Huidbiopten zijn niet leuk: artsen snijden kleine stukjes weefsel weg voor laboratoriumtests, waardoor patiënten pijnlijke wonden krijgen die weken kunnen duren om te genezen. Dat is een prijs die het waard is om te betalen als het vroege behandeling van kanker mogelijk maakt. In de afgelopen jaren hebben agressieve diagnostische inspanningen het aantal biopsieën echter ongeveer vier keer sneller laten groeien dan het aantal gedetecteerde kankers, met ongeveer 30 goedaardige laesies die nu worden gebiopteerd voor elk geval van huidkanker dat wordt gevonden.
Onderzoekers van het Stevens Institute of Technology ontwikkelen nu een goedkoop handheld-apparaat dat het aantal onnodige biopsieën kan halveren en dermatologen en andere eerstelijnsartsen gemakkelijk toegang geeft tot kankerdiagnostiek van laboratoriumkwaliteit. “We proberen niet om biopsieën kwijt te raken”, zegt Negar Tavassolian, directeur van het Bio-Electromagnetics Laboratory in Stevens. “Maar we willen artsen wel extra handvatten geven en helpen om betere beslissingen te nemen.”
Het apparaat van het team maakt gebruik van millimetergolfbeeldvorming – dezelfde technologie die wordt gebruikt in beveiligingsscanners op luchthavens – om de huid van een patiënt te scannen. (In eerder werk moesten Tavassolian en haar team werken met reeds biopsie van de huid om het apparaat te laten detecteren of het kanker was.)
Gezond weefsel reflecteert millimetergolfstralen anders dan kankerweefsel, dus het is theoretisch mogelijk om kankers op te sporen door contrasten in de stralen die door de huid worden teruggekaatst te controleren. Om die benadering in de klinische praktijk te brengen, gebruikten de onderzoekers algoritmen om signalen die door meerdere verschillende antennes zijn opgevangen, samen te smelten tot een enkel beeld met ultrahoge bandbreedte, waardoor ruis wordt verminderd en snel beelden met een hoge resolutie worden vastgelegd van zelfs de kleinste mol of vlek.
Onder leiding van Amir Mirbeik Ph.D. ’18 gebruikte het team een tabletop-versie van hun technologie om 71 patiënten te onderzoeken tijdens klinische bezoeken in de echte wereld, en ontdekte dat hun methoden in slechts een paar seconden nauwkeurig goedaardige en kwaadaardige laesies konden onderscheiden. Met behulp van hun apparaat konden Tavassolian en Mirbeik kankerweefsel identificeren met een gevoeligheid van 97% en een specificiteit van 98% – een snelheid die concurreert met zelfs de beste diagnostische hulpmiddelen van ziekenhuiskwaliteit.
“Er zijn andere geavanceerde beeldvormingstechnologieën die huidkanker kunnen detecteren, maar het zijn grote, dure machines die niet beschikbaar zijn in de kliniek”, zegt Tavassolian, wiens werk verschijnt in het nummer van Scientific Reports van 23 maart. “We creëren een goedkoop apparaat dat net zo klein en gebruiksvriendelijk is als een mobiele telefoon, zodat we geavanceerde diagnostiek voor iedereen binnen handbereik kunnen brengen.”
Omdat de technologie van het team binnen enkele seconden resultaten oplevert, zou het op een dag kunnen worden gebruikt in plaats van een vergrotende dermatoscoop bij routinecontroles, waardoor vrijwel onmiddellijk uiterst nauwkeurige resultaten worden verkregen. “Dat betekent dat artsen nauwkeurige diagnostiek kunnen integreren in routinecontroles en uiteindelijk meer patiënten kunnen behandelen”, zegt Tavassolian.
In tegenstelling tot veel andere beeldvormingsmethoden dringen millimetergolfstralen onschadelijk ongeveer 2 mm door in de menselijke huid, dus de beeldvormingstechnologie van het team biedt een duidelijke 3D-kaart van gescande laesies. Toekomstige verbeteringen aan het algoritme dat het apparaat aandrijft, zouden het in kaart brengen van laesiemarges aanzienlijk kunnen verbeteren, waardoor nauwkeurigere en minder invasieve biopsie voor kwaadaardige laesies mogelijk wordt.
De volgende stap is om de diagnostische kit van het team op een geïntegreerd circuit te plaatsen, een stap die het binnenkort mogelijk zou kunnen maken om functionele draagbare diagnostische apparaten met millimetergolf te produceren voor slechts $ 100 per stuk – een fractie van de kosten van bestaande diagnostische diagnostische apparaten van ziekenhuiskwaliteit apparatuur. Het team werkt al aan het commercialiseren van hun technologie en hoopt hun apparaten binnen de komende twee jaar in handen van clinici te kunnen geven.