所有文章 > 正文

癌症患者的福音,给放疗安装一双“超声的慧眼”!

作者: 生物医学工程前沿

时间: 2020-05-22 14:48

很多人会“谈癌色变”。癌症是威胁人们生命健康的重大疾病。手术、化疗、放疗是癌症治疗的三大主要方法。其中,放疗是利用高能放射线破坏癌细胞的DNA结构,进行肿瘤治疗。据估计,放疗可为约350万患者提高治愈率。但是,除了攻击肿瘤,放疗也会带来很多副作用,“掉头发”、“恶心呕吐‘,或许这是大家对放疗的第一印象。

因为,放疗缺乏一双“精准的眼睛”。

在放疗的过程中,粒子加速器产生的高能离子束需要准确地照射到肿瘤位置,通常位置的误差要求小于5%。目前的做法是,医生让病人体位固定好的情况下进行在X线或CT等的影像学成像确定靶位,然后在病人的体表皮肤或固定用的器具上画上各种标志线。放疗时根据这些标记线进行身体的再次固定。画线在洗澡或时间长了之后褪色不清晰了,就需要重新画清楚才能接受放射治疗。

202005220501-Y014O7fU8q.jpg

更重要的是,在治疗过程中,患者的呼吸、器官的运动,或者患者因为不适产生的体位移动,都会改变肿瘤的位置。但是放疗装备本身并无法监测肿瘤位置的改变,它像一把枪没有瞄准镜的枪,如果打偏了,就会损害肿瘤周围的正常组织,产生副作用。

目前的临床治疗纵然有像MRI,PET,CT等多种影像技术,却没有一个能够进行实时的监测,充当放疗的“眼睛”。

本期BME Frontiers报道了美国密歇根大学的Xueding Wang课题组和Issam EI Naqa课题组的最新研究进展,验证了双模X-ray光声和超声成像用于放疗监测的可行性,为放疗设备安装了一双“超声的慧眼”。

202005220502-1tGaqaL1BK.jpg

X射线光声成像技术(X-ray induced acoustic imaging)是利用的是高能离子束照射生物组织,导致其局部发热,并以超声波的形式扩散。利用类似传统超声成像的方式,可以重建出离子束照射区域的X-ray能量分布。与传统超声成像结合,便有望实现高分辨、实时放疗作用区域的监测和追踪,从而起到“瞄准镜“的作用。

Xueding Wang等人在放疗装备中加装了两个低频超声探头,分别用于常规超声成像和X-ray光声成像,其中常规超声成像用于放疗周围组织运动的实时监测,X-ray光声成像用于放疗作用区域的可视化。通过将两幅图像进行配准,则可以实时标记放疗作用的区域以及肿瘤所处的位置,从而可以实时地校准患者的位置漂移,实现将放疗的离子束准确地递送到肿瘤位置。

202005220503-AV9PhACi7X.jpg

该成像系统中,超声成像的帧频为22Hz,分辨率0.37 mm;X-ray光声成像的帧频为1.1 Hz,分辨率为1.1 mm,满足了实时、高分辨放疗区域追踪的要求。通过离体兔肝和活体兔子实验,验证了X-ray光声和超声双模态成像用于放疗作用区域实时追踪的可行性。这是关于实时X-ray光声和超声双模成像在放疗在体监测方面应用的首次报道,为其走向临床应用迈进了一大步。

202005220504-whvTh6pDgH.jpg

Xueding Wang等人预期他们的方法经过批准后将很快进行临床试验。同时,他们将进一步研究探索,实现更高的肿瘤识别灵敏度,更准确的肿瘤位置图像配准,以及获得更多的功能信息。让这双长在“放疗”身上的“超声”眼睛更加明亮。

原文链接:

https://spj.sciencemag.org/bmef/aip/9853609/

About BME Frontiers

BME Frontiers(《生物医学工程前沿》)是中国科学院苏州生物医学工程技术研究所(SIBET CAS)与美国科学促进会(AAAS)/Science合作出版的开放获取国际学术期刊。期刊旨在为生物医学工程这一交叉学科提供一个高效的交流平台,以推动领域内的科学家、工程师和临床医学专家及时地交流,共同促进人类健康。关注在致病机理研究和疾病预防、诊断、治疗及评估方面取得的突破性进展,包括概念、设备、材料、组织、过程和方法。致力于报道临床前的基础研究、转化医学和临床研究的成果。

投稿网址:

https://www.editorialmanager.com/bmef/

本文经授权转载自“生物医学工程前沿”微信公众号,感谢原作者的分享。

往期回顾:

微软一年前投给OpenAI的一亿美元出成果了!世界排名Top5的超级计算机

Nature:比人眼更强大!港科大开发高密度人工视网膜,科幻人造眼成现实!

7位大牛获奖,ACM公布软件系统奖、卡内拉克斯理论与实践奖、艾伦·纽厄尔奖三项大奖

[关于转载]:本文原载于“生物医学工程前沿”微信公众号,转载本文请联系原作者获取授权。谢谢您的合作。

二维码 扫码微信阅读
推荐阅读 更多