基于時(shí)間反演方法驗(yàn)證質(zhì)子劑量射程的示意圖

武漢大學(xué)醫(yī)學(xué)物理研究團(tuán)隊(duì)首次在國際上提出了通過基于質(zhì)子誘導(dǎo)的聲波信號(hào)來重建質(zhì)子在體內(nèi)射程與劑量分布的解決方案，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測放療過程。近日，國際頂級(jí)醫(yī)學(xué)物理期刊《醫(yī)學(xué)物理》在線發(fā)表了該團(tuán)隊(duì)的研究成果。武漢大學(xué)博士后研究員于亞軍為論文第一作者，武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授彭浩為論文通訊作者。

據(jù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人彭浩介紹，區(qū)別于傳統(tǒng)放射治療，質(zhì)子治療獨(dú)有的“布拉格峰”能夠使用相對(duì)高劑量實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的高精度的定向清除，同時(shí)對(duì)周邊健康組織的傷害達(dá)到最低，但目前尚無臨床使用的產(chǎn)品。質(zhì)子治療過程中，質(zhì)子束在病人體內(nèi)由于能量沉積導(dǎo)致產(chǎn)生熱膨效應(yīng)，將誘導(dǎo)出聲波信號(hào)向周圍傳播。通過在病人體表采集聲波的時(shí)間序列信號(hào)，并結(jié)合診斷影像提供的組織結(jié)構(gòu)信息，團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)地利用時(shí)間反演方法，并配以機(jī)器學(xué)習(xí)，快速準(zhǔn)確的重建出初始的聲波信號(hào)分布，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成質(zhì)子束在病人體內(nèi)的劑量分布并最終準(zhǔn)確獲得 “布拉格峰”和在人體內(nèi)部的三維劑量分布。

目前質(zhì)子治療的推廣存在兩大痛點(diǎn)：一是缺乏實(shí)時(shí)有效的在線監(jiān)測方法，治療精準(zhǔn)度受到影響。二是質(zhì)子治療周期長、基于水模的治療后驗(yàn)證方案耗時(shí)耗力，治療和運(yùn)營費(fèi)用高。該項(xiàng)技術(shù)能有效地解決“打不準(zhǔn)”和“價(jià)格貴”兩個(gè)痛點(diǎn)，有效的重建質(zhì)子束的射程和劑量分布，在四個(gè)方面幫助到患者和醫(yī)院：提高治愈率，縮短治療周期，降低治療費(fèi)用和增加醫(yī)院運(yùn)營收入。

這一創(chuàng)新性的研究利用質(zhì)子在病灶內(nèi)的能量沉積誘導(dǎo)的聲波信號(hào)來進(jìn)行對(duì)放射治療的實(shí)時(shí)監(jiān)測，有效地解決了質(zhì)子治療過程中射程和劑量不確定性的難題。相關(guān)研究成果已經(jīng)進(jìn)入到成果轉(zhuǎn)化階段，目前正在美國斯坦福大學(xué)和日本北海道大學(xué)開展動(dòng)物試驗(yàn)。

該項(xiàng)目得到了武漢大學(xué)物理與科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授張東、武漢光源教授王紀(jì)科和華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院教授樊寬軍多個(gè)課題組的大力支持。（溫才妃）

相關(guān)論文信息：https://doi/10.1002/mp.13661

來源：科學(xué)網(wǎng)