یک GPS برای داخل بدن شما

این استاد دانشگاه MIT، دینا کتابی است.
اعتبار: سیمون سیمارد
 

فرآیندهای پزشکی مانند تصویربرداری اغلب نیاز به برش دادن باز بدن افراد و یا وادار ساختن آنها به فرو بردن لوله های عظیم حامل دوربین دارد. اما اگر همان نتایج می توانست با روش‌هایی به دست آید که کمتر گران ، تهاجمی، و زمانبر باشند چه؟
 
محققانی از آزمایشگاه هوش مصنوعی و علوم کامپیوتری MIT، (CSAIL)، به رهبری پروفسور دینا کتابی در حال کار بر روی دقیقا همین موضوع هستند با ReMix، که سیستمی است که آنها آن را به عنوان "GPS داخل بدن" توصیف می کنند. ReMix می تواند محل ایمپلنت‌های قابل جذب درون بدن را با استفاده از سیگنال های بی سیم کم قدرت مشخص کند. در آزمایش های حیوانی، تیم نشان داد که می توانند ایمپلنت ها را با دقتی در حد سانتیمتر پیگیری کنند و گفتند که ایمپلنت های مشابه زمانی می توانند برای تحویل مواد دارویی به مناطق خاصی از بدن مورد استفاده قرار گیرند.
 
برای آزمایش ReMix، گروه کتابی برای اولین بار یک نشانگر کوچک را در بافت حیوانی گذاشت. برای پیگیری حرکت آن، آنها از یک دستگاه بی سیم که سیگنال های رادیویی را در بیمار نشان می دهد و یک الگوریتم ویژه برای مشخص کردن مکان دقیق نشانگر استفاده کردند. این تیم از یک تکنولوژی بی سیم استفاده کرد که قبلا نشان داده اند که میزان ضربان قلب، تنفس و حرکت را تشخیص می دهد.
 
جالب توجه است که نشانگر داخل بدن نیازی به انتقال سیگنال بی سیم ندارد. این ابزار به سادگی سیگنال ارسال شده توسط یک دستگاه خارج از بدن را بدون نیاز به باتری یا هر منبع خارجی دیگر منعکس می کند.
 
یک چالش کلیدی در استفاده از سیگنال های بی سیم در این روش، بسیاری از انعکاس های رقیب است که از بدن فرد پس می جهد. در حقیقت، سیگنال هایی که از پوست فرد منعکس می شوند، در حقیقت 100 میلیون برابر قدرتمندتر از سیگنال های خود نشانگر فلزی هستند.
 
برای غلبه بر این مشکل، تیم یک رویکرد را طراحی کرد که اساسا سیگنالهای مداخله گر پوست را از آنهایی که سعی در اندازه گیری آنها دارند جدا می کند. آنها این کار را با استفاده از یک دستگاه نیمه هادی کوچک به نام "دیود" انجام دادند که می تواند سیگنال ها را با یکدیگر ترکیب کند به طوری که تیم بتواند سیگنال های مربوط به پوست را فیلتر کند. برای مثال، اگر پوست در فرکانس های F1 و F2 بازتاب دارد، دیود ترکیب جدیدی از آن فرکانس ها مانند F1-F2 و F1 + F2 ایجاد می کند. هنگامی که تمام سیگنال ها به سیستم بازتاب می شوند، سیستم فقط فرکانس های ترکیبی را انتخاب می کند، و از آن طریق فرکانس های اصلی که از پوست بیمار خارج می شوند فیلتر می شوند.
 
رومیت روی چوودوری، استاد مهندسی برق و علوم رایانه ای در دانشگاه ایلینوی، می گوید: "توانایی احساس کردن پیوسته‌ی درون بدن انسان، یک آرزوی دورِ بزرگ بوده است." "یکی از مسائل امنیتی ارتباط بی سیم با یک دستگاه و موقعیت مکانی مداوم آن است. ReMix یک جهش در این جهت نشان می دهد و قسمت بی سیم دستگاه های قابل برنامه ریزی، دیگر نمی تواند یک تنگنا تلقی شود."
 
یک برنامه بالقوه برای ReMix در پروتون درمانی است، که نوعی از درمان سرطان است که شامل بمباران تومورها با پرتوهای پروتونهای کنترل شده توسط آهن می شود. این روش به پزشکان امکان می دهد دوزهای بالاتری از تابش را تجویز کنند، اما نیاز به درجه بسیار بالایی از دقت دارد و این به این معنی است که معمولا فقط به موارد خاصی از سرطان محدود می شود.
 
موفقیت آن بستگی به چیزی دارد که واقعا کاملا غیرقابل اعتماد است: تومور دقیقا همان جایی است که در طول فرآیند تابش قرار دارد. اگر تومور حرکت می کند، مناطق سالم می توانند در معرض تابش قرار گیرند. اما با یک نشانگر کوچک مانند ReMix، پزشکان می توانند موقعیت مکانی تومور را به صورت بلادرنگ بهتر تعیین کنند تا بتوانند درمان را یا متوقف کنند یا پرتو را به موقعیت درست جهت مقابله با حرکت هدایت کنند. (برای روشن شدن، ReMix هنوز به اندازه کافی دقیق نیست که در تنظیمات بالینی استفاده شود - کتابی می گوید که حاشیه خطایی نزدیک به دو میلیمتر برای یک عمل واقعی لازم است.)
 

هنوز هم برای بهبود ReMix چالش‌هایی پیش رو قرار دارد. این تیم سپس امیدوار است که داده های بی سیم را با اطلاعات پزشکی مانند اسکن های MRI ترکیب کند تا دقت سیستم را بهبود بخشد. علاوه بر این، تیم همچنان به بررسی الگوریتم و سبک سنگین کردنهای مختلفِ مورد نیاز برای ارزیابی پیچیدگی بدن‌های مردم مختلف ادامه خواهد داد.
 
دیپک واسیشت، نویسنده اصلی مقاله جدید، می گوید: "ما مدلی می خواهیم که از لحاظ فنی شدنی باشد، و در عین حال هنوز هم به اندازه کافی پیچیده باشد که بتواند دقیقا بدن انسان را نمایندگی کند." "اگر ما بخواهیم یک روز از این تکنولوژی در بیماران مبتلا به سرطان واقعی استفاده کنیم، باید از مدل سازی بهتر ساختار فیزیکی فرد استفاده کنیم." توانایی احساس کردن پیوسته‌ی درون بدن انسان، یک آرزوی دورِ بزرگ بوده است.
ReMix با همکاری محققان بیمارستان عمومی ماساچوست (MGH) توسعه یافت. تیم می گوید که چنین سیستمی می تواند به پذیرش بیشتر مراکز پروتون درمانی، که تنها در حدود 100 تا از آنها در سراسر جهان وجود دارد، کمک کند.
 واسیشت می گوید: "یک دلیل که [پروتون تراپی] بسیار گران است هزینه نصب سخت افزار است. اگر این سیستم ها بتوانند کاربردهای بیشتری از فن آوری را تشویق کنند، تقاضا بیشتر خواهد شد که به معنی مراکز درمانی بیشتر و قیمت های پایین تر برای بیماران خواهد بود."
 
منبع:
مطالب ارائه شده توسط موسسه فناوری ماساچوست، CSAIL.