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Diagnostica Tecnologie di supporto

Microonde e intelligenza artificiale sono il futuro della lotta al tumore al seno

tumore seno mammowave
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Scritto da Chiara Belcastro

Una soluzione basata su un’innovativa tecnologia a microonde e intelligenza artificiale (IA) per la diagnosi precoce del tumore al seno. Sviluppato dall’Umbria Bioengineering Technologies SRL (UBT), questo strumento punta ad essere il futuro tutto italiano della lotta al carcinoma mammario, promettendo di rendere l’acquisizione delle immagini durante la fase diagnostica molto meno dannosa per le pazienti rispetto al sistema a raggi X convenzionalmente in uso al giorno d’oggi.

L’esame della ghiandola mammaria: la mammografia

La mammografia è la tecnica diagnostica utilizzata ad oggi per rilevare la presenza di lesioni mammarie, tra cui quelle di origine tumorale, attraverso l’impiego di radiazioni ionizzanti (raggi X).

Lo strumento utilizzato è il mammografo. Si tratta di un sistema in grado di proiettare un fascio di raggi X direttamente sulla mammella e di fornirne quindi una valutazione morfologica e strutturale, come riportato in Figura 1. In breve, la tecnica di esecuzione prevede il posizionamento della mammella su di un apposito piano (detettore) e la successiva compressione su di esso tramite una piastra di plastica (compressore).

mammografo paziente
Figura 1. Mammografo tradizionale. Credits: personaltrainer.it

La mammografia tradizionale, tuttavia, può comportare:

  • potenziali danni dovuti all’uso di radiazioni ionizzanti;
  • dolore dovuto alla compressione del seno.

Studi recenti stimano che il cancro al seno sia diagnosticato nel 6,6% delle donne di età inferiore ai 40 anni e una media del 20% quando hanno più di 50 anni. Per ridurre al minimo l’impatto delle radiazioni ionizzanti, le donne ad oggi hanno diritto allo screening semestrale solamente dopo i 49 anni.

Imaging a microonde

Una soluzione alternativa per la diagnosi del tumore al seno è stata sviluppata dall’Umbria Bioengineering Technologies SRL. Basata su una tecnologia non ionizzante, ma a microonde, è stata combinata con l’intelligenza artificiale.

I vantaggi legati all’utilizzo di questa tecnica diagnostica risultano essere molto promettenti, in quanto compensano gli svantaggi della mammografia tradizionale.

L’imaging a microonde, infatti:

  • non prevede l’utilizzo di radiazioni ionizzanti (raggi X) potenzialmente dannose per l’organismo;
  • non richiede la compressione dolorosa della mammella.

Nella classica mammografia la distinzione tra un tessuto sano da un tessuto maligno viene fatta osservando la diversa densità dei due tessuti. Con la tecnica a microonde si osservano invece come rispondono tali onde in funzione delle diverse proprietà dielettriche intrinseche ai tessuti colpiti.

Il concetto chiave dell’imaging a microonde si basa sul contrasto significativo tra tessuto sano e maligno in risposta alle frequenze delle microonde.

  • Per approfondire, abbiamo parlato dell’utilizzo dell’intelligenza artificiale per i dispositivi medici anche qui.

MammoWave

Attualmente alcuni prototipi di imaging a microonde per il rilevamento del cancro al seno sono in fase di sperimentazione. Tra di essi vi è MammoWave, sviluppato dall’UBT e ad oggi in fase di validazione clinica (Figura 2).

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Figura 2. MammoWave. Credits: sienafree.it

La tecnologia

Il sistema MammoWave è costituito da un mozzo cilindrico in alluminio contenente due antenne – una trasmittente (tx) e una ricevente (rx) – che operano nella banda di frequenza 1–9 GHz (Figura 3). Il mozzo, rivestito internamente da assorbitori di microonde, è dotato di un foro con coppa che consente l’inserimento del seno della paziente che è distesa in posizione prona. Le antenne sono installate alla stessa altezza, nello spazio libero, e sono in grado di ruotare attorno all’azimut per raccogliere i segnali a microonde da diverse posizioni angolari. I metodi di imaging a microonde sono stati sviluppati per discriminare i tessuti sani e i tessuti maligni tramite un’immagine finale che rappresenta una mappa delle proprietà dielettriche (i.e., costante dielettrica e/o conducibilità) ottenuta dal contrasto all’interno dello spettro delle frequenze delle microonde.

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Figura 3. Il sistema MammoWave (in alto a sinistra), esempio di campionamento e posizionamento della paziente (in basso a sinistra) e disposizione delle antenne (a destra). Credits: ncbi

L’IA gioca un ruolo importante di supporto al medico nell’identificazione della lesione. MammoWave è uno dei pochissimi dispositivi che sfrutta l’IA per rilevare le lesioni al seno attraverso una “classificazione intelligente“. In questo contesto sono stati applicati molti algoritmi nel campo della previsione futura, tra questi i più popolari sono il k-nearest neighbor, la rete neurale percettrone multistrato e la macchina a vettori di supporto.

Sviluppi futuri e conclusioni

MammoWave è un sistema promettente grazie all’utilizzo di onde elettromagnetiche che non richiedono la manipolazione del seno. Inoltre è sicuro al 100% per la salute della paziente e questo permette di poter effettuare uno screening senza limiti di età.

Nonostante la tecnologia non sia di semplice formulazione, si sta pensando di allargare le prospettive di diagnostica utilizzando le microonde verso anche altri orizzonti, poichè i vantaggi risultano essere notevoli rispetto alle convenzionali tecniche diagnostiche. Infatti MammoWave è solo una delle possibili applicazioni per tecnologia immaginata dai suoi ideatori: al momento è in fase avanzata di sperimentazione anche un dispositivo chiamato BrainWave. Si tratta di un macchinario portatile per il rilevamento e la classificazione dell’ictus cerebrale, che entro due anni potrebbe equipaggiare le prime ambulanze. BrainWave si propone di tracciare un quadro preciso del danno subito dal paziente nella fase di primo soccorso, consentendo ai medici di ridurre i tempi di intervento.


Fonti ed approfondimenti
  • Sciencedirect.com – UWB device for breast microwave imaging: phantom and clinical validations
  • Ncbi – Breast lesion detection through MammoWave device: Empirical detection capability assessment of microwave images’ parameters
  • PLoS One – Automated breast lesion localisation in microwave imaging employing simplified pulse coupled neural network
  • Scientific Reports – Machine Learning Approaches for Automated Lesion Detection in Microwave Breast Imaging Clinical Data
  • Ansa – Con l’IA la mammografia è senza raggi x
  • Sienafree.it – TLS, al via il progetto europeo ‘MammoScreen’ per lo screening del cancro al seno con tecnologia a microonde
  • AIRC – Immagine in evidenza
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Informazioni autore

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Chiara Belcastro

Laureanda magistrale in Ingegneria Biomedica, Università La Sapienza di Roma.
Appassionata di Neuroscienze mirata alla riabilitazione motoria e cognitiva.
Da sempre affascinata dal mistero del cervello e della mente.

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