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医学物理学

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年度医学物理亮点

映射肺功能
(左)患有囊性纤维化样疾病的小鼠和(健康)同窝幼仔的区域肺扩张图。 (礼貌:莫纳什大学)

今年是无与伦比的一年。 2020年,许多物理学家将研究工作转向应对大流行病。在医学物理学领域,研究人员致力于为COVID-19开发改进的诊断方法和潜在治疗方法,并提出创新技术和设备来帮助医护人员。

同时,医学物理学界在更传统的研究领域中不断创新-从提供放射疗法的新方法到新颖的诊断成像设备和技术。以下是一些吸引我眼球的亮点。

实时跟踪肿瘤缺氧

肿瘤缺氧或缺氧可使其对放射疗法产生抵抗力。但是目前,尚无方法无创或无平均地监测整个肿瘤的氧合作用。今年1月,在达特茅斯-希区柯克(Nartris)的诺里斯棉花癌症中心(Norris Cotton Cancer Center)带领的一个研究小组证明,契伦科夫(Cherenkov)激发发光成像(CELI)可用于在放射传递过程中无创地成像肿瘤中的氧分布。

Tracking hypoxia

布莱恩·波格 他的小组用X射线照射了小鼠体内的肿瘤,产生了契伦科夫光,作为激发磷光探针的内部光源。他们检查了两种肿瘤细胞系,一种对辐射有反应,另一种对辐射有抵抗力,并观察到肿瘤氧合的差异反映了它们在反应方面的差异。

研究人员得出结论,时间分辨CELI具有很高的空间分辨率,可以很容易地添加到临床方案中,以评估放射线输送时的肿瘤氧合作用-这是癌症治疗中一个长期的目标。

FLASH放射治疗的实时剂量测定

超高剂量率放射疗法(FLASH)是放射疗法研究的热门话题。动物研究表明,FLASH可以消灭肿瘤,同时大大减少对正常组织的损害,临床试验才刚刚开始。但是在如此高的剂量率下,连续监测患者的剂量沉积至关重要。研究人员 密西根大学 已经提出了一种新技术,电离辐射声成像,该技术可以测量剂量,同时获得辐射目标和周围组织的图像。

FLASH dosimetry

该方法基于热声效应:当电离辐射在患者体内沉积能量时,组织温度升高,引起膨胀和压力波传播。在常规放射疗法中,这些波非常微弱。但是,如果采用FLASH剂量率(40 Gy / s或更高),则可以通过患者皮肤上的超声波探头检测到信号。

第一作者 易卜拉欣·奥赖卡特(Ibrahim Oraiqat) 他们的同事表明,该声成像信号随每脉冲剂量线性增加,并且在不同深度的测量结果与商业胶片剂量计的结果一致。他们还展示了在移动的兔肝幻影中同时进行的剂量学和超声成像。

成像通过肺部的气流

囊性纤维化(CF)是一种遗传性疾病,会导致粘液在肺部堆积,阻碍呼吸并导致肺部感染。 CF引起的肺部损伤通常是不均匀的,治疗受损组织的斑块可以减慢疾病的进展。为了量化和定位此类受损区域,澳大利亚的研究人员开发了一种新颖的工具来测量区域肺功能。

团队由 弗雷达·韦迪格(Freda Werdiger) 来自莫纳什大学(Monash University)的研究人员使用X射线测速(XV)技术无创地生成了通过小鼠肺部的实时气流的高清图像。 XV结合了高速成像技术(在这种情况下为基于传播的相衬X射线成像技术)和后处理分析,以生成详细的肺部通气图。研究人员在患有CF样肺病的小鼠及其健康同窝仔中测试了该技术。区域肺部扩张图清楚地表明了患病动物中气流不足区域的存在和位置。随着其最近的商业化,该技术可以帮助改善CF和其他呼吸系统疾病患者的寿命和生活质量。

非侵入性皮肤癌检测

皮肤科医生通常使用手持式光学放大镜识别可疑的皮肤病变,然后通过组织活检的病理分析进行诊断。然而,该过程是侵入性的,昂贵的,耗时的并且取决于医师的技能。为了解决这些不足, 亚伯拉罕·卡齐尔 特拉维夫大学(University of Tel Aviv University)的研究人员和合作研究人员正在创建一种准确,价格合理的临床系统,该系统可以近乎实时地识别皮肤癌。

Skin cancer diagnosis

该团队开发了一种光纤e逝波光谱系统,该系统基于连接到中红外光谱仪的长的U形,中红外传输光纤。通过简单地以纤维中心接触可疑区域30 s,该系统就可以识别患者皮肤上的癌性病变,包括黑素瘤,基底细胞癌和鳞状细胞癌。

卡齐尔建议,将来,这种非侵入性的“光谱病理学”可以代替标准的侵入性活检。

便携式脑部MRI扫描仪

到2020年即将结束时,我们报道了马萨诸塞州总医院/哈佛医学院研究人员开发的低成本便携式脑MRI扫描仪。 MRI是评估神经系统疾病的标准方法,但是传统的高场扫描仪价格昂贵,无法移动且需要专用的电源和冷却基础设施。因此,无法将危重病患者安全地运送到扫描仪或资源贫乏的患者无法使用MRI。

Portable brain MRI

为了解决这个问题, 克拉丽莎·库里(Clarissa Cooley) 他们的同事使用了一系列钕稀土磁体来产生80 mT的静磁场。这种永久磁铁不需要外部电源或低温冷却,因此研究人员可以构建真正的便携式MRI脑扫描仪,该脑扫描仪可以在推车上轮转并可以通过标准电源插座操作。他们证明了该系统可以执行标准的脑部扫描,以诊断和监视临床上重要的脑部病理。这种便携式扫描仪可以在许多地方使用,例如在病人的床边,事故现场或在乡村诊所中,从而扩大了对MR神经成像的访问。

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