EE Seminar: The Performance Enhancement of Nanowire-Based Electrical Sensing Systems for Biological and Medical Applications

26 בדצמבר 2018, 15:00 
חדר 011, בניין כיתות-חשמל  

 

Speaker:  Itzhak Icin

M.Sc. student under the supervision of Prof. Fernando Patolsky

 

Wednesday, December 26th, 2018 at 15:00

Room 011, Kitot Bldg., Faculty of Engineering

 

The Performance Enhancement of Nanowire-Based Electrical Sensing Systems for Biological and Medical Applications

 

Abstract

 

            In recent years, silicon nanowires-based sensors had evolved rapidly and currently evoke great interest. These devices are suitable for extremely sensitive label-free, real-time sensing for the discovery of biological and chemical species. Silicon nanowires sense by decoding electrical fields, which is the key to discovery in such small dimensions. In this presentation, I will introduce the historical aspects from the Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) phase, through Ion-Sensitive Field-Effect Transistor (ISFET), to Silicon Nanowires Field-Effect Transistors (SiNW-FET), in electro-physical terms, interconnectivity of molecules to the surface, and diffusion and laminar flow. Two approaches are presented for creating the devices: a top-down approach and a bottom-up approach. The common sensing methods that are used today in the field are direct current (DC) or single low-frequency, and they are presented here with surface modifications for examining ionic strength and the concentration of cardiac troponin T protein. This work compares various recent electrical sensing methods, and focuses on an alternating current (AC) technique. Impedance-based detection method, combined with SiNW-FET sensors, has the ability to improve the sensitivity range and molecule reaction rate. Both the comparison and results of the experimental setup are presented, as well as implications for future research.

 

EE Seminar: Activity recognition for medical diagnosis– old, current and future technologies

06 בינואר 2019, 15:00 
חדר 011, בניין כיתות-חשמל  

(The talk will be given in English)

 

Speaker:     Dr. Gaddi Blumrosen
                   IBM Research

 

SUNDAY, January 6th, 2019
15:00 - 16:00

Room 011, Kitot Bldg., Faculty of Engineering

 

Activity recognition for medical diagnosis– old, current and future technologies

Abstract

Motion and activity recognition and characterization, plays a major role in our life. Activity includes body’s daily life activities, body’s gestures, and its more wide sense also facial expressions. Accurate characterization of the activity, can contribute to well-being by assisting in fields like sport, and in medicine, where it enable detect abnormalities in human behavior, estimate medical score in diseases like Huntington, and Parkinson diseases, and enable continuous monitoring of medical condition. The advantage of automated medical diagnosis, while doing daily life activities are: 1) higher accuracy by applying advanced machine learning techniques and massive trained data, that can overcome human limitation and biases; 2)save patient time travel time to the clinic, clinician time, and minimize hospital resources; and 3) can be used to tune in real-time, drag delivery. In this talk, we will review the current activity assessment methodologies, like inertial sensors and video, and will show new ways for seamless activity monitoring, achieved by deploying new sensing techniques, like radar, sonar, Kinect, and pressure sensors. We will further present advanced methods, that were tailored to the sensors, and can recognize the activity type, level, and estimate medical scores.

Short Bio

Gaddi Blumrosen is a scientist specializing in activity recognition, medical assessment, and medical and biological signal modeling and processing. He holds a BsC, MsC, from the Technion, Tel Aviv, respectively in electrical engineering, and Phd degree from Hebrew University in computer science and biomedical engineering. His research span different areas of signal processing and modeling, and was published in over 25 papers in leading peer reviewed journals and conferences, and he holds 4 patents. In recent years, he conducted research in Tel Aviv University in collaboration of Tel-hashomer, Berkeley, MGH-Harvard medical school, and in New York University, in activity analysis, in providing methods to determine electrical stimulation parameters, and in facial expression analysis. Recently, Gaddi has finished two years research position in sensing computational biology in IBM research at the Computational Biology Center (CBC), where he used signal processing and machine learning techniques for gestures recognition, and for evaluation of Parkinson disease severity.

 

הסקרנות אולי הרגה את החתול, אבל עבור הדס שפינר זה הדלק שמניע אותה כל יום מחדש

16 דצמבר 2018
החומרים שמהם עשויים מהנדסים
בתמונה הדר מרכיבה דגמים למדידה בתנור

ללמוד את החומרים זה בעצם להבין ממה העולם שסביבנו מורכב, להבין את היכולות האמיתיות של חומרים ולעשות איתם דברים מדהימים. 

