一些类型的癌症和其他疾病是用一种含有针对肿瘤的放射性物质的药物来治疗的。然而，该药物也可以沉积在健康的器官中，潜在地损害肾脏、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疗法分布的方法。α粒子是一种辐射形式，对高度局部化的细胞具有强烈的毒性作用。在各种测试中，他们发现拟议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摄取的可靠测量。

研究结果于2022年5月23日在线发表在《IEEE辐射和等离子科学汇刊》上。

当医学院Mallinckrodt放射学研究所的放射学副教授Daniel Thorek向Jha提出对这些疗法的重要需求时，该项目开始了。

“出于多种原因，需要知道有多少药物进入了某个区域，例如对接受这种治疗的患者的治疗后管理，”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，这些药物还会发射伽马射线光子，可以被断层成像系统SPECT捕获。”

然后，这些测量数据(称为投影数据)可用于生成体内同位素分布的图像，这一过程称为图像重建。这提供了一种方法来量化药物的去向和计量。然而，这些光子的数量非常少。杰哈说，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，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。这种非传统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研究所的放射学助理教授，他说，虽然这一基本思想并不新鲜，但这项工作是首次将其应用于α粒子放射药物治疗中的定量SPECT，是朝着无重建量化方法迈出的一步。

研究小组通过多次实验评估了他们的方法的有效性。这包括临床真实模拟研究，包括一项虚拟临床试验，其中他们模拟了50名前列腺癌扩散到骨骼的患者的成像。第二项研究使用了3D打印的仿人模型，该模型模拟了脊椎内有病变的椎骨。

“我们的目标是测量我们能够测量不同区域示踪剂吸收的准确度和精确度，”Jha说。“当你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精度高，优于传统方法，而且精度也很高，”杰哈说。

这项工作为计算在这些区域获得的辐射剂量开辟了新的领域，并可能对这种治疗模式产生重大影响。

生物医学工程和放射肿瘤学教授Thorek说：“这是一项令人印象深刻的技术壮举，克服了低灵敏度SPECT定量方面的长期问题。”

接下来，Jha的实验室正在研究一种不同的靶向治疗剂，钍，一种自然产生的放射性金属，可以衰变为镭。Li发明了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，他们希望在不同的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上重复。