Breast cancer is one of the leading causes of cancer deaths globally. About one in eight US women will develop invasive breast cancer over the course of their lifetime. And globally, millions of women suffer from breast cancer every year. But it is quite treatable if detected early. Right now, actually, mammography is the gold standard for breast cancer diagnosis. But mammography has a 10 percent chance of missed detection. Thousands of lives could be lost each year because of this 10 percent.
Il cancro al seno è una delle principali cause di morte per cancro nel mondo. Negli USA, circa una donna su otto svilupperà un cancro al seno invasivo nel corso della propria vita. E nel mondo, milioni di donne si ammalano di cancro al seno ogni anno. Ma è piuttosto trattabile se diagnosticato precocemente. Al momento, la mammografia è lo standard di riferimento per la diagnosi di cancro al seno. Tuttavia, c’è il 10% di possibilità che una mammografia non rilevi un cancro. Ogni anno, si possono perdere migliaia di vite a causa di questo 10 per cento.
Today, I’m going to introduce a new technology: photoacoustic imaging. As you can see, it provides a much clearer image, leading to a more accurate diagnosis. It will be affordable, just like an ultrasound scan. It's painless and fast, taking only 15 seconds to scan the entire breast in 3D. And immediate results will be delivered to the patients. Beyond breast imaging, this technology will broadly transform how we see inside our bodies -- and, maybe one day, even allow us to diagnose cancer via a wearable watch-like device that monitors circulating tumor cells.
Oggi vi mostrerò una nuova tecnologia: le immagini fotoacustiche. Come potete vedere, forniscono un’immagine molto più nitida, cosa che comporta una diagnosi più accurata. Saranno economiche, proprio come una scansione a ultrasuoni. Sono indolori e veloci, impiegano solo 15 secondi per scansionare un intero seno in 3D. E le pazienti riceveranno risultati immediati. Oltre alle immagini del seno, questa tecnologia rivoluzionerà come visualizziamo l’interno dei nostri corpi e forse un giorno ci consentirà di diagnosticare un cancro con un dispositivo indossabile, come un orologio, che monitora le cellule tumorali circolanti.
So what is photoacoustic imaging? Based on a photoacoustic effect, it is a conversion of light energy into sound energy. We shot a gentle laser pulse onto the tissue. The light is absorbed, raising its temperature a bit. The rise in temperature leads to a tiny fraction of volume expansion, which, in turn, generates acoustic waves. Sensors process those sound signals, resulting in a high-resolution image whose level of clarity and detail far surpasses what you've got with traditional CT scans or ultrasound.
Ma che cosa sono le immagini fotoacustiche? Si basano sull’effetto fotoacustico, che è la conversione di energia luminosa in energia del suono. Colpiamo il tessuto con un leggero impulso laser. La luce viene assorbita, causando un lieve aumento di temperatura. L’aumento di temperatura comporta una piccola espansione del volume, che, a sua volta, genera onde acustiche. Dei sensori processano questi segnali acustici, generando un’immagine ad alta risoluzione, i cui livelli di dettaglio e nitidezza sorpassano di gran lunga quelli delle tradizionali immagini di TAC o ultrasuoni.
Now, about me. I started out in industrial optics, but changed direction after my grandparents died of cancer and stroke. I realized that we needed better imaging technology to aid early diagnosis and to provide a better understanding of the diseases. So I decided to devote myself to biomedical optical imaging. I now research and develop next generation medical imaging with applications ranging from diagnosing cancer to mapping brain functions and navigating medical micro robots for drug delivery.
Ora, riguardo a me: ho iniziato nell’ottica industriale, ma ho cambiato direzione dopo che i miei nonni sono morti di cancro e ictus. Ho realizzato che ci serviva una migliore tecnologia diagnostica per aiutare le diagnosi precoci e per ottenere una migliore conoscenza delle malattie. Quindi ho deciso di dedicarmi alla diagnosi ottica biomedicale. Ora ricerco e sviluppo la nuova generazione della diagnostica medica con applicazioni che spaziano da diagnosi di cancro a mappature di funzioni cerebrali e alla guida di micro-robot per la somministrazione di medicine.
Here are some examples showing what we can do. Take this mouse. The mouse has been virtually sliced into 600 pieces from head to toe. It took only 12 seconds to complete the whole body scan. It looks a little like a mouse carpaccio.
Ecco alcuni esempi che mostrano cosa possiamo fare. Prendiamo questo topo. Questo topo è stato affettato virtualmente in 600 pezzi dalla testa ai piedi. Ci sono voluti solo 12 secondi per scansionare l’intero corpo. Sembra un po’ un carpaccio di topo.
(Laughter)
(Risate)
But don't worry, no mice were hurt during the imaging.
Ma non vi preoccupate, nessun topo si è fatto male!
