ガイゼル教授が顕微鏡をデジタル改造

DALI Lab は、コンピューターの頭脳と顕微鏡の設計を組み合わせるのに役立ちます。

顕微鏡は病気の診断に不可欠であり、感染症、血液疾患、がんの明らかな兆候を検出するために組織の断片を拡大する病理学者によって毎日使用されています。

現在、ダートマス・ヘルスの皮膚病理学者アラビンダン・スリハラン氏とデジタル応用学習イノベーション研究所の学生らが開発した新しいスマート顕微鏡を使用すると、スライドガラスに取り付けられたサンプルを使用する代わりに、臨床医がデジタル画像から疾患を診断できるようになります。

コンピューターの頭脳と医療用顕微鏡の設計を組み合わせることで、RavaOne: The SmartScope は従来の顕微鏡法と、人工知能に依存し、遠隔医療の可能性を拡大する急速に台頭しているヘルスケア技術を統合する準備ができているとアシスタントのスリハラン氏は述べています。ガイゼル医科大学の病理学および臨床検査医学の教授。

他の多くの分野と同様に、病理学も AI アルゴリズムによって変革されようとしています。AI アルゴリズムにより、診断がより正確になり、合理化され、手頃な価格になります。 これらのツールの導入に向けて飛躍的に進むには、病理学者はデジタル画像を処理する方法に切り替える必要があります。

従来の顕微鏡を使用して日常的な診断を行うのにわずか数秒しかかからない訓練を受けた病理学者でも、コンピューターのみを使用している場合は、モニター上の高解像度画像をスクロールするのに数分を費やす可能性があります。

「コンピュータ画面上でデジタル病理学を行うのは、信じられないほど面倒です」とスリハラン氏は言います。 「医療顕微鏡は、あることをうまくやるために 200 年以上にわたって改良が繰り返されてきましたが、コンピューターのモニターは汎用的なものです」と彼は言います。

スリハラン氏にとって、解決策はコンピュータと動作中の顕微鏡を組み合わせることであり、これはスマートウォッチがどのように機能を統合するかに似ています。

写真：Katie Lenhart/ビデオ：Chris Johnson

「スマートウォッチは、外側は腕時計の形状をしていますが、内側は本質的にコンピュータです。そして、コンピュータや腕時計だけではできないことを実行できます」と DALI にアイデアを提案したスリハラン氏は言います。研究室

製品デザインに興味を持つエンジニアリング専攻の Lauren Goyette '23 は、昨秋からデザイナーとしてプロジェクトに取り組み始めました。

「病理学者は顕微鏡を非常に効率的に使っています。それは非常に印象的です」と彼女は言います。 ゴイエット氏が考えた課題は、デジタル顕微鏡の世界に移行する際に、彼らが迅速に作業できるようにすることでした。 彼女は、3D プリントを使用して SmartScope のシャーシの作成に取り組みました。

接眼レンズとスライドガラスを載せるステージを備えた SmartScope は、実験室用顕微鏡のおなじみの形状を保っています。

異なる点は、染色された組織を含む実験用スライドの代わりに、SmartScope ステージには「ダミー」スライドが保持されていることです。 ユーザーがこのスライドを動かすと、カメラとコンピュータ システムがその位置を追跡します。 この動きは組織サンプルのデジタル化された高解像度画像と連動しており、ユーザーが接眼レンズを通して見ると画像が動き、従来の顕微鏡の体験を反映しています。

「表示する画像を取得するだけでも、大きなマイルストーンでした」と、開発者としてずっとプロジェクトに参加している Alex Carney '23 氏は言います。 続いて、ユーザーがステージ上でスライドガラスを動かすときに、大きな画像ファイルがユーザーの視野内をスムーズに移動できるようにすることに取り組みました。

「目標は、実際の研究や診断といった実際の作業を行うために、誰かが 1 日に何時間も快適に使用できる製品を作ることです。私たちはまだそれに取り組んでおり、かなり近づいていますが、それが最大の課題でした。このプロジェクトです」とカーニー氏は言いますが、彼が始めたときは、このプロジェクトが自分の数学とソフトウェアのスキルをどれほど磨くかは予想していませんでした。

このテクノロジーは、世界中のプロバイダーが瞬時に連携できるようにすることで、診断を変える可能性を秘めています。

チームは冬学期にプロトタイプをテストしたユーザーから肯定的な評価を受けました。

「顕微鏡の本質的な機能を維持しながら、SmartScope のシンプルでありながら非常に先進的な意図には、多くの思慮と詳細が込められていました」と、ダートマス ヒッチコックとガイゼル医学部に所属する病理学の助教授、ジェシカ ベンツは述べています。 。

「各倍率での画像の鮮明さに感銘を受けました」とベンツ氏は述べ、ユーザーが倍率を切り替えることを可能にする SmartScope の回転式改札口に注目を集めました。これは、従来の顕微鏡がこの目的で使用するレンズの回転カルーセルのより便利な代替品です。 これは明らかにユーザーにとって人間工学的な利点を考慮して設計されている、と彼女は言います。

「SmartScope は、病理診断ツールとしてのデジタル イメージングと AI の影響力の増大と、顕微鏡器具の前に座っているという親しみやすさを巧みに組み合わせています」と Bentz 氏は言います。

「このテクノロジーは、世界中のプロバイダーが瞬時に連携できるようにすることで、診断を変える可能性を秘めています」と、春にプロジェクト マネージャーとしてチームに加わったコンピューター サイエンスを専攻する Jorie MacDonald '25 氏は言います。

「何らかの損傷を受けずに税関を通過して研究室に届くことを願って、物理的なスライドを発送する必要はありません。ファイルを送るだけで十分です」と彼女は言います。

このデバイスは特許出願中であり、スリハラン氏が設立した新興企業であるPixCellの基礎となる。 「SmartScope は、病気の診断における AI の可能性をついに実現することができます」と彼は言います。

スリハラン氏は、このテクノロジーが変革をリードしている国だけでなく、資源や専門知識が限られている地域でも医療を変革できると信じています。 このデバイスは、現場で症例をスクリーニングしている医療従事者が緊急の対応が必要な症例を特定し、それを世界中の同僚やボランティアに送信するのに役立ちます。

病理学者は AI アルゴリズムを実行して、検査する画像に対して高価で時間のかかる臨床検査の結果をシミュレートできるため、患者の時間と費用を節約できます。 このアルゴリズムは、病気の予想される経過を図示し、効果的な治療法を推奨するのにも役立ちます。

「実際、私たちは最先端の医療を、薄っぺらいものではなく、ハイテクで最先端の医療を、それを最も必要とする人々に届けることができるのです」とスリハラン氏は言う。

RavaOne: SmartScope の開発に携わった DALI チームの他のメンバーには、Andy Kotz 24 年、Ziray Hao 22 年、Atharv Agashe 25 年、Elizabeth Frey 24 年、Victor Muturi 23 年、Lauren Kidman 25 年、Daniel Lubliner 25 年、アニー・チウ '24、エミリー・チェン '24、ウルゲン・イルドリム '24、アレハンドロ・ロペス '23、ジョイ・ミャオ '23、ケリー・ソング '23。

Harini Barath への連絡先は、[email protected] です。