Từ việc phát triển các thuật toán học máy tiên tiến đến xây dựng các thiết bị giúp cải thiện khả năng tiếp cận các phương pháp điều trị hiệu quả cho bệnh nhân trên toàn thế giới, các nhà nghiên cứu làm việc trong lĩnh vực vật lý y tế, công nghệ sinh học và nhiều lĩnh vực liên quan tiếp tục áp dụng các kỹ thuật khoa học để cải thiện việc chăm sóc sức khỏe trên toàn thế giới. Thế giới vật lý đã báo cáo về nhiều đổi mới như vậy vào năm 2022, đây chỉ là một số điểm nổi bật của nghiên cứu đã thu hút sự chú ý của chúng tôi.
AI trong mọi lĩnh vực
Trí tuệ nhân tạo (AI) đóng một vai trò ngày càng phổ biến trong lĩnh vực vật lý y tế – từ việc xử lý lượng dữ liệu khổng lồ được tạo ra trong quá trình chẩn đoán hình ảnh, đến tìm hiểu sự tiến hóa của bệnh ung thư trong cơ thể, giúp thiết kế và tối ưu hóa các phương pháp điều trị. Với suy nghĩ này, Thế giới vật lý đã tổ chức một AI trong Tuần lễ Vật lý Y khoa vào tháng XNUMX, xem xét việc sử dụng học sâu cho các ứng dụng bao gồm xạ trị thích ứng trực tuyến, Hình ảnh PET, tính liều proton, phân tích chụp CT đầu và xác định nhiễm trùng COVID-19 trong quét phổi.
Đầu năm, một phiên họp riêng tại Cuộc họp tháng XNUMX của APS đã xem xét một số vấn đề mới nhất ứng dụng y tế của AI và máy học, bao gồm học sâu để chẩn đoán và theo dõi các rối loạn não và bệnh thoái hóa thần kinh, đồng thời sử dụng AI để đăng ký và phân đoạn hình ảnh. Một nghiên cứu hấp dẫn khác là EPFL sử dụng mạng thần kinh để tạo ra một kính hiển vi thông minh giúp phát hiện các dấu hiệu báo trước tinh tế của các sự kiện sinh học hiếm gặp và kiểm soát các thông số thu được của nó để đáp ứng.
Lời hứa của proton FLASH
Trong một sự phát triển cũng đã biến nó thành của chúng tôi top 10 bước đột phá của năm cho năm 2022, Hội nghị thường niên ASTRO năm nay đã chứng kiến Emily Daugherty từ Trung tâm Ung thư Đại học Cincinnati báo cáo những phát hiện từ thử nghiệm lâm sàng đầu tiên của xạ trị FLASH. Các phương pháp điều trị FLASH – trong đó bức xạ trị liệu được phân phối ở liều cực cao – hứa hẹn giảm độc tính mô bình thường trong khi vẫn duy trì hoạt động chống khối u. Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng liệu pháp proton FLASH để điều trị cho 10 bệnh nhân bị di căn xương gây đau đớn. Họ đã chứng minh tính khả thi của quy trình lâm sàng và cho thấy phương pháp điều trị này có hiệu quả như phương pháp xạ trị thông thường để giảm đau mà không gây ra tác dụng phụ ngoài mong muốn.
Nghiên cứu cũng đại diện cho việc sử dụng proton FLASH lần đầu tiên ở người. Hầu hết các nghiên cứu FLASH tiền lâm sàng trước đây đều sử dụng điện tử; nhưng các chùm điện tử chỉ đi vài cm vào mô trong khi các proton thâm nhập sâu hơn nhiều. Với hy vọng khai thác lợi thế này, nhiều nhóm khác cũng đang nghiên cứu FLASH proton, bao gồm các nhà khoa học tại Đại học Pennsylvania đã sử dụng mô hình tính toán để tìm ra cái nào là tốt nhất. kỹ thuật phân phối hiệu quả cho chùm proton FLASHvà các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Y tế Đại học Erasmus, Instituto Superior Técnico và HollandPTC, những người đã phát triển một thuật toán tối ưu hóa các mẫu phân phối chùm tia bút chì proton để tối đa hóa vùng phủ sóng FLASH.
