Bij medische processen zoals beeldvorming is het vaak nodig om iemand open te snijden of enorme buizen met camera's erop te laten inslikken. Maar wat als dezelfde resultaten zouden kunnen worden bereikt met methoden die minder duur zijn, invasief en tijdrovend?

Onderzoekers van MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) onder leiding van professor Dina Katabi werken aan precies dat met ReMix, een systeem dat ze omschrijven als een 'in-body GPS'. ReMix kan de locatie van opneembare implantaten in het lichaam bepalen met behulp van draadloze signalen met een laag vermogen. In dierproeven toonde het team aan dat ze implantaten tot op centimeter nauwkeurig kunnen volgen, en zei dat op een dag soortgelijke implantaten zouden kunnen worden gebruikt om medicijnen te leveren aan specifieke regio's in het lichaam.

Om ReMix te testen, Katabi's groep implanteerde eerst een kleine marker in dierlijk weefsel. Om zijn beweging te volgen, ze gebruikten een draadloos apparaat dat radiosignalen bij de patiënt weerkaatst, en een speciaal algoritme om de exacte locatie van de markering te bepalen. Het team gebruikte een draadloze technologie die ze eerder hebben aangetoond om de hartslag te detecteren, ademhaling en beweging.

interessant, de marker in het lichaam hoeft geen draadloos signaal uit te zenden. Het weerspiegelt eenvoudig het signaal dat wordt uitgezonden door een apparaat buiten het lichaam, zonder dat een batterij of een andere externe energiebron nodig is.

Een belangrijke uitdaging bij het gebruik van draadloze signalen op deze manier zijn de vele concurrerende reflecties die weerkaatsen op het lichaam van een persoon. In feite, de signalen die weerkaatsen op de huid van een persoon zijn eigenlijk 100 miljoen keer krachtiger dan de signalen van de metalen marker zelf.

Om dit te overwinnen, het team ontwierp een aanpak die in wezen de storende huidsignalen scheidt van degene die ze proberen te meten. Ze deden dit met behulp van een klein halfgeleiderapparaat, een 'diode' genaamd, dat signalen kan mengen, zodat het team vervolgens de huidgerelateerde signalen kan filteren. Bijvoorbeeld, als de huid reflecteert bij frequenties van F1 en F2, de diode creëert nieuwe combinaties van die frequenties zoals F1-F2 en F1+F2. Wanneer alle signalen terugkaatsen naar het systeem, het systeem pikt alleen de gecombineerde frequenties op, waardoor de oorspronkelijke frequenties die van de huid van de patiënt kwamen, eruit worden gefilterd.

"Het vermogen om continu in het menselijk lichaam te voelen is grotendeels een verre droom geweest, " zegt Romit Roy Choudhury, een professor in elektrotechniek en informatica aan de Universiteit van Illinois, die niet bij het onderzoek betrokken was. "Een van de obstakels was draadloze communicatie met een apparaat en de continue lokalisatie ervan. ReMix maakt een sprong in deze richting door aan te tonen dat de draadloze component van implanteerbare apparaten niet langer de bottleneck hoeft te zijn."

Een mogelijke toepassing voor ReMix is ​​in protontherapie, een type kankerbehandeling waarbij tumoren worden gebombardeerd met bundels magneetgestuurde protonen. De aanpak stelt artsen in staat hogere doses straling voor te schrijven, maar vereist een zeer hoge mate van precisie, wat betekent dat het meestal beperkt is tot alleen bepaalde vormen van kanker.

Het succes hangt af van iets dat eigenlijk vrij onbetrouwbaar is:een tumor die precies blijft waar hij is tijdens het bestralingsproces. Als een tumor beweegt, dan kunnen gezonde gebieden aan de straling worden blootgesteld. Maar met een kleine marker zoals die van ReMix, artsen kunnen de locatie van een tumor beter in realtime bepalen, en in staat zijn om de behandeling te pauzeren of de straal in de juiste positie te sturen om met de beweging om te gaan. (Om duidelijk te zijn, ReMix is ​​nog niet nauwkeurig genoeg om in klinische omgevingen te worden gebruikt - Katabi zegt dat een foutmarge van dichter bij een paar millimeter nodig zou zijn voor daadwerkelijke implementatie.)

Vooruit kijken

Er zijn nog veel uitdagingen voor het verbeteren van ReMix. Het team hoopt vervolgens de draadloze gegevens te combineren met medische informatie zoals MRI-scans om de nauwkeurigheid van het systeem verder te verbeteren. In aanvulling, het team zal doorgaan met het opnieuw beoordelen van het algoritme en de verschillende afwegingen die nodig zijn om rekening te houden met de complexiteit van de lichamen van verschillende mensen.

"We willen een model dat technisch haalbaar is, hoewel nog steeds complex genoeg om het menselijk lichaam nauwkeurig weer te geven, " zegt promovendus Deepak Vasisht, hoofdauteur van het nieuwe artikel. "Als we deze technologie ooit op echte kankerpatiënten willen gebruiken, het zal moeten komen van een betere modellering van iemands fysieke structuur."

ReMix is ​​ontwikkeld in samenwerking met onderzoekers van het Massachusetts General Hospital (MGH). Het team zegt dat dergelijke systemen zouden kunnen helpen bij een bredere acceptatie van protontherapiecentra, waarvan er wereldwijd slechts ongeveer 100 zijn.

"Een reden dat [protontherapie] zo duur is, is vanwege de kosten van het installeren van de hardware, ", zegt Vasisht. "Als deze systemen meer toepassingen van de technologie kunnen stimuleren, er zal meer vraag zijn, wat meer therapiecentra zal betekenen, en lagere prijzen voor patiënten."