Wczesne wykrycie raka piersi ma kluczowe znaczenie dla skuteczności leczenia, jednak coroczne badania mammograficzne nie zawsze pozwalają wykryć wszystkie nowotwory na odpowiednio wczesnym etapie. Szczególnym wyzwaniem są tzw. nowotwory interwałowe, które rozwijają się pomiędzy kolejnymi badaniami przesiewowymi. Zespół badaczy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracował przenośny system ultrasonograficzny nowej generacji, który może umożliwić wykonywanie wysokiej jakości obrazowania piersi znacznie częściej – także poza gabinetem lekarskim. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Nature Communications.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak działa przenośny system ultrasonograficzny opracowany przez naukowców z MIT i czym różni się od tradycyjnych aparatów USG,
- Dlaczego nowotwory interwałowe stanowią wyzwanie w diagnostyce raka piersi i jak częstsze obrazowanie może wspierać ich wcześniejsze wykrywanie,
- Jakie rozwiązania technologiczne pozwoliły zwiększyć rozdzielczość obrazów oraz ułatwić samodzielne wykonywanie badania,
- jakie zastosowania nowa technologia może znaleźć w przyszłości
Nowa technologia ma zwiększyć dostępność diagnostyki piersi
Nowe rozwiązanie opracowane przez badaczy z MIT bazuje na kompaktowym systemie ultrasonograficznym generującym trójwymiarowe obrazy piersi o wysokiej rozdzielczości. W przeciwieństwie do klasycznych aparatów USG urządzenie zostało zaprojektowane tak, aby mogły z niego korzystać również osoby bez specjalistycznego przeszkolenia.
Zdaniem autorów badania ta technologia medyczna może znaleźć zastosowanie zarówno podczas regularnej kontroli kobiet z grup podwyższonego ryzyka, jak i w monitorowaniu pacjentek po leczeniu raka piersi. Co ważne, system ma potencjał do wykonywania badań nie tylko w placówkach medycznych, ale również w warunkach domowych.
Dlaczego sama mammografia nie zawsze wystarcza?
Mammografia pozostaje podstawowym badaniem przesiewowym w kierunku raka piersi. Jednak nawet regularne wykonywanie badań raz w roku nie eliminuje ryzyka pojawienia się nowotworu pomiędzy kolejnymi kontrolami. Tak zwane nowotwory interwałowe:
- stanowią od 20 do 30 proc. wszystkich przypadków raka piersi,
- często rozwijają się szybciej niż nowotwory wykrywane podczas badań przesiewowych,
- zwykle charakteryzują się większą agresywnością.
Problem ten jest szczególnie istotny u kobiet z gęstą tkanką piersi, u których skuteczność mammografii może być ograniczona. To właśnie potrzeba częstszego i bardziej dostępnego monitorowania była impulsem do opracowania nowego rozwiązania.
Inspiracją była osobista historia badaczki
Pomysł stworzenia przenośnego systemu ultrasonograficznego narodził się po osobistej tragedii głównej autorki badań, Canan Dagdeviren, adiunkt w Katedrze Sztuk Mediów i Nauk Ścisłych MIT.
Po śmierci swojej ciotki z powodu raka piersi w 2015 roku badaczka rozpoczęła prace nad technologią, która mogłaby umożliwić wcześniejsze wykrywanie zmian nowotworowych oraz częstsze wykonywanie badań obrazowych. Efektem tych prac był kompaktowy system wykorzystujący niewielką sondę ultradźwiękową połączoną z modułem przetwarzania danych wielkości niewielkiego smartfona.
Jak działa nowy system ultrasonograficzny?
Technologia wykorzystuje niewielką sondę ultradźwiękową współpracującą z modułem przetwarzającym dane. System pozwala uzyskać trójwymiarowy obraz całej piersi poprzez wykonanie skanów jedynie w dwóch lub trzech lokalizacjach. Nowa wersja urządzenia została dodatkowo wyposażona w rozwiązania poprawiające zarówno jakość obrazów, jak i komfort użytkowania.
Wyższa rozdzielczość dzięki nowym rozwiązaniom technologicznym
Jednym z najważniejszych udoskonaleń jest zastosowanie specjalnej warstwy podkładowej w przetworniku ultradźwiękowym. Warstwa ta:
- poprawia skupienie fal ultradźwiękowych,
- zwiększa zakres wykorzystywanych częstotliwości,
- ogranicza szumy akustyczne i elektryczne,
- pozwala uzyskać wyraźniejsze obrazy.
Jak podkreśla Md Osman Goni Nayeem:
Dzięki warstwie podkładowej urządzenie generuje dokładniejsze i ostrzejsze obrazy, a zakres częstotliwości roboczych jest szerszy.
Algorytm poprawia jakość obrazowania
Drugim istotnym elementem systemu jest nowy algorytm odpowiedzialny za adaptacyjne formowanie wiązki ultradźwiękowej. Rozwiązanie analizuje właściwości różnych tkanek, takich jak skóra czy tkanka tłuszczowa, a następnie dostosowuje sposób rekonstrukcji obrazu. Jak wyjaśnia Shrihari Viswanath:
Staramy się przewidzieć właściwości dźwięku tkanki, którą obrazujemy, a następnie wykorzystać tę wiedzę do dokładniejszej rekonstrukcji obrazu. Obserwujemy nawet 10-procentową poprawę rozdzielczości dzięki zastosowaniu tej techniki.
