I ricercatori del MIT hanno creato un sistema ecografico 3D delle dimensioni di uno smartphone, progettato per rendere lo screening del cancro al seno più frequente, conveniente e accessibile. Il dispositivo portatile potrebbe aiutare a individuare precocemente i tumori aggressivi, soprattutto per le persone che si trovano lontano dai principali ospedali.
Per le persone ad alto rischio di cancro al seno, aspettare un anno tra una mammografia e l'altra può sembrare un'eternità. I tumori possono svilupparsi negli intervalli tra gli screening annuali e i cosiddetti tumori di intervallo sono spesso più aggressivi e difficili da trattare.
I ricercatori del MIT hanno ora sviluppato un sistema ecografico 3D portatile ed economico che potrebbe semplificare notevolmente la scansione del tessuto mammario con maggiore frequenza, non solo nei grandi ospedali, ma anche nelle piccole cliniche e, in futuro, anche a casa.
Il sistema miniaturizzato abbina una piccola sonda ecografica, leggermente più piccola di un mazzo di carte, a un modulo di elaborazione dati poco più grande di uno smartphone. Collegato a un computer portatile, è in grado di ricostruire e visualizzare immagini 3D grandangolari del tessuto mammario in tempo reale.
Il design compatto è fondamentale per l'obiettivo del team di ampliare l'accesso, ha osservato l'autore senior Canan Dagdeviren, professore associato di arti e scienze dei media al MIT.
"Tutto è più compatto e questo può facilitarne l'uso nelle aree rurali o per le persone che potrebbero avere difficoltà a utilizzare questo tipo di tecnologia", ha affermato in un comunicato stampa.
Il lavoro, pubblicato nella rivista Materiali sanitari avanzati, è stato guidato dal dottorando del MIT Colin Marcus e dall'ex ricercatore post-dottorato Md Osman Goni Nayeem, che hanno collaborato con colleghi del MIT e del Massachusetts General Hospital.
Una spinta per uno screening più frequente
La mammografia, che utilizza i raggi X, rimane lo strumento standard per lo screening del cancro al seno. Tuttavia, i tumori che compaiono tra una mammografia e l'altra rappresentano una quota significativa dei casi e tendono a essere più aggressivi rispetto ai tumori rilevati durante gli esami di routine.
Quando il tumore al seno viene diagnosticato nelle sue fasi iniziali, i tassi di sopravvivenza sono estremamente elevati. Una volta diagnosticata la malattia in fase avanzata, le probabilità diminuiscono drasticamente. Questa lacuna ha spinto l'interesse ad aumentare la frequenza delle ecografie per le persone a rischio elevato, come quelle con tessuto mammario denso o una forte familiarità.
Oggi, tuttavia, l'ecografia viene solitamente utilizzata solo come esame di follow-up, qualora una mammografia segnali qualcosa di sospetto. Le apparecchiature sono grandi, costose e solitamente installate in sale di imaging presso i principali ospedali e cliniche. Inoltre, richiedono tecnici qualificati per essere utilizzate.
"Per utilizzare queste macchine servono tecnici specializzati in ecografie, il che rappresenta un ostacolo importante all'accesso degli ultrasuoni alle comunità rurali o ai paesi in via di sviluppo, dove non ci sono molti radiologi qualificati", ha aggiunto il coautore Shrihari Viswanath, studente laureato al MIT.
Riducendo e semplificando la tecnologia, il team del MIT spera di rendere possibile la scansione più frequente, nelle cliniche comunitarie, negli ambulatori di assistenza primaria e, un giorno, nelle case delle persone.
Da toppa montata sul reggiseno a 3D completamente portatile
Il nuovo dispositivo si basa su un lavoro precedente del gruppo di Dagdeviren. Nel 2023, il suo team ha creato un cerotto flessibile con trasduttori a ultrasuoni incorporati che poteva essere attaccato a un reggiseno. Un tracker separato si muoveva sul cerotto per catturare immagini 2D da diverse angolazioni, che potevano poi essere unite in una vista 3D.
Quel sistema di prima generazione ha dimostrato il potenziale dell'ecografia mammaria indossabile, ma presentava limiti importanti. Le immagini venivano generate da un tradizionale ecografo delle dimensioni di un frigorifero e potevano esserci piccole lacune nella copertura tra le sezioni 2D, lasciando spazio a minuscole anomalie.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno riprogettato l'hardware da zero per renderlo completamente portatile e per catturare immagini 3D reali con meno posizioni di scansione.
Il cuore del sistema è un sistema di acquisizione dati chirped, o cDAQ, composto da una sonda portatile e da una scheda madre personalizzata. L'array di ultrasuoni della sonda è disposto a forma di quadrato vuoto, una geometria che consente di acquisire informazioni 3D dal tessuto sottostante.
Didascalia: Il nuovo sistema è costituito da una piccola sonda a ultrasuoni, sulla sinistra, collegata a un modulo di acquisizione ed elaborazione poco più grande di uno smartphone.
