Vedci vytvorili pilulku na báze AI na presnú diagnostiku gastrointestinálnych rakovín

Tím vedený výskumníkom Khan Wahida z University of Saskatchewan (USask) získal 250 dolárov, 000 z federálneho fondu New Frontiers in Research na vytvorenie novej kapsuly veľkosti pilulky, ktorá pomocou snímania umožňujúceho umelú inteligenciu (AI) diagnostikuje gastrointestinálne rakoviny a krvácanie skôr a presnejšie, ako je v súčasnosti možné.

Teraz vo vývoji prototypu, SmartCap je diagnostický nástroj novej generácie, ktorý rieši nedostatky 20-ročnej technológie bezdrôtovej kapsulovej endoskopie, ktorá sa v súčasnosti používa na detekciu gastrointestinálnych malignít a krvácaní.

SmartCap je schopný generovať údaje o nádoroch a krvácaní špecifické pre danú polohu, čo má za následok väčšiu presnosť diagnostiky.

S unikátnym systémom sledovania vyvinutým Wahidovým tímom, lekári budú schopní presne vysledovať celú črevnú plavbu inteligentnej kapsuly vďaka malým bezdrôtovým „inteligentným“ biosenzorom, ktoré detegujú a analyzujú cielené biomarkery (indikátory chorôb) a komunikujú s externými zariadeniami, ako je počítač.

„Tento nový nástroj by mohol celosvetovo zdvojnásobiť mieru prežitia rakoviny tráviaceho traktu, “povedal Wahid, profesor elektrického a počítačového inžinierstva na USask College of Engineering. "Toto je prvá plne vysledovateľná" inteligentná "pilulka na cielenú endoskopiu (nechirurgický spôsob pohľadu do vnútra tela), ktorú je možné prispôsobiť pacientovi."

Svetová zdravotnícka organizácia odhaduje, že v roku 2018 pribudlo 4,6 milióna nových prípadov rakoviny tráviaceho traktu a 3,3 milióna súvisiacich úmrtí. Asi dve tretiny týchto rakovín sú zistené v pokročilom štádiu, ale s predchádzajúcimi diagnózami a liečbou, miera prežitia pacientov sa takmer zdvojnásobuje na 83 percent.

Program Nové hranice vo výskume spája disciplíny netradičnými spôsobmi s cieľom preskúmať nové smery, ktoré posúvajú hranice výskumu a majú potenciál významného vplyvu, "

Pod vedením profesora Wahida, tento vzrušujúci projekt biomedicínskeho inžinierstva na zlepšenie diagnostiky rakoviny nadväzuje na inovatívne a rozsiahle odborné znalosti našich talentovaných výskumných pracovníkov, posilnenie nášho príspevku k celosvetovému riešeniu veľkých zdravotných problémov. “

Karen Chad, Viceprezident pre výskum, USask College of Engineering

V tíme je aj spoluzodpovedný vyšetrovateľ Kiven Lukong, docent biochémie, mikrobiológia a imunológia, a Paul Babyn, profesor lekárskeho zobrazovania, obaja na Lekárskej fakulte, ako aj Francis Bui, docent elektrotechniky a počítačovej techniky. Prof. Svetlana Yanushkevich z University of Calgary, odborník na AI, spolupracuje na projekte.

Zatiaľ čo technológia bezdrôtových kapsúl využívajúca malé fotoaparáty je v súčasnosti jedinou možnosťou na zachytávanie snímok v tenkom čreve s dĺžkou tri až 10 metrov, aktuálne zariadenia nemožno presne sledovať v čreve, lekári znemožňujú presne určiť miesto rakoviny, polyp, alebo krvácanie.

Nedobrovoľné pohyby tenkého čreva ďalej sťažujú stanovenie postupu kapsuly.

„Je to ako pokúšať sa sledovať niečo v tme bez referenčného bodu, alebo kde sa referenčné body samy neustále pohybujú, "povedal Wahid." Preto za posledných 20 rokov nedošlo k žiadnej zmene v hardvérovej a lokalizačnej stránke technológie bezdrôtových kapsúl, napriek kvalite obrazu bezdrôtový prenos, diagnostické nástroje, a softvér sa všetky zlepšili. “

Pri navrhovaní SmartCap, Wahidov tím používa prístup „lab-on-a-chip“-integruje niekoľko laboratórnych funkcií vrátane analýzy vzoriek krvi na jednom čipe.

Vďaka viac ako dvakrát väčšiemu výkonu batérie ako konvenčné bezdrôtové kapsuly 24-hodinová batéria SmartCap umožňuje detekciu až do konca črevnej cesty, so zlepšenými výsledkami vďaka fluorescenčným senzorom s nízkym výkonom, multispektrálne svetelné senzory, a lokalizačná technológia-všetko je vyvíjané vo Wahidovom laboratóriu.

Integrované fluorescenčné senzory detegujú žiaru zo špeciálnych farbív vstreknutých pacientovi, aby sa naviazali na konkrétne rakovinové bunky, identifikácia rakoviny a jej polohy v reálnom čase. Multispektrálne senzorové pole určuje koncentráciu hemoglobínu a nasýtenie krvi kyslíkom prechádzajúcou zárezom v kapsule analýzou farby krvi, indikácia, či je krvácanie aktívne, chronický, alebo zrazenina. Na zvýšenie presnosti sa používajú techniky AI hlbokého učenia.

Drobné obrazové snímače pripevnené k bočným stenám kapsuly a „technológia digitálnej korelácie obrazu“-požičané z techniky používanej v optickej počítačovej myši na koreláciu jej pohybu s kurzorom-sledujú kapsulu v reálnom čase. Malá jednotka na meranie rýchlosti a orientácie kapsuly poskytuje údaje na pomoc pri lokalizácii nádoru.

Aby sa odstránili možné falošne pozitívne výsledky, je integrovaná malá štandardná kamera, ale zostane väčšinou v režime spánku, aktivovaný iba vtedy, ak má čip AI podozrenie na malignitu.

Tím požiadal o patentovanie multispektrálneho poľa, a plánuje nasledovať technológiu detekcie a lokalizácie fluorescencie, ako aj samotný SmartCap.

„Ak je to úspešné, túto technológiu by ste mohli použiť v mnohých ďalších požívateľných senzoroch a implantátoch, dokonca ho prispôsobiť na použitie v podzemnej ťažbe a vŕtaní, alebo v ropnom priemysle na zisťovanie a lokalizáciu netesností potrubí, “povedal Wahid, ktorý očakáva, že do dvoch rokov bude mať prototyp SmartCap hotový.

Ďalším krokom bude nájsť priemyselného partnera, ktorý by investoval do uvedenia nového produktu na trh s endoskopiou bezdrôtových kapsúl, od ktorého sa očakáva, že tento rok dosiahne 650 miliónov dolárov a bude rýchlo rásť so starnutím svetovej populácie.

• Blízkosť prírodného prostredia prospieva črevným mikrobiómom dojčených detí
• Štúdia spája konzumáciu kvasenej zeleniny s nízkou úmrtnosťou na COVID-19