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多伦多大学富士通开发新技术以简化放射治疗计划

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发布:2021-02-28 12:06:45    
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富士通实验室有限公司(Fujitsu Laboratories,Ltd.)今天与多伦多大学(University of Toronto)的研究人员合作,宣布一项技术的开发,该技术将利用富士通的量子灵感计算技术数字技术来显着简化伽玛刀放射外科放射治疗计划的制定工作。 Annealer,可快速解决组合优化问题。
 
伽玛刀放射疗法用于治疗包括脑部肿瘤和动静脉畸形在内的疾病。使用常规方法创建治疗计划的过程通常是费力且费时的,并且医生必须花时间进行艰苦的工作和进行详细的调整,以确定应该对目标进行多少辐射,同时将对周围组织的剂量降至最低。
 
但是,借助新开发的技术,医疗专业人员可以在大约一分钟内制定治疗计划,并保持与传统方法相同的准确性,同时可以计算大量可能的组合模式,以数字方式在何处以及以多少剂量进行输送Annealer。
 
通过减轻医疗专业人员创建快速,准确的治疗计划的负担,这项新技术使他们腾出了更多的时间和精力,以确保患者获得最有效,最人道的护理。展望未来,富士通实验室和美国德克萨斯大学的研究人员将继续根据其他患者数据测试该技术的有效性,并最终开发出积极为改善医学科学和整个社会做出贡献的技术。
 
背景
 
伽玛刀手术因其相对无创性和高度精确的放射线输送方法而被用于治疗脑部肿瘤和其他疾病。通过使用针对不同点的192个不同的伽马射线辐射源,可以最大程度地增加对患处的剂量,同时保持对周围健康器官的剂量非常低。
 
必须考虑包括位置,形状和辐射剂量在内的参数,以获得对患处的最佳剂量。然而,潜在的组合模式的数量是巨大的,并且在当前的医学实践中,医生通过基于他们先前的经验手动重复参数调整来生成治疗计划。此过程可能需要大约1.5到3个小时才能生成满足患者个人需求的计划,给医疗专业人员造成沉重负担。
 
在医生准备治疗计划的同时,患者可能还需要等待,通常将框架固定在其头部上以限制运动,这可能会导致身体不适。还必须确保医务人员的安全,以帮助患者做好治疗准备,并确保框架保持在原位。
 
近年来,目睹了新工具的出现,以帮助简化这一过程,例如,自动生成治疗计划的软件。然而,在现场,通常仍然存在这样的情况,即所生成的计划仍然需要临床医生手动修改和调整计划。
 
自2017年以来,富士通与美国东京大学一直在以量子计算相关研究为中心的战略合作伙伴关系中。通过这项最新举措,双方合作开发了技术,以帮助将Digital Annealer的应用应用于伽玛刀疗法的治疗计划。多伦多大学及其医疗机构的研究人员研究和开发了将伽玛刀优化转换为组合优化的方法,这种格式可以通过富士通开发的Digital Annealer技术来理解。
 
关于新开发的技术
 
多伦多大学的研究人员通过他们的方法和富士通的Digital Annealer技术的使用,开发了以下技术,可以高速生成治疗计划,同时保持与经验丰富的医生制定的治疗计划相同的准确性。
 
1.利用人体的物理特性(剂量分布),对伽玛射线照射过程中的弹丸形状进行建模。
过去,在拍摄位置确定过程中,由多个伽马射线形成的镜头(伽马射线的集中区域)被假定为完美球形。然而,已经发现由于人体中水分的影响,球体不一定是完美的。新开发的技术利用反映伽玛射线在人体中的物理特性的镜头形状来确定镜头的位置。这可以有助于产生更准确的治疗计划。
 
2.优化辐射参数
过去,在拍摄位置确定过程中,顺序确定了多个伽马射线辐射位置(拍摄位置);确定第一枪的位置,然后确定第二枪的位置,以便尽可能多地包括受影响组织的其余部分。但是,这可能不会导致最佳的拍摄数量或位置。
 
相比之下,Digital Annealer允许用户在开始时同时搜索所有镜头的位置,从而获得更准确的整体优化治疗计划。还可以获得针对辐射形状参数的优化解决方案,从而能够快速生成针对每个患者优化剂量的治疗计划。
 
在对49例听神经瘤病例的研究中,美国大学的研究人员将新开发的技术与传统方法进行了比较。参照辐射传输精度指标,发现所开发的技术与人工计划一样准确。此外,虽然手动生成计划需要1.5到3个小时,但使用新开发的技术可以将其减少到大约2分钟。
 
通过使用最新开发的技术支持计划生成,可以大大减少伽玛刀治疗所需的时间以及对患者和医疗专业人员的负担。也可以预期减少医院的人事费用。
 
未来的计划
 
展望未来,富士通实验室和美国密歇根大学的研究人员将继续根据来自更多患者的数据来验证该技术的有效性,并将继续开发具有为医学和整个社会做出贡献的潜力的技术。未来的潜在项目包括缩短伽玛刀治疗过程本身而不是治疗计划所需的时间,或将该技术应用于其他放射治疗方法。
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