 

הדר שפינר, בחורה סקרנית מטבעה, רצתה להבין מה גרם לאסון הטיטניק? מדוע תכונות היהלום שונות מאלה של גרפיט למרות ששניהם עשויים מפחמן? כיצד הכפיות של אורי גלר מתכופפות מעצמן? איך ליצור בטון שקוף? איך לייצר מסך מחשב מנייר? איך ואיך ואיך...

 

בשיחה עם הדר הצלחנו להבין את התשוקה שלה לתחום ויש בהחלט סיכוי שבקרוב נקרא כי הדר גילתה חומרים חדשים שיובילו למהפיכות טכנולוגיות במאה ה- 21 (ספויילר קטן - את החומרים מהם עשוייה אהבה היא כבר גילתה)

 

מי את?

שמי הדר שפינר, סטודנטית לתואר כפול בהנדסת חומרים וכימיה, שנה חמישית

   
האם את עובדת? כן, התחלתי לעבוד בווסטרן דיגיטל בסוף שנה ג' (אוגוסט 2017).
   

מה תפקידך בפעול

ומה הכי מאתגר אותך בעבודה? 

אני שייכת למחלקת הזכרונות של החברה. התפקיד הינו מהנדסת התקנים של רכיבי זכרון (כרגע במשרת סטודנטית). אנחנו צוות קטן של 5 אנשים, רוב הצוות יושב בארה"ב ובהודו ואנחנו שלוחה קטנה בישראל. הצוות מורכב מדוקטור לפיזיקה ועוד פיזקאי בוגר תואר שני כך ששילוב של חומרים הוא מעניין ומגוון. במקביל אנחנו עובדים עם קבוצה של מהנדסי חשמל. 

העבודה מאוד מאתגרת, לעבוד בחברת הייטק שנמצאת בחזית הטכנולוגיה מצריך הסתגלות מהירה לשינויים, כל כמה חודשים עוברים למוצר אחר שמצריך למידה מהירה של התכונות וההתנהגות הצפויה, יחד עם זאת מגלים הרבה באגים וצריכים לתת פתרון בהתאם. 

   
איך השילוב של עבודה ולימודים? 

השילוב של עבודה עם לימודי תואר כפול בהנדסת חומרים וכימיה הוא קשה. אין ספק שאני נמצאת במירוץ במהלך כל השבוע של השילוב ביניהם (חשוב לציין שאני הולכת לכל ההרצאות ולא מחסירה כלום על אף העבודה), ובסופ"ש בעיקר משלימה שיעורי בית. מאתגר מאוד.

   
זכרון משמעותי מתקופת הלימודים?

אני חושבת ששנה א' היא זכרון משמעותי (וקצת טראומתי יש להגיד). הקושי להגיע ללימודים אחרי 5 וחצי שנים בצבא (הייתי קצינת סימולטור בחיל האוויר) והסתגלות לעומס היתה מאוד קשה עבורי. סיימתי את השנה עם כמה נכשלים ועם מחשבות רבות האם המסלול מתאים לי. בסופו של דבר עשיתי שינוי בצורת הלמידה שלי והצלחתי לשקם את המצב רוח ויחד איתו את הממוצע :) אין ספק שהשנה הראשונה היתה הקשה ביותר, אבל אני שמחה שנשארתי ולא וויתרתי למרות הקושי.

 

בסופו של דבר, אני חושבת שמהנדסי חומרים הם אנשים עם ידע רחב בהרבה תחומים, פיזיקה, חשמל, מכונות, הרבה כימיה. פגשתי מרצים מעוררי השראה עם תשוקה גדולה למקצוע (פרופ' נאווה סתר שמלמדת חומרים קרמיים, ד"ר רוני שנק שמלמד מטלורגיה פיזיקלית,  פרופ' אמוץ ויינברג שמלמד חומרים פולימרים ומרוכבים) וזה גרם לי להתחבר יותר למה שלומדים. אני חושבת שבגלל שלומדים נושאים רבים ומגוונים מאוד, לפניי שיוצאים לחפש עבודה בתעשייה צריך לבחון איזה מבין כלל הנושאים מעניין אותך ובו להתמקד (לצערי המסלול של הנדסת חומרים בשילוב מיקרואלקטרוניקה לא כל כך משווק אצלנו ולכן הרבה לא פונים לשם). 

