客观日本

富士通开发出采用模拟量子计算的技术,可快速制定脑肿瘤治疗方案

2021年04月16日 生物医药

日本富士通研究所开发出了一种技术,通过模拟下一代计算机“量子计算机”,让普通计算机能快速制定脑肿瘤放射治疗的方案。指定治疗方案的时间最多可缩短至医生制定方案的百分之一左右。能减轻佩戴治疗器具等待的患者的负担,还可以减少医生的工作时间。该公司计划将其作为专用软件进行销售。

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富士通研究所用来制定脑肿瘤治疗方案的“数字退火器”的芯片(图片由富士通提供)

采用放射线“伽玛(γ)射线”的“伽玛刀”无需开颅就能直接照射脑肿瘤。通过从不同方向照射192条γ射线光源,就可以锁定患处进行照射。由于γ射线照射到大脑正常部位的话,可能会对人的认知功能和身体机能产生不良影响,因此要分成多次仔细照射γ射线。

该技术首先利用计算机断层扫描装置(CT)和磁共振成像装置(MRI)准确确认脑肿瘤的形状,然后制定治疗方案。以前是由医生参考专用软件的计算结果,根据经验决定从哪个角度照射γ射线以及照射多大的范围。

以前制定治疗方案需要约1.5~3个小时的时间。在此期间,患者要打好麻药并佩戴着固定头部位置的器具等待。医生和照看患者的护士的负担也很大。

此次,富士通研究所采用了“数字退火器(Digital Annealer)”技术,利用普通计算机模拟再现了量子计算机的功能。该技术没有实现量子(量子计算机的基础)的特殊行为,而是利用数字电路进行相似的处理。

该技术可以同时尝试多种γ射线照射部位的组合。在大约两分钟内就能制定出一个最佳的治疗方案,既可以向脑肿瘤照射提供充足的剂量,又可以减少对健康部位的照射。

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与该团队合作开展联合研究的加拿大多伦多大学在49名“听神经瘤”(脑肿瘤的一种)患者的数据上测试了该系统的性能。模拟实验确认,与以往的治疗方案相比,能以同样的精度瞄准肿瘤照射。今后将确认其他类型的脑肿瘤是否也可以利用该技术制定治疗方案。

在普通计算机上模拟量子计算机功能的技术,也是日本政府量子创新战略的一个重点。预计被称为“门型”的真正的量子计算机要到2050年前后才能解决实际问题,因为开发很耗费时间。

像数字退火器一样,受到量子计算机启发的计算技术很可能首先在医疗、新药开发和化学等研究领域中率先普及。

日文:草盐拓郎、《日经产业新闻》,2021年4月5日
中文:JST客观日本编辑部

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