მკერდის კიბოს ვიზუალიზაციის ახალი ტექნოლოგია, რომელიც იყენებს მიკროტალღებს რენტგენის ნაცვლად სარძევე ჯირკვლის სიმსივნეების გამოსავლენად, შეიმუშავეს ჩრდილოდასავლეთის უნივერსიტეტის მკვლევარები, Wisconsin-Madison-ის უნივერსიტეტი და Interstitial, Inc., ევანსტონში დაფუძნებული სტარტაპ კომპანია..
ახალი მიკროტალღური ტექნოლოგია დაფუძნებულია ფუნდამენტურად განსხვავებულ პრინციპზე, ვიდრე რენტგენის მამოგრაფია, რომელიც ჩრდილავს პოტენციურ სიმსივნეებს მაღალენერგეტიკული მაიონებელი გამოსხივების გავლის გზით მაღალ შეკუმშულ მკერდში, რათა გამოაშკარავდეს ფილმი მეორე მხარეს. ამის საპირისპიროდ, მიკროტალღური მიდგომა იყენებს მინიატურულ ანტენას, რომელიც აკავშირებს კანის ზედაპირს, რათა აბრუნოს ძალიან დაბალი ენერგიის, არაიონებელი მიკროტალღური პულსი პოტენციური სიმსივნეებიდან.მკერდის შეკუმშვა არ არის საჭირო.
"ჩვენ არსებითად ვქმნით მკერდის სიმსივნის რადარს", - თქვა ალენ ტაფლოვმა, ელექტრო და კომპიუტერული ინჟინერიის პროფესორმა Northwestern-ის რობერტ რ. მაკკორმიკის საინჟინრო და გამოყენებითი მეცნიერების სკოლაში. ტაფლოვმა წარმართა მიკროტალღური სენსორის ვრცელი სუპერკომპიუტერის მოდელირება და ხელი შეუწყო ტექნოლოგიის განვითარებას. "ჩვენ გვჯერა, რომ ამ ტექნოლოგიას აქვს პოტენციალი შეავსოს რენტგენის მამოგრაფია სიმსივნეების აღმოჩენით, რომლებიც უხილავია რენტგენის სხივებისთვის, რენტგენის ზემოქმედებისა და პოტენციურად არასასიამოვნო მკერდის შეკუმშვის თავიდან აცილების გზით."
მეცნიერები ეძებდნენ სკრინინგსა და დიაგნოსტიკურ მეთოდებს, რომლებიც შეიძლება გააუმჯობესონ რენტგენის მამოგრაფია. კიბოს ეროვნული ინსტიტუტის თანახმად, რენტგენის მამოგრამა გამოტოვებს ავთვისებიანი სიმსივნეების 10-დან 30 პროცენტამდე. ბევრი საეჭვო მასა, რომელსაც ისინი აღმოაჩენენ, კეთილთვისებიანი აღმოჩნდება - ძვირადღირებული და ინვაზიური ბიოფსიების შემდეგ. ულტრაბგერითი, MRI და მკერდის ოპტიკური გამოსახულების ახალი ტექნიკა ზოგადად არ არის გათვალისწინებული, როგორც ჯანსაღი ქალების წინა ხაზის სკრინინგის მეთოდები.
უაღრესად მგრძნობიარე მიკროტალღური გამოვლენა შეიძლება დაეხმაროს ძუძუს კიბოს სიკვდილიანობის შემცირებას ავთვისებიანი სიმსივნეების გაფრთხილებით ძალიან ადრეულ ეტაპზე. მოსალოდნელმა დაბალმა და უმტკივნეულო აპლიკაციამ შეიძლება გამოსადეგი გახადოს რუტინული სკრინინგისთვის. დეტალური კომპიუტერული სიმულაციები და ლაბორატორიული საჩვენებელი სენსორის ტესტები ვარაუდობენ, რომ მიკროტალღური ტექნოლოგია ასევე შეიძლება დაეხმაროს ავთვისებიანი სიმსივნეების გარჩევას, რითაც ამცირებს არასაჭირო ქირურგიული ბიოფსიების რაოდენობას.
