Een team van onderzoekers heeft een draagbare, niet-invasief systeem om de elektrische activiteit in de maag gedurende 24 uur te volgen - in wezen een elektrocardiogram maar voor het maagdarmkanaal.

Toepassingen zijn onder meer het monitoren van GI-activiteit voor patiënten buiten een klinische setting, wat scheelt in de kosten. Monitoring gedurende langere tijd vergroot ook de kans op het vastleggen van abnormale gebeurtenissen.

Onderzoekers beschrijven hun bevindingen in het 22 maart nummer van Nature's open access tijdschrift Wetenschappelijke rapporten .

Het team testte het apparaat, een 3D-geprinte draagbare doos verbonden met 10 kleine draagbare elektroden, op 11 kinderen en een volwassen vrijwilliger. Ze ontdekten dat gegevens die met het draagbare systeem werden verzameld, vergelijkbaar waren met gegevens die in de kliniek werden verzameld met de modernste methoden, die invasief zijn, inclusief een katheter die door de neus van de patiënt wordt ingebracht. Ze ontdekten ook dat de elektrische activiteit van de maag niet alleen rond maaltijden verandert, maar ook tijdens de slaap, volgens zijn eigen circadiaanse ritme.

"We denken dat ons systeem een ​​nieuw soort medicijn zal aanwakkeren, waar een gastro-enteroloog snel kan zien waar en wanneer een deel van het maagdarmkanaal abnormale ritmes vertoont en daardoor nauwkeuriger kan maken, snellere en gepersonaliseerde diagnoses, " zei Armen Gharibans, de eerste auteur van het artikel en een postdoctoraal onderzoeker op het gebied van bio-engineering aan de Universiteit van Californië in San Diego.

Todd Coleman, de corresponderende auteur van het artikel en een professor in bio-engineering aan de UC San Diego, gaat akkoord.

"Dit werk opent de deur om nauwkeurig de dynamische activiteit van het GI-systeem te volgen, " zei hij. "Tot nu toe, het was een hele uitdaging om de elektrische patronen van maagactiviteit op een continue manier nauwkeurig te meten, buiten een klinische setting. Vanaf nu, we zullen in staat zijn om patronen te observeren en deze te analyseren bij zowel gezonde als onwel mensen tijdens hun dagelijkse leven."

Artsen die bij het onderzoek betrokken zijn, zeggen dat het apparaat voldoet aan een onvervulde klinische behoefte.

"Dit zal ons helpen te bepalen of de maag goed functioneert tijdens de maaltijden en - belangrijker nog - wanneer patiënten symptomen ervaren zoals misselijkheid en buikpijn, " zei Dr. David Kunkel, een van de co-auteurs van het artikel en een gastro-enteroloog bij UC San Diego Health.

De doorbraak werd mogelijk gemaakt doordat ingenieurs en artsen samen kwamen om aan het probleem te werken, zei Benjamin Smarr, een van de co-auteurs van het artikel en een chronobioloog aan UC Berkeley.

Betere algoritmen

De grootste uitdaging van de onderzoekers was het ontwerpen van algoritmen die de elektrische signalen van de maag herkennen en versterken te midden van ruis en artefacten. Dit is vooral moeilijk omdat de elektrische signalen van de maag 10 keer zwakker zijn dan die van het hart, waardoor ze moeilijker vast te leggen en te analyseren zijn.

Onderzoekers maakten gebruik van de signaalverwerkingsexpertise in de onderzoeksgroep van Coleman om een ​​geavanceerde algoritmische pijplijn te ontwikkelen die de gegevens kan opschonen en de activiteit van de buikspieren kan scheiden (bijvoorbeeld wanneer een persoon loopt), hartslag en maagactiviteit, in verschillende banden van signalen die elkaar niet overlappen. Als resultaat, clinici kunnen elk signaal afzonderlijk onderzoeken en met anderen vergelijken.

Het apparaat en testen

Het apparaat zelf maakt gebruik van kant-en-klare elektroden die worden gebruikt in elektrocardiogrammen. De elektronica en batterij zijn ingekapseld in een 3D-geprinte doos en verbonden met de elektroden, die passen op de buik van een persoon net over de maag.

De onderzoekers werkten samen met Dr. Hayat Mousa en testten het apparaat op 11 pediatrische patiënten in het Rady Children's Hospital in San Diego. Deze patiënten hadden een invasieve procedure ondergaan die manometrie wordt genoemd, een van de weinige klinische gouden standaarden voor het objectief volgen van de activiteit van het maagdarmkanaal. De procedure vereist het gebruik van een katheter die door de neus wordt ingebracht om de druk op verschillende punten in de maag te meten. Door de twee methoden te vergelijken, bleek dat de gegevens die door het draagbare apparaat werden verzameld, robuust en betrouwbaar waren.

"Ik beoefen pediatrische gastro-enterologie en zorg al 20 jaar voor patiënten, " zei Dr. Mousa. "De enige methode om de gastro-intestinale motiliteit te beoordelen, is het plaatsen van motiliteitskatheters in het maagdarmkanaal terwijl de kinderen verdoofd zijn of onder algehele narcose zijn. Het was een lange reis om de voordelen van zo'n invasieve procedure met mijn patiënten en hun families te bespreken. Mijn uitdaging is altijd geweest om een ​​test te vinden die een niet-invasieve beoordeling van het enterische zenuwstelsel en zijn verband met de hersenfunctie biedt."

"De techniek die in dit artikel wordt beschreven, is de beste manier om kinderen met motiliteit en functionele GI-stoornissen te evalueren, " Dr. Mousa voegde toe. "Het biedt de informatie zonder dat sedatie nodig is en het biedt de flexibiliteit om kinderen in de gaten te houden terwijl ze hun dagelijkse activiteiten voortzetten. Deze procedure zorgt voor gemak zonder afbreuk te doen aan de nauwkeurigheid. In aanvulling, het biedt de mogelijkheid om de hersen-darmreactie op therapeutische interventies te beoordelen, waaronder biofeedback en neuromodulatie."

Het systeem is momenteel gekoppeld aan een smartphone-app waarmee patiënten hun maaltijden kunnen loggen, slapen en andere activiteiten. Het doel op lange termijn is om een ​​app te ontwerpen waarmee patiënten en artsen de door het apparaat verzamelde gegevens in realtime kunnen zien.

"Dit is analoog aan het rechtstreeks gaan van telefonistes naar smartphones voor gastro-enterologie, ' zei Smarr.