MIT、乳がんの早期検診をより便利にする3Dプリントウェアラブル超音波装置を開発

この投稿は warrior bear によって 2023-8-7 21:37 に最後に編集されました。

2023年8月7日、Antarctic Bearは、MITの研究者が3Dプリントを使用して、乳がんの早期発見に特化した画期的なウェアラブル超音波デバイスを作成したことを知りました。この画期的な発明は、早期の腫瘍検出を促進することで乳がん患者の生存率を向上させることを目的とした 3D プリントアプリケーションの大きな可能性を浮き彫りにしています。

乳がん検出の分野における重要な問題は、予定されたマンモグラフィーの間に発生する腫瘍である中間期がんの発生です。これらの腫瘍は乳がん症例の 20% ～ 30% を占め、通常のスキャンで検出される腫瘍よりも悪性度が高い場合が多いです。この差し迫った問題に触発され、MITメディアラボの准教授であり、この研究の主任著者でもあるカナン・ダグデビレン氏は、ブラジャーにシームレスに統合され、高リスクグループのより頻繁な検査を可能にする診断装置を思いついた。

研究結果は、「深部組織のスキャンと画像化のための適合型超音波乳房パッチ」と題する論文として、科学誌「サイエンス・アドバンス」に掲載された。この研究の目的は、乳がんの診断を容易にし、患者が医療画像診断センターに頻繁に通う必要性をなくすことです。

関連論文リンク: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh5325
がん検診を身近なものに<br /> MITが開発したウェアラブル診断装置はcUSBr-Patchと呼ばれ、包括的な深度スキャンと多角度乳房画像を提供する「ハニカム状の開口部」を備えた柔軟な3Dプリントパッチで構成されています。このパッチはブラジャーに磁石で取り付けられ、超音波スキャナーが装備されているため、ユーザーはいつでも画像を撮影することができます。この小型スキャナーは従来の超音波技術に基づいていますが、圧電材料の使用を開拓し、コンパクトな設計への道を開きました。
リアルタイムモニタリング機能、操作のしやすさ、ブラジャーなどの日常着へのシームレスな統合が特長です。パッチの作成には 3D プリントが重要な役割を果たしました。この自然にインスピレーションを得たデバイスは、Prusa i3 MK3S+ 3D プリンターと、白い TPU (熱可塑性ポリウレタン) と大理石色の PLA (ポリ乳酸) 素材を使用して作成されました。
△ MITの3Dプリントウェアラブル診断パッチ。画像提供：Canan Dagdeviren/MIT。
研究者らが発表した論文によると、このプロセスには複雑な層構造、途中での材料の切り替え、瞬間接着剤による接続の強化などが含まれる。圧着用に設計された特殊な円形磁石がパッチ内に配置され、すべての磁石が均一な方向を向いています。このパッチはさまざまな胸のサイズに対応できるように設計されており、妊娠中にBカップからDカップに移行する参加者に特に適しています。さまざまな磁石（円形と長方形の両方）がパッチ上に戦略的に配置されており、ブラジャーと付属のトラッカーへの接続を容易にします。トラッカーはイメージングアレイの鍵となります。
△ cUSBr-Patchの設計概要。サイエンス・アドバンスより
トラッカー自体は、Elegoo Mars 2 レジンプリンターとアクリロニトリルブタジエンスチレンフォトポリマーレジン材料を使用して印刷され、耐久性を高めるために UV 硬化で後処理されました。安定性のために複数の突起を備えた設計になっており、パッチの磁石と完全に一致する磁石が内蔵されています。これらの磁石は、ブラジャーの生地に縫い付けられた他の磁石とともに、パッチが乳房に正しく配置されるようにします。次に、トラッカーを磁気的にパッチに取り付け、イメージングアレイを適切に誘導できるようにします。
パッチ上のスキャナーは、6つの異なる位置と角度から乳房全体を撮影することができ、特別なトレーニングを必要とせず、ユーザーフレンドリーです。「この技術は、乳がんの検出と早期診断に基本的な機能を提供し、良い結果を達成するための鍵となります」と、MIT工学部学部長であり、電気工学およびコンピューターサイエンスのヴァネヴァー・ブッシュ教授で、この研究の著者の一人であるアナンサ・チャンドラカサン氏は言う。「この研究は、材料、低電力回路、人工知能アルゴリズム、および生物医学システムの進歩を活用して、超音波研究と医療機器設計を大幅に前進させるでしょう。」
概念実証<br /> 研究チームはMITの臨床・トランスレーショナル研究センターと協力し、乳房嚢胞の病歴を持つ被験者を対象にこの装置をテストし、成功した。驚くべきことに、このウェアラブルパッチは、初期段階の腫瘍の典型的な大きさである直径0.3センチメートルほどの嚢胞を検出することができました。これは、この装置の早期検出の可能性を実証するだけでなく、従来の超音波装置と同様の解像度を達成できることも再確認するものです。
「良質で手頃な医療へのアクセスは、早期発見と診断に不可欠です」と、MIT センターの看護部長でこの研究の著者の一人であるキャサリン・リッチャルディ氏は言います。「看護師として、私は診断の遅れがもたらす悪影響を目の当たりにしてきました。この技術は、より信頼性が高く、快適で、より威圧感の少ない診断を提供することで、乳がんの早期発見に対する多くの障壁を打ち破る可能性があります。」
MITは、ブラジャーに取り付けることができる柔軟なパッチを開発しました。これにより、着用者はパッチに沿って超音波トラッカーを動かし、さまざまな角度から乳房組織を撮影することができます。画像提供：Canan Dagdeviren/MIT
今後の展望<br /> 現在のプロトタイプは画像を見るために標準的な超音波装置に接続する必要があるが、MITチームはスマートフォンほどの大きさのよりコンパクトな画像システムの開発に取り組んでいる。彼らのビジョンは自宅で繰り返し使用できるツールであり、乳がんのリスクが高い人や定期的な検査を受ける機会が限られている人にとって特に有益です。
研究者らは、今後の反復で「複数の 1 次元配列を持つサイズをカスタマイズ可能なパッチ」を導入し、手動スキャンの必要性をなくすことを目指しています。長期的な目標は、個人、特にリスクの高い人々が毎日自己検査を実施し、AI分析の結果を含むそのデータを医療専門家に簡単に送信して迅速に検討できるようにすることです。さらに、これらのシステムが無線通信と統合され、継続的な臨床モニタリングと異常の迅速な検出が容易になると予測しています。
△ MITの博士研究員であるカナン・ダグデビレン氏は、家族のベッドサイドに、乳がんリスクの高い女性の検査をより頻繁に行えるようブラジャーに組み込める診断装置の概略図を描いている。画像提供：Canan Dagdeviren/MIT マサチューセッツ総合病院の乳がん外科医トルガ・オズメン氏は、このウェアラブル超音波スキャナーが、女性が画像診断センターまで移動する不便さを回避するのにどのように役立つかを強調しています。「乳がんは女性に最も多く見られるがんで、早期発見すれば非常に治療可能です。画像診断と早期発見の大きな障壁の 1 つは、女性が画像診断センターまで往復しなければならないことです。この快適な超音波パッチは、女性が画像診断センターまで移動する必要性をなくすため、非常に有望な技術です。」
さらに、研究チームは、超音波画像を経時的に分析・比較するための AI の使用を調査しており、これにより、放射線科医が何年も離れて撮影された画像を確認するよりも正確な診断が可能になる可能性がある。もちろん、乳がんの可能性はそれだけではありません。研究チームはこの技術を体の他の部位のスキャンにも応用し、将来的にはがんの早期発見に革命を起こすことを計画している。

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