Alates täiustatud masinõppe algoritmide väljatöötamisest kuni seadmete ehitamiseni, mis parandavad patsientide juurdepääsu tõhusatele ravimeetoditele kogu maailmas, jätkavad meditsiinifüüsika, biotehnoloogia ja paljude sellega seotud valdkondade teadlased teaduslike tehnikate rakendamist tervishoiu parandamiseks kogu maailmas. Füüsika maailm on teatanud paljudest sellistest uuendustest 2022. aastal, siin on vaid mõned uuringute tipphetked, mis meile silma jäid.
AI kõigis valdkondades
Tehisintellekt (AI) mängib meditsiinifüüsika areenil üha enam domineerivat rolli – alates diagnostilise pildistamise käigus genereeritud suure hulga andmetega tegelemisest kuni vähi arengu mõistmiseni kehas kuni ravi kavandamise ja optimeerimiseni. Seda silmas pidades, Füüsika maailm korraldas juunis meditsiinifüüsika nädala tehisintellekti, milles vaadeldi süvaõppe kasutamist rakendustes, sealhulgas veebipõhine adaptiivne kiiritusravi, PET-pildistamine, prootoni doosi arvutamine, pea CT-skaneeringute analüüs ja COVID-19 nakkuse tuvastamine kopsude skaneerimisel.
Aasta alguses vaadeldi APSi märtsikohtumise pühendatud istungil mõnda viimast AI ja masinõppe meditsiinilised rakendused, sealhulgas sügav õpe ajuhäirete ja neurodegeneratiivsete haiguste diagnoosimiseks ja jälgimiseks ning tehisintellekti kasutamine kujutiste registreerimiseks ja segmenteerimiseks. Veel üks intrigeeriv uuring oli EPFL-i kasutamine närvivõrgu loomiseks intelligentne mikroskoop mis tuvastab haruldaste bioloogiliste sündmuste peened prekursorid ja juhib vastusena oma omandamisparameetreid.
Prooton FLASHi lubadus
Arenduses, mis jõudis ka meie hulka aasta 10 parimat läbimurret 2022. aasta kohta andis selle aasta ASTRO aastakoosolekul Emily Daugherty Cincinnati ülikooli vähikeskusest aruande uurimistulemustest. FLASH kiiritusravi esimene kliiniline uuring. FLASH-ravi – mille puhul terapeutilist kiirgust manustatakse ülikõrgete annustega – lubavad vähendada normaalset kudede toksilisust, säilitades samal ajal kasvajavastase toime. Selles uuringus kasutasid teadlased FLASH prootonteraapiat 10 valulike luumetastaasidega patsiendi ravimiseks. Nad näitasid kliinilise töövoo teostatavust ja näitasid, et ravi oli valu leevendamiseks sama efektiivne kui tavaline kiiritusravi, põhjustamata ootamatuid kõrvalmõjusid.
Uuring esindab ka prooton-FLASH-i esimest kasutamist inimesel. Enamikus eelkliinilistes FLASH-uuringutes kasutati elektrone; kuid elektronkiired liiguvad koesse vaid paar sentimeetrit, samas kui prootonid tungivad palju sügavamale. Lootes seda eelist ära kasutada, uurivad prootoni FLASH-i ka paljud teised rühmad, sealhulgas Pennsylvania ülikooli teadlased, kes kasutasid arvutusmudelit, et välja selgitada, milline neist on kõige parem. efektiivne FLASH prootonkiirte edastamise tehnikaja Erasmuse ülikooli meditsiinikeskuse, Instituto Superior Técnico ja HollandPTC teadlased, kes töötasid välja algoritmi, mis optimeerib prootonpliiatsi-kiirte edastamise mustreid FLASH-i katvuse maksimeerimiseks.
Nägemise tagasitoomine
Nägemisvõime kaotanud inimeste nägemise taastamine on oluline uurimistöö. Sel aastal teatasime kahest uuringust, mille eesmärk on viia see eesmärk sammu võrra lähemale. Lõuna-California ülikooli teadlased uurivad selle kasutamist ultraheli stimulatsioon pimeduse raviks põhjustatud võrkkesta degeneratsioonist. Kuigi patsientidel on võrkkesta neuronite elektrilise stimulatsiooni abil nägemise taastavaid proteese juba edukalt kasutatud, on need invasiivsed seadmed, mis nõuavad keerulisi implanteerimisoperatsioone. Selle asemel näitas töörühm, et pimeda roti silmade stimuleerimine mitteinvasiivse ultraheliga võib aktiveerida looma silmas väikesed neuronirühmad.
Mujal arenes meeskond Rootsis, Iraanis ja Indias uus viis kunstliku sarvkesta tootmiseks, kasutades sea nahast (toiduainetööstuse puhastatud kõrvalsaadus) saadud meditsiinilist kollageeni, mida teadlased selle tugevuse ja stabiilsuse parandamiseks keemiliselt ja fotokeemiliselt töötlesid. 20 patsiendiga tehtud pilootuuringus näitasid nad, et nende implantaadid olid tugevad ja lagunemiskindlad ning suudavad minimaalselt invasiivse operatsiooni abil täielikult taastada patsientide nägemise. Selle edu põhjal loodavad Mehrdad Rafat ja tema meeskond, et uus lähenemisviis võib lahendada siirdamiseks vajalike doonorsarvkestade puuduse ja suurendada ravivõimalusi paljudele inimestele kogu maailmas, kes vajavad kiiresti uusi sarvkestasid.
Aju-arvuti liidese uuendused
Aju-arvuti liidesed (BCI) loovad silla inimaju ja välise tarkvara või riistvara vahel. Sel aastal kasutasid teadlased edukalt an implanteeritud BCI, et võimaldada täieliku halvatusega inimesel suhelda. Meeskond - Wyssi bio- ja neurotehnoloogia keskusest, ALS Voice'ist ja Tübingeni ülikoolist - implanteeris osaleja motoorse ajukoore pinnale kaks pisikest mikroelektroodi massiivi. Elektroodid salvestavad närvisignaale, mis dekodeeritakse ja mida kasutatakse kuulmistagasiside spelleris, mis palub kasutajal tähti valida. Patsient, kellel oli amüotroofiline lateraalskleroos (ALS) ja kes oli täielikult lukustatud olekus ilma vabatahtlike liigutusteta, õppis, kuidas oma ajutegevust saadud helitagasiside järgi muuta, võimaldades tal moodustada sõnu ja lauseid ning suhelda. keskmiselt umbes üks märk minutis.
Alternatiivina implanteeritud elektroodide kasutamisele ajutegevuse tuvastamiseks saab närvisignaale koguda ka mitteinvasiivselt, kasutades peanahale kinnitatud elektroentsefalograafia (EEG) elektroode. Sydney Tehnikaülikooli meeskond töötas välja a uudne grafeenipõhine biosensor, mis tuvastab EEG signaale kõrge tundlikkuse ja töökindlusega – isegi väga soolases keskkonnas. Andur, mis on valmistatud ränikarbiid-räni substraadil kasvatatud epitaksiaalsest grafeenist, ühendab grafeeni kõrge biosobivuse ja juhtivuse ränitehnoloogia füüsikalise vastupidavuse ja keemilise inertsusega.
