MITの研究者チームは、乳がんをより早期に発見するために使用できる、ウェアラブル超音波スキャナーを開発しました。
この装置は、直径2ミリメートルほどの小さな腫瘍も検出できます。これはマンモグラフィで検出できる時期よりもはるかに早い段階です。
研究者らは現在、臨床試験でこの装置を検証しており、近い将来に一般向けに提供したいと考えています。
この装置の開発は乳がんの早期発見に大きな影響を与える可能性があり、患者の生存率の向上につながりうるものです。
乳がんが最も初期の段階で診断された場合、生存率はほぼ100%です。しかし、後期の段階で発見された腫瘍の場合、その割合は約25%にまで低下します。
乳がん患者の全体的な生存率を向上させることを目指し、MITの研究者らは、腫瘍がまだ初期段階にあるうちに人々が検出できるようにするウェアラブル超音波装置を設計しました。特に、定期的なマンモグラフィの合間に乳がんを発症するリスクが高い患者にとって、有用である可能性があります。
この装置は、ブラジャーに取り付けることができる柔軟なパッチです。装着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画像化できます。新たな研究では、研究者らが医療画像診断センターで使用される超音波プローブに匹敵する解像度の超音波画像を取得できることを示しました。
「超音波技術の形状を変え、ご家庭でも使えるようにしました。持ち運びが容易で使いやすく、乳房組織をリアルタイムで、ユーザーにとって分かりやすい形でモニタリングできます」とMITメディアラボの准教授で、本研究の責任著者でもあるCanan Dagdevirenは述べています。
MITの大学院生Wenya Du、研究員Lin Zhang、Emma Suh（’23年卒）、そして西安科技大学の教授Dabin Linが、論文の筆頭著者であり、この論文はScience Advances誌に掲載されました。
世界経済フォーラムは医療システムの改善に向けて何に取り組んでいますか？
保健医療センターは、アクセス、公平性、レジリエンス、そして備えなど、世界中の保健システムが直面する課題を理解できるよう、リーダーたちをつないでいます。
信頼に基づく対話と官民協働を通じて、同センターは、パートナーが共通の優先課題のもとで足並みを揃え、健康アウトカムの改善に向けた集団的な行動を推進できるよう支援しています。
ウェアラブル診断装置
本プロジェクトにあたり、Dagdevirenは、故人となった叔母Fatma Caliskanoglu氏からインスピレーションを得ました。叔母は、定期的にがん検診を受けていたにもかかわらず、49歳のときに進行期の乳がんと診断され、その半年後に亡くなりました。叔母の枕元で、当時MITのポスドクだったDagdevirenは、ブラジャーに組み込むことができ、乳がんのハイリスク者をより頻繁に検査できるようにする診断装置の概略図を描きました。
定期的に予定されたマンモグラフィの合間に発生する乳がんは、間隔がんと呼ばれ、乳がん症例全体の20〜30%を占めます。これらの腫瘍は、定期検査で発見されるものより侵襲性が高い傾向があります。
「私の目標は、間隔がんを発症する可能性が最も高い人々を対象とすることです」とDagdevirenは述べています。彼女の研究グループは、身体に沿って変形する装着型電子機器の開発を専門としています。「より頻繁な検査により、生存率を最大98%まで高めることを目指しています。」
診断用ブラジャーという構想を実現するため、Dagdevirenは、利用者がいつでも画像診断を行えるよう、小型化した超音波スキャナーを設計しました。このスキャナーは、医療画像診断センターで使われているものと同じ種類の超音波技術に基づいていますが、研究者がスキャナーの小型化を可能にした新規の圧電材料を組み込んでいます。
この装置を装着可能にするため、研究者らは、ハニカム状の開口部を持つ柔軟な3Dプリント製パッチを設計しました。磁石を使うことで、このパッチは、超音波スキャナーが肌に接触できる開口部を備えたブラジャーに取り付けることができます。超音波スキャナーは小型のトラッカーに収められており、そのトラッカーを6つの異なる位置に移動させることで、乳房全体を画像化できます。スキャナーは回転させて異なる角度から画像を撮影することもでき、操作に特別な専門知識は必要ありません。
「この技術は、乳がんの検出と早期診断における基礎的な能力を提供するものであり、良好な転帰を得るための鍵となります」とAnantha Chandrakasan氏は述べています。同氏はMIT工学部長であり、Vannevar Bush記念教授（電気工学・コンピュータサイエンス）を務め、本研究の著者の一人でもあります。「本研究は、材料、低消費電力回路、AIアルゴリズム、生体医工学システムの進歩を活用し、超音波研究および医療機器設計を大きく前進させるものです。」
早期発見
研究者らは、MIT臨床・トランスレーショナル研究センターと協力し、乳腺嚢胞の既往歴がある71歳の女性1名を対象に、開発した装置の試験を行いました。新しい装置を用いることで、研究者らは直径わずか0.3センチメートルの嚢胞を検出することができました。これは早期段階の腫瘍と同程度の大きさです。また、この装置が従来の超音波と同等の解像度を達成し、組織を最大8センチメートルの深さまで画像化できることも示しました。
「質の高く手頃な価格の医療へのアクセスは、早期発見と診断に不可欠です。看護師として、診断が遅れたことによる悪い結果を数多く目にしてきました。この技術は、より信頼性が高く、快適で、威圧感の少ない診断手段を提供することで、乳がんの早期発見に立ちはだかる多くの障壁を取り除く可能性を秘めています」とCatherine Ricciardi氏は述べています。同氏はMITのCenter for Clinical and Translational Researchの看護部長であり、本研究の著者の一人でもあります。
超音波画像を確認するには、現在、研究者らはスキャナーを医療画像診断センターで使用されているものと同じ種類の超音波装置に接続する必要があります。しかし、現在は、スマートフォンほどの大きさになる画像診断システムの小型版の開発に取り組んでいます。
このウェアラブル超音波パッチは何度も繰り返し使用でき、研究者らは、乳がんのハイリスク者で頻繁な検査の恩恵を受けられる人々が、自宅で使用できるようになると考えています。また、定期的な検査を受ける機会がない人々の乳がん診断にも役立つ可能性があります。
「乳がんは女性に最も多いがんであり、早期に発見されれば治療可能です」と、マサチューセッツ総合病院の乳がん外科医であり、本研究の著者の一人でもあるTolga Ozmen氏は述べています。「画像診断と早期発見における主な障壁の一つは、女性が画像診断センターへ通院しなければならないことです。この体に沿うように形を変える超音波パッチは、女性がセンターへ出向く必要をなくすため、非常に有望な技術です。」
研究者らは、被験者からデータを収集した後、人工知能を用いて画像が時間の経過とともにどのように変化するかを分析できるワークフローの開発を目指しています。これにより、何年も前に撮影された画像を放射線科医が比較して評価するよりも、より正確な診断が可能になる可能性があります。また、超音波技術を体の他の部位のスキャンに適用する方法の検討も計画しています。
本研究は、一部、米国国立科学財団、3M非終身在職教員賞、Sagol Weizmann-MIT Bridge Program、およびMITメディアラボ・コンソーシアム資金の支援を受けています。
