Construyendo un dispositivo de imágenes intestinales de ‘píldora inteligente’ de próxima generación con sensores de IA para mejorar la detección del cáncer

Dr. Khan Wahid (PhD) es profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería de USask. Crédito: Universidad de Saskatchewan

Ahora en desarrollo de prototipo, SmartCap es una herramienta de diagnóstico de nueva generación que aborda las deficiencias de la tecnología de endoscopia de cápsula inalámbrica de 20 años de antigüedad que se utiliza actualmente para detectar tumores malignos gastrointestinales y hemorragias. SmartCap puede generar datos específicos de la ubicación sobre tumores y hemorragias que dan como resultado una mayor precisión diagnóstica.

Con un sistema de seguimiento único desarrollado por el equipo de Wahid, los médicos podrán rastrear con precisión todo el viaje intestinal de la cápsula inteligente gracias a diminutos biosensores «inteligentes» inalámbricos que detectan y analizan biomarcadores específicos (indicadores de enfermedades) y se comunican con dispositivos como una computadora.

«Esta nueva herramienta podría duplicar las tasas de supervivencia del cáncer gastrointestinal en todo el mundo», dijo Wahid, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería de USask. «Esta es la primera píldora ‘inteligente’ completamente rastreable para endoscopia dirigida (una forma no quirúrgica de mirar dentro del cuerpo) que se puede personalizar para el paciente».

La Organización Mundial de la Salud estima que hubo 4,6 millones de casos nuevos de cánceres gastrointestinales y 3,3 millones de muertes relacionadas en 2018. Alrededor de dos tercios de estos cánceres se detectan en una etapa avanzada, pero con diagnósticos y tratamientos más tempranos. la tasa de supervivencia de los pacientes casi se duplica al 83 por ciento.

«El programa New Frontiers in Research reúne disciplinas en formas no tradicionales para explorar nuevas direcciones que amplían los límites de la investigación y tienen potencial para un impacto significativo», dijo Karen Chad, vicepresidenta de investigación de USask. «Bajo el liderazgo del profesor Wahid, este emocionante proyecto de ingeniería biomédica para mejorar el diagnóstico del cáncer aprovecha la experiencia innovadora y amplia de nuestros talentosos investigadores, mejorando la contribución que estamos haciendo para abordar los principales desafíos de salud a nivel mundial».

También forman parte del equipo el co-investigador principal Dr. Kiven Lukong (Ph.D.), profesor asociado de bioquímica, microbiología e inmunología, y el Dr. Paul Babyn (MD), profesor de imágenes médicas , ambos en la Facultad de Medicina, así como el Dr. Francis Bui (Ph.D.), profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática. La Dra. Svetlana Yanushkevich (Ph.D.) de la Universidad de Calgary, experta en IA, colabora en el proyecto.

Si bien la tecnología de cápsula inalámbrica que utiliza cámaras diminutas es actualmente la única opción para capturar imágenes dentro del intestino delgado de tres a 10 metros de largo, los dispositivos actuales no se pueden rastrear en el intestino con precisión, lo que hace imposible que los médicos para identificar el sitio de un cáncer, pólipo o hemorragia. Los movimientos involuntarios del intestino delgado dificultan aún más determinar el progreso de la cápsula.

«Es como tratar de rastrear algo en la oscuridad sin un punto de referencia, o donde los puntos de referencia se mueven constantemente», dijo Wahid. «Es por eso que no ha habido cambios en el lado del hardware y la localización de la tecnología de cápsulas inalámbricas en 20 años, a pesar de que la calidad de la imagen, la transmisión inalámbrica, las herramientas de diagnóstico y el software han mejorado».

Al diseñar SmartCap, el equipo de Wahid está adoptando un enfoque de «laboratorio en un chip» que integra varias funciones de laboratorio, incluido el análisis de muestras de sangre en un solo chip.

Con más del doble de energía de la batería que las cápsulas inalámbricas convencionales, la energía de la batería de 24 horas de SmartCap hace posible la detección hasta el final del viaje intestinal, con resultados mejorados gracias a sensores de fluorescencia de baja potencia, sensores multiespectrales sensores de luz y tecnología de localización, todo en desarrollo en el laboratorio de Wahid.

Los sensores de fluorescencia incorporados detectan el brillo de tintes especiales inyectados en un paciente para unirse a células cancerosas específicas, identificando el cáncer y su ubicación en tiempo real. El conjunto de sensores multiespectrales determina la concentración de hemoglobina y la saturación de oxígeno de la sangre que pasa a través de una muesca en la cápsula mediante el análisis del color de la sangre, lo que indica si el sangrado es activo, crónico o un coágulo. Se utilizan técnicas de inteligencia artificial de aprendizaje profundo para mejorar la precisión.

Pequeños sensores de imagen adheridos a las paredes laterales de la cápsula y «tecnología de correlación de imágenes digitales» tomadas de la técnica utilizada en un mouse óptico de computadora para correlacionar su movimiento con el cursor para rastrear la cápsula en tiempo real. Una diminuta unidad para medir la velocidad y la orientación de la cápsula proporciona datos para ayudar en la localización de un tumor.

Para eliminar posibles falsos positivos, se integra una diminuta cámara estándar, pero permanecerá principalmente en modo de suspensión, activada solo si el chip de IA sospecha de una malignidad.

El equipo solicitó la patente de la matriz multiespectral y planea hacer lo mismo con las tecnologías de localización y detección de fluorescencia, así como con el propio SmartCap.

«Si esto tiene éxito, podría usar esta tecnología en muchos otros sensores e implantes ingeribles, incluso adaptarla para su uso en minería y perforación subterránea, o en la industria petrolera para detectar y localizar fugas en tuberías». dijo Wahid, quien espera tener listo un prototipo de SmartCap en dos años.

El siguiente paso será encontrar un socio de la industria para invertir en llevar el nuevo producto a un mercado de endoscopia con cápsula inalámbrica que se espera alcance los $650 millones este año y crezca rápidamente con el envejecimiento de la población mundial.

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Tragar una píldora de diagnóstico Proporcionado por la Universidad de Saskatchewan Cita: Creación de un dispositivo de imágenes intestinales de ‘píldora inteligente’ de última generación con sensores de inteligencia artificial para mejorar la detección del cáncer (2020, 9 de julio) ) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-smart-pill-gut-imaging-device-ai.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.