 

וכמובן, לא פחות חשוב אם לא העיקר...הכרתי את בעלי בשיעור פיזיקה 2, סטודנט להנדסת חשמל שנה רביעית ועובד היום בחברת סמסונג. 

   
איך לימודי הנדסת חומרים תרמו לך? לימודי הנדסת חומרים מאפשרים לי להבין מגוון של תופעות פיזיקלית שמתרחשות בהתקן הזכרון, הבנה עמוקה של החומרים מהם הזכרון מורכב וכדומה. יחד עם זאת, נדרש ממני לבצע השלמות של קורסים שונים שנלמדים בהנדסת חשמל.
   
את עובדת עכשיו על פרוייקט הגמר שלך. במה הוא עוסק?

פרויקט הגמר שלי עוסק בהשפעה של תהליך אריזת הזכרון (Packaging) על אמינות המידע שנכתב עליו טרם האריזה (Reliability).הפרויקט משלב בתוכו הנדסת חומרים, פיזיקה, הנדסת חשמל ומעט סטטיסטיקה. הדור החדש של הזכרונות עבר שינוי של חומרים (לעומת הדור הקודם), בפרוייקט שלי אני מתכוונת להסביר על התכונות של החומר החדש (SiN) ולאפיין בעזרתו תופעות פיזיקלית שמתרחשות בזכרון ועלולות  להשפיע על המידע ששמרתי. בעקבות מידע מסווג של החברה לא אוכל לפרט מעבר לכך...

בפרוייקט הגמר יש לי 2 מנחים. המנחה המקצועי שלי מהעבודה, מווסטרן דיגיטל, ד"ר אלון אייל והמנחה האקדמי מהאוניברסיטה פרופ' עמית כהן.

 

פרופ׳ חיית גרינשפן, מהפקולטה להנדסה באוניברסיטת תל אביב, מפתחת כלים אוטומטים, לעזרת הרופאים, כך שיוכלו לבדוק ולעבור על מאות תמונות מבדיקות MRI ו-CT, כך שיוכלו לזהות האם הן תקינות או לא.

לפענת מאות תמונות MRI בכלים אוטומטים המבוססים על שיטות ראיה ממוחשבת

במעבדה לעיבוד תמונות רפואיות בניהולה של פרופ' חיית גרינשפן  מפתחים פתרונות הנדסיים לסיוע בפענוח תמונות רפואיות אשר יעזרו לרופאים להשיג קריאת מקרים מהירה יותר ומדויקת יותר. פרופ' גרינשפן ישבה איתנו השבוע והסבירה לנו על פיתוחים פורצי הדרך שיצאו לאחרונה מהמעבדה בנושא של אנליזת גידולים בכבד בבדיקות CT

 

מה מפתחים היום במעבדה שלך לעיבוד תמונות רפואיות?

במעבדה מפתחים כלים אוטומטיים המבוססים על שיטות מתקדמות בראייה ממוחשבת, מערכות לומדות  (Deep Learning)ובינה מלאכותית ככלי עזר לרדיולוג  בפיענוח בדיקות X-RAYCT  ו-MRI.

תמונות רפואיות מהוות חלק אינטגרלי בדיאגנוסטיקה ובכלל שלבי הטיפול הרפואי. כיום, עקב שיפורים במכונות הדימות, סריקות CT ו-MRI מכילות מאות ואף אלפים של תמונות. בתהליכי העבודה השוטפים, הרדיולוג צריך לעבור על בדיקות דימות שלמות ולזהות האם הן תקינות או לא, וכן לדווח על מכלול הפתולוגיות הנראות בסריקה. כיום ישנה הסכמה בקרב הקהילה כי כלים אוטומטיים, שיספקו תוצאות עקביות ומדויקות, חשובים ככלי עזר לרדיולוג  וכן יהוו מרכיב משמעותי לפיתוח רפואה כמותית ומתקדמת יותר.

 

במעבדה של פרופ. גרינשפן עובדים בתחום זה במגוון מחקרים– מגילויים דחופים בתמונות X-RAY  בבית החזה, גילויים של נגעים בתמונות MRI  של המוח, ואנליזה אוטומטית של גידולים בכבד בבדיקות CT. פירסומים מהמעבדה, ביניהם ספר ראשון בתחום, היו בין הראשונים בעולם שהראו כי שימוש בכלים מבוססים למידה עמוקה(Deep Learning)  אפשריים ומקדמים את תחום עיבוד התמונות הרפואיות.

