[ad_1]
Идея путешествия внутрь человеческого тела для решения медицинских проблем возникла, по крайней мере, с тех пор, как в 1960-х годах эта концепция была популяризирована в научно-фантастическом фильме, но этот подход к медицине так и не стал реальностью, потому что, к сожалению, сжимающих лучей не существует.
Тем не менее, исследователи разработали прокси для врачей-людей, которые достаточно малы, чтобы путешествовать по человеческому телу и помогать диагностировать заболевания. Эти «умные таблетки» обычно проглатываются, и, проходя через пищеварительный тракт, они собирают данные о здоровье, записывают изображения и даже доставляют лекарства.
Но точно так же, как водителю службы доставки нужно знать, на какой улице он находится, чтобы доставить пиццу по нужному адресу, умная таблетка должна знать свое местонахождение в организме, чтобы хорошо выполнять свою работу. Теперь группа исследователей из Калифорнийского технологического института разработала технологическую платформу, которую они называют «GPS» для «умных таблеток».
«Беспроводная локализация умных таблеток или других крошечных устройств глубоко внутри тела с высокой точностью очень сложна», — говорит Азита Эмами, профессор электротехники и медицинской инженерии Эндрю и Пегги Чернг и исполнительный директор по электротехнике.
«Но недорогое решение может открыть новые возможности в диагностике и лечении распространенных заболеваний».
Михаил Шапиро, профессор химической инженерии и медицинской инженерии и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза, говорит, что есть три возможных способа получить доступ к местам внутри тела, чтобы увидеть, что происходит.
«Мы можем воткнуть туда что-то вроде устройства для колоноскопии, вскрыть тело, или вы можете проглотить маленькую таблетку, которая проходит через вас и производит соответствующие измерения», — говорит Шапиро. «Я думаю, что большинство людей выберут последний вариант, если он обеспечит эффективность, необходимую для их диагностики и лечения».
Докторант Калифорнийского технологического института Саранш Шарма разработал эту технологию умных таблеток вместе с Эмами и Шапиро, и она была протестирована на свиньях в сотрудничестве с исследователями из Массачусетского технологического института. В журнале появляется статья с описанием их работы. Природа Электроника.
Технология, получившая название iMAG (проглатываемые микроустройства для анатомического картирования желудочно-кишечного тракта), не является первой реализацией отслеживаемой смарт-таблетки, но ее создатели говорят, что она является самой точной и простой для отслеживания из когда-либо разработанных.
Отслеживаемые умные таблетки полезны не только из-за их потенциальной способности доставлять лекарства в точное место в пищеварительном тракте — скажем, там, где расположена опухоль, — но и по гораздо менее технологичной причине.
«Сначала мы хотели контролировать моторику желудочно-кишечного тракта», — говорит Эмами. «Есть много людей, у которых есть проблемы с замедлением работы желудочно-кишечного тракта. Во многих случаях врачи не знают, где происходит замедление или даже то, как обстоят дела в желудочно-кишечном тракте».
Эмами говорит, что для наблюдения за перистальтикой желудочно-кишечного тракта пациенту обычно требовалось выпить несколько «маркеров», а затем через несколько часов или день сделать рентген брюшной полости, чтобы увидеть, как далеко сдвинулись маркеры.
«Однако это не совсем показывает динамическое движение», — добавляет она. «Итак, то, что мы делаем здесь, показывает движение в реальном времени, но есть также вероятность, что в будущем мы могли бы добавить доставку лекарств или распознавание в умную таблетку».
Эмами говорит, что предыдущие попытки отслеживания движения умных таблеток в реальном времени основывались на так называемой радиочастотной триангуляции. Таблетка по сути была радиомаяком. Хотя радиочастотная триангуляция работает, она не может точно определить местонахождение умной таблетки с разрешением лучше, чем несколько сантиметров, что недостаточно точно, когда вы пытаетесь точно определить, где находится таблетка в изгибах и поворотах кишечника. С другой стороны, таблетки iMAG могут определять местонахождение таблеток с точностью до миллиметра, говорит Эмами.
Исследователи добились этого, поместив внутрь таблетки схему, которая может определять силу магнитных полей. Чтобы соответствовать этому, команда разработала и построила плоские магнитные катушки, которые создают точные градиенты магнитного поля. Поскольку свойства этих градиентов магнитного поля очень точны, таблетка может определить, где она находится по отношению к катушкам, измеряя силу магнитного поля. Затем таблетка передает эту информацию по беспроводной связи через Bluetooth на ближайший смартфон.
В целях сбора данных для исследований, проведенных со свиньями, исследователи разместили катушки на желобе, по которому проходили свиньи. Но технология достаточно мала и портативна, чтобы ее можно было интегрировать в куртку или рюкзак, а это означает, что данные о таблетке, принятой пациентом-человеком, можно собирать в течение всего дня, где бы пациент ни находился.
«Это такое простое в использовании устройство по сравнению с рентгеном или МРТ, что пациент может взять его с собой домой», — говорит Шарма. «На его разработку было потрачено много усилий, поэтому нет проблем с соблюдением пациентами требований или беспокойства о том, что им трудно его использовать».
Эмами говорит, что будущие исследования будут сосредоточены на том, чтобы сделать таблетки еще более точными, менее дорогими и дать им возможность высвобождать лекарства или выполнять другие действия в ответ на внешний сигнал. Она также надеется в конечном итоге увидеть таблетки, используемые во время операции — например, для определения точного местоположения опухоли.
Статья с описанием технологии iMAG называется «Умные таблетки с учетом местоположения для беспроводного мониторинга желудочно-кишечной динамики» и опубликована в номере журнала от 13 февраля. Природа Электроника. Соавторами являются аспиранты по электротехнике Саранш Шарма (MS ’18) и Фатемех Аглманд (MS ’19); Маргарет Б. Свифт, научный руководитель лаборатории Шапиро; Нихил Х. Пул (BS ’20); Халил Б. Рамади из Нью-Йоркского университета, Шрия С. Шринивасан, Кейко Исида, Йоханнес Куосманен, а также Джованни Траверсо и Джош Дженкинс из Массачусетского технологического института.
Финансирование исследования было предоставлено Национальным научным фондом, Инновационной инициативой Ротенберга Калифорнийского технологического института и Институтом медицинских исследований наследия.
[ad_2]
Source