A fejlett gépi tanulási algoritmusok kidolgozásától az olyan eszközök megalkotásáig, amelyek javítják a betegek hatékony kezeléséhez való hozzáférést szerte a világon, az orvosi fizika, a biotechnológia és számos kapcsolódó területen dolgozó kutatók továbbra is tudományos technikákat alkalmaznak az egészségügyi ellátás javítására világszerte. Fizika Világa sok ilyen újításról számolt be 2022-ben, íme csak néhány a kutatási csúcspontok közül, amelyek felkeltették a figyelmünket.
AI minden területen
A mesterséges intelligencia (AI) egyre elterjedtebb szerepet játszik az orvosi fizika területén – a diagnosztikai képalkotás során keletkező hatalmas mennyiségű adat kezelésétől a rák szervezetben történő evolúciójának megértéséig, a kezelések tervezésének és optimalizálásának segítéséig. Ezt észben tartva, Fizika Világa júniusban mesterséges intelligenciát szervezett az Orvosi Fizikai Héten, amely a mély tanulás alkalmazását vizsgálta, többek között online adaptív sugárterápia, PET képalkotás, protondózis számítás, fej CT-vizsgálatok elemzése és a COVID-19 fertőzés azonosítása tüdővizsgálatokon.
Az év elején az APS márciusi értekezletén egy külön ülésen megvizsgálták a legújabbakat az AI és a gépi tanulás orvosi alkalmazásai, beleértve a mély tanulást az agyi rendellenességek és a neurodegeneratív betegségek diagnosztizálására és nyomon követésére, valamint a mesterséges intelligencia alkalmazását a képek regisztrálására és szegmentálására. Egy másik érdekes tanulmány az EPFL által neurális hálózat létrehozása volt intelligens mikroszkóp amely észleli a ritka biológiai események finom prekurzorait, és válaszul szabályozza gyűjtési paramétereit.
A proton FLASH ígérete
Egy olyan fejlesztésben, amely a mieink közé is bekerült Az év 10 legjobb áttörése 2022-ben az idei ASTRO éves találkozón Emily Daugherty, a Cincinnati Egyetem Rákközpontjának munkatársa számolt be a a FLASH sugárterápia első klinikai vizsgálata. A FLASH kezelések – amelyek során a terápiás sugárzást ultranagy dózisteljesítményekkel juttatják el – ígéretesek a normál szöveti toxicitás csökkentésében, miközben fenntartják a daganatellenes aktivitást. Ebben a tanulmányban a kutatók FLASH protonterápiát alkalmaztak 10 fájdalmas csontáttétekkel rendelkező beteg kezelésére. Bemutatták a klinikai munkafolyamat megvalósíthatóságát, és kimutatták, hogy a kezelés ugyanolyan hatékony, mint a hagyományos sugárterápia a fájdalomcsillapításban, anélkül, hogy váratlan mellékhatásokat okozott volna.
A tanulmány bemutatja a proton FLASH első emberben történő alkalmazását is. A legtöbb korábbi preklinikai FLASH vizsgálat elektronokat használt; de az elektronsugarak csak néhány centimétert hatolnak be a szövetbe, míg a protonok sokkal mélyebbre hatolnak. Annak reményében, hogy kihasználják ezt az előnyt, sok más csoport is vizsgálja a proton FLASH-t, köztük a Pennsylvaniai Egyetem tudósai, akik számítási modellezést alkalmaztak annak kiderítésére, hogy melyik a legjobb. hatékony szállítási technika FLASH protonnyalábokhoz, valamint az Erasmus Egyetem Orvosi Központja, az Instituto Superior Técnico és a HollandPTC kutatói, akik olyan algoritmust fejlesztettek ki, optimalizálja a proton ceruza-sugár szállítási mintákat a FLASH lefedettség maximalizálása érdekében.
A látás visszaadása
Jelentős kutatási feladat a látás helyreállítása azoknak, akik elvesztették a látási képességüket. Idén két tanulmányról számoltunk be, amelyek egy lépéssel közelebb kívánják hozni ezt a célt. A Dél-Kaliforniai Egyetem kutatói a felhasználását vizsgálják ultrahang stimuláció a vakság kezelésére a retina degenerációja okozza. Míg a látást a retina neuronjainak elektromos stimulációjával helyreállító látóprotéziseket már sikeresen alkalmazták betegeknél, ezek olyan invazív eszközök, amelyek összetett implantációs műtéteket igényelnek. Ehelyett a csapat bebizonyította, hogy a vak patkányok szemének non-invazív ultrahanggal történő stimulálása aktiválhatja az állat szemében lévő neuronok kis csoportjait.
Máshol Svédországban, Iránban és Indiában alakult csapat a mesterséges szaruhártya előállításának új módja, sertésbőrből (az élelmiszeripar tisztított melléktermékéből) származó, orvosi minőségű kollagén felhasználásával, amelyet a kutatók kémiailag és fotokémiailag kezeltek, hogy javítsák annak szilárdságát és stabilitását. Egy 20 beteg bevonásával végzett kísérleti vizsgálat során kimutatták, hogy implantátumaik erősek és ellenállnak a leromlásnak, és minimálisan invazív műtéttel teljes mértékben vissza tudják állítani a betegek látását. E siker alapján Mehrdad Rafat és csapata azt reméli, hogy az új megközelítés megoldhatja a transzplantációhoz szükséges donor szaruhártya hiányát, és növelheti a kezelési lehetőségeket világszerte sok ember számára, akiknek sürgős szükségük van új szaruhártyára.
Az agy-számítógép interfész innovációi
Az agy-számítógép interfészek (BCI) hidat biztosítanak az emberi agy és a külső szoftver vagy hardver között. Ebben az évben a kutatók sikeresen alkalmaztak egy beültetett BCI, hogy lehetővé tegye a teljes bénult személy számára a kommunikációt. A Wyss Center for Bio and Neuroengineering, az ALS Voice és a Tübingeni Egyetem csapata két apró mikroelektróda tömböt ültetett be a résztvevő motoros kéregének felületébe. Az elektródák neurális jeleket rögzítenek, amelyeket dekódolnak, és egy hallási visszacsatolásos spellerben használnak, amely felszólítja a felhasználót a betűk kiválasztására. Az amyotrophiás laterális szklerózisban (ALS) szenvedő, teljesen bezárt állapotban lévő, önkéntes mozgások nélkül, megtanulta, hogyan változtassa meg saját agyi tevékenységét a kapott hangvisszajelzés alapján, lehetővé téve számára, hogy szavakat és mondatokat alkosson, és kommunikáljon. átlagosan körülbelül egy karakter percenként.
Az agyi aktivitás érzékelésére szolgáló beültetett elektródák alternatívájaként a neurális jelek nem invazív módon is gyűjthetők a fejbőrre erősített elektroencefalográfiás (EEG) elektródák segítségével. A Sydney-i Műszaki Egyetem csapata kifejlesztette a új, grafén alapú bioszenzor, amely érzékeli az EEG jeleket nagy érzékenységgel és megbízhatósággal – még erősen sós környezetben is. A szilícium-karbid szilícium szubsztrátumon termesztett epitaxiális grafénből készült érzékelő a grafén magas biokompatibilitását és vezetőképességét a szilíciumtechnológia fizikai robusztusságával és kémiai tehetetlenségével ötvözi.
