Znak Politechniki Warszawskiej

Innowacyjny sposób na wykrywanie nowotworów skóry

Dr inż. Agnieszka Siemion

Dr inż. Agnieszka Siemion wraz ze swoim zespołem będzie realizować projekt T-SKIN do końca 2021 roku, fot. Andrzej Siemion

Zespół pod kierunkiem dr inż. Agnieszki Siemion z Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej pracuje nad stworzeniem układów optycznych do urządzenia, które będzie w czasie rzeczywistym obrazować ludzką skórę, umożliwiając identyfikowanie zmian nowotworowych. Projekt T-SKIN otrzymał dofinansowanie w dziewiątej edycji programu LIDER organizowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

Podstawą urządzenia będą moduły optyczne zawierające struktury dyfrakcyjne. Struktury te wykorzystują zjawisko dyfrakcji, które polega na tym, że fala, napotykając na przeszkodę, ugina się, a co za tym idzie – zmienia się kierunek jej rozchodzenia.

W planach naukowców jest stworzenie układu oświetlającego i obrazującego skórę (w ten sposób możliwe będzie wskazanie tkanek ze zmianami nowotworowymi) oraz układu skupiającego promieniowanie w plamkę o dużej gęstości mocy i układu przekierowującego promieniowanie odbite pod różnymi kątami na detektor czy matrycę (co umożliwi badanie także głębszych warstw skóry).

Komfort dla pacjenta i lekarza

– W projekcie wykorzystujemy promieniowanie terahercowe – wyjaśnia dr Siemion. – Jego zaletą jest to, że umożliwia zróżnicowanie tkanki zdrowej i zmienionej nowotworowo. Dodatkowo, w odróżnieniu od dobrze znanego i powszechnie wykorzystywanego promieniowania X (rentgenowskiego), promieniowanie THz nie jest szkodliwe dla człowieka, bo nie jest jonizujące.

Wdrożenie rozwiązania, nad którym pracują naukowcy z Politechniki Warszawskiej, mogłoby znacząco podnieść komfort pacjentów. Oświetlenie zmiany nowotworowej promieniowaniem terahercowym daje bowiem obraz odpowiadający temu uzyskanemu z badania histopatologicznego. To oznacza, że na wynik nie trzeba by czekać tygodniami, tylko byłby dostępny od razu. Co więcej, można by badać skórę w sposób nieinwazyjny, a do tego na tyle dokładnie określić rozmiar zmiany nowotworowej, by wyciąć ją bez usuwania zbyt dużej ilości zdrowych tkanek.

Dopasowanie to klucz

Wykorzystanie promieniowania terahercowego wiąże się jednak również z wyzwaniami.

– W ogólności teraherce mają bardzo duży zakres częstotliwości w porównaniu z zakresem odpowiadającym światłu widzialnemu – tłumaczy dr Siemion. – W projekcie skupimy na 2-3 wybranych częstotliwościach i dla każdej z nich trzeba dobrać zestaw składający się ze źródła i detektora. Niestety jeszcze nie są to tanie rozwiązania, a to do nich musimy dopasować nasze moduły optyczne, tak by całe urządzenie działało optymalnie.

Dodatkową trudnością jest jeszcze jedna cecha promieniowania terahercowego – to, że jest ono blokowane przez wodę. – Dlatego żeby zbadać nieco głębsze warstwy skóry, postaramy się dostarczyć możliwie dużo energii – mówi dr Siemion.

Testy, testy, testy

W planach zespołu jest sprawdzenie gotowych modułów optycznych zarówno ze sprzętem dostępnym na Wydziale Fizyki, jak i z komercyjnym źródłem i detektorem. Część pomiarów odbędzie się również w Wojskowej Akademii Technicznej. Zebranie jak największej ilości danych bardzo się przyda nie tylko do weryfikacji skuteczności modułów, ale także do opracowania algorytmu do ich projektowania.

Na potrzeby LIDERA naukowcy chcą opracować fantom skóry. Dzięki niemu możliwe będą testy maksymalnie zbliżone do rzeczywistych badań.  Najlepiej byłoby móc wykonać testy na prawdziwych tkankach, dlatego cały czas zespół szuka różnych możliwości współpracy z lekarzami / szpitalami.

Docelowe urządzenie może być naprawdę kompaktowe, bo same struktury dyfrakcyjne są cienkie i lekkie. Ostateczna wielkość zależy od źródła i detektora.

Rozwiązanie, nad którym pracuje zespół dr Siemion, to przyszłość medycyny. Ale tak jak w przypadku wszystkich innowacji związanym ze zdrowiem i życiem ludzi, wprowadzenie go na rynek musi poprzedzić szereg badań i testów.

 

Agnieszka Kapela

Biuro ds. Promocji i Informacji
 

Czas realizacji projektu: 1.01.2019 – 31.12.2021

Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu LIDER IX