Hjerneblødningsdeteksjonsstudie vinner AAPMs MedPhys Slam – Physics World

Hjerneblødningsdeteksjonsstudie vinner AAPMs MedPhys Slam – Physics World

Tidsstempel: 1. august 2023 kl.11: 30

Arrangører og vinnere av 2023 MedPhys Slam
Kommunikasjonskonkurranse Arrangører og vinnere av 2023 MedPhys Slam. Fra venstre til høyre: Rachel Trevillian, Kelsey Bittinger, Jason Luce, Ellie Bacon, Aroon Pressram, Emilie Carpentier og Emily Thompson. (Med tillatelse: Sarah Aubert/AAPM STSC)

MedPhys Slam ble lansert i 2018 og er nå en etablert del av AAPMs årsmøte. Den populære økten er en kommunikasjonskonkurranse der studenter og traineer presenterer forskningsprosjektene sine på bare tre minutter ved hjelp av bare tre lysbilder. Vinnerne kåres av et dommerpanel, alle ikke-medisinske fysikere, som vurderer foredragene ut fra hvor godt foredragsholderne forklarer forskningsspørsmålet sitt, dets betydning og metodene deres.

I år deltok 17 konkurrenter – alle vinnere av deres lokale AAPM-kapittelkonkurranser. Presentasjonene deres dekket et bredt spekter av medisinske fysikktemaer, fra protonterapi til strålebehandling, via områder inkludert radiografi, preklinisk avbildning, kunstig intelligens, radiobiologi og brakyterapi.

Oppdage blødninger i hjernen

Årets vinner ble Aroon Pressram, en masterstudent ved University of Florida, som presenterte et foredrag med tittelen "The hidden hemorrhage: visualizing brain bleeds".

Pressram utvikler en teknikk for rask påvisning av hjerneblødninger hos slagpasienter. Han forklarte at en pasient med slagsymptomer vanligvis vil bli innlagt på sykehus for en CT-skanning, som innebærer å injisere en kontrast for å hjelpe visualisering av karene i hjernen. Hvis det oppdages en blokkering, får pasienten revaskulariseringsbehandling for å gjenopprette blodstrømmen. Men denne behandlingen kan faktisk sette pasienten i fare for å utvikle hjerneblødning eller lekkasje av kontrast inn i hjernen. "Derfor er det viktig at vi utfører oppfølgingsbilder slik at vi kan identifisere hjerneblødningene og reversere dem," forklarte han.

Så hvordan kan man best utføre slike oppfølgingsbilder? MR er nøyaktig og gir bilder av høy kvalitet, men den er treg. CT-skanning er i mellomtiden mye raskere, men kan ikke skille hjerneblødninger fra kontrast i hjernen. "Det må være en bedre måte å få noe nøyaktig og noe raskt for pasienten," sa Pressram. "Vel det er. Og det kalles dual-energy CT."

Aroon Pressram
Vinnende presentasjon Aroon Pressram fra University of Florida. (Med tillatelse: Aroon Pressram)

Dual-energy CT fungerer ved å utføre to skanninger med forskjellige røntgenspektre, og deretter kombinere de to datasettene matematisk. Teknikken kan skille signaler på grunn av hjerneblødning fra de som kommer fra kontrasten. Pressram bemerker at dual-energy CT også er lettere tilgjengelig enn MR og gir raskere skannetider.

Etter en litteraturgjennomgang innså Pressram at "vi var de første menneskene i verden som forsket på denne dobbeltenergiskanneren for slagpasienter". For å undersøke søknaden videre, vurderte han 500 slagpasienter med dobbeltenergi-CT og fant ut at tilnærmingen fungerte bra i alle tilfeller, og ga nøyaktige resultater i tide. "Helsepersonell bør være klar over denne fantastiske teknologien som er der ute som kan gi dem nøyaktige resultater på raskere tid," konkluderte han.

Forbedring av prostatastrålebehandling

Andreplassen i konkurransen gikk til Ellie Bacon, en medisinsk fysikk bosatt ved University of Nebraska Medical Center. Bacon beskrev hvordan en prosess kalt offline gjennomgang kunne forbedre strålebehandling for prostatakreftpasienter.

