من تطوير خوارزميات التعلم الآلي المتقدمة إلى بناء الأجهزة التي من شأنها تحسين الوصول إلى العلاجات الفعالة للمرضى في جميع أنحاء العالم ، يواصل الباحثون العاملون في الفيزياء الطبية والتكنولوجيا الحيوية والعديد من المجالات ذات الصلة تطبيق التقنيات العلمية لتحسين الرعاية الصحية في جميع أنحاء العالم. عالم الفيزياء قدم تقريرًا عن العديد من هذه الابتكارات في عام 2022 ، إليك عدد قليل من أبرز الأبحاث التي لفتت انتباهنا.
الذكاء الاصطناعي في جميع المجالات
يلعب الذكاء الاصطناعي (AI) دورًا سائدًا بشكل متزايد في مجال الفيزياء الطبية - بدءًا من التعامل مع الكم الهائل من البيانات الناتجة أثناء التصوير التشخيصي ، إلى فهم تطور السرطان في الجسم ، إلى المساعدة في تصميم العلاجات وتحسينها. بوضع هذا بعين الاعتبار، عالم الفيزياء استضافت أسبوع الذكاء الاصطناعي في الفيزياء الطبية في يونيو ، للنظر في استخدام التعلم العميق للتطبيقات بما في ذلك العلاج الإشعاعي التكيفي عبر الإنترنت, التصوير PET, حساب جرعة البروتون, تحليل فحوصات الرأس بالأشعة المقطعية و تحديد عدوى COVID-19 في فحوصات الرئة.
في وقت سابق من العام ، درست جلسة مخصصة في اجتماع مارس APS بعضًا من أحدثها التطبيقات الطبية للذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي، بما في ذلك التعلم العميق لتشخيص ومراقبة اضطرابات الدماغ والأمراض التنكسية العصبية ، وتوظيف الذكاء الاصطناعي لتسجيل الصور وتجزئتها. دراسة أخرى مثيرة للاهتمام كانت استخدام EPFL للشبكة العصبية لإنشاء مجهر ذكي يكتشف السلائف الدقيقة للأحداث البيولوجية النادرة ويتحكم في معلمات اكتسابها استجابةً لذلك.
الوعد ببروتون فلاش
في تطور جعله أيضًا في منطقتنا أفضل 10 اختراقات لهذا العام بالنسبة لعام 2022 ، شهد اجتماع ASTRO السنوي لهذا العام تقرير إميلي دوجيرتي من مركز السرطان بجامعة سينسيناتي عن النتائج المستخلصة من أول تجربة سريرية للعلاج الإشعاعي بالفلاش. تعد علاجات FLASH - التي يتم فيها توصيل الإشعاع العلاجي بمعدلات جرعات عالية - واعدة بتقليل سمية الأنسجة الطبيعية مع الحفاظ على النشاط المضاد للورم. في هذه الدراسة ، استخدم الباحثون العلاج بالبروتون FLASH لعلاج 10 مرضى يعانون من نقائل العظام المؤلمة. أظهروا جدوى سير العمل السريري وأظهروا أن العلاج كان فعالًا مثل العلاج الإشعاعي التقليدي لتسكين الآلام ، دون التسبب في آثار جانبية غير متوقعة.
تمثل الدراسة أيضًا أول استخدام للبروتون FLASH. استخدمت معظم دراسات FLASH السابقة قبل السريرية الإلكترونات ؛ لكن حزم الإلكترون تنتقل بضعة سنتيمترات فقط في الأنسجة بينما تخترق البروتونات أعمق بكثير. على أمل استغلال هذه الميزة ، تقوم العديد من المجموعات الأخرى أيضًا بالتحقيق في البروتون FLASH ، بما في ذلك العلماء في جامعة بنسلفانيا الذين استخدموا النمذجة الحاسوبية لمعرفة أيها أكثر تقنية توصيل فعالة لحزم بروتون فلاش، وباحثين من المركز الطبي بجامعة إيراسموس ، والمعهد التقني المتفوق وهولندا ، الذين طوروا خوارزمية يحسن أنماط إيصال شعاع قلم رصاص البروتون لتعظيم تغطية FLASH.
