Исследователи создают таблетки на основе искусственного интеллекта для точной диагностики рака желудочно-кишечного тракта.

Группа исследователей из Университета Саскачевана (США) Хан Вахид была награждена 250 долларами США. 000 от федерального фонда New Frontiers in Research Fund для создания новой капсулы размером с пилюлю, которая использует сенсорное управление на основе искусственного интеллекта (ИИ) для более ранней и более точной диагностики рака желудочно-кишечного тракта и кровотечений, чем это возможно в настоящее время.

Сейчас в разработке прототипа, SmartCap - это диагностический инструмент нового поколения, который устраняет недостатки 20-летней технологии беспроводной капсульной эндоскопии, которая в настоящее время используется для обнаружения злокачественных новообразований желудочно-кишечного тракта и кровотечений.

SmartCap может генерировать локальные данные об опухолях и кровотечениях, что повышает точность диагностики.

Благодаря уникальной системе отслеживания, разработанной командой Вахида, Врачи смогут точно отслеживать весь кишечный путь интеллектуальной капсулы с помощью крошечных беспроводных «интеллектуальных» биосенсоров, которые обнаруживают и анализируют целевые биомаркеры (индикаторы болезней) и взаимодействуют с внешними устройствами, такими как компьютер.

"Этот новый инструмент может удвоить показатели выживаемости при раке желудочно-кишечного тракта во всем мире, "сказал Вахид, Профессор электротехники и вычислительной техники в Инженерном колледже США. «Это первая полностью отслеживаемая« умная »таблетка для прицельной эндоскопии (безоперационный способ заглянуть внутрь тела), которую можно персонализировать для пациента».

По оценкам Всемирной организации здравоохранения, в 2018 году было зарегистрировано 4,6 миллиона новых случаев рака желудочно-кишечного тракта и 3,3 миллиона связанных смертей. Около двух третей этих видов рака выявляются на поздней стадии, но с более ранним диагнозом и лечением, выживаемость пациентов увеличивается почти вдвое и составляет 83%.

<цитата>

Программа New Frontiers in Research объединяет дисциплины нетрадиционными способами для изучения новых направлений, которые раздвигают границы исследований и имеют потенциал для значительного воздействия. "

Под руководством профессора Вахида, этот захватывающий проект биомедицинской инженерии для улучшения диагностики рака использует инновационный и широкий опыт наших талантливых исследователей, увеличение нашего вклада в решение основных проблем здравоохранения во всем мире ".

Карен Чад, Вице-президент по исследованиям, Инженерный колледж США

Также в команде есть со-главный следователь Кивен Луконг, доцент кафедры биохимии, микробиология и иммунология, и Пол Бабин, профессор медицинской визуализации, оба в Медицинском колледже, а также Фрэнсис Буй, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники. Профессор Светлана Янушкевич из Университета Калгари, эксперт в области ИИ, сотрудничает над проектом.

Хотя беспроводная капсульная технология с использованием крошечных камер в настоящее время является единственным вариантом для получения изображений внутри тонкой кишки длиной от трех до 10 метров, текущие устройства невозможно точно отследить в кишечнике, делает невозможным для врачей определить местонахождение рака, полип, или кровотечение.

Непроизвольные движения тонкой кишки еще больше затрудняют определение продвижения капсулы.

"Это все равно что пытаться отследить что-то в темноте без ориентира, или где сами ориентиры постоянно перемещаются, - сказал Вахид. - Вот почему за 20 лет не произошло никаких изменений в аппаратной части и локализации беспроводной капсульной технологии, хотя качество изображения, беспроводная передача, диагностические инструменты, и программное обеспечение все улучшилось ".

При разработке SmartCap, Команда Вахида применяет подход «лаборатория на чипе» - объединяет несколько лабораторных функций, включая анализ крови, на одном чипе.

Благодаря более чем в два раза большей емкости аккумулятора по сравнению с обычными беспроводными капсулами, 24-часовая зарядка аккумулятора SmartCap делает возможным обнаружение до конца кишечного пути, с улучшенными результатами за счет маломощных флуоресцентных датчиков, многоспектральные датчики света, и технология локализации - все это разрабатывается в лаборатории Вахида.

Встроенные датчики флуоресценции обнаруживают свечение специальных красителей, вводимых пациенту для связывания с конкретными раковыми клетками. определение рака и его местоположения в режиме реального времени. Матрица мультиспектральных датчиков определяет концентрацию гемоглобина и насыщение кислородом крови, проходящей через выемку на капсуле, путем анализа цвета крови. указывает, активно ли кровотечение, хронический или сгусток. Для повышения точности используются методы глубокого обучения ИИ.

Крошечные датчики изображения, прикрепленные к боковым стенкам капсулы, и «технология цифровой корреляции изображений», заимствованная из техники, используемой в оптической компьютерной мыши для корреляции ее движения с курсором, отслеживают капсулу в реальном времени. Крошечный блок для измерения скорости и ориентации капсулы предоставляет данные, помогающие определить местонахождение опухоли.

Чтобы исключить возможные ложные срабатывания, встроена крошечная стандартная камера, но останется в основном в спящем режиме, активируется только в том случае, если чип AI подозревает злокачественное новообразование.

Команда подала заявку на получение патента на мультиспектральный массив, и планирует последовать его примеру с технологиями обнаружения и локализации флуоресценции, а также сам SmartCap.

"Если это удастся, вы можете использовать эту технологию во многих других датчиках и имплантатах для проглатывания, даже адаптировать его для использования в подземных горных работах и ​​бурении, или в нефтяной промышленности для обнаружения и локализации утечек в трубопроводе, "сказал Вахид, который рассчитывает, что прототип SmartCap будет готов через два года.

Следующим шагом будет поиск отраслевого партнера для инвестирования в вывод нового продукта на рынок беспроводной капсульной эндоскопии, который, как ожидается, достигнет в этом году 650 миллионов долларов и будет быстро расти вместе со стареющим населением мира.

• Близость к естественной среде способствует улучшению микробиома кишечника детей, вскармливаемых смесью
• Исследование связывает потребление ферментированных овощей с низкой смертностью от COVID-19