教員、学生のロボティクスおよび研究が乳がん検出技術に大きく貢献

Rose-Hulman の学生による最近の進歩は、手作業による乳房検査プロセスの自動化と改良に大きな前進をもたらしました。これにより、逆問題解決法を使用して乳がんの早期発見を支援する 2 人の教授が行っている研究が強化されました。

特別に設計された電気機械装置 (ロボット) は、異常に硬い領域を検索するために、複数の場所でシリコン シミュレートされた乳房組織テスト サンプル (ファントム) を軽く押し込みます。 結果は 3D マップに反映され、医学的なフォローアップが必要な疑わしい腫瘍を明らかにすることができます。

この新しい手順は、初期のテストで 14 の腫瘍のないファントムと 14 の腫瘍を含むファントムを正しく識別しました。 これは、現在のマンモグラム手順よりも快適な検査への道を開くのに役立つ重要な成果です。

「これは、何年にもわたって私たちのキャンパスで段階的に前進してきた学部レベルの研究における大きな前進です。 私たちの研究をさらに強化するための貴重なデータを提供する技術を手に入れることに近づいています」と、機械工学のロリ・オルソン教授は、電気およびコンピューター工学の教授であるロバート・スローン博士と協力して、ほぼ何年にもわたって進行中の研究に参加している. 20年

2013 年に Rose-Hulman Board of Trustees Outstanding Scholar Award を受賞した Olson は次のように述べています (Throne は 2021 年にこの賞を受賞しました)。研究分野でのキャリアに興味のある学生にとって、素晴らしい学習体験となるでしょう。」

これには、ロボット アームのメカニズムと制御システムを再設計し、Rose-Hulman の夏季学部研究フェローシップ (R-SURF ) プログラム。

「博士と一緒に仕事をする絶好の機会でした。 Olson は興味深いプロジェクトに取り組んでいますが、これはたまたまロボット工学における私のキャリアの興味にとって重要なアプリケーションです。 また、研究や大学院に関連する事柄に足を踏み入れました」と、いくつかの大学院の機会を検討しているハバードは言いました。

過去の学生は、学部での研究経験を利用して、修士号と博士号への扉を開き、全国的に出版された学術論文や全国会議でのプレゼンテーションの共著者として、オルソンとスローンと共にリストされました。

乳がんの早期発見は、患者の生存にとって極めて重要であると考えられています。 マンモグラムと手動乳房検査は、早期発見のための最も広く使用されている効果的な方法ですが、これらの方法には身体的および心理的な欠点があります。 また、マンモグラムは乳房X線であり、患者を放射線にさらすため、特定の年齢とリスクグループに制限があります. マンモグラムは、硬さではなく、組織密度にも敏感です。

Olson 氏によると、ほとんどの患者のがん組織は健康な組織より密度が高いが、40 歳以上の乳房密度の高い女性の半数では、違いが小さく、検出が困難な場合がある. 癌組織は、健康な組織よりも 10 倍も硬くなる弾性剛性を持っています。

一方、手作業による乳房検査は剛性に依存していますが、腫瘍を確実に検出する能力には限界があります。 それらは、力が適用されるサイトに関する情報のみを生成します。 また、将来の試験と比較するための定量的または記録可能な情報も提供しません。

Olson と Throne は、機械工学の 4 年生の絶頂プロジェクト、独立した研究プロジェクト、特別な夏のインターンシップなど、学生によって改良されたデバイスを使用して、手動乳房検査プロセスの自動化と強化に取り組んでいます。 これらのプロジェクトは、国立科学財団、ローズ ハルマンのローレンス J. ジャコレット寄付基金 (2018 年から 2021 年まで、スローンが電気およびコンピューター エンジニアリングのジャコレット寄贈委員長を務めていたとき)、および RSURF プログラムによって支援されています。

機械工学助教の Dan Stoecklein 博士と学生たちは、ロボット アームによって収集されたデータと同様のデータに機械学習の原理を適用することで、プロジェクトの側面を強化しました。

「私たちの学生は、このプロジェクトに多大な貢献をしました。 彼らにとって有益であり、大学での経験とプロジェクトを強化しています」と Olson 氏は述べています。 「現在、私たちのプロセスは中型の胸のモデルで機能すると判断したので、大きな胸と小さな胸で硬い領域を検出できるかどうか、およびシステムに変更を加える必要があるかどうかを調べる必要があります。」

プロジェクトを支援した元学生研究者は、アリソン・クランプ、マシュー・ビリングスリー、マシュー・コンラッド、エミリー・コッティンガム、ケイトリン・ダグラス、ロバート・フライシェル、ジョナサン・ギャノン、ケーリン・グリフィン、ティアンホン・ハン、マシュー・ハンメル、ワンリ・ヒー、ニコラエ・イオヴァナック、トーマス・ヤンセン、マイケル・ジョーンズ、 Zhicheng Kai、Tressa Lauer、Bowen Li、Xiaoyin Ling、Allen Liu、Emily Macak、Haley O’Neil、Gustavo Romo、Emily Rusnak、Geoffrey Tan、Ryan Tarr、Michael Samp、Brendan Smyth、Justin Speedy、Griffin Steffy、James Tumavich、そしてジャオジャオ・ワン。 キャップストーン デザイン チームの貢献者は、Allison Bromenschenkel、Logan Caldwell、Peter Garnache、Taylor Graham、Erin Minervi、Carson Stone、および Dayong (Ray) Tong でした。

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