质子治疗不同于传统放射治疗，具有独有的“布拉格峰”(Bragg Peak)能够使用相对高剂量实现对肿瘤高精度的定向杀灭，同时对周边健康组织的伤害达到最低。虽然目前全球多家质子治疗设备商都在积极研究在线监测技术，但目前尚无可临床使用的产品。

近期，国际顶级医学物理期刊Medical Physics和Physics in Medicine and Biology发表了武汉大学医学物理团队的多项研究成果。团队首次提出了基于人工智能的个性化在线剂量监测方案，成功利用质子在病灶内诱导产生的核信号和声波信号，来进行质子治疗过程中的实时监测，有效地解决了射程不确定性的难题。论文通讯作者为武汉大学物理科学与技术学院彭浩教授，第一作者分别为武汉大学医学物理专业学生：胡宗晟、马赛群、姚松焕。研究项目合作者包括上海质子重离子医院陆嘉德教授、深圳质子医院王越男教授、武汉协和医院质子中心梁志文教授。

团队通过采集质子束在病人体内诱导产生的核信号和声波信号，并结合病人诊断影像提供的组织结构信息，创新性地利用人工智能和信号处理方法，实现了个性化的建模和预测。和传统解决方案相比，基于AI的监测不仅可以提高验证的效率和精度(定位误差：<1 mm，剂量误差：5%)，也大幅降低了验证所需时间和硬件复杂度，并且为实现自适应质子治疗打下了基础。

基于递归神经网络RNN、核信号和病人CT图像的三维剂量验证方案(图片来自参考文献1)

基于生成对抗网络GAN、核信号和病人CT图像的三维剂量验证方案(图片来自参考文献2)

基于递归神经网络RNN、声波信号和小波变换的三维剂量验证方案(图片来自参考文献3)

全球质子治疗中心和治疗患者数目的年增长速度超过13%。虽然目前大部分质子中心集中在美日欧等地区，中国及其他亚洲国家也已经加入到高速建设质子中心的行列。更多关于全球及国内质子治疗中心的情况，请见质子中国往期报道《最新全球已运营质子重离子治疗中心汇总(截至2020年5月)》、《2019年我国质子重离子治疗项目汇总表》。

随着中国在健康领域的投入力度不断加大以及质子治疗相关的保险产品不断丰富，质子治疗将会得到更大的普及。作为一项新兴放疗技术，质子治疗的推广也面临诸多挑战。其中亟待解决的两大痛点之一是缺乏实时有效的在线监测方法，治疗精准度受到影响。痛点之二是质子治疗周期长、基于水模的治疗后验证方案耗时耗力，治疗和运营费用高。武大医学物理团队的这些突破性研究成果将能有效的解决这些痛点，在以下四个方面帮助到患者和质子中心：提高治愈率、缩短治疗周期、降低治疗费用和增加医院运营收入。