Crediti: Laboratorio di decodifica conformabile presso il MIT Media Lab
La scheda madre, realizzata interamente con componenti elettronici disponibili in commercio, elabora i dati in arrivo. È abbastanza piccola da poter essere tenuta in una mano e, secondo il team, costa circa 300 dollari. Collegata a un computer portatile, può visualizzare immagini 3D del seno in tempo reale.
Il rettore del MIT Anantha Chandrakasan, coautore dello studio, ha sottolineato quanto questo sistema sia diverso dai sistemi convenzionali.
"I tradizionali sistemi ecografici 3D richiedono componenti elettronici costosi e ingombranti, il che ne limita l'utilizzo a ospedali e cliniche di alto livello", ha affermato nel comunicato stampa. "Riprogettando il sistema per renderlo ultra-sottile ed efficiente dal punto di vista energetico, questo potente strumento diagnostico può essere spostato dalla sala di imaging a un fattore di forma indossabile, accessibile ai pazienti ovunque".
Poiché il nuovo dispositivo consuma molta meno energia di un ecografo standard, può funzionare con una semplice alimentazione a 5 volt CC, la stessa utilizzata per molti piccoli dispositivi elettronici di consumo. Questo apre le porte all'uso a batteria o tramite presa di corrente in contesti privi di infrastrutture specializzate.
Reinventare l'ecografia oltre l'ospedale
Per decenni, l'ecografia è stata strettamente legata agli ambienti ospedalieri e alle apparecchiature specializzate. Il team si è proposto di cambiare questa situazione.
"L'imaging ecografico è stato a lungo confinato agli ospedali", ha aggiunto Nayeem. "Per portare l'ecografia oltre l'ambito ospedaliero, abbiamo riprogettato l'intera architettura, introducendo un nuovo processo di fabbricazione degli ultrasuoni, per rendere la tecnologia scalabile e pratica".
Nei primi test, i ricercatori hanno utilizzato il sistema su una donna di 71 anni con una storia di cisti al seno. Il dispositivo ha acquisito con successo le immagini delle cisti e ha prodotto una vista 3D continua del tessuto circostante, senza interruzioni.
La sonda può acquisire immagini fino a 15 centimetri di profondità e il team riferisce che la scansione da due o tre posizioni è sufficiente per coprire l'intero seno. A differenza degli esami ecografici tradizionali, che spesso richiedono all'operatore di premere con decisione la sonda nel tessuto, questo dispositivo poggia delicatamente sulla pelle.
Questo contatto delicato aiuta a preservare l'accuratezza di ciò che i medici vedono.
"Con la nostra tecnologia, basta semplicemente posizionarla delicatamente sopra il tessuto e le cisti vengono visualizzate nella loro posizione originale e nelle loro dimensioni originali", ha aggiunto Dagdeviren.
Quello che viene dopo
I ricercatori stanno ora conducendo una sperimentazione clinica più ampia presso il MIT Center for Clinical and Translational Research e presso il Massachusetts General Hospital per valutare ulteriormente le prestazioni del dispositivo.
Allo stesso tempo, stanno lavorando per ridurre ulteriormente le dimensioni dei componenti elettronici. Il loro obiettivo è un sistema di elaborazione dati delle dimensioni di un'unghia, in grado di connettersi direttamente a uno smartphone. Ciò eliminerebbe la necessità di un modulo e di un computer portatile separati, rendendo l'intera configurazione più piccola, leggera e facile da usare.
Il team prevede inoltre di sviluppare un'app per smartphone basata sull'intelligenza artificiale per guidare gli utenti verso i punti migliori in cui posizionare la sonda sul seno. Questo tipo di guida potrebbe rivelarsi fondamentale se il dispositivo venisse utilizzato dalle pazienti a casa anziché da medici qualificati.
Sebbene la versione attuale potrebbe essere adottata in tempi relativamente rapidi negli studi medici e nei centri di diagnostica per immagini, i ricercatori prevedono di realizzare un sensore completamente indossabile per le persone ad alto rischio di cancro al seno. Un dispositivo di questo tipo potrebbe essere integrato negli indumenti e utilizzato regolarmente per monitorarne i cambiamenti nel tempo.
Dagdeviren sta lavorando al lancio di una startup per commercializzare la tecnologia, con il supporto dei programmi per l'imprenditorialità e l'innovazione del MIT e di finanziatori esterni. La ricerca stessa è stata finanziata dalla National Science Foundation, da partner industriali e da fondazioni filantropiche.
Se il dispositivo continuerà a dare buoni risultati nelle sperimentazioni e troverà impiego nella pratica clinica, potrebbe contribuire a trasformare lo screening del cancro al seno da un evento annuale a un processo più continuo e personalizzato, soprattutto per coloro che ne hanno più bisogno ma che oggi hanno meno accesso a tecniche di imaging avanzate.
Fonte: MIT