijährige Berufserfahrung, die unter Anleitung eines zur Weiterbildung ermächtigten Medizinphysikers erworben werden muß. Bis zu einem Jahr der für die Diplom- oder Doktorarbeit aufgewendeten Zeit, sofern diese ein medizinphysikalisches Thema behandelt hat, kann auf diese drei Jahre angerechnet werden.
 Die Weiterbildung mit dem Ziel der Fachanerkennung soll von einem Mentor (das ist ein Medizinphysiker, der diese Fachanerkennung bereits besitzt) beratend begleitet werden. Eine Aufstellung aller Universitäten, Lehrkrankenhäuser und Forschungseinrichtungen an denen (zumindest auf Teilgebieten) eine Weiterbildung in Medizinischer Physik möglich ist, ist dem o.g. "Wegweiser" zu entnehmen.
· 360 Stunden theoretische Weiterbildung, die in etwa gleichen Teilen auf die folgenden Bereiche entfallen sollen:
 -  Pflichtfächer - hierzu gehören Grundkenntnisse beispielsweise in Anatomie, Physiologie, Biophysik;
 -  ein Wahlfach mit vertieften Kenntnissen (Spezialfach);
 -  zwei weitere Wahlfächer (Nebenfächer).
 Der Erwerb der theoretischen Kenntnisse durch eine erfolgreiche Teilnahme an Weiterbildungveranstaltungen muß belegt werden. An einigen deutschen Hochschulen werden spezielle postgraduale Kurse zur Weiterbildung in Medizinischer Physik angeboten, deren Curriculum auf den von der DGMP entwickelten Stoffkatalog abgestimmt ist. Bis zu einem Drittel der Weiterbildung kann auch im Selbststudium erfolgen. Über das im Selbststudium erworbene Wissen ist eine Prüfung abzulegen. (Eine Zusammenstellung der möglichen Wahlfächer findet sich im Anhang der Weiterbildungsordnung).
Die Fachanerkennung wird auf Antrag von der Fachanerkennungskommission der DGMP ausgesprochen. Der Antragsteller legt dafür der Kommission seine Unterlagen und
Bescheinigungen über die erbrachten Weiterbildungsleistungen vor. Es empfiehlt sich allerdings, schon zu Beginn der Weiterbildung der Fachanerkennungskommission diese Absicht mitzuteilen. Dabei sollte der geplante Weg skizziert und die bisher erbrachten Leistungen erläutert werden. Gegebenenfalls kann die Fachanerkennungskommission so in einer frühen Phase ergänzende Hinweise geben.
 

