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放射療法（或者說(shuō)放療）是對(duì)抗幾乎所有癌癥最常見(jiàn)的治療方法之一，但它遠(yuǎn)不夠完美。眾所周知，它存在著潛在的副作用，根據(jù)腫瘤的位置而有所不同。副作用比較多，包括極度疲勞和出血，以及惡心和嘔吐。不幸的是，這項(xiàng)技術(shù)的改進(jìn)一直很緩慢。隨著癌癥成為全球主要死亡原因，需要進(jìn)一步研發(fā)新的治療方案。
放療使用大劑量的輻射殺死癌細(xì)胞，從而縮小腫瘤。這一療法在諸如正電子發(fā)射斷層掃描 （PET）、磁共振成像 （MRI） 或計(jì)算機(jī)斷層掃描 （CT） 等成像掃描找到目標(biāo)腫瘤后進(jìn)行。這些圖像幫助醫(yī)療專業(yè)人員決定將放射束瞄準(zhǔn)何處，并確定治療區(qū)域。但是，由于這個(gè)過(guò)程需要兩個(gè)步驟，因此迫使醫(yī)生在腫瘤周?chē)黾右粋€(gè)誤差范圍。
Samuel Mazin 博士在 2009 年聯(lián)合創(chuàng)立 RefleXion 時(shí)，以基于 PET 的算法研究作為起點(diǎn)，著手改變這一現(xiàn)狀。RefleXion 正在開(kāi)發(fā)一種技術(shù)，將兩步成像處理過(guò)程改為一步。該公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)生物引導(dǎo)放療 （BgRT） 平臺(tái)，它將成熟的癌癥成像技術(shù)、PET 和放射療法結(jié)合在一起。
RefleXion 醫(yī)療事務(wù)副總裁 Sean Shirvani 博士表示：“因?yàn)槲覀兊钠鞴僭趦?nèi)部不斷地進(jìn)行著運(yùn)動(dòng)，所以腫瘤會(huì)在體內(nèi)移動(dòng)。我們的肌肉和內(nèi)臟會(huì)無(wú)意識(shí)地收縮。我們會(huì)吸氣和呼氣。我們的心臟會(huì)跳動(dòng)。隨著這些運(yùn)動(dòng)，腫瘤會(huì)發(fā)生推、拉和旋轉(zhuǎn)。為了考慮到所有這些運(yùn)動(dòng)，目前的放療通常必須指向腫瘤在體內(nèi)的整個(gè)路徑，這可能會(huì)對(duì)患者造成不利的后果?！?/p>
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這種做法會(huì)使健康組織受到輻射，從而增加治療產(chǎn)生有害副作用的可能性。隨著實(shí)時(shí)、綜合成像和治療方法的發(fā)展，醫(yī)生可以減少誤差范圍，為患者提供更有針對(duì)性、更安全的放療。
一個(gè)癌細(xì)胞發(fā)射一個(gè)信號(hào)。那我們?yōu)槭裁床恢苯佑幂椛浠負(fù)魜?lái)消滅它呢？
- Sam Mazin 博士，RefleXion 創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官
實(shí)時(shí)鎖定腫瘤
“一個(gè)癌細(xì)胞發(fā)射一個(gè)信號(hào)。那我們?yōu)槭裁床恢苯佑幂椛浠負(fù)魜?lái)消滅它呢？”這是 RefleXion 創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官 Sam Mazin 博士在其放射學(xué)博士后期間提出的問(wèn)題?！爸皼](méi)有人想到這一點(diǎn)，因?yàn)樾枰獛追昼姷臅r(shí)間才能讓足夠的這些信號(hào)積累起來(lái)，形成癌癥的完整 PET 圖像。人們認(rèn)為他們必須等待圖像，因此他們不能使用 PET 實(shí)時(shí)鎖定腫瘤的運(yùn)動(dòng)。”
Mazin 的想法是繞過(guò)這個(gè)圖像的生成過(guò)程和等待期，使用 PET 信號(hào)直接控制放射束。
Shirvani 說(shuō)：“如果腫瘤移動(dòng)，治療也會(huì)隨之移動(dòng)，就像聚光燈一樣。對(duì)于患者來(lái)說(shuō)，這意味著副作用更少，生活質(zhì)量更高，并且減少延誤其他可能必要的治療。”
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阻礙綜合成像和治療平臺(tái)發(fā)布的一個(gè)障礙是實(shí)時(shí)運(yùn)行平臺(tái)所需的數(shù)據(jù)和信號(hào)處理水平。這類平臺(tái)需要計(jì)算機(jī)處理大量的生物數(shù)據(jù)，然后相應(yīng)地調(diào)整放射束，這一切都在幾毫秒內(nèi)完成。這種算法開(kāi)發(fā)和處理水平極其復(fù)雜，需要數(shù)年時(shí)間來(lái)完善。
RefleXion 的軟件開(kāi)發(fā)兼首席算法工程師 Yevgen Voronenko 說(shuō)：“要想搞清楚為什么某樣?xùn)|西不起作用，就像原先要搞清楚如何構(gòu)建它一樣困難。這就是為什么我們需要一個(gè)像 MathWorks 開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)那樣的完整可視化和計(jì)算能力。最初，當(dāng)我們構(gòu)建復(fù)雜的算法時(shí)，MATLAB 幫了我們很大的忙，之后，當(dāng)某樣?xùn)|西沒(méi)有像預(yù)期的那樣發(fā)揮作用時(shí)，它也能幫助進(jìn)行調(diào)試和調(diào)查?！?/p>
