新的基于成像的辐射剂量测量方法

使用含有靶向肿瘤的放射性物质的药物治疗某些类型的癌症和其他疾病。然而，这种药物也可以沉积在健康器官中，可能会损害肾脏、肠道或骨髓。

Abhinav Jha 是圣路易斯华盛顿大学 McKelvey 工程学院的生物医学工程师，他实验室的学生和合作者开发了一种测量 α 粒子发射放射性药物治疗分布的方法。阿尔法粒子是一种辐射形式，对高度局部化的细胞具有强大的毒性作用。在各种测试中，他们发现所提出的低计数定量单光子发射计算机断层扫描 (LC-QSPECT) 方法提供了对放射性核素吸收的可靠测量。

研究结果于2022 年 5 月 23 日在线发表在IEEE Transactions on Radiation and Plasma Sciences 上。

该项目始于医学院 Mallinckrodt 放射学研究所放射学副教授 Daniel Thorek 与 Jha 接触，并提出对这些疗法的非常重要的需求。

“出于多种原因，例如对接受过这种治疗的患者的治疗后管理，需要了解有多少药物进入了某个地区，”Jha 说，他的实验室开发了诊断和治疗疾病的计算成像方法。“幸运的是，这些药物还发射伽马射线光子，可以通过断层成像系统 SPECT 捕获。”

该测量数据(称为投影数据)然后可用于生成体内同位素分布的图像，该过程称为图像重建。这提供了一种方法来量化有多少药物去了哪里。然而，这些光子的数量非常少。Jha 说，这使得重建任务非常具有挑战性。

为了解决这个问题，Jha 和 Jha 实验室的博士生 Zekun Li 开发了一种方法，可以直接从 SPECT 投影数据测量不同器官和肿瘤内的摄取，而无需执行重建步骤。这种非常规的量化方法使问题更容易解决。

Jha 也是医学院马林克罗特放射学研究所放射学助理教授，他说虽然基本思想并不新鲜，但这项工作是第一个将其应用于 α 粒子放射药物治疗中的定量 SPECT 的工作，并且是一个步骤。走向一种无重构的量化方法。

该团队使用多个实验评估了他们的方法的有效性。这包括临床上逼真的模拟研究，包括虚拟临床试验，在该试验中，他们模拟了 50 名已扩散到骨骼的前列腺癌患者的成像。第二项研究使用了一个 3D 打印的类人模型，该模型模拟了脊柱内有病变的椎骨。

“我们的目标是测量我们在不同地区测量示踪剂吸收的准确度和精确度，”Jha 说。“当您拥有如此嘈杂的数据时，精度尤其重要。我们发现我们的方法不仅高度准确，性能优于传统方法，而且还非常精确，”Jha 说。

这项工作开辟了计算在这些区域获得的辐射剂量的新领域，并且可能对这种治疗模式产生强烈影响。

“这是一项令人印象深刻的技术壮举，它克服了低灵敏度 SPECT 定量中长期存在的问题，”同时也是生物医学工程和放射肿瘤学教授的 Thorek 说。

接下来，Jha 的实验室正在研究另一种靶向治疗剂钍，钍是一种天然存在的放射性金属，会衰变为镭。李已经开发出一种技术来分离这两种放射性物质并测量它们在体内产生的辐射量。此外，他们正在寻求在不同的 SPECT 系统上验证测量技术，以确定该方法是否可在不同的扫描仪和系统中重现。

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