طراحی سیستمی جهت تشخیص سرطان پستان
محققان دانشگاه تهران با ابداع روشی موفق به طراحی سیستمی جهت تشخیص سرطان پستان با کمک امواج الکترومغناطیس با فرکانس بالا (۳۰ مگاهرتز تا ۶ گیگاهرتز) شدند.
نتایج این تحقیق که با عنوان High-Frequency (30 MHz–6 GHz) Breast Tissue Characterization Stabilized by Suction Force for Intraoperative Tumor Margin Assessment در مجله Diagnostics منتشر شد، نشان می‌دهد که با کمک امواج الکترومغناطیس با فرکانس بالا (۳۰ مگاهرتز تا ۶ گیگاهرتز) می‌توان سرطان پستان را تشخیص داد.
دکتر محمد عبدالاحد، عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران و رئیس پژوهشکده الکترونیک سرطان دانشگاه تهران و علوم پزشکی تهران، در این باره گفت: ما در حال تکمیل چرخه تشخیص توده‌ها و مارجین‌های سرطان پستان قبل، حین و پس از جراحی در اتاق عمل و اتاق پاتولوژی هستیم که این سیستم حلقه‌ای از این چرخه است.
وی که مخترع دستگاه (CDP) cancer diagnostic probe (که هم اکنون یک دستگاه تشخیص حین جراحی تأیید شده و در حال استفاده در مراکز بالینی است) و برنده جایزه مصطفی سال ۲۰۱۹ می‌باشد، از ساماندهی تحقیقات به منظور تشخیص شایع‌ترین سرطان بین زنان ایرانی به کمک امواج الکترومغناطیس با فرکانس بالا در قالب دو رساله کارشناسی‌ارشد خبر داد و افزود: با تحقیق و استفاده از روش تحریک الکتریکی در فرکانس‌های گیگاهرتز و محاسبه و اندازه‌گیری پارامترهای پراکندگی، تلاش می‌شود از روی بافت تازه خارج‌شده از بدن بیمار و بدون هر گونه فرآیند آماده‌سازی، اطلاعات تکمیلی از محل بافت مشکوک به سرطان در بازه زمانی کوتاه به پاتولوژیست داده شود تا به این طریق زمان و هزینه تشخیص در آزمایشگاه پاتولوژی کاهش داده شود.
دکتر عبدالاحد اظهار داشت: به طور مشخص هدف این رساله، مشخصه‌یابی الکتریکی بافت‌های سرطانی و سالم پستان در فرکانس‌های ۳۰ مگاهرتز تا ۶ گیگاهرتز یا به اصطلاح بیولوژی ناحیه gamma dispersion است.
عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران درباره روش اندازه‌گیری و تشخیص گفت: یکی از فرق‌های اساسی بین سلول‌های سرطانی و سالم، میزان مولکول‌های آب درون سلول متصل به پروتئین‌های قسمت درونی غشاء است. این فرق که باعث رزونانس دوقطبی مولکول‌های آب می‌شود بین سلول‌های سالم و سرطانی متفاوت هستند. روش اندازه‌گیری در این تحقیق به این صورت است که به کمک دستگاه نتورک آنالایزر و پروب کواکسیال پارامتر پراکندگی S11 که نسبت توان بازگشتی به توان ارسالی است، برای بافت پستان اندازه‌گیری شد. یکی از مهمترین عواملی که می‌تواند خطای اندازه‌گیری را تا حد زیادی افزایش دهد، نحوه اتصال پروب به بافت است. که برای اینکه این مشکل حل شود، از دستگاه پمپ خلأ استفاده شد. در شکل ۱ نحوه اندازه‌گیری قابل مشاهده است.
شکل ۱: نحوه اندازه گیری به کمک این روش و معرفی بخش‌های مختلف آن
دانشیار دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران با بیان اینکه این پروژه در سه فاز تعریف شد، افزود: در اولین فاز این تحریک بر روی بافت سالم و سرطانی موش اعمال شد و پس از بررسی‌های انجام‌شده تفاوت میان پارامترهای پراکندگی برای بافت سالم و سرطانی موش قابل مشاهده بود. که این اطمینان را به ما داد تا وارد فازهای بعدی شویم.
