От разработки продвинутых алгоритмов машинного обучения до создания устройств, которые улучшат доступ к эффективным методам лечения для пациентов во всем мире, исследователи, работающие в области медицинской физики, биотехнологии и многих смежных областей, продолжают применять научные методы для улучшения здравоохранения во всем мире. Мир физики сообщил о многих таких инновациях в 2022 году, вот лишь некоторые из основных результатов исследований, которые привлекли наше внимание.
ИИ во всех областях
Искусственный интеллект (ИИ) играет все более важную роль в области медицинской физики — от обработки огромного количества данных, полученных во время диагностической визуализации, до понимания эволюции рака в организме и помощи в разработке и оптимизации методов лечения. Имея это в виду, Мир физики провел в июне Неделю медицинской физики, посвященную искусственному интеллекту, на которой рассматривалось использование глубокого обучения для приложений, в том числе адаптивная лучевая терапия онлайн, ПЭТ-изображение, расчет дозы протонов, анализ КТ головы и выявление инфекции COVID-19 при сканировании легких.
Ранее в этом году на специальном заседании мартовского собрания APS были рассмотрены некоторые из последних медицинские приложения ИИ и машинного обучения, включая глубокое обучение для диагностики и мониторинга заболеваний головного мозга и нейродегенеративных заболеваний, а также использование ИИ для регистрации и сегментации изображений. Другим интригующим исследованием было использование EPFL нейронной сети для создания интеллектуальный микроскоп который обнаруживает малозаметные предвестники редких биологических событий и в ответ контролирует параметры сбора данных.
Обещание протонной вспышки
В разработке, которая также вошла в нашу 10 лучших прорывов года на 2022 год, на ежегодном собрании ASTRO в этом году Эмили Догерти из Онкологического центра Университета Цинциннати сообщила о результатах исследования. первое клиническое испытание лучевой терапии FLASH. FLASH-обработка, при которой терапевтическое излучение доставляется при сверхвысокой мощности дозы, обещает снизить токсичность для нормальных тканей при сохранении противоопухолевой активности. В этом исследовании исследователи использовали протонную FLASH-терапию для лечения 10 пациентов с болезненными метастазами в костях. Они продемонстрировали осуществимость клинического рабочего процесса и показали, что лечение было столь же эффективным, как и обычная лучевая терапия для облегчения боли, не вызывая неожиданных побочных эффектов.
Исследование также представляет собой первое использование протонной FLASH на человеке. В большинстве предыдущих доклинических исследований FLASH использовались электроны; но электронные лучи проникают в ткани всего на несколько сантиметров, а протоны проникают гораздо глубже. Надеясь воспользоваться этим преимуществом, многие другие группы также исследуют протонную вспышку, в том числе ученые из Университета Пенсильвании, которые использовали компьютерное моделирование, чтобы выяснить, какой из них наиболее эффективен. эффективный метод доставки протонных пучков FLASH, и исследователи из Медицинского центра Университета Эразма, Instituto Superior Técnico и HollandPTC, которые разработали алгоритм, который оптимизирует схему доставки протонного остронаправленного пучка для максимального охвата FLASH.
Возвращая зрение
Восстановление зрения у тех, кто потерял способность видеть, является серьезной исследовательской задачей. В этом году мы сообщили о двух исследованиях, направленных на то, чтобы еще на шаг приблизиться к этой цели. Исследователи из Университета Южной Калифорнии изучают возможность использования ультразвуковая стимуляция для лечения слепоты обусловлен дегенерацией сетчатки. В то время как зрительные протезы, восстанавливающие зрение посредством электрической стимуляции нейронов сетчатки, уже успешно применяются у пациентов, это инвазивные устройства, требующие сложных операций по имплантации. Вместо этого команда продемонстрировала, что стимуляция глаз слепой крысы неинвазивным ультразвуком может активировать небольшие группы нейронов в глазах животного.
В другом месте команда из Швеции, Ирана и Индии разработала новый способ изготовления искусственных роговиц, используя медицинский коллаген, полученный из свиной кожи (очищенный побочный продукт пищевой промышленности), который исследователи химически и фотохимически обработали, чтобы улучшить его прочность и стабильность. В пилотном исследовании 20 пациентов они показали, что их имплантаты были прочными и устойчивыми к деградации и могли полностью восстановить зрение пациентов с помощью минимально инвазивной хирургии. Основываясь на этом успехе, Мердад Рафат и его команда надеются, что новый подход может решить проблему нехватки донорских роговиц для трансплантации и расширить возможности лечения многих людей во всем мире, остро нуждающихся в новых роговицах.
Инновации интерфейса мозг-компьютер
Интерфейсы мозг-компьютер (BCI) обеспечивают мост между человеческим мозгом и внешним программным или аппаратным обеспечением. В этом году исследователи успешно использовали имплантированный BCI, чтобы человек с полным параличом мог общаться. Команда из Центра био- и нейроинженерии Висса, ALS Voice и Университета Тюбингена имплантировала две крошечные микроэлектродные матрицы на поверхность моторной коры испытуемого. Электроды записывают нейронные сигналы, которые расшифровываются и используются в программе проверки правописания со слуховой обратной связью, которая предлагает пользователю выбирать буквы. Пациент, у которого был боковой амиотрофический склероз (БАС) и который находился в полностью запертом состоянии без оставшихся произвольных движений, научился изменять свою собственную мозговую активность в соответствии с полученной звуковой обратной связью, что позволило ему формировать слова и предложения и общаться. со средней скоростью около одного символа в минуту.
В качестве альтернативы использованию имплантированных электродов для определения активности мозга нейронные сигналы также можно собирать неинвазивно с помощью электродов электроэнцефалографии (ЭЭГ), прикрепленных к коже головы. Команда Технологического университета Сиднея разработала новый биосенсор на основе графена, который обнаруживает сигналы ЭЭГ с высокой чувствительностью и надежностью — даже в сильно засоленных средах. Датчик, изготовленный из эпитаксиального графена, выращенного на подложке из карбида кремния на кремнии, сочетает в себе высокую биосовместимость и проводимость графена с физической прочностью и химической инертностью кремниевой технологии.