Mang lại tầm nhìn
Phục hồi thị lực cho những người đã mất khả năng nhìn là một nhiệm vụ nghiên cứu quan trọng. Năm nay chúng tôi đã báo cáo về hai nghiên cứu nhằm đưa mục tiêu này tiến gần hơn một bước. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Nam California đang khám phá việc sử dụng kích thích siêu âm để điều trị mù lòa do thoái hóa võng mạc gây ra. Mặc dù các bộ phận giả phục hồi thị giác thông qua kích thích điện của tế bào thần kinh võng mạc đã được sử dụng thành công ở bệnh nhân, đây là những thiết bị xâm lấn đòi hỏi phẫu thuật cấy ghép phức tạp. Thay vào đó, nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng việc kích thích mắt của một con chuột mù bằng siêu âm không xâm lấn có thể kích hoạt các nhóm tế bào thần kinh nhỏ trong mắt của con vật.
Ở những nơi khác, một nhóm ở Thụy Điển, Iran và Ấn Độ đã phát triển một phương pháp mới để sản xuất giác mạc nhân tạo, sử dụng collagen cấp y tế có nguồn gốc từ da lợn (một sản phẩm phụ tinh khiết của ngành công nghiệp thực phẩm) mà các nhà nghiên cứu đã xử lý hóa học và quang hóa để cải thiện độ bền và độ ổn định của da. Trong một nghiên cứu thí điểm trên 20 bệnh nhân, họ đã chỉ ra rằng mô cấy của họ bền và có khả năng chống thoái hóa và có thể phục hồi hoàn toàn thị lực cho bệnh nhân thông qua phẫu thuật xâm lấn tối thiểu. Dựa trên thành công này, Mehrdad Rafat và nhóm của ông hy vọng rằng phương pháp mới có thể giải quyết tình trạng thiếu giác mạc của người hiến tặng để cấy ghép và tăng các lựa chọn điều trị cho nhiều người trên toàn thế giới đang cần gấp giác mạc mới.
Đổi mới giao diện não-máy tính
Giao diện não-máy tính (BCI) cung cấp cầu nối giữa não người và phần mềm hoặc phần cứng bên ngoài. Năm nay chứng kiến các nhà nghiên cứu sử dụng thành công một BCI được cấy ghép để cho phép một người bị tê liệt hoàn toàn có thể giao tiếp. Nhóm nghiên cứu – từ Trung tâm Kỹ thuật Sinh học và Thần kinh Wyss, ALS Voice và Đại học Tübingen – đã cấy hai mảng vi điện cực nhỏ vào bề mặt vỏ não vận động của người tham gia. Các điện cực ghi lại các tín hiệu thần kinh, được giải mã và sử dụng trong bộ đánh vần phản hồi thính giác nhắc người dùng chọn các chữ cái. Bệnh nhân mắc bệnh xơ cứng teo cơ một bên (ALS) và ở trong trạng thái hoàn toàn bị khóa và không còn cử động tự nguyện, đã học cách thay đổi hoạt động não của chính mình theo phản hồi âm thanh nhận được, cho phép anh ta hình thành các từ, câu và giao tiếp. với tốc độ trung bình khoảng một ký tự mỗi phút.
Là một giải pháp thay thế cho việc sử dụng các điện cực được cấy ghép để cảm nhận hoạt động của não, các tín hiệu thần kinh cũng có thể được thu thập một cách không xâm lấn bằng cách sử dụng các điện cực ghi điện não đồ (EEG) gắn trên da đầu. Một nhóm tại Đại học Công nghệ Sydney đã phát triển một cảm biến sinh học dựa trên graphene mới phát hiện tín hiệu điện não đồ với độ nhạy và độ tin cậy cao – ngay cả trong môi trường có độ mặn cao. Cảm biến, được làm từ graphene epiticular phát triển trên đế silicon carbide trên silicon, kết hợp tính tương thích sinh học cao và độ dẫn điện của graphene với độ bền vật lý và tính trơ hóa học của công nghệ silicon.
