حس‌گرهای بلعیدنی که می‌تواند مشکلات دستگاه گوارش شما را پیدا کند + عکس

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، مهندسان MIT و Caltech حسگر قابل بلعیدنی را نشان داده‌اند که می‌توان موقعیت آن را هنگام حرکت در دستگاه گوارش کنترل کرد، پیشرفتی که می‌تواند به پزشکان کمک کند تا اختلالات حرکتی دستگاه گوارش مانند یبوست، بیماری رفلاکس معده به مری و گاستروپارزی را آسان‌تر تشخیص دهند.

این حسگر کوچک با تشخیص میدان مغناطیسی تولید شده توسط یک سیم پیچ الکترومغناطیسی خارج از بدن کار می‌کند. شدت میدان با فاصله از سیم پیچ تغییر می‌کند، بنابراین موقعیت سنسور را می‌توان بر اساس اندازه گیری میدان مغناطیسی آن محاسبه کرد.

در مطالعه جدید، محققان نشان دادند که می‌توانند از این فناوری برای ردیابی حسگر هنگام حرکت در دستگاه گوارش حیوانات بزرگ استفاده کنند. چنین وسیله‌ای می‌تواند جایگزینی برای روش‌های تهاجمی تر، مانند آندوسکوپی، که در حال حاضر برای تشخیص اختلالات حرکتی استفاده می‌شود، ارائه دهد.

جووانی تراورسو، دانشیار دانشگاه می‌گوید: بسیاری از مردم در سراسر جهان از اختلال حرکتی دستگاه گوارش یا تحرک ضعیف رنج می‌برند، و داشتن توانایی نظارت بر تحرک دستگاه گوارش بدون نیاز به مراجعه به بیمارستان، برای درک واقعی آنچه که برای بیمار اتفاق می‌افتد، مهم است.

نمونه‌ای از اندازه سنسور   منبع: MIT

تراورسو یکی از نویسندگان ارشد مطالعه جدید به همراه آزیتا امامی، استاد مهندسی برق و مهندسی پزشکی در Caltech، و میخائیل شاپیرو، استاد مهندسی شیمی در Caltech و محقق موسسه پزشکی هوارد هیوز است. سارانش شارما، دانشجوی کارشناسی ارشد در Caltech، و خلیل رمادی فارغ التحصیل دپارتمان مهندسی مکانیک و برنامه هاروارد وMIT در علوم و فناوری بهداشت، که اکنون استادیار مهندسی زیستی در نیویورک است. نویسندگان اصلی مقاله هستند که اخیراً در مجله Nature Electronics منتشر شده است.

** یک سنسور مغناطیسی

اختلالات حرکتی دستگاه گوارش، که حدود ۳۵ میلیون آمریکایی را تحت تاثیر قرار می‌دهد، می‌تواند در هر بخشی از دستگاه گوارش رخ دهد، و در نتیجه غذا از طریق دستگاه حرکت نمی‌کند. آن‌ها معمولاً با استفاده از مطالعات تصویربرداری هسته‌ای یا اشعه ایکس یا با قرار دادن کاتتر‌های حاوی مبدل‌های فشار که انقباضات دستگاه گوارش را حس می‌کنند، تشخیص داده می‌شوند.

محققان MIT و Caltech می‌خواستند جایگزینی بیابند که کمتر تهاجمی باشد و بتواند در خانه بیمار انجام شود. ایده آن‌ها این بود که کپسولی را بسازند که بتوان آن را بلعید و سپس سیگنالی را ارسال کرد که نشان می‌دهد کجا در دستگاه گوارش قرار دارد و به پزشکان این امکان را می‌دهد تا تشخیص دهند کدام قسمت از دستگاه باعث کندی سرعت می‌شود و نحوه درمان وضعیت بیمار را بهتر تعیین کنند.

برای دستیابی به آن، محققان از این واقعیت استفاده کردند که با افزایش فاصله از سیم پیچ، میدان تولید شده توسط یک سیم پیچ الکترومغناطیسی ضعیف‌تر می‌شود، به روشی قابل پیش بینی. حسگر مغناطیسی که آن‌ها ساخته اند، که به اندازه کافی کوچک است تا در یک کپسول قابل بلع قرار گیرد، میدان مغناطیسی اطراف را اندازه گیری می‌کند و از آن اطلاعات برای محاسبه فاصله آن از یک سیم پیچ واقع در خارج از بدن استفاده می‌کند.

شارما می‌گوید: از آنجایی که گرادیان میدان مغناطیسی به طور منحصر به فرد موقعیت‌های فضایی را رمزگذاری می‌کند، این دستگاه‌های کوچک می‌توانند به گونه‌ای طراحی شوند که بتوانند میدان مغناطیسی را در مکان‌های مربوطه خود حس کنند. بعد از اینکه دستگاه میدان را اندازه گرفت، می‌توانیم مکان دستگاه را دوباره محاسبه کنیم.