إعادة البصر
تعتبر استعادة الرؤية لأولئك الذين فقدوا القدرة على الرؤية مهمة بحثية كبيرة. أبلغنا هذا العام عن دراستين تهدفان إلى تقريب هذا الهدف خطوة. يستكشف الباحثون في جامعة جنوب كاليفورنيا استخدام التحفيز بالموجات فوق الصوتية لعلاج العمى بسبب تنكس الشبكية. في حين أن الأطراف الاصطناعية البصرية التي تعيد البصر عن طريق التحفيز الكهربائي للخلايا العصبية في شبكية العين قد تم استخدامها بالفعل بنجاح في المرضى ، فهذه هي الأجهزة الغازية التي تتطلب عمليات زرع معقدة. وبدلاً من ذلك ، أوضح الفريق أن تحفيز عيون الفئران العمياء باستخدام الموجات فوق الصوتية غير الغازية يمكن أن ينشط مجموعات صغيرة من الخلايا العصبية في عين الحيوان.
في أماكن أخرى ، تم تطوير فريق في السويد وإيران والهند طريقة جديدة لإنتاج قرنيات اصطناعية، باستخدام الكولاجين الطبي المستخرج من جلد الخنازير (منتج ثانوي مُنقى لصناعة الأغذية) والذي عالجه الباحثون كيميائيًا وكيميائيًا ضوئيًا لتحسين قوته واستقراره. في دراسة تجريبية أجريت على 20 مريضًا ، أظهروا أن غرساتهم كانت قوية ومقاومة للتدهور ويمكن أن تعيد نظر المرضى بالكامل من خلال الجراحة طفيفة التوغل. بناءً على هذا النجاح ، يأمل مهرداد رأفت وفريقه أن النهج الجديد يمكن أن يعالج النقص في القرنيات المانحة للزراعة وزيادة خيارات العلاج للعديد من الأشخاص في جميع أنحاء العالم الذين هم بحاجة ماسة إلى قرنيات جديدة.
ابتكارات واجهة الدماغ والكمبيوتر
توفر واجهات الدماغ والكمبيوتر (BCIs) جسرًا بين الدماغ البشري والبرامج أو الأجهزة الخارجية. شهد هذا العام استخدام الباحثين بنجاح زرع BCI لتمكين الشخص المصاب بالشلل التام من التواصل. قام الفريق - من مركز Wyss للهندسة الحيوية والعصبية ، ALS Voice وجامعة Tübingen - بزرع مصفوفتين صغيرتين من الأقطاب الكهربائية في سطح القشرة الحركية للمشارك. تسجل الأقطاب الكهربائية الإشارات العصبية ، والتي يتم فك تشفيرها واستخدامها في مدقق ردود الفعل السمعية التي تطالب المستخدم بتحديد الحروف. تعلم المريض ، الذي كان مصابًا بالتصلب الجانبي الضموري (ALS) وكان في حالة منغلق تمامًا مع عدم وجود حركة إرادية متبقية ، كيفية تغيير نشاط دماغه وفقًا للتعليقات الصوتية الواردة ، مما يمكنه من تكوين الكلمات والجمل والتواصل بمعدل متوسط يبلغ حوالي حرف واحد في الدقيقة.
كبديل لاستخدام الأقطاب الكهربائية المزروعة لاستشعار نشاط الدماغ ، يمكن أيضًا جمع الإشارات العصبية بدون تدخل جراحي باستخدام أقطاب تخطيط كهربية الدماغ (EEG) متصلة بفروة الرأس. قام فريق في جامعة سيدني للتكنولوجيا بتطوير ملف مستشعر حيوي جديد قائم على الجرافين يكتشف إشارات EEG ذات حساسية وموثوقية عالية - حتى في البيئات شديدة الملوحة. يجمع المستشعر ، المصنوع من الجرافين الفوقي المزروع على ركيزة كربيد السيليكون على السيليكون ، بين التوافق الحيوي العالي وموصلية الجرافين مع القوة الفيزيائية والخمول الكيميائي لتكنولوجيا السيليكون.
