מפיתוח אלגוריתמים מתקדמים של לימוד מכונה ועד לבניית מכשירים שישפרו את הגישה לטיפולים יעילים עבור חולים ברחבי העולם, חוקרים העוסקים בפיזיקה רפואית, ביוטכנולוגיה ובתחומים הקשורים הרבים ממשיכים ליישם טכניקות מדעיות לשיפור שירותי הבריאות ברחבי העולם. עולם הפיזיקה דיווח על חידושים רבים כאלה בשנת 2022, הנה רק כמה מהדגשים המחקריים שתפסו את עינינו.
AI בכל התחומים
בינה מלאכותית (AI) משחקת תפקיד נפוץ יותר ויותר בזירת הפיזיקה הרפואית - מהתמודדות עם הכמות העצומה של נתונים שנוצרו במהלך הדמיה אבחנתית, דרך הבנת האבולוציה של הסרטן בגוף ועד לסיוע בתכנון וייעול הטיפולים. בהתחשב בכך ש, עולם הפיזיקה אירח AI בשבוע הפיזיקה הרפואית ביוני, בוחן את השימוש בלמידה עמוקה עבור יישומים כולל טיפול בקרינה אדפטיבית באינטרנט, הדמיה של חיות מחמד, חישוב מינון פרוטון, ניתוח של סריקות CT ראש ו זיהוי זיהום ב-COVID-19 בסריקות ריאות.
מוקדם יותר השנה, מושב ייעודי במפגש מרץ של APS בחן כמה מהדברים האחרונים יישומים רפואיים של AI ולמידת מכונה, כולל למידה עמוקה לאבחון וניטור הפרעות מוחיות ומחלות נוירודגנרטיביות, ושימוש בבינה מלאכותית לרישום ופילוח תמונות. מחקר מסקרן נוסף היה השימוש של EPFL ברשת עצבית ליצירת מיקרוסקופ אינטליגנטי שמזהה מבשרים עדינים לאירועים ביולוגיים נדירים ושולטת בפרמטרי הרכישה שלו בתגובה.
ההבטחה של פרוטון FLASH
בפיתוח שנכנס גם אלינו 10 פריצות הדרך המובילות של השנה לשנת 2022, הפגישה השנתית של ASTRO השנה ראתה את אמילי דאגרטי ממרכז הסרטן של אוניברסיטת סינסינטי מדווחת על הממצאים ניסוי קליני ראשון של טיפול קרינתי ב-FLASH. טיפולי FLASH - בהם ניתנת קרינה טיפולית בשיעורי מינון גבוהים במיוחד - מבטיחים הפחתת רעילות רקמות נורמלית תוך שמירה על פעילות אנטי-גידולית. במחקר זה, החוקרים השתמשו בטיפול פרוטונים ב-FLASH לטיפול ב-10 חולים עם גרורות כואבות בעצמות. הם הדגימו את ההיתכנות של זרימת העבודה הקלינית והראו שהטיפול יעיל כמו הקרנות קונבנציונליות לשיכוך כאב, מבלי לגרום לתופעות לוואי בלתי צפויות.
המחקר מייצג גם את השימוש הראשון בבני אדם בפרוטון FLASH. רוב מחקרי ה-FLASH הפרה-קליניים הקודמים השתמשו באלקטרונים; אבל אלומות אלקטרונים עוברות רק כמה סנטימטרים לתוך הרקמה בעוד פרוטונים חודרים הרבה יותר עמוק. בתקווה לנצל את היתרון הזה, קבוצות רבות אחרות חוקרות גם את פרוטון FLASH, כולל מדענים מאוניברסיטת פנסילבניה שהשתמשו במודלים חישוביים כדי לגלות מה הכי הרבה טכניקת מסירה יעילה עבור קרני פרוטונים FLASH, וחוקרים מהמרכז הרפואי של אוניברסיטת ארסמוס, Instituto Superior Técnico ו-HollandPTC, שפיתחו אלגוריתם מייעל דפוסי אספקת עיפרון פרוטונים כדי למקסם את כיסוי ה-FLASH.