მიკროტალღური სენსორი მუშაობს ავთვისებიანი სიმსივნესა და მკერდის ნორმალურ ქსოვილს შორის წყლის შემცველობის განსხვავებების გამოვლენით. მოწყობილობა არის ჯეკ ბრიჯის, Interstitial-ის თავმჯდომარის და ელექტრო ინჟინრის, ინდუსტრიაში 50 წლიანი გამოცდილებითა და 60-ზე მეტი პატენტის დამსახურებით. ბრიჯსმა იცოდა, რომ მიკროტალღები ურთიერთქმედებენ ადამიანის ქსოვილებთან, ძირითადად, წყლის შემცველობის მიხედვით. იმის გამო, რომ ავთვისებიანი სიმსივნეები გაცილებით მაღალია წყლის შემცველობაზე, ვიდრე მკერდის ნორმალურ ქსოვილებში, მან დაფიქრდა, რომ მიკროტალღები შეიძლება წარმოადგენდეს საფუძველს უაღრესად მგრძნობიარე გამოვლენის სისტემისთვის, განსაკუთრებით თუ შეიძლებოდა აშენდეს ანტენა, რომელიც გამოიყენებს სამეცნიერო მუზეუმების ვიზიტორებისთვის ნაცნობ ფენომენს "ჩურჩულის გალერეა"..ბრიჯსმა ჩათვალა, რომ სიმსივნის მიკროტალღური ექო შეიძლება დარეგულირდეს რადარის პულსის წყაროსთან, მაშინ როცა ნორმალური ქსოვილების მიმდებარე კომპლექსის ხმაურიანი არეულობა უარყოფილი იქნებოდა.
"როდესაც ჩვენ მივიღეთ ეს ძირითადი ცნებები, ტექნოლოგიამ ძალიან სწრაფად დაიწყო განვითარება", - თქვა სიუზან ჰეგნესმა, ყოფილმა კურსდამთავრებულმა ტაფლოვის ლაბორატორიაში, რომელმაც მიიღო დოქტორი. 1998 წელს. ჰეგნესმა გამოიყენა Cray Research, Inc. სუპერკომპიუტერები მიკროტალღური გამოვლენის ტექნოლოგიის მოდელირებისთვის. „სუპერკომპიუტერების გამოყენებამ მიკროტალღური სენსორის დიზაინში დაზოგა განვითარების რამდენიმე წელი“- თქვა ბრიჯსმა.
"კრეის სუპერკომპიუტერებზე, ჩვენ შევძელით სიმსივნის ჩანერგვის სიმულაცია შემთხვევით ორიენტირებულ ვენებში და სარძევე სადინრებში და მკერდში", - თქვა ჰეგნესმა, რომელიც ახლა არის უნივერსიტეტის ელექტრო და კომპიუტერული ინჟინერიის ასისტენტ პროფესორი. ვისკონსინ-მედისონიდან და აგრძელებს ტექნიკის განვითარებაზე მუშაობას. „ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ მიკროტალღური სენსორის უნარზე მცირე სიმსივნეები აღმოაჩინოს მხოლოდ მცირედ იმოქმედა მკერდის ქსოვილების თვისებების ბუნებრივი ცვალებადობით."
სრული მიკროტალღური სიმსივნის გამოვლენის სისტემა შედგება სენსორისგან და კომპიუტერის პროცესორისგან. მიკროტალღური სენსორი იქნება პატარა ბრტყელი პანელი, რომელიც შეიცავს მკერდის ზედაპირზე განთავსებული მინიატურული ანტენების მასივს. „ჩვენ შეგვიძლია მიკროტალღური სიგნალის ფოკუსირება მკერდში და მთელი მკერდი შეიძლება ელექტრონულად სკანირდეს პროგრამული უზრუნველყოფის კონტროლის ქვეშ სამგანზომილებიანი მიკროტალღური გამოსახულების შესაქმნელად“, - თქვა ბრიჯსმა.
მიკროტალღური სენსორის ლაბორატორიული პროტოტიპი თითქმის მთლიანად აშენდა თაროზე არსებული კომპონენტებით. მოწყობილობა წარმატებით გამოსცადეს "ფანტომზე" - სიმულირებული მკერდი, რომელიც შედგება მასალებისგან, რომლებიც იზიარებენ მკერდის ნორმალური ქსოვილების ძირითად მიკროტალღურ თვისებებს. პაწაწინა სიმულირებული სიმსივნე იყო ჩადგმული მკერდის ფანტომში და მდებარეობდა მიკროტალღური სენსორის გამოყენებით. Phantoms არის კარგად დამკვიდრებული საფუძველი ახალი ტექნიკისთვის და გამოიყენება არსებული მამოგრაფიული მოწყობილობის რუტინული კალიბრაციისთვის. მიკროტალღური სენსორი ჯერ არ არის გამოცდილი ადამიანებზე.
