一些類型的癌癥和其他疾病是用一種含有針對腫瘤的放射性物質的藥物來治療的。然而，該藥物也可以沉積在健康的器官中，潛在地損害腎臟、腸道或骨髓。

Abhinav Jha是圣路易斯華盛頓大學McKelvey工程學院的生物醫學工程師，他實驗室的學生和合作者開發了一種測量α粒子發射放射性藥物療法分布的方法。α粒子是一種輻射形式，對高度局部化的細胞具有強烈的毒性作用。在各種測試中，他們發現擬議的低計數定量單光子發射計算機斷層掃描(LC-QSPECT)方法提供了對放射性核素攝取的可靠測量。

研究結果于2022年5月23日在線發表在《IEEE輻射和等離子科學匯刊》上。

當醫學院Mallinckrodt放射學研究所的放射學副教授Daniel Thorek向Jha提出對這些療法的重要需求時，該項目開始了。

“出于多種原因，需要知道有多少藥物進入了某個區域，例如對接受這種治療的患者的治療后管理，”Jha說，他的實驗室開發了診斷和治療疾病的計算成像方法。“幸運的是，這些藥物還會發射伽馬射線光子，可以被斷層成像系統SPECT捕獲。”

然后，這些測量數據(稱為投影數據)可用于生成體內同位素分布的圖像，這一過程稱為圖像重建。這提供了一種方法來量化藥物的去向和計量。然而，這些光子的數量非常少。杰哈說，這使得重建任務非常具有挑戰性。

為了解決這個問題，Jha和Jha實驗室的博士生Zekun Li開發了一種方法，直接從SPECT投影數據測量不同器官和腫瘤內的攝取，而無需執行重建步驟。這種非傳統的量化方法使問題更容易解決。

Jha也是醫學院馬林克羅特放射研究所的放射學助理教授，他說，雖然這一基本思想并不新鮮，但這項工作是首次將其應用于α粒子放射藥物治療中的定量SPECT，是朝著無重建量化方法邁出的一步。

研究小組通過多次實驗評估了他們的方法的有效性。這包括臨床真實模擬研究，包括一項虛擬臨床試驗，其中他們模擬了50名前列腺癌擴散到骨骼的患者的成像。第二項研究使用了3D打印的仿人模型，該模型模擬了脊椎內有病變的椎骨。

“我們的目標是測量我們能夠測量不同區域示蹤劑吸收的準確度和精確度，”Jha說。“當你有如此嘈雜的數據時，精度尤其重要。我們發現我們的方法不僅精度高，優于傳統方法，而且精度也很高，”杰哈說。

這項工作為計算在這些區域獲得的輻射劑量開辟了新的領域，并可能對這種治療模式產生重大影響。

生物醫學工程和放射腫瘤學教授Thorek說：“這是一項令人印象深刻的技術壯舉，克服了低靈敏度SPECT定量方面的長期問題。”

接下來，Jha的實驗室正在研究一種不同的靶向治療劑，釷，一種自然產生的放射性金屬，可以衰變為鐳。Li發明了一種技術來分離這兩種放射性物質，并測量它們在體內產生的輻射量。此外，他們希望在不同的SPECT系統上驗證測量技術，以確定該方法是否可在不同的掃描儀和系統上重復。