In-body GPS-system foreslår fremtid, hvor læger kunne implantere sensorer til at spore tumorer eller udlevere medicin

Medicinske processer som billeddannelse kræver ofte, at man skærer nogen op eller får dem til at sluge enorme rør med kameraer på. Men hvad nu hvis de kunne få de samme resultater med metoder, der er billigere, invasiv og tidskrævende?

Forskere fra MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) under ledelse af professor Dina Katabi arbejder på netop det med ReMix, et system, som de beskriver som en "in-body GPS". ReMix kan fastslå placeringen af ​​indtagelige implantater inde i kroppen ved hjælp af trådløse signaler med lav effekt. I dyreforsøg viste teamet, at de kan spore implantater med centimeternøjagtighed, og sagde, at en dag kunne lignende implantater bruges til at levere medicin til bestemte områder i kroppen.

For at teste ReMix, Katabis gruppe implanterede først en lille markør i dyrevæv. For at spore dens bevægelse, de brugte en trådløs enhed, der afspejler radiosignaler til patienten, og en særlig algoritme til at lokalisere markørens nøjagtige placering. Teamet brugte en trådløs teknologi, som de tidligere har demonstreret til at registrere puls, vejrtrækning og bevægelse.

Interessant nok, markøren inde i kroppen behøver ikke at transmittere noget trådløst signal. Det afspejler simpelthen det signal, der transmitteres af en enhed uden for kroppen, uden behov for et batteri eller nogen anden ekstern energikilde.

En vigtig udfordring ved at bruge trådløse signaler på denne måde er de mange konkurrerende refleksioner, der hopper af en persons krop. Faktisk, de signaler, der afspejler en persons hud, er faktisk 100 millioner gange kraftigere end signalerne fra selve metalmarkøren.

For at overvinde dette, teamet designede en tilgang, der i det væsentlige adskiller de forstyrrende hudsignaler fra dem, de forsøger at måle. De gjorde dette ved hjælp af en lille halvlederanordning kaldet en "diode", der kan blande signaler sammen, så teamet derefter kan filtrere de hudrelaterede signaler ud. For eksempel, hvis huden reflekteres ved frekvenser på F1 og F2, dioden skaber nye kombinationer af disse frekvenser som F1-F2 og F1+F2. Når alle signalerne reflekterer tilbage til systemet, systemet optager kun de kombinerede frekvenser, derved filtrere de originale frekvenser, der kom fra patientens hud.

"Evnen til kontinuerligt at føle inde i menneskekroppen har stort set været en fjern drøm, "siger Romit Roy Choudhury, professor i elektroteknik og datalogi ved University of Illinois, som ikke var involveret i forskningen. "En af vejspærringerne har været trådløs kommunikation til en enhed og dens kontinuerlige lokalisering. ReMix gør et spring i denne retning ved at vise, at den trådløse komponent i implanterbare enheder muligvis ikke længere er flaskehalsen."

En mulig applikation for ReMix er protonterapi, en type kræftbehandling, der involverer bombardering af tumorer med bjælker af magnetstyrede protoner. Fremgangsmåden giver læger mulighed for at ordinere højere doser stråling, men kræver en meget høj grad af præcision, hvilket betyder, at det normalt kun er begrænset til visse kræftformer.

Dens succes afhænger af noget, der faktisk er ganske upålideligt:​​en tumor, der bliver præcis, hvor den er under strålingsprocessen. Hvis en svulst bevæger sig, så kunne sunde områder blive udsat for strålingen. Men med en lille markør som ReMix, læger kunne bedre bestemme placeringen af ​​en tumor i realtid, og være i stand til enten at stoppe behandlingen eller styre strålen i den rigtige position for at håndtere bevægelsen. (For at være klar, ReMix er endnu ikke præcis nok til at blive brugt i kliniske indstillinger - Katabi siger, at en fejlmargin tættere på et par millimeter ville være nødvendig for faktisk implementering.)

Ser frem til

Der er stadig mange udfordringer forude for at forbedre ReMix. Holdet håber derefter at kombinere de trådløse data med medicinske oplysninger som MR -scanninger for yderligere at forbedre systemets nøjagtighed. Ud over, teamet vil fortsat revurdere algoritmen og de forskellige afvejninger, der er nødvendige for at tage højde for kompleksiteten i forskellige folks organer.

"Vi ønsker en model, der er teknisk mulig, mens den stadig er kompleks nok til nøjagtigt at repræsentere menneskekroppen, "siger ph.d. -studerende Deepak Vasisht, hovedforfatter på det nye papir. "Hvis vi vil bruge denne teknologi på faktiske kræftpatienter en dag, det skal komme fra bedre modellering af en persons fysiske struktur. "

ReMix blev udviklet i samarbejde med forskere fra Massachusetts General Hospital (MGH). Teamet siger, at sådanne systemer kan hjælpe med at muliggøre en mere udbredt anvendelse af protonterapicentre, heraf er der kun omkring 100 globalt.

"En grund til, at [protonterapi] er så dyr, er på grund af omkostningerne ved at installere hardware, "siger Vasisht." Hvis disse systemer kan tilskynde til flere anvendelser af teknologien, der vil være mere efterspørgsel, hvilket vil betyde flere terapicentre, og lavere priser for patienter. "