میکروسکوپ دستی مبتنی بر هوش مصنوعی برای تشخیص زودهنگام سرطان
پژوهشگران موفق به ساخت یک میکروسکوپ دستی به اندازه یک خودکار شدهاند که میتواند بافت بدن را بهصورت لحظهای اسکن کند. این دستگاه قادر است سلولهای سرطانی را از سلولهای سالم تشخیص دهد، الگوهای رگهای خونی زیر سطح بافت را نقشهبرداری کند، آن هم بدون اینکه نیازی به بریدن یا خارج کردن بخشی از بافت باشد.
اگر این فناوری در آزمایشهای بالینی گستردهتر نیز موفق عمل کند، میتواند نحوه تشخیص سرطان در مراحل اولیه را متحول کند؛ بهویژه در مناطقی که دسترسی به آزمایشگاههای پاتولوژی محدود است.
این دستگاه که PrecisionView نام دارد، توسط پژوهشگران دانشگاه رایس و مرکز سرطان MD Anderson توسعه یافته است.
PrecisionView چگونه سرطان را در لحظه تشخیص میدهد؟
بیشتر سرطانهای دهانه رحم و حفره دهان دیر تشخیص داده میشوند. این سرطانها در دستهای به نام سرطانهای اپیتلیال قرار میگیرند که بخش بزرگی از تشخیصهای سرطان را شامل میشوند.
بخشی از این مشکل به نحوه عملکرد ابزارهای تشخیصی فعلی مربوط است. نمونهبرداری یا بیوپسی روشی تهاجمی است، محدوده محدودی را بررسی میکند، همچنین به زیرساختهای آزمایشگاهی وابسته است که همیشه در دسترس نیستند.
میکروسکوپی درونتنی موجود گزینهای غیرتهاجمی محسوب میشود، اما محدودیتهای جدی دارد. از جمله میدان دید محدود، عمق میدان کم، همچنین دشواری تصویربرداری از سطوحی که کاملاً صاف نیستند.
این محدودیتها باعث میشوند بررسی ضایعات بزرگ یا پیچیده دشوار شود، همچنین تعیین اینکه دقیقاً از کدام بخش باید نمونهبرداری انجام شود نیز سختتر گردد.
ربکا ریچاردز-کورتوم، استاد دانشگاه رایس و مدیر مشترک مؤسسه Rice360 برای فناوریهای سلامت جهانی گفت:
«تشخیص زودهنگام یکی از مهمترین عوامل در بهبود نتایج درمان سرطان است. اما ابزارهای فعلی معمولاً پزشکان را مجبور میکنند بین جزئیات تصویری و پوشش گسترده یکی را انتخاب کنند. با PrecisionView دیگر نیازی به این انتخاب نیست؛ ما میتوانیم هر دو را همزمان و بهصورت لحظهای ببینیم.»
بازطراحی میکروسکوپ با کمک هوش مصنوعی
بهطور سنتی ابزارهای هوش مصنوعی پس از ثبت تصاویر توسط سیستمهای میکروسکوپی معمولی، کیفیت وضوح یا کنتراست تصاویر را بهبود میدهند.
آشوک ویراراگاوان، رئیس مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه رایس، توضیح داد:
«برخلاف روشهای رایج، این پروژه از هوش مصنوعی برای بازطراحی اپتیک میکروسکوپ استفاده کرده است. اپتیک طراحیشده با هوش مصنوعی نهتنها وضوح و کنتراست را بهبود میدهد، بلکه مهمتر از آن، محدودیت سنتی بین عمق میدان و وضوح تصویر را از بین میبرد.»
نتیجه این کار دستگاهی است که میدان دید آن تقریباً پنج برابر بزرگتر از سیستمهای معمولی است. همچنین عمق میدان آن حدود هشت برابر بیشتر است، بدون اینکه وضوح در سطح سلولی کاهش پیدا کند.
این افزایش عمق میدان در عمل اهمیت زیادی دارد. پزشکان میتوانند دستگاه را روی بافتهای ناهموار قرار دهند، همچنان تصاویر واضحی دریافت کنند، بدون اینکه نیاز به تنظیم دقیق در حد میلیمتر وجود داشته باشد.
این دستگاه هم تغییرات سلولی سطح بافت، هم الگوهای رگهای خونی میکروسکوپی زیر سطح را ثبت میکند. هر دو مورد از نشانههایی هستند که پزشکان برای تشخیص بافت سالم از ضایعات پیشسرطانی یا سرطانی استفاده میکنند.