(Laughter)
(Risate)
In this next video, we hold the animal, another mouse, in position to image its liver. The liver has a lot of blood vessels inside. You can see them as a tree-like network. Because our imaging exposure time is too short, only 15 microseconds, there is no blur at all, despite the movement of the animal during the imaging. The mouse is breathing normally, and every frame in our video is clear. With each slice we can clearly see the internal structure and the blood vessel network. This enables us to differentiate a tumor from normal tissue. The light dose we use is well below the safety limit, and we don't need to inject any contrast agents. It is totally non-invasive.
In quest’altro video, teniamo l’animale, un altro topo, in posizione per vedere il suo fegato. Il fegato contiene molti vasi sanguigni. Li potete vedere quasi come una rete di rami d’albero. Dato che il tempo d’esposizione per l’immagine è corto, solo 15 microsecondi, non c’è nessuna sfocatura, nonostante il movimento dell’animale durante l’acquisizione. Il topo sta respirando normalmente e ogni frame del nostro video è nitido. In ogni fetta si vedono chiaramente la struttura interna e la rete di vasi sanguigni. Questo ci consente di distinguere un tumore dal tessuto sano. La dose di luce che usiamo è ben al di sotto della soglia di sicurezza, e non dobbiamo iniettare nessun agente di contrasto. È totalmente non invasivo.
Now, for an example, that is a little closer to home. This is a side by side comparison of human brain images. On the left, you see an image from an MRI. On the right, from photoacoustic imaging. Photoacoustic imaging can reveal detailed vasculature, but with even faster detection of the brain functions and without using the costly high-magnetic field. What you are seeing here is the brain's activity, where a patient, now a human this time, taps his finger, puckers his lips, taps his tongue and is listening and thinking of words.
Ecco un esempio che ci coinvolge un po’ di più. Questo è un paragone di immagini di cervello umano. A sinistra vedete l’immagine di una RM. A destra, un’immagine fotoacustica. L’immagine fotoacustica può mostrare la vascolatura nel dettaglio, ma con una rilevazione ancor più veloce delle funzioni cerebrali e senza usare il potente e costoso campo magnetico. Quello che state vedendo è l’attività cerebrale, quando un paziente, in questo caso un umano, picchietta le dita, corruga le labbra, picchietta la lingua e ascolta o pensa parole.
Although I don't have a visual for it, I'd like to share one more example. In science fiction, micro robots enter our bodies to cure diseases in hard-to-reach areas. However, in reality, locating, guiding and controlling them inside of the body is a big challenge. Just like the satellites in space guiding cars to their destinations, a photoacoustic imaging system outside the body can serve similarly as a GPS for the micro robots.
Anche se non ho un video, vorrei condividere un altro esempio. Nella fantascienza micro-robot entrano nel nostro corpo per curare malattie in zone difficili da raggiungere. Tuttavia, in realtà, individuarli, guidarli e controllarli nel corpo è una grande sfida. Proprio come i satelliti nello spazio guidano le macchine a destinazione, un sistema fotoacustico all’esterno del corpo può funzionare come un sistema GPS per i micro-robot.
Biomedical optics has come a long way. The microscope used every day in modern medical diagnosis was invented in the 17th century, which revolutionized 19th century medicine by letting us see into a cell. Then, optical coherence tomography developed in 1990s increased optical penetration to 1 millimeter, bringing huge benefits to clinical care for skin and eyes. Now, photoacoustic imaging, first adopted for medical use in the 2000s, allows us to see even more, allowing penetration by another order of magnitude, to several centimeters, allowing organ-level in vivo human imaging.
L’ottica biomedicale ha fatto grandi passi avanti. Il microscopio quotidianamente usato per fare diagnosi è stato inventato nel 17esimo secolo, rivoluzionando la medicina del 19esimo secolo consentendoci di vedere l’interno di una cellula. Poi la tomografia ottica a coerenza di fase, sviluppata negli anni ’90, ha aumentato la penetrazione ottica a 1 millimetro, comportando grandi benefici per la cura clinica di pelle e occhi. Adesso, le immagini fotoacustiche, adottate per la prima volta nella pratica medica negli anni 2000, ci consentono di vedere ancora di più, aumentando la penetrazione di un altro ordine di grandezza, fino a diversi centimetri, ottenendo immagini alla scala degli organi in umano in vivo.
Photoacoustic imaging is a highly-active and a fast-growing research field. Using microwaves instead of light, this imaging method holds promises for whole body penetration in humans in the future. We are hoping that the further advancement of this technology will aid early diagnosis of cancer and brain diseases, ultimately benefiting global health. I hope you all can share my excitement over this fast-growing field and hope you'll join us in advancing the technology.
La diagnostica fotoacustica è un campo di ricerca attivo e in rapida crescita. Usando microonde invece della luce, questo metodo potrebbe consentire la visualizzazione dell’intero corpo umano in futuro. Noi speriamo che l’ulteriore avanzamento di questa tecnologia aiuterà nella diagnosi precoce di cancro e malattie del cervello, comportando grandi benefici per la salute a livello globale. Spero che condividiate il mio entusiasmo per questo campo in rapido sviluppo e che vi unirete a noi nel far progredire questa tecnologia.
Thank you.
Grazie.
(Applause)
(Applausi)