Voronenko 說(shuō)：“我們還用它來(lái)提高計(jì)算性能和精度。以引導(dǎo)高強(qiáng)度放射束為目的處理醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)需要整個(gè)計(jì)算鏈具備亞像素精度。只用 C++ 調(diào)試器是不可能實(shí)現(xiàn)的?！?/p>
Voronenko 說(shuō)，MATLAB 幫助 RefleXion 的團(tuán)隊(duì)快速開(kāi)發(fā)和調(diào)試他們的代碼，并處理大量的實(shí)際患者數(shù)據(jù)，從而完善他們的信號(hào)處理算法。
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如果腫瘤移動(dòng)，治療也會(huì)隨之移動(dòng)，就像聚光燈一樣。對(duì)于患者來(lái)說(shuō)，這意味著副作用更少，生活質(zhì)量更高，并且減少延誤其他可能必要的治療。
- Sean Shirvani 博士，RefleXion 醫(yī)療事務(wù)副總裁
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軟件每 0.01 秒便會(huì)就放射束的強(qiáng)度和位置做出決定，同時(shí)在同一段時(shí)間內(nèi)處理數(shù)百個(gè) PET 信號(hào)。
除了新軟件，RefleXion 還必須構(gòu)建新硬件——將現(xiàn)成的商業(yè)部件與定制設(shè)計(jì)的組件結(jié)合起來(lái)。RefleXion 設(shè)備是一個(gè)安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上的 X 射線源（線性加速器），連同一個(gè) PET 探測(cè)器陣列。RefleXion 旋轉(zhuǎn)機(jī)架的旋轉(zhuǎn)速度比傳統(tǒng)的放療系統(tǒng)快 60 倍，并且可以從不同的角度形成放射束來(lái)?yè)糁心[瘤。
他們的放射束整形設(shè)備被稱為多葉準(zhǔn)直器，需要從頭設(shè)計(jì)。在構(gòu)建設(shè)備之前，RefleXion 團(tuán)隊(duì)利用 MathWorks 的 Simulink 輕松高效地檢驗(yàn)他們的想法。這種方法節(jié)省了團(tuán)隊(duì)的時(shí)間和資源。
Shirvani 說(shuō)：“BgRT 的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它的治療優(yōu)勢(shì)不僅僅適用于一個(gè)腫瘤。一次 PET 注射可以在多個(gè)腫瘤上產(chǎn)生相同的歸巢信號(hào)，這為晚期患者多個(gè)轉(zhuǎn)移部位的徹底治療提供了可能?！?/p>
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在癌癥治療中，一個(gè)眾所周知的規(guī)則便是“越早越好”，但有時(shí)癥狀是如此不易被察覺(jué)，使得在早期階段發(fā)現(xiàn)疾病變得非常困難。BgRT 可通過(guò)在一個(gè)療程內(nèi)治療所有轉(zhuǎn)移瘤來(lái)擴(kuò)大晚期患者的治療窗口。Shirvani 說(shuō)：“這讓醫(yī)生能夠探究用放療消除所有轉(zhuǎn)移瘤是否可以提高一些患者的生存率，甚至帶來(lái)持久的緩解。”
最初，當(dāng)我們構(gòu)建復(fù)雜的算法時(shí)，MATLAB 幫了我們很大的忙，之后，當(dāng)某樣?xùn)|西沒(méi)有像預(yù)期的那樣發(fā)揮作用時(shí)，它也能幫助進(jìn)行調(diào)試和調(diào)查。
- Yevgen Voronenko，RefleXion 軟件開(kāi)發(fā)兼首席算法工程師
在 10 年的發(fā)展過(guò)程中，RefleXion 一直在與醫(yī)學(xué)界合作，為的是了解當(dāng)前治療過(guò)程的利弊，并從醫(yī)生那里獲得有關(guān)產(chǎn)品的反饋。這項(xiàng)新技術(shù)可以融入到機(jī)構(gòu)和醫(yī)院現(xiàn)有的放療庫(kù)中，使其易于安裝和采用。
下一步是讓生物引導(dǎo)放療獲得美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)用于臨床。但是 RefleXion 希望，通過(guò)使用已經(jīng)建立的實(shí)踐，過(guò)程將會(huì)順利進(jìn)行，并且患者很快便會(huì)受益于新的治療方法?！ ?/p>
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