 

בבדיקות הCT יש חשיבות רבה לזיהוי מוקדם של גידולים בכבד על מנת לאפשר מתן טיפול מתאים. התוכנות האוטומטיות שמפותחות במעבדה מלוות את התהליך משלב הגילוי של הנגעים, אפיון שלהם כגידולים ממאירים או שפירים, ועד להמלצות ראשוניות לאופי הטיפול המומלץ – ולמעקב בזמן אחר השפעת הטיפול על מצב הנגעים. סטודנטים מהמעבדה: עידית דיאמנט, אבי בן-כהן ומעיין פריד אדר– פירסמו בשנה האחרונה בכנסים - ISBI IEEE ו- MICCAI ,מספר מאמרים ראשוניים בתחום הזוכים לציטוטים רבים - בהם שימוש בכלי  Deep Learning  משמשים לפיענוח אוטומטי של תמונות CT בכבד עם שיפור משמעותי בתוצאות יחסית לשיטות קודמות. במאמר שהתפרסם זה עתה בעיתון  Academic Radiology   מדגים אבי, דוקטורנט במעבדה, שימוש ראשוני בכלי הלמידה החדשים ככלי עזר לרדיולוג להבנת מקור הסרטן של גרורות בכבד בהינתן מאפיינים שונים של הגרורה בסריקות CT  - דבר שאינם מסוגלים לעשות היום. מערכות אוטומטיות כמו זו, מציגות יכולות חדשות ומבטיחות שבעתיד הקרוב יוכלו לספק תמיכה והמלצה להמשך טיפול לרדיולוגים ולאונקולוגים בעבודה השוטפת בבתי החולים.

 

ספרי לנו על שיתוף הפעולה בין המרכז הרפואי שיבא והמעבדה לעיבוד אותות

שיתוף פעולה בתחום זה קיים בין מחלקת הדימות בשיבא בראשותו של פרופ. אלי קונן  והמעבדה שלנו מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל אביב. בבית החולים נאספות בדיקות לצורך למידה ואימון של הכלים האוטומטיים. התקווה היא ששיבא יהיה אחד מבתי החולים הראשונים שיעשו שימוש בפיתוח.   

 

איך נולד הרעיון לפתח תוכנה לפענוח תמונות רפואיות?

רוב הפיתוחים שלנו נולדים מדו שיח עם רדיולוגים, והבנה של צרכים. במקרה המסוים הזה, ישבנו עם דר' מיכל אמיתי ודר' אייל קלנג, מקבוצת ה-CT בטן במחלקת הדימות בשיבא, ולמדנו מהם על הצורך בכלי עזר למציאת נגעים בכבד, השאיפה לתמיכה בהחלטה באבחון הנגעים וההכרה שלהם בצורך למדוד שטח ונפח של הכבד והנגעים בו-דבר שאינם מסוגלים לעשות בתהליכי הדיאגנוסטיקה כיום. 

 

איך הפיתוח החדש יתרום לחולים?

באופן כללי, שימוש בתוכנה אוטומטית יעזור לרופאים להשיג קריאת מקרים מהירה יותר ומדויקת יותר. החולים יזכו במשוב מהיר המכיל מדדים כמותיים לממצאים השונים. בנוסף, יוכל החולה לקבל מדידות מדויקות של שינויים במחלה במהלך טיפול.

 

מה השלב הבא של הפיתוח?

אנחנו עובדים על פיתוח יכולות נוספות לאנליזה האוטומטית.  במעבדה שמים דגש מיוחד על יכולת עבודה עם מידע רפואי מצומצם, שזו נקודת הקושי המשמעותית ביותר בעבודה עם דטה רפואי, הדורש מומחה רפואי בתהליך הלמידה. כמו כן אנחנו ממשיכים לפתח יכולות במכלול גדול של מקורות דימות ופתולוגיות 

 

איך את רואה את ההשפעה של הפיתוח בעתיד הרפואה?

כלי הלמידה העמוקה (Deep Learning), המתפתחים היום, מהווים קפיצה אדירה קדימה ביכולת לקשר בין פיתוחים טכנולוגיים עם צרכים קליניים. אנחנו רואים היום יכולות המתקרבות ליכולת קלינית ולכן מאמינים שהכלים האוטומטיים ישתלבו 

בעתיד הלא רחוק במסגרות של דיאגנוסטיקה בבתי חולים וקליניקות.  אני מאוד מתלהבת מתקופה זו, בה אנו רואים לראשונה את הפוטנציאל לשימוש בכלים הנדסיים לשפר את הדיאגנוזה והטיפול בחולים.  בהמשך, יתכן כי יכולות הלמידה יעזרו להגדיר תהליכי טיפול מותאמי חולה, ויקדמו את הרפואה בצעדים גדולים קדימה.

