برای افرادی که در معرض خطر بالای ابتلا به سرطان سینه هستند، اسکن سونوگرافی مکرر می تواند به تشخیص زودهنگام تومورها کمک کند. محققان MIT اکنون یک سیستم سونوگرافی کوچک ساخته اند که می تواند انجام سونوگرافی پستان را در خانه یا مطب آسان تر کند.
سیستم جدید شامل یک کاوشگر اولتراسوند کوچک است که به یک ماژول جمع آوری و پردازش متصل است که کمی بزرگتر از یک گوشی هوشمند است. این سیستم را می توان در حین حرکت و هنگام اتصال به لپ تاپ برای بازتولید و نمایش تصاویر سه بعدی با زاویه دید عریض در زمان واقعی استفاده کرد.
Canan Dağdeviren، دانشیار هنر و علوم رسانه در MIT و نویسنده ارشد این مطالعه میگوید: «همه چیز فشردهتر است و این میتواند استفاده از آن را در مناطق روستایی یا افرادی که ممکن است با چنین فناوریهایی دارای معلولیت هستند، آسانتر کند.
او میگوید که با این سیستم، تومورهای بیشتری را میتوان زودتر تشخیص داد و شانس درمان موفقیتآمیز را افزایش میدهد.
کالین مارکوس دکترای ۲۵ و محقق سابق پسادکتری MIT، عثمان گونی نیم، نویسندگان اصلی مقاله هستند. در مجله ظاهر می شود مواد پیشرفته بهداشتی. سایر نویسندگان مقاله دانشجویان فارغ التحصیل MIT Aastha Shah، Jason Hou، و Shrihari Viswanath هستند. مایا اوسبیو، کارآموز تابستانی MIT و دانشجوی کارشناسی دانشگاه مرکزی فلوریدا؛ دیوید صدات، متخصص تحقیقات آزمایشگاه رسانه MIT; آنانتا چاندراکاسان، صدراعظم MIT؛ و تولگا اوزمن، جراح سرطان سینه در بیمارستان عمومی ماساچوست.
مشاهده مکرر
در حالی که بسیاری از تومورهای پستان از طریق ماموگرافی های معمول با استفاده از اشعه ایکس شناسایی می شوند، تومورها می توانند بین ماموگرافی سالانه ایجاد شوند. این تومورها که به عنوان سرطان های فاصله ای شناخته می شوند، ۲۰ تا ۳۰ درصد از کل موارد سرطان سینه را تشکیل می دهند و نسبت به مواردی که در غربالگری های معمول یافت می شوند، تهاجمی تر هستند.
تشخیص زودهنگام این تومورها حیاتی است: زمانی که سرطان سینه در مراحل اولیه تشخیص داده شود، میزان بقا تقریباً به ۱۰۰ درصد می رسد. با این حال، در تومورهایی که در مراحل بعدی شناسایی می شوند، این میزان به حدود ۲۵ درصد کاهش می یابد.
برای برخی افراد، غربالگریهای سونوگرافی مکرر علاوه بر ماموگرافیهای معمولی ممکن است به افزایش تعداد تومورهای شناسایی شده در مراحل اولیه کمک کند. در حال حاضر، سونوگرافی معمولاً برای اهداف پیگیری تنها در صورتی انجام میشود که ماموگرافی مناطق نگرانکننده را نشان دهد. دستگاه های سونوگرافی که برای این منظور استفاده می شوند، بزرگ و گران هستند و برای کار با آنها به تکنسین های آموزش دیده نیاز دارند.
Viswanath می گوید: “شما برای استفاده از این ماشین ها به تکنسین های سونوگرافی ماهر نیاز دارید، که مانع بزرگی برای دسترسی به سونوگرافی در جوامع روستایی یا کشورهای در حال توسعه است که رادیولوژیست های ماهر زیادی وجود ندارد.”
با ایجاد سیستمهای اولتراسوند که قابل حمل و استفاده آسانتر هستند، تیم MIT امیدوار است که اسکن اولتراسوند مکرر را برای افراد بیشتری در دسترس قرار دهد.
در سال ۲۰۲۳، Dağdeviren و همکارانش مجموعهای از مبدلهای اولتراسوند را توسعه دادند که در یک پچ انعطافپذیر ادغام شده بود که میتوان آن را به سوتین متصل کرد. این به کاربر این امکان را می دهد تا یک ردیاب اولتراسوند را در سراسر چسب حرکت دهد و بافت سینه را از زوایای مختلف مشاهده کند.
این تصاویر دوبعدی را می توان برای ایجاد یک نمایش سه بعدی از بافت ترکیب کرد، اما ممکن است شکاف های کوچکی در پوشش وجود داشته باشد که امکان نادیده گرفتن ناهنجاری های کوچک را فراهم می کند. علاوه بر این، برای نمایش تصاویر، این آرایه مبدل باید به یک دستگاه پردازش معمولی، گران قیمت و به اندازه یخچال متصل می شد.
در مطالعه جدید خود، محققان تصمیم گرفتند یک آرایه اولتراسوند اصلاح شده ایجاد کنند که کاملاً قابل حمل است و می تواند تنها با اسکن دو یا سه مکان، یک تصویر سه بعدی از کل سینه ایجاد کند.