მკერდის ფანტომური ტესტებმა აჩვენა, რომ ლაბორატორიული პროტოტიპის სენსორს შეუძლია ადვილად აღმოაჩინოს მეოთხედი ინჩის სიმულაციური სიმსივნე, რომელიც ჩაშენებულია დაახლოებით 1,5 ინჩის სიღრმეში. აღჭურვილობის მოკრძალებული გაუმჯობესებით, შეიძლება გამოვლინდეს კიდევ უფრო მცირე სიმსივნეები, სულ მცირე, ორი ინჩის სიღრმეზე. ეს შედეგები შეესაბამებოდა სუპერკომპიუტერის სიმულაციების მიერ შემუშავებულ შედეგებს. შედეგები ასევე ვარაუდობს, რომ მიკროტალღებს შეუძლია ადრეული სტადიის სიმსივნეების აღმოჩენა, რომლებიც უხილავია რენტგენის მამოგრაფიისთვის. რენტგენის სხივები ეყრდნობა სიმსივნეებში კალციუმის მცირე დეპოზიტების არსებობას, რათა იგრძნოს სიმსივნეები, რომლებიც ძალიან მცირეა ჩრდილის მიყენებისთვის; თუმცა, ყველა ადრეული სტადიის სიმსივნე არ შეიცავს კალციუმის ასეთ დეპოზიტებს. მეორეს მხრივ, მიკროტალღები არ საჭიროებს კალციუმის დეპოზიტებს გამოვლენისთვის. მიკროტალღების შემთხვევაში სიმსივნის პასუხი წარმოიქმნება მისი მთლიანი კვეთით.
"ჩვეულებრივი რენტგენის მამოგრაფია ფაქტიურად ჩრდილოვანი გრამაა", - განმარტა ტაფლოვმა. „როდესაც რენტგენი გადის შეკუმშულ მკერდში, რენტგენის ფილაზე ჩნდება ჩრდილები.ჩრდილები წარმოადგენს ქსოვილების რთული სამგანზომილებიანი მასივის პროექციას ორგანზომილებიან ფირის ზედაპირზე. ეს ართულებს რენტგენის შედეგების ინტერპრეტაციას."
მიუხედავად იმისა, რომ რენტგენის მამოგრაფიის ნაკლოვანებებია, დადასტურებულია, რომ ის სიცოცხლეს იხსნის. ამერიკის კიბოს საზოგადოება რეკომენდაციას უწევს ყოველწლიურ სკრინინგ მამოგრაფიას 40 წელზე უფროსი ასაკის ქალებისთვის. ACS-ის პროგნოზით, ძუძუს კიბო დააზარალებს 178,800 ქალს აშშ-ში წელს და გამოიწვევს 43,500 სიკვდილს. ოქტომბერი არის ძუძუს კიბოს ცნობიერების ამაღლების თვე.
სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია, რომ ქალებმა არ გადადოს რეგულარული სკრინინგის მამოგრაფიის დაწყება ან გაგრძელება, სანამ ახალი ტექნოლოგიები გრძელვადიან განვითარებაშია. Taflove, Bridges და Hagness ყველამ ხაზი გაუსვა ამ საკითხს.
აშშ სურსათისა და წამლების ადმინისტრაციის თანახმად, აშშ-ში 80 მილიონი ქალიდან, რომლებიც რეკომენდირებულია სკრინინგისთვის, მხოლოდ 23 მილიონი გადის ყოველწლიურ მამოგრაფიას. „შეუსრულებლობა შეიძლება ნაწილობრივ გამოწვეული იყოს ქალების შეშფოთებით რენტგენის სხივების ზემოქმედების მცირე რისკებთან და დისკომფორტით მკერდის შეკუმშვისას, რაც საჭიროა მამოგრაფიით“, - თქვა ჰეგნესმა.
მიკროტალღური გამოსახულება აღმოფხვრის ორივე შეშფოთებას. „ჩვენ ველით, რომ მიკროტალღური სენსორი გამოიყენებს მხოლოდ რამდენიმე მილივატს სიმძლავრეს - ტიპიური მობილური ტელეფონის სიმძლავრის მეასედზე ნაკლებს“, - თქვა ბრიჯსმა. გარდა ამისა, მიკროტალღური ზემოქმედების ხანგრძლივობა მკერდის სკანირების დროს იქნება უფრო მოკლე, ვიდრე ბევრი სატელეფონო ზარი და ბევრად, გაცილებით ნაკლებად ხშირი.“
რენტგენის მამოგრაფიის დისკომფორტი ასევე მოიხსნება, თქვა ჰეგნესმა. მკერდის ორ თეფშს შორის შეკუმშვის ნაცვლად, მიკროტალღური ანტენის მასივი ნაზად დაეყრდნობა მკერდს ისე, როგორც წიგნი, როცა საწოლში იწვა.“
მონაცემები მიკროტალღური გამოსახულების თანდაყოლილი იქნება ციფრული, გარეშე ფილმის განვითარება ან სკანირება. „სიგნალის დამუშავების შემდეგ, ოპერატორი დაინახავს მკერდის სამგანზომილებიან გამოსახულებას, რომელიც შეიძლება შემოტრიალდეს“, - თქვა ტაფლოვმა. „ის ციფრულად იქნება გადაღებული მყარ დისკზე და შეიძლება გაიგზავნოს რადიოლოგთან ინტერნეტით."