وی گفت: فاز دوم با دو هدف بررسی میزان تشخیص درست این دستگاه برای بافت سالم و سرطانی پستان و تعیین مرزبندی برای انواع بافت‌های پستان بود. به این منظور اندازه‌گیری‌ها بر روی بافت‌های کوچک پستان انجام شد و با تعیین مرزبندی‌های مختلف و آنالیزهای آماری متعدد، در نهایت با تعیین مرزبندی ۷.۲۵- دسی بل برای بافت‌های سالم و سرطانی پستان میزان دقت این دستگاه برای تشخیص بافت سالم و سرطانی پستان ۸۷% درصد بود. در این فاز در مجموع ۱۲۷ نمونه از ۱۹ بیمار بررسی شد.
عضو هیأت علمی وابسته دانشگاه علوم پزشکی تهران در توضیح فاز نهایی این پروژه، افزود: در فاز نهایی مهمترین هدف این پروژه، اسکن سطحی بافت پستان بدون هیچ‌گونه ابزار تهاجمی دنبال شد. در این فاز پس از اطمینان حاصل کردن از درستی روش و طراحی و تعیین مرزبندی دقیق بافت سالم و سرطانی پستان، به سراغ بررسی کامل حاشیه تومور رفتیم. این فاز برای به کاربرد رساندن و تعیین سالم و سرطانی بودن حاشیه تومورها که یکی از بزرگترین دغدغه‌های جراحان است تعریف شد که در آن به جای اندازه‌گیری از تنها یک نقطه و نمونه‌برداری‌های کوچک، این بار بافت‌های حاشیه تومور با ابعاد حدودی ۳*۲ سانتی‌متر مربع انتخاب شد و از هر نمونه به طور میانگین ۲۰ اندازه‌گیری انجام شد. محل دقیق هر اندازه‌گیری به کمک جوهر مخصوص پاتولوژی مشخص شد تا نتایج اندازه‌گیری و پاتولوژی مطابقت داده شوند. در این فاز ۸۶ نمونه از ۲۲ بیمار جمع‌آوری شد. نتایج در شکل ۲ قابل مشاهده است.
شکل ۲: مقایسه نتایج اسکن سطحی به کمک این روش و لام H&E
دکتر عبدالاحد خاطرنشان کرد: برای جمع‌بندی لازم است تئوری این پدیده را بررسی کنیم. در اکثر مقالاتی که این رساله بررسی شد، تفاوت در میزان آب موجود در سلول‌ها و میان بافت‌ها را دلیل تفاوت در پاسخ مشخصات دی الکتریکی سلول‌های سالم و سرطانی می‌دانستند.
وی گفت: رشد و تکثیر سریع سلول‌های سرطانی منجر به افزایش و گسترش پروتئین‌ها (از جمله پروتئین‌های غشایی) به نسبت سلول‌های سالم می‌شود. پروتئین‌های ذکر شده در سطح غشای سلولی مولکول‌ها آب بیشتری را به عنوان یک جز غالب در محیط سلولی جذب می‌کنند تا bound-water را تشکیل دهند. این دوقطبی‌ها می‌توانند با یک میدان الکتریکی نوسانی در فرکانس‌های کمتر از ۲۰ گیگاهرتز جهت‌گیری کنند. بدین ترتیب میزان بیشتر bound-water باعث افزایش جذب انرژی الکترو مغناطیس و پاسخ سلولی در فرکانس‌ها می‌شود. شکل ۳ شماتیکی از نحوه تفاوت ساختار سلول سالم و سرطانی را نشان می‌دهد.
شکل ۳: شماتیک تفاوت ساختار سلول سالم و سرطانی و پاسخ به موج الکترومغناطیسی در فرکانس بالا
این تحقیق حاصل کار پایان‌نامه کارشناسی ارشد هادی مختاری دولت آباد، دانشجوی رشته مهندسی برق است.