Lepsza jakość obrazów może ułatwiać wykrywanie:
- niewielkich guzów,
- torbieli,
- mikrozwapnień,
- innych zmian wymagających dalszej diagnostyki.
Intuicyjny interfejs pozwala korzystać z urządzenia osobom bez doświadczenia
Jednym z największych wyzwań klasycznej ultrasonografii jest konieczność wykonywania badania przez wykwalifikowanego operatora. Badacze postanowili wyeliminować tę barierę, projektując nowoczesny interfejs użytkownika oparty na analizie obrazu. Podczas wykonywania badania system na bieżąco pokazuje użytkownikowi, w którym miejscu należy umieścić sondę. Jak podkreśla Canan Dagdeviren:
W każdym interwale czasowym interfejs komputerowy naprowadza użytkownika na ustawienie urządzenia dokładnie w tym samym miejscu, co jest ważne dla monitorowania danej tkanki w kierunku wzdłużnym. Jest to bardzo intuicyjne i dość łatwe w obsłudze.
Takie rozwiązanie ma szczególne znaczenie podczas wielomiesięcznego monitorowania tych samych zmian.
Badania potwierdziły skuteczność systemu
Naukowcy przeprowadzili serię testów z udziałem osób, które wcześniej nie miały doświadczenia z ultrasonografią. W jednym z eksperymentów:
- udział wzięło 10 ochotników,
- uczestnicy mieli odnaleźć niewielkie cele umieszczone w fantomie imitującym tkankę piersi,
- korzystając z nowego systemu osiągnęli wyższą skuteczność niż podczas pracy z klasyczną sondą ultrasonograficzną.
W kolejnym badaniu obejmującym siedem osób oceniano możliwość wielokrotnego ustawienia sondy dokładnie w tym samym miejscu. Badacze wykazali, że użytkownicy byli w stanie prawidłowo powtarzać pozycję urządzenia podczas kolejnych skanów. Jak wyjaśnia Hyeokjun Yoon:
Tradycyjnie do przesuwania sondy wokół piersi potrzebny jest operator, ale stworzyliśmy interfejs oparty na wizji komputerowej, który pozwala użytkownikom samodzielnie to zrobić. Jest on bardzo przyjazny dla użytkownika i wyświetla obraz na żywo na ekranie.
Zastosowanie nie ogranicza się do raka piersi
Autorzy projektu podkreślają, że technologia może znaleźć znacznie szersze zastosowanie. Obecnie trwają prace nad dalszym zmniejszeniem urządzenia oraz stworzeniem wersji współpracującej ze smartfonami i tabletami. W przyszłości rozwiązanie mogłoby być wykorzystywane również do:
- diagnostyki raka jajnika,
- monitorowania endometriozy,
- obserwacji rozwoju płodu,
- obrazowania innych tkanek miękkich.
Jak podkreśla Canan Dagdeviren:
Technologia ta jest tak wszechstronna, że można ją stosować do obrazowania dowolnych tkanek miękkich, od raka jajnika po pomiar postępu endometriozy i monitorowanie płodu.
Większa dostępność diagnostyki może poprawić wykrywalność nowotworów
Jednym z najważniejszych potencjalnych zastosowań nowej technologii jest zwiększenie dostępności badań obrazowych. W wielu regionach świata liczba specjalistów wykonujących badania ultrasonograficzne pozostaje niewystarczająca. Możliwość samodzielnego wykonywania wysokiej jakości obrazowania mogłaby poprawić dostęp do diagnostyki, szczególnie u kobiet wymagających częstych kontroli.
Badacze planują komercjalizację technologii poprzez utworzenie spółki rozwijającej urządzenie i przygotowanie go do zastosowań klinicznych.
Główne wnioski
- Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowali przenośny system ultrasonograficzny generujący trójwymiarowe obrazy piersi o wysokiej rozdzielczości, który może być wykorzystywany także przez osoby bez doświadczenia w ultrasonografii.
- Nowa technologia poprawia jakość obrazowania dzięki warstwie podkładowej przetwornika oraz algorytmowi adaptacyjnego formowania wiązki, co pozwoliło uzyskać nawet 10-procentową poprawę rozdzielczości obrazów.
- W badaniach z udziałem 10 ochotników nowy system umożliwił skuteczniejsze wykrywanie niewielkich zmian w modelu tkanki, a testy z udziałem 7 osób potwierdziły możliwość precyzyjnego powtarzania badań w tej samej lokalizacji.
- Autorzy projektu przewidują, że technologia może wspierać wczesne wykrywanie raka piersi, monitorowanie leczenia, diagnostykę raka jajnika, endometriozy oraz monitorowanie płodu, zwiększając jednocześnie dostęp do badań ultrasonograficznych.
Źródło:
- https://news.mit.edu/2026/portable-ultrasound-system-could-make-reliable-breast-imaging-more-accessible-0701
- https://www.nature.com/articles/s41467-026-74708-3
