Беспроводная система предлагает будущее, где врачи смогут внедрять датчики для отслеживания опухолей или даже доставлять лекарственные вещества в необходимые участки тела.
В медицинские обследованиях, таких как визуализация определенной области тела, зачастую требуется инвазивный путь, например, проглатывание огромной трубки с камерой на ней, что само по себе не очень приятно. Но что если бы могли получить те же результаты с менее дорогостоящими, инвазивными и трудоемкими методами? Исследователи из лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL) во главе с Диной Катаби (Dina Katabi) работают над ReMix-системой, которую они называют «встроенным GPS». ReMix может определить местоположение имплантатов внутри тела с использованием слабых беспроводных сигналов. В тестах на животных группа ученых продемонстрировала, что они могут отслеживать имплантаты с точностью до сантиметра и заявляют, что в один прекрасный день подобные имплантаты могут быть использованы для доставки лекарственных препаратов в определенные области тела.
Материалы и методы исследования
Для тестирования ReMix Катаби с соавторами исследования сначала имплантировали небольшой маркер в ткани животных. Чтобы отслеживать движение, они использовали беспроводное устройство, которое отражает радиосигналы, и специальный алгоритм для точного определения местоположения маркера. Ученые использовали беспроводную технологию, которую они ранее продемонстрировали для обнаружения сердечного ритма, дыхания и движения.
Интересно, что маркер внутри тела не нуждается в передаче какого-либо беспроводного сигнала. Он просто отражает сигнал, передаваемый устройством вне тела, без необходимости батареи или любого другого внешнего источника энергии.
Ключевой проблемой при использовании беспроводных сигналов таким образом является множество конкурирующих отражений, которые излучаются из тела человека. Фактически, эти сигналы на самом деле в 100 миллионов раз сильнее, чем сигналы самого металлического маркера.
Результаты нового исследования опубликованы на сайте Массачусетского технологического института.
Результаты научной работы
Чтобы преодолеть это, ученые разработали подход, который по существу отделяет мешающие сигналы кожи от тех, которые они пытаются измерить. Они сделали это, используя небольшое полупроводниковое устройство, называемое «диодом», которое может смешивать сигналы вместе, что позволяет отфильтровать связанные с кожей сигналы. Например, если кожа отражает на частотах F1 и F2, диод создает новые комбинации этих частот, таких как F1-F2 и F1 + F2. Когда все сигналы отражаются обратно в систему, система только собирает комбинированные частоты, тем самым отфильтровывая исходные частоты, которые поступают из кожи пациента.
«Одним из препятствий была беспроводная связь с устройством и его постоянная локализация. ReMix делает скачок в этом направлении, показывая, что беспроводной компонент имплантируемых устройств больше не может быть узким местом», – говорит Ромит Роуд Чоудхури (Romit Roy Choudhury), сотрудник кафедры электротехники и информатики в Университете штата Иллинойс (University of Illinois).
Одним из потенциальных применений ReMix является протонная терапия, тип лечения рака, который включает в себя бомбардировку опухолей лучами протонов с магнитным контролем. Этот подход позволяет врачам назначать более высокие дозы облучения, но требует очень высокой степени точности, а это означает, что он обычно ограничивается только некоторыми видами рака. Его успех зависит от чего-то, что на самом деле является весьма ненадежным: опухоль остается именно там, где она находится во время радиационного процесса. Если опухоль движется, тогда здоровые области могут подвергаться воздействию излучения. Но с небольшим маркером, подобным ReMix, врачи могли бы лучше определить местоположение опухоли в режиме реального времени и либо приостановить лечение, либо направлять луч в правильное положение, чтобы справиться с движением. Но ReMix пока не достаточно точен, чтобы его можно было использовать в клинических условиях, – говорит Катаби.
Существует еще много проблем для улучшения ReMix. В дальнейшем ученые надеются объединить данные беспроводной связи с инструментальной диагностикой, такой как МРТ, для дальнейшего повышения точности системы. Кроме того, ученые будут продолжать пересматривать алгоритм и различные компромиссы, необходимые для учета сложности органов разных народов.
Выводы
ReMix был разработан в сотрудничестве с исследователями из Массачусетской больницы (MGH). Ученые говорят, что такие системы могут способствовать более широкому распространению центров протонной терапии, которых в данный момент насчитывается всего около 100 в мире.
«Одна из причин того, что протонная терапия настолько дорога, связана с затратами на установку оборудования. Если эти системы могут способствовать более широкому применению технологии, спрос будет больше, что будет способствовать появлению большего количества центров терапии и снижению цен для пациентов», – заключают ученые.
Авторы другого исследования утверждают, что ультразвуковое лечение при раке простаты сравнимо с хирургическим вмешательством или лучевой терапией.
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
