一步到位阻击肿瘤
信号处理和先进的图像重建改善癌症治疗
放射疗法（或者说放疗）是对抗几乎所有癌症最常见的治疗方法之一，但它远不够完美。众所周知，它存在着潜在的副作用，根据肿瘤的位置而有所不同。副作用比较多，包括极度疲劳和出血，以及恶心和呕吐。不幸的是，这项技术的改进一直很缓慢。随着癌症成为全球主要死亡原因，需要进一步研发新的治疗方案。
放疗使用大剂量的辐射杀死癌细胞，从而缩小肿瘤。这一疗法在诸如正电子发射断层扫描 (PET)、磁共振成像 (MRI) 或计算机断层扫描 (CT) 等成像扫描找到目标肿瘤后进行。这些图像帮助医疗专业人员决定将放射束瞄准何处，并确定治疗区域。但是，由于这个过程需要两个步骤，因此迫使医生在肿瘤周围增加一个误差范围。
Samuel Mazin 博士在 2009 年联合创立 RefleXion 时，以基于 PET 的算法研究作为起点，着手改变这一现状。RefleXion 正在开发一种技术，将两步成像处理过程改为一步。该公司已经开发了一个生物引导放疗 (BgRT) 平台，它将成熟的癌症成像技术、PET 和放射疗法结合在一起。
RefleXion 医疗事务副总裁 Sean Shirvani 博士表示：“因为我们的器官在内部不断地进行着运动，所以肿瘤会在体内移动。我们的肌肉和内脏会无意识地收缩。我们会吸气和呼气。我们的心脏会跳动。随着这些运动，肿瘤会发生推、拉和旋转。为了考虑到所有这些运动，目前的放疗通常必须指向肿瘤在体内的整个路径，这可能会对患者造成不利的后果。”
这种做法会使健康组织受到辐射，从而增加治疗产生有害副作用的可能性。随着实时、综合成像和治疗方法的发展，医生可以减少误差范围，为患者提供更有针对性、更安全的放疗。
“一个癌细胞发射一个信号。那我们为什么不直接用辐射回击来消灭它呢？”
实时锁定肿瘤
“一个癌细胞发射一个信号。那我们为什么不直接用辐射回击来消灭它呢？”这是 RefleXion 创始人兼首席技术官 Sam Mazin 博士在其放射学博士后期间提出的问题。“之前没有人想到这一点，因为需要几分钟的时间才能让足够的这些信号积累起来，形成癌症的完整 PET 图像。人们认为他们必须等待图像，因此他们不能使用 PET 实时锁定肿瘤的运动。”
Mazin 的想法是绕过这个图像的生成过程和等待期，使用 PET 信号直接控制放射束。
Shirvani 说：“如果肿瘤移动，治疗也会随之移动，就像聚光灯一样。对于患者来说，这意味着副作用更少，生活质量更高，并且减少延误其他可能必要的治疗。”
阻碍综合成像和治疗平台发布的一个障碍是实时运行平台所需的数据和信号处理水平。这类平台需要计算机处理大量的生物数据，然后相应地调整放射束，这一切都在几毫秒内完成。这种算法开发和处理水平极其复杂，需要数年时间来完善。
RefleXion 的软件开发兼首席算法工程师 Yevgen Voronenko 说：“要想搞清楚为什么某样东西不起作用，就像原先要搞清楚如何构建它一样困难。这就是为什么我们需要一个像 MathWorks 开发的系统那样的完整可视化和计算能力。最初，当我们构建复杂的算法时，MATLAB 帮了我们很大的忙，之后，当某样东西没有像预期的那样发挥作用时，它也能帮助进行调试和调查。”
Voronenko 说：“我们还用它来提高计算性能和精度。以引导高强度放射束为目的处理医学图像数据需要整个计算链具备亚像素精度。只用 C++ 调试器是不可能实现的。”
Voronenko 说，MATLAB® 帮助 RefleXion 的团队快速开发和调试他们的代码，并处理大量的真实患者数据，从而完善他们的信号处理算法。
“如果肿瘤移动，治疗也会随之移动，就像聚光灯一样。对于患者来说，这意味着副作用更少，生活质量更高，并且减少延误其他可能必要的治疗。”
软件每 0.01 秒便会就放射束的强度和位置做出决定，同时在同一段时间内处理数百个 PET 信号。
除了新软件，RefleXion 还必须构建新硬件——将现成的商业部件与定制设计的组件结合起来。RefleXion 设备是一个安装在旋转机架上的 X 射线源（线性加速器），连同一个 PET 探测器阵列。RefleXion 旋转机架的旋转速度比传统的放疗系统快 60 倍，并且可以从不同的角度形成放射束来击中肿瘤。
他们的放射束整形设备被称为多叶准直器，需要从头设计。在构建设备之前，RefleXion 团队利用 MathWorks 的 Simulink® 轻松高效地检验他们的想法。这种方法节省了团队的时间和资源。
Shirvani 说：“BgRT 的一个优点是，它的治疗优势不仅仅适用于一个肿瘤。一次 PET 注射可以在多个肿瘤上产生相同的归巢信号，这为晚期患者多个转移部位的彻底治疗提供了可能。
在癌症治疗中，一个众所周知的规则便是“越早越好”，但有时症状是如此不易被察觉，使得在早期阶段发现疾病变得非常困难。BgRT 可通过在一个疗程内治疗所有转移瘤来扩大晚期患者的治疗窗口。Shirvani 说：“这让医生能够探究用放疗消除所有转移瘤是否可以提高一些患者的生存率，甚至带来持久的缓解。”
“最初，当我们构建复杂的算法时，MATLAB 帮了我们很大的忙，之后，当某样东西没有像预期的那样发挥作用时，它也能帮助进行调试和调查。”
在 10 年的发展过程中，RefleXion 一直在与医学界合作，为的是了解当前治疗过程的利弊，并从医生那里获得有关产品的反馈。这项新技术可以融入到机构和医院现有的放疗库中，使其易于安装和采用。
下一步是让生物引导放疗获得美国食品和药物管理局批准用于临床。但是 RefleXion 希望，通过使用已经建立的实践，过程将会顺利进行，并且患者很快便会受益于新的治疗方法。
