Edistyneiden koneoppimisalgoritmien kehittämisestä laitteiden rakentamiseen, jotka parantavat potilaiden mahdollisuuksia saada tehokkaita hoitoja kaikkialla maailmassa, lääketieteellisen fysiikan, biotekniikan ja monilla niihin liittyvillä aloilla työskentelevät tutkijat käyttävät edelleen tieteellisiä tekniikoita parantaakseen terveydenhuoltoa maailmanlaajuisesti. Fysiikan maailma on raportoinut monista tällaisista innovaatioista vuonna 2022, tässä on vain muutamia silmämme kiinnittyneitä tutkimuskohteita.
AI kaikilla alueilla
Tekoälyllä (AI) on yhä yleisempi rooli lääketieteellisen fysiikan areenalla – diagnostisen kuvantamisen aikana syntyvän valtavan datamäärän käsittelystä kehossa syövän kehityksen ymmärtämiseen ja hoitojen suunnitteluun ja optimointiin. Tämä mielessä, Fysiikan maailma isännöi kesäkuussa AI in Medical Physics Week -tapahtumaa, jossa tarkasteltiin syväoppimisen käyttöä sovelluksissa, mukaan lukien online-mukautuva sädehoito, PET-kuvantaminen, protoniannoksen laskeminen, pään CT-skannausten analyysi ja COVID-19-infektion tunnistaminen keuhkotutkimuksissa.
Aiemmin vuonna APS:n maaliskuun kokouksessa omistettu istunto tarkasteli joitain viimeisimmistä tekoälyn ja koneoppimisen lääketieteelliset sovellukset, mukaan lukien syvällinen oppiminen aivosairauksien ja neurodegeneratiivisten sairauksien diagnosoimiseen ja seurantaan sekä tekoälyn käyttäminen kuvien rekisteröintiin ja segmentointiin. Toinen kiehtova tutkimus oli EPFL:n hermoverkkojen luominen älykäs mikroskooppi joka havaitsee harvinaisten biologisten tapahtumien hienovaraiset prekursorit ja ohjaa hankintaparametreja vastauksena.
Protoni FLASHin lupaus
Kehityksessä, joka pääsi myös osaksemme Vuoden 10 parasta läpimurtoa vuodelle 2022 tämän vuoden ASTRO-vuosikokouksessa Emily Daugherty Cincinnatin yliopiston syöpäkeskuksesta raportoi tutkimustulokset. ensimmäinen kliininen FLASH-sädehoidon tutkimus. FLASH-hoidot – joissa terapeuttista säteilyä annetaan erittäin korkeilla annosnopeuksilla – lupaavat vähentää normaalia kudostoksisuutta ja ylläpitää kasvainten vastaista aktiivisuutta. Tässä tutkimuksessa tutkijat käyttivät FLASH-protonihoitoa 10 potilaalle, joilla oli kivuliaita luumetastaaseja. He osoittivat kliinisen työnkulun toteutettavuuden ja osoittivat, että hoito oli yhtä tehokas kuin tavanomainen sädehoito kivunlievitykseen aiheuttamatta odottamattomia sivuvaikutuksia.
Tutkimus edustaa myös protoni FLASHin ensimmäistä käyttöä ihmisessä. Suurin osa aiemmista prekliinisistä FLASH-tutkimuksista käytti elektroneja; mutta elektronisäteet kulkevat vain muutaman senttimetrin kudokseen, kun taas protonit tunkeutuvat paljon syvemmälle. Toivoen hyödyntävänsä tätä etua monet muutkin ryhmät tutkivat protoni FLASHia, mukaan lukien Pennsylvanian yliopiston tutkijat, jotka käyttivät laskennallista mallintamista selvittääkseen, mikä on paras. tehokas FLASH-protonisäteiden toimitustekniikkaja tutkijat Erasmus University Medical Centeristä, Instituto Superior Técnicosta ja HollandPTC:stä, jotka kehittivät algoritmin, joka optimoi protonikynä-säteen jakelukuvioita maksimoidaksesi FLASH-peiton.