 

 

סטודנט להנדסה ביו-רפואית, זכה בתואר "הדובר המצטיין" בתחרות הדיבייט הבינלאומית

13 דצמבר 2018
תחרות הדיבייט הבינלאומית

בחודש אפריל האחרון התקיימה תחרות הדיבייט היוקרתיות ביותר באתונה ועידן ברסלר, סטודנט מהפקולטה להנדסה עם חברו לקבוצה עמיחי אבן חן, סטודנט למתמטיקה ופילוסופיה, ניצחו את התחרות ועידן אף זכה בתואר "הדובר המצטיין של התחרות"!. כאמור, התחרות התקיימה באתונה והשתתפו בה כ - 130 דוברים וכ - 40 שופטים ממעדוני דיבייט אוניברסיטאיים מכל רחבי אירופה. התחרות כללה חמישה דיבייטים בסיבובים המקדימים, רבע גמר, חצי גמר וגמר - כלומר שמונה דיבייטים סך הכל שבסופם הוכרזה הקבוצה התל אביבית כמנצחת של התחרות. לכל קבוצה לאחר קבלת הפוזיציה (בעד ונגד ההצעה) יש רבע שעה להכנה. לאחר מכן כל דובר בקבוצה מקבל 7 דקות לנאום. המשימה הייתה לתת טעונים בנושא: "אנחנו סבורים כי מדינות צריכות לשאוף להחזיר פליטים לארץ מולדתם לאחר שהסכנה ממנה ברחו חלפה". 

 

בתמונה משמאל לימין: דן להב (חבר המועדון וממארגני התחרות), עידן ברסלר, עמיחי אבן חן, עידו קוטלר 

 

השילוב בין הנדסה ואומנות הדיבייט

עידן ברסלר הוא סטודנט שנה רביעית להנדסה ביו-רפואית. למועדון הדיבייט של אוניברסיטת תל אביב הגיע לאחר פרסום שראה בפייסבוק. "מה שמשך אותי למועדון זה השימוש בלוגיקה, (מה שאמור להיות חזק אצל סטודנט להנדסה J )" כך אומר לנו עידן. "בנוסף זאת הזדמנות לעבוד על היכולת שלי לעמוד מול קהל ולהעביר מסרים. משם ראיתי שאני גם די טוב בדיבייט, אז החלטתי ללכת לתחרויות בארץ ובחול (יש כמה כאלה בכל שנה). ישנם דברים בדיבייט שעזרו לי בתואר ולהיפך. עכשיו לדוגמא אני עובד על  פרוייקט הגמר שלי, וצריך לחשוב איך להציג אותו בצורה מתומצת ומעניינת. שזה בדיוק מה שלומדים בדיבייט. בנוסף היכולת לעבוד בצוות משתפרת המון בזכות דיבייט, משום שדיבייט מאפשר לזהות בדיוק את חוסר ההסכמה בין אנשים ולפתור אותו בצורה יעילה".

 

החזרת פליטים שכבר לא בסכנת חיים למדינות המוצא

הקבוצה של עידן טענה בעד נושא הדיבייט, החזרת פליטים למדינות המוצא כאשר אין סכנה ברורה לחיים שלהם. הטיעון המרכזי שלהם היה: במדינות שמקבלות פליטים, באירופה, בעיקר בדרום אירופה ובמידת מה בישראל, יש מספר גורמים שמגבילים את כמות הפליטים שאפשר לקבל: א. משאבים ב. תשתיות ג. רצון של האוכלוסייה לקבל פליטים. כשאנחנו מחזירים את הפליטים למדינות המוצא יש למדינה יותר יכולת לקלוט פליטים ממשבר אחר. בכך אנחנו יכולים להציל חיים של יותר בני אדם בסך הכל. כלומר - החזרת פליטים שכבר לא בסכנת חיים למדינות המוצא מאפשרת קליטה של פליטים שנמצאים בסכנת חיים מיידית ובכך מציל יותר חיי אדם.

 

עמודים

אוניברסיטת תל אביב עושה כל מאמץ לכבד זכויות יוצרים. אם בבעלותך זכויות יוצרים בתכנים שנמצאים פה ו/או השימוש שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות
שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות נא לפנות בהקדם לכתובת שכאן >>