Jetzt in der Prototypenentwicklung, SmartCap ist ein Diagnosegerät der neuen Generation, das die Mängel der 20 Jahre alten drahtlosen Kapselendoskopie-Technologie behebt, die derzeit zur Erkennung gastrointestinaler Malignome und Blutungen verwendet wird.
SmartCap ist in der Lage, ortsspezifische Daten zu Tumoren und Blutungen zu generieren, die zu einer höheren diagnostischen Genauigkeit führen.
Mit einem einzigartigen Tracking-System, das von Wahids Team entwickelt wurde, Dank winziger drahtloser „intelligenter“ Biosensoren, die gezielt Biomarker (Krankheitsindikatoren) erkennen und analysieren und mit externen Geräten wie einem Computer kommunizieren, können Ärzte die gesamte Darmreise der intelligenten Kapsel präzise verfolgen.
„Dieses neue Instrument könnte die Überlebensraten von Magen-Darm-Krebs weltweit verdoppeln. “ sagte Wahid, Professor für Elektrotechnik und Computertechnik am USask College of Engineering. „Dies ist die erste vollständig rückverfolgbare ‚intelligente‘ Pille für die gezielte Endoskopie (eine nicht-chirurgische Methode, um in das Körperinnere zu schauen), die auf den Patienten zugeschnitten werden kann.“
Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass es 2018 4,6 Millionen neue Fälle von Magen-Darm-Krebs und 3,3 Millionen damit verbundene Todesfälle gab. Etwa zwei Drittel dieser Krebsarten werden in einem fortgeschrittenen Stadium entdeckt. aber mit früheren Diagnosen und Behandlungen, die Überlebensrate der Patienten verdoppelt sich fast auf 83 Prozent.
Das New Frontiers in Research-Programm bringt Disziplinen auf nicht-traditionelle Weise zusammen, um neue Richtungen zu erkunden, die die Grenzen der Forschung verschieben und das Potenzial für erhebliche Auswirkungen haben. "
Unter der Leitung von Professor Wahid dieses spannende biomedizintechnische Projekt zur verbesserten Krebsdiagnostik nutzt das innovative und breitgefächerte Know-how unserer talentierten Forscher, unseren Beitrag zur Bewältigung der großen globalen Herausforderungen im Gesundheitsbereich zu verbessern."
Karen Tschad, Vizepräsident Forschung, USask College of Engineering
Ebenfalls im Team sind Co-Ermittler Kiven Lukong, außerordentlicher Professor für Biochemie, Mikrobiologie und Immunologie, und Paul Babyn, Professor für medizinische Bildgebung, sowohl an der Medizinischen Fakultät, sowie Francis Bui, außerordentlicher Professor für Elektrotechnik und Informatik. Prof. Svetlana Yanushkevich von der Universität Calgary, ein Experte für KI, arbeitet an dem Projekt mit.
Während die drahtlose Kapseltechnologie mit winzigen Kameras derzeit die einzige Möglichkeit ist, Bilder innerhalb des drei bis zehn Meter langen Dünndarms aufzunehmen, aktuelle Geräte lassen sich im Darm nicht genau nachverfolgen, die es Ärzten unmöglich macht, den Ort eines Krebses zu lokalisieren, Polyp, oder Blutung.
Unwillkürliche Bewegungen des Dünndarms erschweren die Bestimmung des Kapselfortschritts zusätzlich.
"Es ist, als würde man versuchen, etwas im Dunkeln ohne Referenzpunkt zu verfolgen, oder wo sich die Referenzpunkte selbst ständig bewegen, “ sagte Wahid. obwohl Bildqualität, drahtlose Übertragung, Diagnosewerkzeuge, und Software haben sich alle verbessert."
Bei der Entwicklung von SmartCap, Wahids Team verfolgt einen „Lab-on-a-Chip“-Ansatz – indem mehrere Laborfunktionen einschließlich der Blutprobenanalyse auf einem einzigen Chip integriert werden.
Mit mehr als doppelt so viel Akkuleistung wie herkömmliche Funkkapseln, Die 24-Stunden-Batterieleistung von SmartCap ermöglicht eine Erkennung bis zum Ende der Darmreise, mit verbesserten Ergebnissen durch energiesparende Fluoreszenzsensoren, multispektrale Lichtsensoren, und Lokalisierungstechnologie – alle werden in Wahids Labor entwickelt.
Die integrierten Fluoreszenzsensoren erkennen das Leuchten von speziellen Farbstoffen, die einem Patienten injiziert werden, um sich an bestimmte Krebszellen zu binden. Identifizierung des Krebses und seines Standorts in Echtzeit. Das multispektrale Sensorarray bestimmt die Hämoglobinkonzentration und die Sauerstoffsättigung des Blutes, das durch eine Kerbe in der Kapsel fließt, indem es die Farbe des Blutes analysiert. Angabe, ob die Blutung aktiv ist, chronisch, oder ein Gerinnsel. Deep-Learning-KI-Techniken werden verwendet, um die Genauigkeit zu verbessern.
Winzige Bildsensoren, die an den Seitenwänden der Kapsel angebracht sind, und die "digitale Bildkorrelationstechnologie" - die von der Technik einer optischen Computermaus entlehnt ist, um ihre Bewegung mit dem Cursor zu korrelieren - verfolgen die Kapsel in Echtzeit. Eine winzige Einheit zur Messung der Geschwindigkeit und der Kapselausrichtung liefert Daten, die bei der Lokalisierung eines Tumors helfen.
Um mögliche Fehlalarme auszuschließen, eine winzige Standardkamera ist integriert, bleibt aber meistens im Schlafmodus, nur aktiviert, wenn der KI-Chip einen Malignitätsverdacht hat.
Das Team hat das multispektrale Array zum Patent angemeldet. und plant, mit den Technologien zur Fluoreszenzdetektion und -lokalisierung nachzuziehen, sowie die SmartCap selbst.
„Wenn das gelingt, Sie könnten diese Technologie in vielen anderen einnehmbaren Sensoren und Implantaten verwenden, sogar für den Einsatz im Untertagebergbau und beim Bohren anpassen, oder in der Ölindustrie, um Pipeline-Leckagen zu erkennen und zu lokalisieren, “ sagte Wahid, der erwartet, in zwei Jahren einen SmartCap-Prototyp fertig zu haben.
Der nächste Schritt besteht darin, einen Industriepartner zu finden, der in die Einführung des neuen Produkts in einen Markt für drahtlose Kapselendoskopie investiert, der dieses Jahr voraussichtlich 650 Millionen US-Dollar erreichen und mit der alternden Weltbevölkerung schnell wachsen wird.
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