Die Berufsperspektiven für Medizinphysiker sind derzeit grundsätzlich außergewöhnlich gut, und zwar aus zwei Gründen: Erstens folgt Deutschland dem internationalen Trend eines Rückgangs von Studienanfängern im Fach Physik. Dem steht ein überaus aufnahmefähiger Arbeitsmarkt gegenüber. Zweitens wird immer mehr auf eine wirtschaftliche Umsetzung des Innovationspotentials in den Biowissenschaften gedrängt und entsprechend dessen Ausschöpfung durch gezielte Fördermaßnahmen verstärkt. Von dieser Entwicklung profitieren die drei Hauptarbeitsfelder von Medizinphysikern, die klinisch orientierte Tätigkeit im Krankenhaus, die Tätigkeit im Bereich von Forschung und Entwicklung in der Industrie und die wissenschaftliche Laufbahn. Insgesamt kann man in Deutschland gegenwärtig mit einer Dichte von etwa 10 - 15 Medizinphysikern  pro 1 Million Einwohner rechnen. Den durchschnittlichen Bedarf an Medizinphysikern schätzt man auf etwa 50 pro Jahr.
Seit der Anwendung ionisierender Strahlung in der Medizin fällt dem Medizinphysiker an der Seite des Arztes eine Schlüsselrolle in der Strahlentherapie, der radiologischen Diagnostik und der Nuklearmedizin zu. In diesen Bereichen sorgen in immer stärkerem Ausmaß strahlenschutzrechtliche Bestimmungen für einen steigenden Bedarf an Medizinphysikern im Krankenhaus. In dem Maße wie der Medizinphysiker gerade in diesen Arbeitsfeldern neben seiner direkten Dienstleistung in der Krankenversorgung seine klassische Rolle als Motor und Ideengeber für kliniksnahe, anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung wahrnimmt, wird er langfristig kaum durch andere Berufsgruppen ersetzt werden können. Nicht nur die radiologischen Arbeitsbereiche, sondern praktisch die gesamte Medizin wird künftig in noch weit stärkerem Maße durch physikalisch-technischen Fortschritt, vor allem durch die rasante Entwicklung im Bereich der Computertechnologie geprägt sein. Deshalb wird der Medizinphysiker sicher weit stärker als bisher Verbindung zu den Natur- und Ingenieurwissenschaften  halten müssen, um im interdisziplinären Kontakt mit der Medizin neue Erkenntnisse und Techniken dort zur Entfaltung zu bringen.
Seltener als in seiner direkten klinischen Einbindung wird der Medizinphysiker herkömmlicher Ausbildung in der Industrie seinen Arbeitsplatz finden. Bei anwendungsorientierten Entwicklungen ist er aber seitens des Krankenhauses ein unverzichtbarer Verbindungsmann zur Industrie, wenn es um die Implementierung  und Evaluierung neuer technischer Produkte geht. Die heute oft propagierte Umsetzung von Ideen in kommerzielle Produkte und damit verbunden die Tätigkeit als Firmengründer im Umfeld von Universitäten und Forschungsinstituten ist für den Medizinphysiker nicht ausgeschlossen, dürfte aber aufgrund seiner besonderen interdisziplinären Funktion eher eine Seltenheit  bleiben. Die Perspektive des Medizinphysikers im Bereich von Forschung und als Hochschullehrer sind insgesamt schwer abzuschätzen, da sie weithin von der allgemeinen  Hochschulentwicklung abhängen. Es ist gegenwärtig aber ein Trend zur Bündelung von Expertenwissen im Bereich von Medizinischer Physik und Technik unter Einschluß von Computerwissenschaften zu beobachten. Unbeschadet davon dominieren sicher auch künftig in allen radiologischen Disziplinen physikalisch-technische Innovationen, so daß hier die medizinischen Fachvertreter sich verstärkt für bessere Perspektiven der Medizinphysiker einsetzen werden.
 

Die wachsende Bedeutung und Spezialisierung der Medizinischen Physik führte in der Bundesrepublik Deutschland im Jahr 1969 zur Gründung einer eigenen wissenschaftlichen Gesellschaft - der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik, abgekürzt DGMP. Sie versteht sich als Standesorganisation der Medizinphysiker und vereinigt Forscher, Entwickler und Anwender. Aufgabe dieser Gesellschaft, die inzwischen auf über 1200 Mitglieder angewachsen ist, war und ist der Erfahrungsaustausch der Medizinphysiker untereinander, die Präsentation und Diskussion wissenschaftlicher Ergebnisse und die Weiterbildung der in der Medizin tätigen Physiker. Die Aktivitäten finden zu einem guten Teil in Arbeitsausschüssen und Arbeitskreisen statt (Tabelle unten). Es gibt darüber hinaus sowohl einen europäischen Dachverband (European Federation of Organisations for Medical Physics, EFOMP) als auch einen weltweit tätigen internationalen wissenschaftlichen Dachverband für Medizinische Physik (International Organisation for Medical Physics, IOMP).
Da die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses ein besonderes Anliegen der DGMP ist, bietet sie allen Interessierten die Möglichkeit einer umfassenden Information an. Die Adresse der Geschäftsstelle der DGMP ist unten angegeben.
 

Tabelle: Arbeitsausschüsse und -kreise der DGMP. 

Auf der Web-Seite der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik sind weitere Informationen zu finden. Eine im Internet verfügbare Broschüre zur Medizinischen Physik gibt einen weiteren Überblick über die Fachgebiete.

Interessante Links zu anderen Organisationen

The American Association of Physicists in Medicine

European Federation of Organizations in Medical Physics

European Society for Therapeutic Radiology and Oncology

Dachverband Medizinische Technik

Österreichische Gesellschaft für Medizinische Physik

Schweizerische Gesellschaft für Strahlenbiologie und Medizinische Physik

Strahlenschutzkommission  SSK