Actuellement en développement de prototypes, SmartCap est un outil de diagnostic de nouvelle génération qui comble les lacunes de la technologie d'endoscopie par capsule sans fil, vieille de 20 ans, actuellement utilisée pour détecter les tumeurs malignes et les hémorragies gastro-intestinales.
SmartCap est capable de générer des données spécifiques à l'emplacement sur les tumeurs et les saignements, ce qui se traduit par une plus grande précision de diagnostic.
Avec un système de suivi unique développé par l'équipe de Wahid, les médecins pourront retracer avec précision l'intégralité du voyage intestinal de la capsule intelligente grâce à de minuscules biocapteurs "intelligents" sans fil qui détectent et analysent des biomarqueurs ciblés (indicateurs de maladie) et communiquent avec des appareils externes tels qu'un ordinateur.
"Ce nouvel outil pourrait doubler les taux de survie au cancer gastro-intestinal dans le monde, " dit Wahid, professeur de génie électrique et informatique au USask College of Engineering. « Il s'agit de la première pilule « intelligente » entièrement traçable pour l'endoscopie ciblée (un moyen non chirurgical de regarder à l'intérieur du corps) qui peut être personnalisée en fonction du patient."
L'Organisation mondiale de la santé estime qu'il y a eu 4,6 millions de nouveaux cas de cancers gastro-intestinaux et 3,3 millions de décès liés en 2018. Environ les deux tiers de ces cancers sont détectés à un stade avancé, mais avec des diagnostics et un traitement plus précoces, le taux de survie des patients double presque à 83 pour cent.
Le programme New Frontiers in Research rassemble des disciplines de manière non traditionnelle pour explorer de nouvelles directions qui repoussent les limites de la recherche et ont un potentiel d'impact significatif, "
Sous la direction du professeur Wahid, ce projet passionnant d'ingénierie biomédicale pour un meilleur diagnostic du cancer s'appuie sur l'expertise innovante et diversifiée de nos talentueux chercheurs, renforcer la contribution que nous apportons pour relever les principaux défis de santé à l'échelle mondiale. »
Karen Tchad, Vice-président recherche, USask College of Engineering
L'équipe comprend également le co-chercheur principal Kiven Lukong, professeur agrégé de biochimie, microbiologie et immunologie, et Paul Babyn, professeur d'imagerie médicale, tous deux à la faculté de médecine, ainsi que Francis Bui, professeur agrégé en génie électrique et informatique. Prof. Svetlana Yanushkevich de l'Université de Calgary, un expert en IA, collabore au projet.
Alors que la technologie des capsules sans fil utilisant de minuscules caméras est actuellement la seule option pour capturer des images à l'intérieur de l'intestin grêle de trois à 10 mètres de long, les appareils actuels ne peuvent pas être suivis dans l'intestin avec précision, rendant impossible pour les médecins de localiser le site d'un cancer, polype, ou une hémorragie.
Les mouvements involontaires de l'intestin grêle rendent encore plus difficile la détermination de la progression de la capsule.
"C'est comme essayer de suivre quelque chose dans le noir sans point de référence, ou lorsque les points de référence eux-mêmes sont en mouvement constant, " a déclaré Wahid. " C'est pourquoi il n'y a eu aucun changement au niveau du matériel et de la localisation de la technologie des capsules sans fil en 20 ans, même si la qualité de l'image, transmission sans fil, outils de diagnostic, et les logiciels se sont tous améliorés."
Lors de la conception de SmartCap, L'équipe de Wahid adopte une approche de "laboratoire sur puce" - intégrant plusieurs fonctions de laboratoire, y compris l'analyse d'échantillons de sang sur une seule puce.
Avec plus de deux fois plus de puissance de batterie que les capsules sans fil conventionnelles, La puissance de la batterie de 24 heures de SmartCap permet la détection jusqu'à la fin du voyage intestinal, avec des résultats améliorés grâce aux capteurs de fluorescence de faible puissance, capteurs de lumière multispectraux, et la technologie de localisation - le tout développé dans le laboratoire de Wahid.
Les capteurs de fluorescence embarqués détectent la lueur des colorants spéciaux injectés dans un patient pour se lier à des cellules cancéreuses spécifiques, identifier le cancer et sa localisation en temps réel. Le réseau de capteurs multispectraux détermine la concentration en hémoglobine et la saturation en oxygène du sang passant par une encoche sur la capsule en analysant la couleur du sang, indiquant si le saignement est actif, chronique, ou un caillot. Les techniques d'apprentissage en profondeur de l'IA sont utilisées pour améliorer la précision.
De minuscules capteurs d'image fixés aux parois latérales de la capsule et la "technologie de corrélation d'images numériques" - empruntée à la technique utilisée dans une souris d'ordinateur optique pour corréler son mouvement avec le curseur - suivent la capsule en temps réel. Une minuscule unité de mesure de la vitesse et de l'orientation de la capsule fournit des données pour aider à la localisation d'une tumeur.
Pour éliminer d'éventuels faux positifs, une minuscule caméra standard est intégrée, mais restera la plupart du temps en mode veille, activé uniquement si la puce AI suspecte une malignité.
L'équipe a déposé une demande de brevet pour le réseau multispectral, et envisage d'emboîter le pas avec les technologies de détection et de localisation de fluorescence, ainsi que le SmartCap lui-même.
« Si cela réussit, vous pouvez utiliser cette technologie dans de nombreux autres capteurs et implants ingérables, même l'adapter pour une utilisation dans l'exploitation minière souterraine et le forage, ou dans l'industrie pétrolière pour détecter et localiser les fuites de pipelines, " dit Wahid, qui espère avoir un prototype SmartCap prêt dans deux ans.
La prochaine étape consistera à trouver un partenaire industriel pour investir dans l'introduction du nouveau produit sur un marché de l'endoscopie par capsule sans fil qui devrait atteindre 650 millions de dollars cette année et croître rapidement avec le vieillissement de la population mondiale.
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