섭취 가능한 센서는 의사가 GI 문제를 정확히 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다.

[아름이]

섭취 가능한 센서는 의사가 GI 문제를 정확히 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다.
센서는 위장관을 통해 이동할 때 위치를 전송하여 소화 속도 저하가 발생할 수 있는 위치를 알려줍니다.
날짜:
2023년 2월 13일
원천:
매사추세츠 공과대학
요약:
엔지니어들은 소화관을 통해 이동할 때 위치를 모니터링할 수 있는 섭취 가능한 센서를 개발했으며, 이는 의사가 위식도 역류 질환 및 위마비와 같은 위장 운동 장애를 보다 쉽게 ​​진단하는 데 도움이 될 수 있는 발전입니다.

전체 이야기
MIT와 Caltech의 엔지니어들은 소화관을 통해 이동할 때 위치를 모니터링할 수 있는 섭취 가능한 센서를 시연했으며, 이는 의사가 변비, 위식도 역류 질환 및 위 마비와 같은 위장 운동 장애를 보다 쉽게 ​​진단하는 데 도움이 될 수 있는 발전입니다.

이 작은 센서는 신체 외부에 위치한 전자기 코일에서 생성된 자기장을 감지하여 작동합니다. 자기장의 강도는 코일로부터의 거리에 따라 달라지므로 센서의 위치는 자기장의 측정값을 기반으로 계산할 수 있습니다.

새로운 연구에서 연구원들은 이 기술을 사용하여 대형 동물의 소화관을 통해 이동하는 센서를 추적할 수 있음을 보여주었습니다. 이러한 장치는 현재 운동 장애를 진단하는 데 사용되는 내시경과 같은 보다 침습적인 절차에 대한 대안을 제공할 수 있습니다.

"전 세계 많은 사람들이 위장관 운동 장애 또는 운동 불량으로 고통받고 있으며, 병원에 가지 않고도 위장관 운동성을 모니터링할 수 있는 능력을 갖는 것은 환자에게 무슨 일이 일어나고 있는지 진정으로 이해하는 데 중요합니다."라고 Karl van Tassel의 Giovanni Traverso는 말합니다. 경력 개발 MIT 기계 공학 조교수이자 Brigham and Women's Hospital의 위장병 전문의.

Traverso는 Caltech의 전기 공학 및 의료 공학 교수인 Azita Emami, Caltech의 화학 공학 교수이자 Howard Hughes Medical Institute의 연구원인 Mikhail Shapiro와 함께 새로운 연구의 수석 저자 중 한 명입니다. Caltech의 대학원생인 Saransh Sharma와 전 MIT 대학원생이자 현재 New York University의 생명공학 조교수인 박사 후 연구원인 Khalil Ramadi가 오늘 Nature Electronics 에 게재된 논문의 주요 저자입니다 .

자기 센서

약 3,500만 명의 미국인에게 영향을 미치는 GI 운동 장애는 소화관의 모든 부분에서 발생할 수 있으며, 그 결과 음식이 소화관을 통해 이동하지 못합니다. 그들은 일반적으로 핵 영상 연구 또는 X-레이를 사용하거나 위장관의 수축을 감지하는 압력 변환기가 포함된 카테터를 삽입하여 진단합니다.

MIT와 Caltech 연구원들은 덜 침습적이고 환자의 집에서 할 수 있는 대안을 제시하기를 원했습니다. 그들의 생각은 삼킬 수 있는 캡슐을 개발한 다음 위장관의 어느 부분이 있는지를 알려주는 신호를 보내어 의사가 소화관의 어떤 부분이 속도 저하를 유발하는지 파악하고 환자의 상태를 치료하는 방법을 더 잘 결정할 수 있도록 하는 것이었습니다.

이를 달성하기 위해 연구원들은 코일로부터의 거리가 증가함에 따라 전자기 코일에 의해 생성된 필드가 예측 가능한 방식으로 약해진다는 사실을 이용했습니다. 그들이 개발한 자기 센서는 섭취 가능한 캡슐에 들어갈 만큼 작으며 주변 자기장을 측정하고 이 정보를 사용하여 신체 외부에 있는 코일과의 거리를 계산합니다.

