據(jù)項目負責人、武漢大學物理科學與技術學院教授彭浩介紹，相較于傳統(tǒng)的放療，質子治療一個明顯的優(yōu)勢是，“布拉格峰”的特性可以讓大多數(shù)能量沉積在腫瘤靶區(qū)，減少對正常組織的損害。但是在臨床治療過程中，患者的解剖結構、質子束流、病人擺位等因素可能會造成射程和劑量的誤差，導致“布拉格峰”沉積的位置發(fā)生改變，產生“打不準”的痛點。

尋找一種能實時監(jiān)測質子束劑量沉積的方法非常有意義， 尤其是結合FLASH。一方面，F(xiàn)LASH的單束超高劑量率特性可顯著提高聲波信號的幅度;另一方面，對FLASH而言，一些影響治療精度的隨機不確定性，無法像傳統(tǒng)方法那樣通過多天治療來平均，因而在線劑量驗證更為重要。

為解決這一難點，研究人員采用了一種創(chuàng)新性的解決方案。他們在患者身上安裝傳感器，跟蹤治療過程中組織熱膨脹(能量沉積)產生的聲波信號，得到人體內部劑量沉積的情況。此前研究利用時間反演方法、借助GPU加速，重建耗時可壓縮至分鐘。在此基礎上，最新研究通過機器學習方法，利用小波變換有效完成特征提取，進一步降低了所需傳感器的數(shù)量和重建時間(秒鐘量級)，并且模型表現(xiàn)出很好的抗噪性。

通過在治療前根據(jù)病人解剖信息和治療方案訓練出的個性化模型，以及在治療過程中實時測量的聲波信號，研究人員有望實時在線得到二維或三維劑量分布(2毫米左右驗證精度)。不過，目前方案尚需解決兩大難題：傳感器和病人身體的接觸，以及病人體內聲波傳播參數(shù)的準確獲取。

彭浩還提到，雖然短脈沖的高能粒子束打出聲波信號的原理在上世紀80年代首次被發(fā)現(xiàn)，但一直面臨的挑戰(zhàn)是信號幅度小、信噪比低。隨著質子束技術的進步，包括FLASH以及低噪聲傳感器的發(fā)展，團隊的研究成果有望用于臨床。下一步，團隊計劃開展臨床測試。

相關論文信息：https://doi.org/10.1088/2057-1976/ac396d