سیستم جدیدی که آنها توسعه دادند، یک سیستم جمع آوری داده های چیرپی (cDAQ) است که از یک کاوشگر اولتراسوند و یک مادربرد که داده ها را پردازش می کند، تشکیل شده است. اندکی کوچکتر از یک دسته کارت، کاوشگر حاوی یک آرایه اولتراسوند است که در یک مربع خالی مرتب شده است. این پیکربندی است که به آرایه اجازه می دهد تا تصاویر سه بعدی از بافت زیر بگیرد.
این داده ها توسط مادربرد پردازش می شود که کمی بزرگتر از یک گوشی هوشمند است و هزینه ساخت آن فقط حدود ۳۰۰ دلار است. تمام وسایل الکترونیکی مورد استفاده در مادربرد به صورت تجاری در دسترس هستند. مادربرد را می توان برای نمایش تصاویر به لپ تاپ متصل کرد و کل سیستم را قابل حمل می کند.
چاندراکاسان میگوید: «سیستمهای سونوگرافی سه بعدی سنتی به تجهیزات الکترونیکی گران قیمت و حجیم نیاز دارند که استفاده از آنها را به بیمارستانها و کلینیکهای پیشرفته محدود میکند. با طراحی مجدد سیستم بهگونهای که بسیار پراکنده و کارآمد در مصرف انرژی باشد، این ابزار تشخیصی قدرتمند را میتوان از اتاق تصویربرداری خارج کرد و به یک فرم فاکتور پوشیدنی تبدیل کرد که میتواند برای بیماران در همه جا قابل دسترسی باشد.
این سیستم همچنین نسبت به یک دستگاه سونوگرافی سنتی انرژی بسیار کمتری مصرف می کند، بنابراین می توان آن را با منبع تغذیه ۵ ولت DC (یک باتری یا یک آداپتور AC/DC که برای اتصال دستگاه های الکترونیکی کوچک مانند مودم یا بلندگوهای قابل حمل استفاده می شود) تغذیه کرد.
Nayeem می گوید: «تصویربرداری اولتراسوند مدت هاست که به بیمارستان ها محدود شده است. برای فراتر از محیط بیمارستان، ما کل معماری را با معرفی یک فرآیند جدید تولید اولتراسوند طراحی مجدد کردیم تا این فناوری مقیاس پذیر و کاربردی باشد.
تشخیص زودهنگام
محققان این سیستم جدید را روی یک زن ۷۱ ساله با سابقه کیست سینه آزمایش کردند. آنها دریافتند که این سیستم می تواند به طور دقیق از کیست ها تصویربرداری کند و تصویری سه بعدی از بافت بدون هیچ شکافی ایجاد کند.
این سیستم میتواند بافت را تا عمق ۱۵ سانتیمتری و همچنین کل سینه را از دو یا سه نقطه تصویر کند. از آنجایی که دستگاه اولتراسوند مانند یک پروب سونوگرافی معمولی بدون فشار دادن به بافت روی پوست مینشیند، هیچ اعوجاجی در تصاویر وجود ندارد.
Dağdeviren میگوید: «با فناوری ما، شما آن را به آرامی روی بافت قرار میدهید و میتواند کیستها را در محل اصلی و اندازه اصلیشان تصویر کند.
تیم تحقیقاتی در حال حاضر در حال انجام یک کارآزمایی بالینی بزرگتر در مرکز تحقیقات بالینی و ترجمه MIT و MGH است.
محققان همچنین در حال کار بر روی یک نسخه حتی کوچکتر و به اندازه ناخن انگشت از سیستم پردازش داده هستند. با اتصال آن به گوشی هوشمندی که می توان از آن برای تجسم تصاویر استفاده کرد، آنها امیدوارند که کل سیستم را کوچکتر و استفاده آسان تر کنند. آنها همچنین قصد دارند یک اپلیکیشن گوشی هوشمند توسعه دهند که از یک الگوریتم هوش مصنوعی برای هدایت بیمار به بهترین موقعیت برای قرار دادن کاوشگر اولتراسوند استفاده کند.
در حالی که نسخه فعلی دستگاه را می توان به راحتی برای استفاده در مطب پزشک تطبیق داد، محققان امیدوارند که در آینده بتوان نسخه کوچکتر آن را در یک حسگر پوشیدنی گنجاند که می تواند در خانه توسط افرادی که در معرض خطر ابتلا به سرطان سینه هستند استفاده شود.
Dağdeviren در حال حاضر با حمایت MIT HEALS Deshpande Momentum Fellowship، MIT Martin Trust Center for Entrepreneurship و MIT Media Lab WHx Women’s Health Innovation Fund در حال کار برای راه اندازی شرکتی برای کمک به تجاری سازی این فناوری است.
این تحقیق توسط جایزه شغلی بنیاد ملی علوم، جایزه هیئت علمی 3M Non-Tenure، بنیاد لیدا هیل و کنسرسیوم آزمایشگاه رسانه MIT تامین شد.