BME Frontiers｜给“放疗”一双“超声”的慧眼

很多人会“谈癌色变”。癌症是威胁人们生命健康的重大疾病。手术、化疗、放疗是癌症治疗的三大主要方法。 其中，放疗是利用高能放射线破坏癌细胞的DNA结构，进行肿瘤治疗。据估计，放疗可为约350万患者提高治愈率。但是，除了攻击肿瘤，放疗也会带来很多副作用，“掉头发”、“恶心呕吐‘，或许这是大家对放疗的第一印象。

因为，放疗缺乏一双“精准的眼睛”。

在放疗的过程中，粒子加速器产生的高能离子束需要准确地照射到肿瘤位置，通常位置的误差要求小于5%。目前的做法是，医生让病人体位固定好的情况下进行在X线或CT等的影像学成像确定靶位，然后在病人的体表皮肤或固定用的器具上画上各种标志线。放疗时根据这些标记线进行身体的再次固定。画线在洗澡或时间长了之后褪色不清晰了，就需要重新画清楚才能接受放射治疗。

更重要的是，在治疗过程中，患者的呼吸、器官的运动，或者患者因为不适产生的体位移动，都会改变肿瘤的位置。但是放疗装备本身并无法监测肿瘤位置的改变，它像一把枪没有瞄准镜的枪，如果打偏了，就会损害肿瘤周围的正常组织，产生副作用。目前的临床治疗纵然有像MRI，PET，CT等多种影像技术，却没有一个能够进行实时的监测，充当放疗的“眼睛”。

本期BME Frontiers报道了美国密歇根大学的Xueding Wang课题组和Issam EI Naqa课题组的最新研究进展，验证了双模X-ray光声和超声成像用于放疗监测的可行性，为放疗设备安装了一双“超声的慧眼”。

X射线光声成像技术（X-ray induced acoustic imaging）是利用的是高能离子束照射生物组织，导致其局部发热，并以超声波的形式扩散。利用类似传统超声成像的方式，可以重建出离子束照射区域的X-ray能量分布。与传统超声成像结合，便有望实现高分辨、实时放疗作用区域的监测和追踪，从而起到“瞄准镜“的作用。

Xueding Wang等人在放疗装备中加装了两个低频超声探头，分别用于常规超声成像和X-ray光声成像，其中常规超声成像用于放疗周围组织运动的实时监测，X-ray光声成像用于放疗作用区域的可视化。通过将两幅图像进行配准，则可以实时标记放疗作用的区域以及肿瘤所处的位置，从而可以实时地校准患者的位置漂移，实现将放疗的离子束准确地递送到肿瘤位置。

该成像系统中，超声成像的帧频为22Hz，分辨率0.37 mm；X-ray光声成像的帧频为1.1 Hz，分辨率为1.1 mm，满足了实时、高分辨放疗区域追踪的要求。通过离体兔肝和活体兔子实验，验证了X-ray光声和超声双模态成像用于放疗作用区域实时追踪的可行性。这是关于实时X-ray光声和超声双模成像在放疗在体监测方面应用的首次报道，为其走向临床应用迈进了一大步。

Xueding Wang等人预期他们的方法经过批准后将很快进行临床试验。同时，他们将进一步研究探索，实现更高的肿瘤识别灵敏度，更准确的肿瘤位置图像配准，以及获得更多的功能信息。让这双长在“放疗”身上的“超声”眼睛更加明亮。

原文链接：

https://spj.sciencemag.org/bmef/aip/9853609/

作者寄语

写到这里，小编不禁哼起“借我借我一双慧眼吧，让我把这肿瘤看得清清楚楚明明白白真真切切；借我借我一双慧眼吧，让我把肿瘤杀得整整齐齐干干净净精精确确……”　

About BME Frontiers

BME Frontiers（《生物医学工程前沿》）是中国科学院苏州生物医学工程技术研究所(SIBET CAS)与美国科学促进会(AAAS)/Science合作出版的开放获取国际学术期刊。期刊旨在为生物医学工程这一交叉学科提供一个高效的交流平台，以推动领域内的科学家、工程师和临床医学专家及时地交流，共同促进人类健康。关注在致病机理研究和疾病预防、诊断、治疗及评估方面取得的突破性进展，包括概念、设备、材料、组织、过程和方法。致力于报道临床前的基础研究、转化医学和临床研究的成果。

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