ინტერსტიციალმა წელს მიენიჭა აშშ-ს ორი პატენტი მკერდის სიმსივნის სარადარო ახალი ტექნოლოგიის შესახებ. რამდენიმე დამატებითი პატენტი მოლოდინშია.
გამოთვლითი მიზანშეწონილობის კვლევა დაფინანსდა ფაზის I მცირე ბიზნესის ინოვაციების კვლევის გრანტით ჯანდაცვის ეროვნული ინსტიტუტიდან ინტერსტიციულთან ქვეკონტრაქტით Northwestern-თან. პროტოტიპის ტესტირება დღემდე ფინანსდება Interstitial-ის მიერ.
მიკროტალღური სიმსივნის გამოვლენის სისტემის სუპერკომპიუტერული სიმულაციების შედეგები წარმოდგენილი იყო ჰეგნესის მიერ 1997 წლის ოქტომბერში ჩიკაგოში ელექტრო და ელექტრონიკის ინჟინრების ინსტიტუტის ინჟინერიის მედიცინასა და ბიოლოგიის საზოგადოების საერთაშორისო კონფერენციაზე და 1998 წლის ივნისში ატლანტაში. IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium-ზე. საწყისი შედეგები ასევე გამოჩნდება რეფერენტულ ნაშრომებში 1998 წლის დეკემბერში IEEE Transactions on Biomedical Engineering და 1999 წლის დასაწყისში IEEE Transactions on Antennas and Propagation.
Interstitial არის ჩრდილოდასავლეთის ძირითადი ინდუსტრიის კვლევის ლაბორატორიის მოიჯარე კომპანია, ჩრდილოდასავლეთის უნივერსიტეტის/ევანსტონის კვლევითი პარკის ნაწილი. პარკი წარმოადგენს კვლევით გარემოს, რომელიც ცდილობს დააჩქაროს ტექნოლოგიების ტრანსფერი ლაბორატორიიდან ბაზარში ძირითადი უნივერსიტეტის, პროგრესული საზოგადოებისა და კერძო ინდუსტრიის რესურსების გაერთიანებით. პარკში არის სამეწარმეო კომპანიების დიდი კონცენტრაცია ისეთ სფეროებში, როგორიცაა პროგრამული უზრუნველყოფის განვითარება, ინფორმაციაზე დაფუძნებული ტექნოლოგიები, სამედიცინო მომსახურება და ბიოტექნოლოგია. კომპანიები სარგებლობენ მზა წვდომით ჩრდილო-დასავლეთის ფაკულტეტისა და კურსდამთავრებულების სტუდენტებთან და ლაბორატორიულ და ბიბლიოთეკებთან. Northwestern 1982 წლიდან არის ლიდერი სტარტაპ ბიზნესისთვის ინტერდისციპლინური კვლევითი ცენტრების შექმნის საქმეში.
1989 წელს ჰეგნესი იყო მაკკორმიკის სკოლის წარჩინების პროგრამის პირველ კლასში ბაკალავრიატის კვლევებში, კომბინირებული B. S./Ph. D. პროგრამა. მან მიიღო B. S. 1993 წელს ელექტრო ინჟინერიაში დაამთავრა მაკკორმიკის კლასი.მან ასევე მიიღო ეროვნული ჯილდოები, მათ შორის 1992 წელს აშშ-ში ელექტროინჟინერიის უმცროსი კურსის გამოჩენილ სტუდენტად დასახელება..
ტექნიკური გუნდის სხვა ჩრდილო-დასავლეთის წევრები არიან მილიკა პოპოვიჩი, ტაფლოვის ჯგუფის კურსდამთავრებული სტუდენტი და ალან საჰაკიანი, ელექტრო და კომპიუტერული ინჟინერიისა და ბიოსამედიცინო ინჟინერიის ასოცირებული პროფესორი. ინტერსტიციულ პერსონალში შედიან მარვინ ფრეიზერი, რობერტ მულტონი, სამუელ შელფო და რაიმონდ ზალევსკი. კონსულტანტები არიან დოქტორი ჯონ აარსვოლდი ატლანტას ვეტერანთა ადმინისტრაციის სამედიცინო ცენტრის ბირთვული მედიცინის დეპარტამენტიდან და დოქტორი მელვინ გრიმი, ჩიკაგოს უნივერსიტეტის რადიაციისა და ფიჭური ონკოლოგიის დამსახურებული პროფესორი.