Frakoblet gjennomgang – som Bacon omtalte som «den viktigste enkeltoppgaven vi gjør for pasientene våre på ukentlig basis» – innebærer å undersøke bildene tatt under en pasients behandling i løpet av forrige uke for å se etter potensielle feil som må gjøres raskt. adressert og å følge tumorkrymping over tid.

For prostatakreftpasienter er en viktig parameter hvor godt de klarer å fylle blæren fra dag til dag. "Vi fant at når pasienter ikke er i stand til å fylle blæren 50% full for behandlingen, har de en mye høyere sjanse for bivirkninger som blæretoksisitet," forklarte Bacon. "Det fikk meg til å tenke, er det en måte vi kan finne disse pasientene raskt slik at vi kan hjelpe dem?"

Bacon foreslo et enkelt tillegg til den offline gjennomgangsprosessen, der en pasients blære blir kategorisert som "bra" hvis den ser over 50 % full ut, eller "dårlig" for de under 50 %. Hun utførte en test der teamet hennes vurderte pasienter over tre runder, med ytterligere visuelle ledetråder gitt hver gang: først en oversikt over hvordan en full blære skulle se ut fra pasientens opprinnelige behandlingsplan; deretter et bilde av en tom blære; og til slutt et anslag på hvordan en 50 % full blære skal se ut.

"Hver runde, med flere og flere visuelle ledetråder, var de i stand til raskt å identifisere hvilke pasienter som var gode eller dårlige og trengte vår hjelp," sa Bacon. "Dette bekreftet min mistanke - vi kan raskt bruke offline gjennomgang, som vi allerede gjør for alle våre pasienter, for å identifisere prostatakreftpasienter som trenger hjelp."

Når slike pasienter er identifisert, kan behandlingsplanen deres tilpasses for å passe bedre med gjennomsnittet for blærefylling. Dette reduserer sjansen for bivirkninger og forbedrer livskvaliteten etter behandling. "Det eneste spørsmålet som gjenstår er hvem andre kan vi hjelpe med denne offline anmeldelsen?" konkluderte hun.

Holder styr på svulsten

Å ta tredjeplassen i MedPhys Slam, i tillegg til å vinne "people's choice award" som ble stemt frem av publikum, var Jason Luce, en doktorgradsstudent ved Loyola University. Luce fortalte deltakerne om en adaptiv malbasert tumorsporingsalgoritme for lungekreftstrålebehandling.

Tumorsporing under strålebehandling er spesielt viktig for pasienter med lungekreft. Pust forårsaker tumorbevegelse, noe som fører til økt usikkerhet i tumorposisjonen. Dette krever bruk av en større behandlingsstråle som kan øke bestrålingen av friskt omkringliggende vev. "Men hvis du aktivt kan spore svulsten, kan du bruke en mer presis behandlingsstråle, noe som betyr mindre stråling til sunt vev," forklarte Luce.

Under bildebasert sporing er det imidlertid mulig å miste svulsten, spesielt når du bruker et stort søkevindu for å dekke alle mulige områder av tumorbevegelse. For eksempel viste Luce et tilfelle der sporingsalgoritmen feilidentifiserte plasseringen av svulsten som den til en fremmed bildeartefakt.

Han sammenlignet dette sporingsproblemet med det å lete etter tapte bilnøkler. «I stedet for å søke i hele huset for å finne dem, kan du gjøre livet ditt enklere ved å spørre 'hvor var det siste stedet jeg så dem?' På kjøkkenet? Bare søk i det området, problemet løst, sa han. "Vi tar den ideen og bruker den for å forbedre svulstsporing."

Tilnærmingen, forklarte Luce, innebærer å finne det siste stedet svulsten ble sett under sporing, og deretter redusere søkeområdet til det området. Han testet teknikken på 229 røntgenbilder av en svulst i bevegelse, og utførte sporing ved hjelp av en algoritme med et stort søkevindu, samt ett med et mindre adaptivt søkevindu.

Det mindre adaptive søkevinduet ga en merkbar forbedring i tumorsporing. Med det statiske søkevinduet viste omtrent 12 % av bildene dårlig sporing (signifikante forskjeller mellom de faktiske og forutsagte tumorplasseringene), mens mindre enn 1 % ble dårlig sporet av det adaptive søkevinduet. "Vi forbedrer sporingsresultatene og forbedrer ideelt sett pasientbehandlingen," sa han.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden