از توسعه الگوریتم‌های پیشرفته یادگیری ماشینی تا ساخت دستگاه‌هایی که دسترسی به درمان‌های موثر را برای بیماران در سراسر جهان بهبود می‌بخشد، محققانی که در فیزیک پزشکی، بیوتکنولوژی و بسیاری از زمینه‌های مرتبط کار می‌کنند، همچنان از تکنیک‌های علمی برای بهبود مراقبت‌های بهداشتی در سراسر جهان استفاده می‌کنند. دنیای فیزیک در سال 2022 بسیاری از این نوآوری ها را گزارش کرده است، در اینجا تنها چند مورد از نکات برجسته تحقیقاتی است که توجه ما را به خود جلب کرده است.
هوش مصنوعی در همه زمینه ها
هوش مصنوعی (AI) به طور فزاینده ای نقش رایجی در عرصه فیزیک پزشکی ایفا می کند - از برخورد با حجم وسیعی از داده های تولید شده در طول تصویربرداری تشخیصی گرفته تا درک تکامل سرطان در بدن تا کمک به طراحی و بهینه سازی درمان ها. با داشتن این نکته در ذهن، دنیای فیزیک میزبان هوش مصنوعی در هفته فیزیک پزشکی در ماه ژوئن بود که به استفاده از یادگیری عمیق برای برنامه‌های کاربردی از جمله نگاه می‌کرد پرتودرمانی تطبیقی آنلاین, تصویربرداری PET, محاسبه دوز پروتون, تجزیه و تحلیل سی تی اسکن سر و شناسایی عفونت COVID-19 در اسکن ریه.
در اوایل سال، یک جلسه اختصاصی در جلسه مارس APS برخی از جدیدترین ها را بررسی کرد کاربردهای پزشکی هوش مصنوعی و یادگیری ماشینیاز جمله یادگیری عمیق برای تشخیص و نظارت بر اختلالات مغزی و بیماری‌های عصبی، و استفاده از هوش مصنوعی برای ثبت و تقسیم‌بندی تصویر. مطالعه جالب دیگر استفاده EPFL از یک شبکه عصبی برای ایجاد یک شبکه بود میکروسکوپ هوشمند که پیش سازهای ظریف رویدادهای زیستی نادر را تشخیص می دهد و پارامترهای اکتساب آن را در پاسخ کنترل می کند.
وعده پروتون FLASH
در توسعه ای که آن را به ما نیز تبدیل کرد 10 پیشرفت برتر سال برای سال 2022، نشست سالانه ASTRO امسال شاهد بود که امیلی داگرتی از مرکز سرطان دانشگاه سینسیناتی، یافته های حاصل از اولین کارآزمایی بالینی پرتودرمانی FLASH. درمان‌های FLASH - که در آن پرتوهای درمانی با نرخ‌های دوز فوق‌العاده ارسال می‌شود - نویدبخش کاهش سمیت بافت طبیعی و در عین حال حفظ فعالیت ضد توموری است. در این مطالعه، محققان از پروتون درمانی FLASH برای درمان 10 بیمار مبتلا به متاستازهای استخوانی دردناک استفاده کردند. آنها امکان سنجی گردش کار بالینی را نشان دادند و نشان دادند که درمان به اندازه رادیوتراپی مرسوم برای تسکین درد مؤثر است، بدون اینکه عوارض جانبی غیرمنتظره ای ایجاد کند.
این مطالعه همچنین نشان دهنده اولین استفاده از پروتون FLASH در انسان است. اکثر مطالعات پیشین بالینی FLASH از الکترون استفاده می کردند. اما پرتوهای الکترونی فقط چند سانتی متر به داخل بافت حرکت می کنند در حالی که پروتون ها به عمق بیشتری نفوذ می کنند. به امید بهره‌برداری از این مزیت، بسیاری از گروه‌های دیگر نیز در حال بررسی پروتون FLASH هستند، از جمله دانشمندان دانشگاه پنسیلوانیا که از مدل‌سازی محاسباتی استفاده کردند تا دریابند کدام یک از آنها بیشتر است. تکنیک تحویل موثر برای پرتوهای پروتون FLASHو محققان مرکز پزشکی دانشگاه اراسموس، Instituto Superior Técnico و HollandPTC، که الگوریتمی را توسعه دادند که الگوهای تحویل مداد-پرتو پروتون را بهینه می کند برای به حداکثر رساندن پوشش FLASH.
بازگرداندن بینایی
بازگرداندن بینایی به افرادی که توانایی دیدن را از دست داده اند یک کار تحقیقاتی اساسی است. امسال دو مطالعه را گزارش کردیم که هدفشان نزدیک‌تر کردن این هدف است. محققان دانشگاه کالیفرنیای جنوبی در حال بررسی استفاده از تحریک اولتراسوند برای درمان نابینایی ناشی از دژنراسیون شبکیه در حالی که پروتزهای بینایی که بینایی را از طریق تحریک الکتریکی نورون‌های شبکیه بازیابی می‌کنند، قبلاً با موفقیت در بیماران مورد استفاده قرار گرفته‌اند، اینها دستگاه‌های تهاجمی هستند که به جراحی‌های پیچیده کاشت نیاز دارند. در عوض، این تیم نشان داد که تحریک چشم موش‌های کور با سونوگرافی غیرتهاجمی می‌تواند گروه‌های کوچکی از نورون‌ها را در چشم حیوان فعال کند.
در جای دیگر، تیمی در سوئد، ایران و هند توسعه یافت روشی جدید برای تولید قرنیه مصنوعیبا استفاده از کلاژن درجه پزشکی که از پوست خوک (محصول فرعی خالص شده در صنایع غذایی) تهیه شده است که محققان برای بهبود استحکام و پایداری آن به روش شیمیایی و فتوشیمیایی درمان کردند. در یک مطالعه آزمایشی بر روی 20 بیمار، آنها نشان دادند که ایمپلنت های آنها قوی و مقاوم در برابر تخریب است و می تواند بینایی بیماران را از طریق جراحی کم تهاجمی به طور کامل بازگرداند. بر اساس این موفقیت، مهرداد رفعت و تیم او امیدوارند که رویکرد جدید بتواند کمبود قرنیه اهدایی برای پیوند را برطرف کند و گزینه‌های درمانی بسیاری را در سراسر جهان که نیاز فوری به قرنیه جدید دارند، افزایش دهد.
نوآوری های رابط مغز و کامپیوتر
رابط های مغز و کامپیوتر (BCIs) پلی بین مغز انسان و نرم افزار یا سخت افزار خارجی ایجاد می کنند. امسال محققان با موفقیت از یک BCI کاشته شد تا فرد مبتلا به فلج کامل را قادر به برقراری ارتباط کند. تیم - از مرکز Wyss برای مهندسی زیستی و عصبی، ALS Voice و دانشگاه توبینگن - دو آرایه ریز الکترود کوچک را در سطح قشر حرکتی شرکت‌کننده کاشته کردند. الکترودها سیگنال‌های عصبی را ضبط می‌کنند که رمزگشایی می‌شوند و در یک املای بازخورد شنیداری استفاده می‌شوند که کاربر را وادار به انتخاب حروف می‌کند. بیمار که مبتلا به اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) بود و در حالت کاملاً قفل شده و بدون هیچ حرکت ارادی باقی مانده بود، یاد گرفت که چگونه فعالیت مغز خود را بر اساس بازخورد صوتی دریافتی تغییر دهد و او را قادر به تشکیل کلمات و جملات و برقراری ارتباط کند. با سرعت متوسط حدود یک کاراکتر در دقیقه.
به عنوان جایگزینی برای استفاده از الکترودهای کاشته‌شده برای حس فعالیت مغز، سیگنال‌های عصبی را می‌توان با استفاده از الکترودهای الکتروانسفالوگرافی (EEG) متصل به پوست سر به صورت غیرتهاجمی جمع‌آوری کرد. تیمی در دانشگاه فناوری سیدنی یک حسگر زیستی جدید مبتنی بر گرافن که سیگنال‌های EEG را تشخیص می‌دهد با حساسیت و قابلیت اطمینان بالا - حتی در محیط های بسیار شور. این حسگر که از گرافن هم‌بنی رشد شده بر روی بستر سیلیکون کاربید روی سیلیکون ساخته شده است، زیست سازگاری و رسانایی بالای گرافن را با استحکام فیزیکی و بی‌اثری شیمیایی فناوری سیلیکون ترکیب می‌کند.