برای تعیین دقیق مکان دستگاه در داخل بدن، این سیستم همچنین شامل یک حسگر دوم است که در خارج از بدن باقی می‌ماند و به عنوان یک نقطه مرجع عمل می‌کند. این سنسور می‌تواند به پوست چسبانده شود و با مقایسه موقعیت این حسگر با موقعیت حسگر در داخل بدن، محققان می‌توانند به طور دقیق محل قرارگیری حسگر قابل بلعیدن در دستگاه گوارش را محاسبه کنند.

حسگر قابل بلع همچنین شامل یک فرستنده بی سیم است که اندازه گیری میدان مغناطیسی را به رایانه یا تلفن هوشمند نزدیک می‌فرستد. نسخه فعلی این سیستم به گونه‌ای طراحی شده است که هر زمان که یک ماشه بی‌سیم از تلفن هوشمند دریافت می‌کند، اندازه‌گیری کند، اما همچنین می‌توان آن را طوری برنامه‌ریزی کرد که در فواصل زمانی مشخص اندازه‌گیری کند.

سیستم ما می‌تواند از بومی سازی چندین دستگاه به طور همزمان پشتیبانی کند بدون اینکه دقت را به خطر بیندازد. همچنین میدان دید وسیعی دارد که برای مطالعات انسان و حیوانات بزرگ بسیار مهم است.

نسخه فعلی سنسور می‌تواند میدان مغناطیسی را از سیم پیچ‌های الکترومغناطیسی در فاصله ۶۰ سانتی متر یا کمتر تشخیص دهد. محققان تصور می‌کنند که سیم‌پیچ‌ها را می‌توان در کوله پشتی یا ژاکت بیمار یا حتی پشت توالت قرار داد و به حسگر قابل بلع اجازه می‌دهد هر زمان که در محدوده سیم پیچ‌ها قرار گرفت اندازه‌گیری کند.

** ردیابی موقعیت مکانی

محققان سیستم جدید خود را در یک مدل حیوانی بزرگ آزمایش کردند، کپسول قابل بلعیدن را در معده قرار دادند و سپس مکان آن را هنگام حرکت در دستگاه گوارش طی چند روز زیر نظر گرفتند.

در اولین آزمایش خود، محققان دو حسگر مغناطیسی را تحویل دادند که توسط یک میله کوچک به یکدیگر متصل شده بودند، بنابراین آن‌ها فاصله دقیق بین آن‌ها را می‌دانستند. سپس، آن‌ها اندازه‌گیری‌های میدان مغناطیسی خود را با این فاصله شناخته شده مقایسه کردند و دریافتند که اندازه‌گیری‌ها با وضوح حدود ۲ میلی‌متر - بسیار بالاتر از وضوح حسگر‌های مبتنی بر میدان مغناطیسی که قبلاً توسعه داده بودند، دقیق است.

سپس، محققان آزمایش‌هایی را با استفاده از یک حسگر قابل بلع و یک حسگر خارجی متصل به پوست انجام دادند. با اندازه‌گیری فاصله هر حسگر تا سیم‌پیچ‌ها، محققان نشان دادند که می‌توانند حسگر بلعیده شده را هنگام حرکت از معده به روده بزرگ و سپس دفع آن ردیابی کنند.

محققان دقت استراتژی خود را با اندازه گیری‌های انجام شده توسط اشعه ایکس مقایسه کردند و دریافتند که این اندازه گیری‌ها در فاصله ۵ تا ۱۰ میلی متری دقیق هستند.

استفاده از یک حسگر مرجع خارجی کمک می‌کند تا این مشکل را توضیح دهیم که هر بار که یک حیوان یا یک انسان در کنار سیم‌پیچ‌ها قرار می‌گیرد، این احتمال وجود دارد که دقیقاً در موقعیت قبلی قرار نگیرند. رمادی می‌گوید در غیاب اشعه ایکس به‌عنوان حقیقت اصلی، تعیین دقیق مکان این قرص دشوار است، مگر اینکه مرجع ثابتی داشته باشید که همیشه در یک مکان باشد.

به گفته محققان، این نوع نظارت می‌تواند تشخیص اینکه کدام بخش از دستگاه گوارش باعث کندی هضم می‌شود را برای پزشکان بسیار آسان‌تر می‌کند. تراورسو می‌گوید: من فکر می‌کنم توانایی تعیین حرکات بدون نیاز به تشعشع یا قرار دادن تهاجمی‌تر دستگاه‌ها، مانع ارزیابی افراد را کاهش می‌دهد.

اکنون محققان امیدوارند با همکاران خود برای توسعه فرآیند‌های تولیدی این سیستم و توصیف بیشتر عملکرد آن در حیوانات، به امید اینکه در نهایت آن را در آزمایشات بالینی انسانی آزمایش کنند، همکاری کنند.

برای اطلاعات بیشتر در مورد این دستگاه، به «قرص‌های هوشمند» تغییر تشخیص و درمان اختلالات گوارشی مراجعه کنید.