آزمایشهای عملی PrecisionView
تیم پژوهشی این دستگاه را با آزمایش روی داوطلبان سالم، نمونههای انسانی دارای ضایعات پیشسرطانی ارزیابی کرد.
در یکی از آزمایشها، PrecisionView حفره دهانی داوطلبان را اسکن کرد. این دستگاه ساختار بافت، رگهای خونی را در ناحیهای بزرگتر از یک سانتیمتر مربع نقشهبرداری کرد.
در آزمایشی دیگر، این سیستم توانست تغییرات پیشسرطانی در بافت دهانه رحم را با موفقیت شناسایی کند، همچنین نواحی غیرطبیعی را بهوضوح از بافت سالم اطراف تفکیک کند.
جیمین وو، پژوهشگر فوقدکتری مهندسی برق و کامپیوتر گفت:
«بهجای نمونهبرداری از بخش کوچکی از بافت و ارسال آن به آزمایشگاه، این فناوری به ما اجازه میدهد ناحیه بسیار بزرگتری را فوراً بررسی کنیم. این موضوع میتواند احتمال تشخیصهای از دسترفته، همچنین اقدامات درمانی غیرضروری را بهطور قابلتوجهی کاهش دهد.»
چه کسانی از این فناوری سود میبرند؟
هزینه ساخت PrecisionView حدود ۳ هزار دلار است، آن هم با استفاده از قطعات نسبتاً ساده. این هزینه پایین کاملاً هدفمند در نظر گرفته شده است.
این دستگاه برای استفاده در محیطهایی با منابع محدود طراحی شده؛ از جمله کلینیکهای کشورهای کمدرآمد و متوسط، مناطق روستایی، یا هر جایی که زیرساختهای پاتولوژی محدود یا کند هستند.
کاتلین اشملر، استاد انکولوژی زنان در دانشگاه تگزاس گفت:
«تأثیر این فناوری در مناطق محروم پزشکی بسیار چشمگیر خواهد بود؛ جایی که دسترسی به خدمات پاتولوژی محدود یا با تأخیر همراه است، در نتیجه تشخیصها دیر انجام میشوند یا از دست میروند. PrecisionView این پتانسیل را دارد که قابلیت تشخیص باکیفیت را مستقیماً به محل درمان بیاورد، همچنین به پزشکان کمک کند تصمیمهای سریعتر و دقیقتری بگیرند.»
سرطان دهانه رحم در کشورهای کمدرآمد قربانیان بسیار بیشتری نسبت به کشورهای ثروتمند میگیرد. بخش بزرگی از این تفاوت به نبود زیرساختهای تشخیص زودهنگام مربوط میشود.
دستگاهی به اندازه یک خودکار که پزشک بتواند هنگام معاینه معمولی آن را روی بافت قرار دهد، بلافاصله نتیجه دریافت کند، میتواند این وضعیت را تغییر دهد.
فناوری امیدوارکننده، اما هنوز آماده استفاده گسترده نیست
پژوهشگران تأکید میکنند که برای تأیید PrecisionView بهعنوان یک ابزار تشخیصی، مطالعات بالینی بزرگتری لازم است.
نتایج اولیه امیدوارکننده هستند، اما تبدیل یک نمونه آزمایشگاهی به ابزار قابلاعتماد پزشکی به آزمایشهای گستردهتری نیاز دارد.
این مطالعه نشان میدهد طراحی همزمان اپتیک، الگوریتمهای هوش مصنوعی، همچنین میکروسکوپ دستی میتواند قابلیتهایی ایجاد کند که پیشتر در دستگاههای قابلحمل غیرممکن بهنظر میرسیدند.
استفاده از هوش مصنوعی فقط برای جبران محدودیتهای سختافزاری سنتی نمیتواند به چنین نتایجی برسد.
میکروسکوپی به اندازه یک خودکار که بتواند سرطان را در لحظه ببیند، تنها ۳ هزار دلار هزینه داشته باشد، نیازی به آزمایشگاه نداشته باشد، شبیه فناوریهای آیندهنگرانه بهنظر میرسد. این فناوری هنوز وارد کلینیکها نشده، اما وجود دارد، همچنین کار میکند.
نتایج این مطالعه در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.
جمعبندی
PrecisionView میتواند آینده تشخیص زودهنگام سرطان را تغییر دهد؛ دستگاهی کوچک، کمهزینه، مبتنی بر هوش مصنوعی که بدون بیوپسی بافتهای مشکوک را در لحظه بررسی میکند.
نظر شما درباره آینده تشخیص سرطان با هوش مصنوعی چیست؟ دیدگاهتان را با ما به اشتراک بگذارید.
