Raziskovalci so ustvarili tablete na osnovi AI za natančno diagnosticiranje raka prebavil

Ekipa pod vodstvom raziskovalca Univerze v Saskatchewanu (USask) Khana Wahida je prejela 250 USD, 000 iz zveznega sklada New Frontiers in Research, da bi ustvarili novo kapsulo velikosti tabletke, ki uporablja zaznavanje z umetno inteligenco (AI) za diagnosticiranje raka na prebavilih in krvavitev prej in natančneje, kot je trenutno mogoče.

Zdaj v razvoju prototipov, SmartCap je diagnostično orodje nove generacije, ki odpravlja pomanjkljivosti 20-letne tehnologije brezžične endoskopije kapsul, ki se trenutno uporablja za odkrivanje malignih obolenj prebavil in krvavitev.

SmartCap lahko ustvari lokacijsko specifične podatke o tumorjih in krvavitvah, kar povzroči večjo natančnost diagnoze.

Z edinstvenim sistemom za sledenje, ki ga je razvila Wahidova ekipa, zdravniki bodo lahko natančno izsledili celotno črevesno pot pametne kapsule zaradi drobnih brezžičnih "inteligentnih" biosenzorjev, ki zaznavajo in analizirajo ciljne biomarkerje (kazalnike bolezni) in komunicirajo z zunanjimi napravami, kot je računalnik.

"To novo orodje bi lahko podvojilo stopnjo preživetja raka prebavil po vsem svetu, "je rekel Wahid, profesor elektrotehnike in računalništva na USask College of Engineering. "To je prva popolnoma sledljiva" pametna "tabletka za ciljno endoskopijo (nekirurški način pogleda v telo), ki jo lahko prilagodimo pacientu."

Svetovna zdravstvena organizacija ocenjuje, da je bilo leta 2018 4,6 milijona novih primerov raka prebavil in 3,3 milijona s tem povezanih smrti. Približno dve tretjini teh rakov se odkrije v napredni fazi, vendar s prejšnjimi diagnozami in zdravljenjem, stopnja preživetja bolnikov se skoraj podvoji na 83 odstotkov.

Program Nove meje v raziskavah združuje discipline na netradicionalne načine za raziskovanje novih smeri, ki premikajo meje raziskav in imajo potencial za pomemben vpliv, "

Pod vodstvom profesorja Wahida, ta razburljiv projekt biomedicinskega inženiringa za izboljšano diagnozo raka povezuje inovativno in obsežno znanje naših nadarjenih raziskovalcev, povečujemo prispevek, ki ga dajemo pri reševanju velikih zdravstvenih izzivov po vsem svetu. "

Karen Chad, Podpredsednik za raziskave, USask College of Engineering

V ekipi so tudi glavni raziskovalec Kiven Lukong, izredni profesor biokemije, mikrobiologija in imunologija, in Paul Babyn, profesor medicinskega slikanja, oba na Medicinski fakulteti, pa tudi Francis Bui, izredni profesor za elektrotehniko in računalništvo. Prof. Svetlana Yanushkevich z Univerze v Calgaryju, strokovnjak za AI, sodeluje pri projektu.

Čeprav je tehnologija brezžičnih kapsul z majhnimi kamerami trenutno edina možnost za zajem slik v tankem črevesju, dolgem od tri do deset metrov, trenutnih naprav ni mogoče natančno slediti v črevesju, zaradi česar zdravniki ne morejo natančno določiti mesta raka, polip, ali krvavitev.

Nehoteni premiki tankega črevesa otežujejo določanje napredovanja kapsule.

"To je tako, kot če bi poskušali nekaj slediti v temi brez referenčne točke, ali kjer se referenčne točke nenehno premikajo, "je dejal Wahid." Zato se v zadnjih 20 letih na strani strojne opreme in lokalizacije tehnologije brezžičnih kapsul ni spremenilo, čeprav kakovost slike, brezžični prenos, diagnostična orodja, in programska oprema sta se izboljšala. "

Pri oblikovanju SmartCap, Wahidova ekipa uporablja pristop "laboratorij na čipu"-združuje več laboratorijskih funkcij, vključno z analizo vzorcev krvi na enem čipu.

Z več kot dvakrat večjo baterijo kot običajne brezžične kapsule, 24-urna baterija SmartCap omogoča odkrivanje do konca črevesne poti, z izboljšanimi rezultati zaradi fluorescenčnih senzorjev majhne moči, multispektralni svetlobni senzorji, in lokalizacijsko tehnologijo-vse se razvija v Wahidovem laboratoriju.

Vgrajeni fluorescenčni senzorji zaznavajo sijaj iz posebnih barvil, vbrizganih v pacienta, da se vežejo na določene rakave celice, odkrivanje raka in njegove lokacije v realnem času. Niz multispektralnih senzorjev določa koncentracijo hemoglobina in nasičenost krvi s kisikom skozi zarezo na kapsuli z analizo barve krvi, označuje, ali je krvavitev aktivna, kronično, ali strdek. Za izboljšanje natančnosti se uporabljajo tehnike poglobljenega učenja AI.

Drobni slikovni senzorji, pritrjeni na stranske stene kapsule, in "tehnologija za korelacijo digitalne slike"-izposojena iz tehnike, ki se uporablja v optični računalniški miški za povezovanje njenega gibanja s kazalcem-sledijo kapsuli v realnem času. Majhna enota za merjenje hitrosti in orientacije kapsule ponuja podatke za pomoč pri lokalizaciji tumorja.

Da bi odpravili morebitne lažno pozitivne rezultate, vgrajena je majhna standardna kamera, vendar bo večinoma ostal v načinu spanja, aktivira le, če čip AI sumi na malignost.

Ekipa se je prijavila za patentiranje večspektralne matrike, in namerava slediti temu s tehnologijami odkrivanja in lokalizacije fluorescence, pa tudi sam SmartCap.

"Če je to uspešno, to tehnologijo bi lahko uporabili v številnih drugih zaužitih senzorjih in vsadkih, celo prilagoditi za uporabo pri podzemnem rudarjenju in vrtanju, ali v naftni industriji za odkrivanje in lokalizacijo puščanja cevovodov, "je rekel Wahid, ki pričakuje, da bo imel prototip SmartCap pripravljen v dveh letih.

Naslednji korak bo iskanje industrijskega partnerja, ki bi vlagal v prenos novega izdelka na trg brezžičnih endoskopskih kapsul, ki naj bi letos dosegel 650 milijonov dolarjev in se s staranjem svetovnega prebivalstva hitro povečal.

• Bližina naravnega okolja koristi mikrobiomu dojenčkov, hranjenih s formulo
• Študija povezuje porabo fermentirane zelenjave z nizko smrtnostjo zaradi COVID-19