"자기장 구배가 고유하게 공간 위치를 인코딩하기 때문에 이러한 작은 장치는 각각의 위치에서 자기장을 감지할 수 있는 방식으로 설계될 수 있습니다."라고 Sharma는 말합니다. "장치가 자기장을 측정한 후 장치의 위치를 ​​역으로 계산할 수 있습니다."

신체 내부의 장치 위치를 정확하게 파악하기 위해 시스템에는 신체 외부에 남아 기준점 역할을 하는 두 번째 센서도 포함됩니다. 이 센서는 피부에 부착할 수 있으며, 이 센서의 위치를 ​​신체 내부의 센서 위치와 비교하여 섭취 가능한 센서가 위장관의 어디에 있는지 정확하게 계산할 수 있습니다.

섭취 가능한 센서에는 자기장 측정값을 근처의 컴퓨터나 스마트폰으로 보내는 무선 송신기도 포함되어 있습니다. 시스템의 현재 버전은 스마트폰에서 무선 트리거를 수신할 때마다 측정을 수행하도록 설계되었지만 특정 간격으로 측정을 수행하도록 프로그래밍할 수도 있습니다.

"우리 시스템은 정확도를 손상시키지 않으면서 동시에 여러 장치의 위치 파악을 지원할 수 있습니다. 또한 인간 및 대규모 동물 연구에 중요한 넓은 시야를 가지고 있습니다."라고 Emami는 말합니다.

현재 버전의 센서는 60cm 이하의 거리 내에서 전자기 코일의 자기장을 감지할 수 있습니다. 연구원들은 코일을 환자의 배낭이나 재킷, 심지어 변기 뒤쪽에 배치하여 섭취 가능한 센서가 코일 범위 내에 있을 때마다 측정할 수 있도록 할 수 있다고 생각합니다.

위치 추적

연구원들은 섭취 가능한 캡슐을 위장에 넣은 다음 며칠 동안 소화관을 통해 이동할 때 위치를 모니터링하는 대형 동물 모델에서 새로운 시스템을 테스트했습니다.

첫 번째 실험에서 연구원들은 작은 막대로 서로 연결된 두 개의 자기 센서를 전달하여 그들 사이의 정확한 거리를 알고 있었습니다. 그런 다음 그들은 자기장 측정값을 이 알려진 거리와 비교했고 측정값이 이전에 개발된 자기장 기반 센서의 해상도보다 훨씬 높은 약 2밀리미터의 해상도로 정확하다는 것을 발견했습니다.

다음으로 연구원들은 피부에 부착된 외부 센서와 함께 섭취 가능한 단일 센서를 사용하여 테스트를 수행했습니다. 연구원들은 각 센서에서 코일까지의 거리를 측정함으로써 섭취된 센서가 위장에서 결장으로 이동한 다음 배설되는 과정을 추적할 수 있음을 보여주었습니다. 연구원들은 전략의 정확도를 X-레이로 촬영한 측정값과 비교한 결과 5~10밀리미터 내에서 정확하다는 사실을 발견했습니다.

"외부 참조 센서를 사용하면 동물이나 사람이 코일 옆에 있을 때마다 이전과 정확히 같은 위치에 있지 않을 가능성이 있다는 문제를 설명하는 데 도움이 됩니다. X-레이를 실측 정보로 사용하면 항상 같은 위치에 있는 일관된 참조가 없는 한 이 알약이 어디에 있는지 정확히 파악하기 어렵습니다."라고 Ramadi는 말합니다.

이러한 종류의 모니터링을 통해 의사는 위장관의 어떤 부분이 소화 속도 저하를 일으키는지 훨씬 쉽게 파악할 수 있다고 연구원들은 말합니다. Traverso는 "방사선이나 더 침습적인 장치 배치 없이 운동성을 특성화할 수 있는 능력은 사람들이 평가를 받는 장벽을 낮출 것이라고 생각합니다."라고 말했습니다.

연구원들은 이제 협력자들과 협력하여 시스템의 제조 공정을 개발하고 동물에서의 성능을 추가로 특성화하여 궁극적으로 인간 임상 시험에서 테스트하기를 희망합니다.

이 연구는 National Science Foundation, Rothenberg Innovation Initiative 및 Heritage Medical Research Institute의 자금 지원을 받았습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/