Ahora en desarrollo de prototipos, SmartCap es una herramienta de diagnóstico de nueva generación que aborda las deficiencias de la tecnología de cápsula endoscópica inalámbrica de hace 20 años que se utiliza actualmente para detectar malignidades y hemorragias gastrointestinales.
SmartCap puede generar datos específicos de la ubicación sobre tumores y hemorragias que dan como resultado una mayor precisión diagnóstica.
Con un sistema de seguimiento único desarrollado por el equipo de Wahid, los médicos podrán rastrear con precisión todo el viaje intestinal de la cápsula inteligente gracias a diminutos biosensores "inteligentes" inalámbricos que detectan y analizan biomarcadores específicos (indicadores de enfermedades) y se comunican con dispositivos externos como una computadora.
"Esta nueva herramienta podría duplicar las tasas de supervivencia al cáncer gastrointestinal en todo el mundo, "dijo Wahid, profesor de ingeniería eléctrica e informática en el USask College of Engineering. "Esta es la primera píldora 'inteligente' totalmente rastreable para endoscopia dirigida (una forma no quirúrgica de mirar dentro del cuerpo) que se puede personalizar para el paciente".
La Organización Mundial de la Salud estima que hubo 4,6 millones de nuevos casos de cánceres gastrointestinales y 3,3 millones de muertes relacionadas en 2018. Aproximadamente dos tercios de estos cánceres se detectan en una etapa avanzada. pero con diagnósticos y tratamientos más tempranos, la tasa de supervivencia de los pacientes casi se duplica al 83 por ciento.
El programa New Frontiers in Research reúne disciplinas de formas no tradicionales para explorar nuevas direcciones que amplían los límites de la investigación y tienen potencial para un impacto significativo. "
Bajo el liderazgo del profesor Wahid, este emocionante proyecto de ingeniería biomédica para mejorar el diagnóstico del cáncer aprovecha la experiencia innovadora y amplia de nuestros talentosos investigadores, mejorando la contribución que estamos haciendo para abordar los principales desafíos de salud a nivel mundial ".
Karen Chad, Vicepresidente de Investigación, USask College of Engineering
También en el equipo están el co-investigador principal Kiven Lukong, un profesor asociado de bioquímica, microbiología e inmunología, y Paul Babyn, profesor de imaginología médica, ambos en la Facultad de Medicina, así como Francis Bui, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática. Prof. Svetlana Yanushkevich de la Universidad de Calgary, un experto en IA, está colaborando en el proyecto.
Si bien la tecnología de cápsula inalámbrica que utiliza cámaras diminutas es actualmente la única opción para capturar imágenes dentro del intestino delgado de tres a 10 metros de largo, los dispositivos actuales no se pueden rastrear en el intestino con precisión, haciendo imposible que los médicos puedan identificar el sitio de un cáncer, pólipo, o hemorragia.
Los movimientos involuntarios del intestino delgado dificultan aún más la determinación del progreso de la cápsula.
"Es como intentar rastrear algo en la oscuridad sin un punto de referencia, o donde los puntos de referencia mismos se mueven constantemente, ", dijo Wahid." Es por eso que no ha habido cambios en el hardware y la localización de la tecnología de cápsulas inalámbricas en 20 años, aunque la calidad de la imagen, Transmisión inalámbrica, herramientas diagnosticas, y el software han mejorado ".
Al diseñar SmartCap, El equipo de Wahid está adoptando un enfoque de "laboratorio en un chip", integrando varias funciones de laboratorio, incluido el análisis de muestras de sangre en un solo chip.
Con más del doble de carga de batería que las cápsulas inalámbricas convencionales, La energía de la batería de 24 horas de SmartCap hace posible la detección hasta el final del viaje intestinal, con mejores resultados gracias a los sensores de fluorescencia de baja potencia, sensores de luz multiespectrales, y tecnología de localización, todo ello desarrollado en el laboratorio de Wahid.
Los sensores de fluorescencia incorporados detectan el brillo de los tintes especiales inyectados en un paciente para unirse con células cancerosas específicas. identificando el cáncer y su ubicación en tiempo real. La matriz de sensores multiespectrales determina la concentración de hemoglobina y la saturación de oxígeno de la sangre que pasa a través de una muesca en la cápsula analizando el color de la sangre. indicando si el sangrado está activo, crónico, o un coágulo. Se utilizan técnicas de inteligencia artificial de aprendizaje profundo para mejorar la precisión.
Pequeños sensores de imagen conectados a las paredes laterales de la cápsula y "tecnología de correlación de imagen digital", tomada de la técnica utilizada en un mouse óptico de computadora para correlacionar su movimiento con el cursor, rastrean la cápsula en tiempo real. Una pequeña unidad para medir la velocidad y la orientación de la cápsula proporciona datos para ayudar con la localización de un tumor.
Para eliminar posibles falsos positivos, una pequeña cámara estándar está integrada, pero permanecerá principalmente en modo de suspensión, se activa solo si el chip de IA sospecha una malignidad.
El equipo ha solicitado patentar la matriz multiespectral, y planea hacer lo mismo con las tecnologías de detección y localización de fluorescencia, así como el propio SmartCap.
"Si tiene éxito, podría utilizar esta tecnología en muchos otros sensores e implantes ingeribles, incluso adaptarlo para su uso en minería subterránea y perforación, o en la industria petrolera para detectar y localizar fugas en oleoductos, "dijo Wahid, que espera tener listo un prototipo de SmartCap en dos años.
El siguiente paso será encontrar un socio de la industria para invertir en llevar el nuevo producto a un mercado de endoscopia de cápsula inalámbrica que se espera alcance los $ 650 millones este año y crezca rápidamente con el envejecimiento de la población mundial.
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