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，與傳統(tǒng)光子放療相比，質子的“布拉格峰”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、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。因此，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治療。一方面，F(xiàn)LASH的超高劑量率特性(>40 Gy/s)，可顯著提高聲波信號的幅度;另一方面，對于FLASH治療，一些影響治療精度的隨機不確定性不可像在傳統(tǒng)治療中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：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)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。最新工作在此基礎上，團隊通過機器學習的方法，利用小波變換有效的完成特征提取，能進一步降低所需傳感器的數(shù)量和重建時間(秒量級)，并且模型表現(xiàn)出很好的抗噪性。團隊通過在治療前根據(jù)病人的解剖信息和治療方案訓練出個性化的模型，在治療過程中根據(jù)實時測量的聲波信號，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)。目前方案尚需要解決的兩大難點包括傳感器和患者身體的接觸，以及患者體內聲波傳播參數(shù)的準確獲取。
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治療以及低噪聲傳感器的進展，團隊的研究成果有望用于臨床。下一步，團隊計劃在山東淄博萬杰腫瘤醫(yī)院醫(yī)院質子治療中心、合肥離子醫(yī)學中心來開展實驗臨床測試。