מחזיר את הראייה
החזרת הראייה למי שאיבדו את יכולת הראייה היא משימה מחקרית מהותית. השנה דיווחנו על שני מחקרים שמטרתם לקרב מטרה זו צעד אחד. חוקרים מאוניברסיטת דרום קליפורניה בוחנים את השימוש ב גירוי אולטרסאונד לטיפול בעיוורון נגרם על ידי ניוון רשתית. בעוד שתותבות ראייה המשחזרות את הראייה באמצעות גירוי חשמלי של נוירונים ברשתית כבר היו בשימוש מוצלח בחולים, מדובר במכשירים פולשניים הדורשים ניתוחי השתלה מורכבים. במקום זאת, הצוות הוכיח שגירוי עיניו של חולדה עיוורת באמצעות אולטרסאונד לא פולשני יכול להפעיל קבוצות קטנות של נוירונים בעין החיה.
במקום אחר התפתח צוות בשוודיה, איראן והודו דרך חדשה לייצר קרניות מלאכותיות, תוך שימוש בקולגן ברמה רפואית שמקורו בעור חזיר (תוצר לוואי מטוהר של תעשיית המזון) שהחוקרים טיפלו בו כימית ופוטוכימית כדי לשפר את חוזקו ויציבותו. במחקר פיילוט של 20 מטופלים, הם הראו שהשתלים שלהם חזקים ועמידים בפני השפלה ויכולים להחזיר את הראייה למטופלים במלואם באמצעות ניתוח זעיר פולשני. בהתבסס על הצלחה זו, מהרדד רפת וצוותו מקווים שהגישה החדשה תוכל לטפל במחסור בקרנית תורם להשתלה ולהגדיל את אפשרויות הטיפול עבור האנשים הרבים ברחבי העולם הזקוקים בדחיפות לקרניות חדשות.
חידושי ממשק מוח-מחשב
ממשקי מוח-מחשב (BCIs) מספקים גשר בין המוח האנושי לתוכנה או חומרה חיצונית. השנה ראו חוקרים השתמשו בהצלחה ב- הושתל BCI כדי לאפשר לאדם עם שיתוק מוחלט לתקשר. הצוות - ממרכז Wyss for Bio and Neuroengineering, ALS Voice ואוניברסיטת טובינגן - השתיל שני מערכי מיקרו-אלקטרודות זעירים על פני הקורטקס המוטורי של המשתתף. האלקטרודות מתעדות אותות עצביים, המפוענחים ומשמשים באיות משוב שמיעתי המנחה את המשתמש לבחור אותיות. החולה, שהיה לו טרשת צדדית אמיוטרופית (ALS) והיה במצב נעול לחלוטין ללא תנועה רצונית שנותרה, למד כיצד לשנות את פעילות המוח שלו בהתאם למשוב האודיו שהתקבל, מה שמאפשר לו ליצור מילים ומשפטים ולתקשר. בקצב ממוצע של כתו אחד לדקה.
כחלופה לשימוש באלקטרודות מושתלות כדי לחוש את פעילות המוח, ניתן לאסוף אותות עצביים גם בצורה לא פולשנית באמצעות אלקטרודות אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) המחוברות לקרקפת. צוות באוניברסיטה לטכנולוגיה בסידני פיתח א חיישן ביולוגי חדש מבוסס גרפן המזהה אותות EEG עם רגישות ואמינות גבוהות - אפילו בסביבות מלוחות מאוד. החיישן, שעשוי מגרפן אפיטקסיאלי שגדל על מצע סיליקון קרביד על סיליקון, משלב את התאימות הביולוגית והמוליכות הגבוהה של גרפן עם החוסן הפיזי והאינרטיות הכימית של טכנולוגיית הסיליקון.
