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放射療法（或者說放療）是對抗幾乎所有癌癥最常見的治療方法之一，但它遠不夠完美。眾所周知，它存在著潛在的副作用，根據腫瘤的位置而有所不同。副作用比較多，包括極度疲勞和出血，以及惡心和嘔吐。不幸的是，這項技術的改進一直很緩慢。隨著癌癥成為全球主要死亡原因，需要進一步研發新的治療方案。

放療使用大劑量的輻射殺死癌細胞，從而縮小腫瘤。這一療法在諸如正電子發射斷層掃描 （PET）、磁共振成像 （MRI） 或計算機斷層掃描 （CT） 等成像掃描找到目標腫瘤后進行。這些圖像幫助醫療專業人員決定將放射束瞄準何處，并確定治療區域。但是，由于這個過程需要兩個步驟，因此迫使醫生在腫瘤周圍增加一個誤差范圍。

Samuel Mazin 博士在 2009 年聯合創立 RefleXion 時，以基于 PET 的算法研究作為起點，著手改變這一現狀。RefleXion 正在開發一種技術，將兩步成像處理過程改為一步。該公司已經開發了一個生物引導放療 （BgRT） 平臺，它將成熟的癌癥成像技術、PET 和放射療法結合在一起。

RefleXion 醫療事務副總裁 Sean Shirvani 博士表示：“因為我們的器官在內部不斷地進行著運動，所以腫瘤會在體內移動。我們的肌肉和內臟會無意識地收縮。我們會吸氣和呼氣。我們的心臟會跳動。隨著這些運動，腫瘤會發生推、拉和旋轉。為了考慮到所有這些運動，目前的放療通常必須指向腫瘤在體內的整個路徑，這可能會對患者造成不利的后果。”

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這種做法會使健康組織受到輻射，從而增加治療產生有害副作用的可能性。隨著實時、綜合成像和治療方法的發展，醫生可以減少誤差范圍，為患者提供更有針對性、更安全的放療。

一個癌細胞發射一個信號。那我們為什么不直接用輻射回擊來消滅它呢？

- Sam Mazin 博士，RefleXion 創始人兼首席技術官

實時鎖定腫瘤

“一個癌細胞發射一個信號。那我們為什么不直接用輻射回擊來消滅它呢？”這是 RefleXion 創始人兼首席技術官 Sam Mazin 博士在其放射學博士后期間提出的問題。“之前沒有人想到這一點，因為需要幾分鐘的時間才能讓足夠的這些信號積累起來，形成癌癥的完整 PET 圖像。人們認為他們必須等待圖像，因此他們不能使用 PET 實時鎖定腫瘤的運動。”

Mazin 的想法是繞過這個圖像的生成過程和等待期，使用 PET 信號直接控制放射束。

Shirvani 說：“如果腫瘤移動，治療也會隨之移動，就像聚光燈一樣。對于患者來說，這意味著副作用更少，生活質量更高，并且減少延誤其他可能必要的治療。”

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阻礙綜合成像和治療平臺發布的一個障礙是實時運行平臺所需的數據和信號處理水平。這類平臺需要計算機處理大量的生物數據，然后相應地調整放射束，這一切都在幾毫秒內完成。這種算法開發和處理水平極其復雜，需要數年時間來完善。

RefleXion 的軟件開發兼首席算法工程師 Yevgen Voronenko 說：“要想搞清楚為什么某樣東西不起作用，就像原先要搞清楚如何構建它一樣困難。這就是為什么我們需要一個像 MathWorks 開發的系統那樣的完整可視化和計算能力。最初，當我們構建復雜的算法時，MATLAB 幫了我們很大的忙，之后，當某樣東西沒有像預期的那樣發揮作用時，它也能幫助進行調試和調查。”

Voronenko 說：“我們還用它來提高計算性能和精度。以引導高強度放射束為目的處理醫學圖像數據需要整個計算鏈具備亞像素精度。只用 C++ 調試器是不可能實現的。”

Voronenko 說，MATLAB 幫助 RefleXion 的團隊快速開發和調試他們的代碼，并處理大量的實際患者數據，從而完善他們的信號處理算法。

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如果腫瘤移動，治療也會隨之移動，就像聚光燈一樣。對于患者來說，這意味著副作用更少，生活質量更高，并且減少延誤其他可能必要的治療。

- Sean Shirvani 博士，RefleXion 醫療事務副總裁

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軟件每 0.01 秒便會就放射束的強度和位置做出決定，同時在同一段時間內處理數百個 PET 信號。

除了新軟件，RefleXion 還必須構建新硬件——將現成的商業部件與定制設計的組件結合起來。RefleXion 設備是一個安裝在旋轉機架上的 X 射線源（線性加速器），連同一個 PET 探測器陣列。RefleXion 旋轉機架的旋轉速度比傳統的放療系統快 60 倍，并且可以從不同的角度形成放射束來擊中腫瘤。

他們的放射束整形設備被稱為多葉準直器，需要從頭設計。在構建設備之前，RefleXion 團隊利用 MathWorks 的 Simulink 輕松高效地檢驗他們的想法。這種方法節省了團隊的時間和資源。

Shirvani 說：“BgRT 的一個優點是，它的治療優勢不僅僅適用于一個腫瘤。一次 PET 注射可以在多個腫瘤上產生相同的歸巢信號，這為晚期患者多個轉移部位的徹底治療提供了可能。”

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在癌癥治療中，一個眾所周知的規則便是“越早越好”，但有時癥狀是如此不易被察覺，使得在早期階段發現疾病變得非常困難。BgRT 可通過在一個療程內治療所有轉移瘤來擴大晚期患者的治療窗口。Shirvani 說：“這讓醫生能夠探究用放療消除所有轉移瘤是否可以提高一些患者的生存率，甚至帶來持久的緩解。”

最初，當我們構建復雜的算法時，MATLAB 幫了我們很大的忙，之后，當某樣東西沒有像預期的那樣發揮作用時，它也能幫助進行調試和調查。

- Yevgen Voronenko，RefleXion 軟件開發兼首席算法工程師

在 10 年的發展過程中，RefleXion 一直在與醫學界合作，為的是了解當前治療過程的利弊，并從醫生那里獲得有關產品的反饋。這項新技術可以融入到機構和醫院現有的放療庫中，使其易于安裝和采用。

下一步是讓生物引導放療獲得美國食品和藥物管理局批準用于臨床。但是 RefleXion 希望，通過使用已經建立的實踐，過程將會順利進行，并且患者很快便會受益于新的治療方法。