Näön palauttaminen
Näön palauttaminen niille, jotka ovat menettäneet näkökyvyn, on merkittävä tutkimustehtävä. Tänä vuonna raportoimme kahdesta tutkimuksesta, joiden tavoitteena on tuoda tätä tavoitetta askeleen lähemmäs. Etelä-Kalifornian yliopiston tutkijat tutkivat sen käyttöä ultraääni stimulaatio sokeuden hoitoon verkkokalvon rappeutumisen aiheuttama. Näköproteeseja, jotka palauttavat näön verkkokalvon hermosolujen sähköisellä stimulaatiolla, on jo käytetty menestyksekkäästi potilailla, mutta nämä ovat invasiivisia laitteita, jotka vaativat monimutkaisia implantaatioleikkauksia. Sen sijaan ryhmä osoitti, että sokean rotan silmien stimulointi ei-invasiivisella ultraäänellä voi aktivoida pieniä neuroniryhmiä eläimen silmässä.
Muualla Ruotsissa, Iranissa ja Intiassa kehittyi tiimi uusi tapa tuottaa keinotekoisia sarveiskalvoja, käyttäen lääketieteellistä kollageenia, joka on peräisin sian nahasta (puhdistettu elintarviketeollisuuden sivutuote), jota tutkijat käsittelivät kemiallisesti ja fotokemiallisesti parantaakseen sen lujuutta ja vakautta. Pilottitutkimuksessa, johon osallistui 20 potilasta, he osoittivat, että heidän implanttinsa olivat vahvoja ja kestivät hajoamista ja pystyivät palauttamaan potilaiden näön täysin minimaalisesti invasiivisen leikkauksen avulla. Tämän menestyksen perusteella Mehrdad Rafat ja hänen tiiminsä toivovat, että uusi lähestymistapa voisi ratkaista luovuttajan sarveiskalvon puutteen siirtoa varten ja lisätä hoitovaihtoehtoja monille ihmisille maailmanlaajuisesti, jotka tarvitsevat kiireellisesti uusia sarveiskalvoja.
Aivot ja tietokone -rajapinnan innovaatiot
Aivo-tietokonerajapinnat (BCI) tarjoavat sillan ihmisaivojen ja ulkoisen ohjelmiston tai laitteiston välillä. Tänä vuonna tutkijat käyttivät menestyksekkäästi istutettu BCI mahdollistaa täysin halvaantuneen henkilön kommunikoinnin. Tiimi – Wyss Center for Bio and Neuroengineering, ALS Voice ja University of Tübingen – istutti kaksi pientä mikroelektrodiryhmää osallistujan motorisen aivokuoren pintaan. Elektrodit tallentavat hermosignaaleja, jotka dekoodataan ja käytetään kuulopalautteen spellerissä, joka kehottaa käyttäjää valitsemaan kirjaimet. Potilas, jolla oli amyotrofinen lateraaliskleroosi (ALS) ja joka oli täysin lukitussa tilassa ilman jäljellä olevia vapaaehtoisia liikkeitä, oppi muuttamaan omaa aivotoimintaansa saamansa äänipalautteen mukaan, jotta hän pystyi muodostamaan sanoja ja lauseita ja kommunikoimaan. keskimäärin noin yksi merkki minuutissa.
Vaihtoehtona implantoitujen elektrodien käytölle aivojen toiminnan havaitsemiseen, hermosignaaleja voidaan kerätä myös ei-invasiivisesti käyttämällä päänahkaan kiinnitettyjä elektroenkefalografiaelektrodeja (EEG). Sydneyn teknillisen yliopiston tiimi kehitti a uusi grafeenipohjainen biosensori, joka havaitsee EEG-signaaleja erittäin herkkä ja luotettava – jopa erittäin suolaisissa ympäristöissä. Sensorissa, joka on valmistettu epitaksiaalisesta grafeenista, joka on kasvatettu piikarbidi-pii-substraatilla, yhdistyy grafeenin korkea bioyhteensopivuus ja johtavuus sekä piiteknologian fyysinen kestävyys ja kemiallinen inertti.
