Від розробки вдосконалених алгоритмів машинного навчання до створення пристроїв, які покращать доступ до ефективних методів лікування для пацієнтів у всьому світі, дослідники, які працюють у галузі медичної фізики, біотехнології та багатьох суміжних областях, продовжують застосовувати наукові методи для покращення охорони здоров’я в усьому світі. Світ фізики повідомила про багато таких інновацій у 2022 році, ось лише деякі основні моменти досліджень, які привернули нашу увагу.
AI у всіх сферах
Штучний інтелект (ШІ) відіграє все більш поширену роль на арені медичної фізики – від роботи з величезною кількістю даних, отриманих під час діагностичної візуалізації, до розуміння еволюції раку в організмі, до допомоги в розробці й оптимізації лікування. Маючи це на увазі, Світ фізики у червні провів Тиждень медичної фізики зі штучного інтелекту, присвячений використанню глибокого навчання, зокрема для програм онлайн адаптивна променева терапія, Візуалізація ПЕТ, розрахунок дози протонів, аналіз КТ голови та визначення інфекції COVID-19 при скануванні легенів.
На початку цього року спеціальна сесія під час березневої зустрічі APS розглянула деякі з останніх медичне застосування ШІ та машинного навчання, включаючи глибоке навчання для діагностики та моніторингу розладів мозку та нейродегенеративних захворювань, а також використання ШІ для реєстрації та сегментації зображень. Іншим інтригуючим дослідженням було використання EPFL нейронної мережі для створення розумний мікроскоп який виявляє тонкі попередники рідкісних біологічних подій і контролює свої параметри отримання у відповідь.
Обіцянка протонного FLASH
У розробці, яка також потрапила в наш 10 найкращих проривів року на 2022 рік, на щорічній зустрічі ASTRO цього року Емілі Догерті з онкологічного центру Університету Цинциннаті повідомила про результати дослідження перше клінічне випробування променевої терапії FLASH. Лікування FLASH, при якому терапевтичне випромінювання подається з надвисокими потужностями дози, є перспективним для зниження токсичності нормальної тканини, зберігаючи протипухлинну дію. У цьому дослідженні дослідники використовували протонну терапію FLASH для лікування 10 пацієнтів з хворобливими метастазами в кістки. Вони продемонстрували доцільність клінічного робочого процесу та показали, що лікування було таким же ефективним, як і звичайна променева терапія для полегшення болю, не викликаючи несподіваних побічних ефектів.
Дослідження також являє собою перше використання протонного FLASH на людині. Більшість попередніх доклінічних досліджень FLASH використовували електрони; але електронні промені проходять лише на кілька сантиметрів у тканину, тоді як протони проникають набагато глибше. Сподіваючись використати цю перевагу, багато інших груп також досліджують протонний FLASH, у тому числі вчені з Університету Пенсільванії, які використовували обчислювальне моделювання, щоб з’ясувати, який є найбільш ефективна методика доставки пучків протонів FLASH, а також дослідники з Медичного центру Університету Еразма, Instituto Superior Técnico та HollandPTC, які розробили алгоритм, який оптимізує схеми доставки пучка протонного олівця щоб максимізувати покриття FLASH.
Повернення зору
Повернення зору тим, хто втратив здатність бачити, є серйозним дослідницьким завданням. Цього року ми повідомляли про два дослідження, спрямовані на наближення цієї мети. Дослідники з Університету Південної Каліфорнії досліджують використання ультразвукова стимуляція для лікування сліпоти викликані дегенерацією сітківки. Хоча зорові протези, які відновлюють зір за допомогою електричної стимуляції нейронів сітківки, вже успішно використовуються у пацієнтів, це інвазивні пристрої, які потребують складних операцій імплантації. Натомість команда продемонструвала, що стимуляція очей сліпого щура за допомогою неінвазивного ультразвуку може активувати невеликі групи нейронів в оці тварини.
В іншому місці була створена команда у Швеції, Ірані та Індії новий спосіб виготовлення штучної рогівки, використовуючи медичний колаген, отриманий зі свинячої шкіри (очищеного побічного продукту харчової промисловості), який дослідники обробили хімічно та фотохімічно для підвищення його міцності та стабільності. У пілотному дослідженні 20 пацієнтів вони показали, що їхні імплантати міцні та стійкі до деградації та можуть повністю відновити зір пацієнтів за допомогою мінімально інвазивної хірургії. Грунтуючись на цьому успіху, Мехрдад Рафат і його команда сподіваються, що новий підхід зможе вирішити проблему нестачі донорської рогівки для трансплантації та розширити можливості лікування для багатьох людей у всьому світі, яким терміново потрібна нова рогівка.
Інновації в інтерфейсі мозок–комп’ютер
Інтерфейси мозок–комп’ютер (BCI) забезпечують зв’язок між мозком людини та зовнішнім програмним або апаратним забезпеченням. Цього року дослідники успішно використали an імплантований BCI, щоб дозволити людині з повним паралічем спілкуватися. Команда з Центру біо- та нейроінженерії Wyss, ALS Voice та Тюбінгенського університету імплантувала дві крихітні матриці мікроелектродів на поверхню моторної кори учасника. Електроди записують нейронні сигнали, які декодуються та використовуються в системі слухового зворотного зв’язку, яка спонукає користувача вибрати літери. Пацієнт, який страждав на бічний аміотрофічний склероз (БАС) і перебував у стані повної замкнутості без жодних довільних рухів, навчився змінювати активність власного мозку відповідно до отриманого звукового сигналу, дозволяючи йому складати слова та речення та спілкуватися. із середньою швидкістю приблизно один символ на хвилину.
Як альтернатива використанню імплантованих електродів для визначення активності мозку нейронні сигнали також можна збирати неінвазивно за допомогою електроенцефалографічних (ЕЕГ) електродів, прикріплених до шкіри голови. Команда з Технологічного університету Сіднея розробила a новий біосенсор на основі графену, який виявляє сигнали ЕЕГ з високою чутливістю та надійністю – навіть у середовищах із високим вмістом солі. Сенсор, виготовлений з епітаксійного графену, вирощеного на основі карбіду кремнію на кремнієвій підкладці, поєднує високу біосумісність і провідність графену з фізичною надійністю та хімічною інертністю кремнієвої технології.
