Датчик может помочь врачам точно определить проблемы с желудочно-кишечным трактом

Инженеры Массачусетского технологического института и Калифорнийского технологического института продемонстрировали датчик, местоположение которого можно отслеживать по мере его перемещения по пищеварительному тракту, что может помочь врачам легче диагностировать нарушения моторики желудочно-кишечного тракта, такие как запор, гастроэзофагеальная рефлюксная болезнь и гастропарез.

Крошечный датчик работает, обнаруживая магнитное поле, создаваемое электромагнитной катушкой, расположенной вне тела. Сила поля меняется в зависимости от расстояния от катушки, поэтому положение датчика можно рассчитать на основе измерения магнитного поля.

В новом исследовании исследователи показали, что они могут использовать эту технологию для отслеживания движения датчика по пищеварительному тракту крупных животных. Такое устройство может предложить альтернативу более инвазивным процедурам, таким как эндоскопия, которые в настоящее время используются для диагностики нарушений моторики.

Траверсо является одним из старших авторов нового исследования, наряду с Азитой Эмами, профессором электротехники и медицинской инженерии в Калифорнийском технологическом институте, и Михаилом Шапиро, профессором химической инженерии в Калифорнийском технологическом институте и исследователем Медицинского института Говарда Хьюза. Саранш Шарма, аспирант Калифорнийского технологического института, и Халил Рамади, 16 лет, доктор философии, 19 лет, выпускник факультета машиностроения и программы Гарвард-Массачусетского технологического института в области медицинских наук и технологий, который в настоящее время является доцентом кафедры биоинженерии в Нью-Йоркском университете.

Магнитный датчик

Нарушения моторики желудочно-кишечного тракта, от которых страдают около 35 миллионов американцев, могут возникать в любой части пищеварительного тракта, что приводит к невозможности продвижения пищи по тракту. Они обычно диагностируются с помощью рентгеновских лучей, или путем введения катетеров, содержащих датчики давления, которые регистрируют сокращения желудочно-кишечного тракта.

Исследователи Массачусетского технологического института и Калифорнийского технологического института хотели придумать альтернативу, которая была бы менее инвазивной и могла быть выполнена на дому у пациента. Их идея состояла в том, чтобы разработать капсулу, которую можно проглотить, а затем отправить сигнал, показывающий, где она находится в желудочно-кишечном тракте, что позволит врачам определить, какая часть тракта вызывает замедление, и лучше определить, как лечить состояние пациента.

Для достижения этой цели исследователи воспользовались тем фактом, что поле, создаваемое электромагнитной катушкой, предсказуемым образом ослабевает по мере увеличения расстояния от катушки. Разработанный ими магнитный датчик, который достаточно мал, чтобы поместиться в проглатываемой капсуле, измеряет окружающее магнитное поле и использует эту информацию для расчета расстояния до катушки, расположенной вне тела.

Чтобы точно определить местоположение устройства внутри тела, система также включает в себя второй датчик, который остается снаружи тела и действует как ориентир. Этот датчик можно прикрепить к коже, и, сравнивая положение этого датчика с положением датчика внутри тела, исследователи могут точно рассчитать, где находится проглатываемый датчик в желудочно-кишечном тракте.

Проглатываемый датчик также включает в себя беспроводной передатчик, который отправляет данные измерения магнитного поля на ближайший компьютер или смартфон. Текущая версия системы предназначена для проведения измерений в любое время, когда она получает беспроводной сигнал от смартфона, но ее также можно запрограммировать на проведение измерений через определенные промежутки времени.

Текущая версия датчика может обнаруживать магнитное поле от электромагнитных катушек на расстоянии 60 сантиметров или меньше. Исследователи предполагают, что катушки можно поместить в рюкзак или куртку пациента или даже в заднюю часть туалета, что позволит проглатываемому датчику проводить измерения всякий раз, когда он находится в пределах досягаемости катушек.

Отслеживание местоположения

Исследователи протестировали свою новую систему на модели крупного животного, поместив проглатываемую капсулу в желудок, а затем отслеживая ее местоположение по мере продвижения по пищеварительному тракту в течение нескольких дней.

В своем первом эксперименте исследователи поставили два магнитных датчика, прикрепленных друг к другу с помощью небольшого стержня, чтобы они знали точное расстояние между ними. Затем они сравнили свои измерения магнитного поля с этим известным расстоянием и обнаружили, что измерения были точными с разрешением около 2 миллиметров - намного выше, чем разрешение ранее разработанных датчиков на основе магнитного поля.

Затем исследователи провели тесты, используя один проглатываемый датчик вместе с внешним датчиком, прикрепленным к коже. Измеряя расстояние от каждого датчика до спиралей, исследователи показали, что они могут отслеживать проглоченный датчик, когда он перемещается из желудка в толстую кишку, а затем выводится. Исследователи сравнили точность своей стратегии с измерениями, сделанными с помощью рентгеновского снимка, и обнаружили, что они были точными в пределах 5-10 миллиметров.

По словам исследователей, такой мониторинг может значительно облегчить врачам определение того, какой отдел желудочно-кишечного тракта вызывает замедление пищеварения. “Я думаю, что способность характеризовать подвижность без необходимости облучения или более инвазивного размещения устройств снизит барьер для оценки людей”, - говорит Траверсо.

Теперь исследователи надеются совместно с коллегами разработать производственные процессы для системы и дополнительно охарактеризовать ее эффективность на животных в надежде в конечном итоге протестировать ее в клинических испытаниях на людях.

Оригинал статьи

#наука #технологии #лечение #питание #болезни