Medicinska processer som bildbehandling kräver ofta att någon skärs upp eller får dem att svälja stora rör med kameror på. Men tänk om det skulle kunna få samma resultat med metoder som är billigare, invasiv och tidskrävande?

Forskare från MIT:s datavetenskap och artificiell intelligenslaboratorium (CSAIL) under ledning av professor Dina Katabi arbetar på exakt det med ReMix, ett system som de beskriver som en "GPS i kroppen". ReMix kan identifiera placeringen av intagbara implantat inuti kroppen med hjälp av trådlösa signaler med låg effekt. I djurförsök visade teamet att de kan spåra implantat med centimeters noggrannhet, och sa att liknande implantat en dag skulle kunna användas för att leverera läkemedel till specifika regioner i kroppen.

För att testa ReMix, Katabis grupp implanterade först en liten markör i djurvävnader. För att spåra dess rörelse, de använde en trådlös enhet som reflekterar radiosignaler till patienten, och en speciell algoritm för att identifiera markörens exakta plats. Teamet använde en trådlös teknik som de tidigare visat för att upptäcka hjärtfrekvens, andning och rörelse.

Intressant, markören inuti kroppen behöver inte överföra någon trådlös signal. Det återspeglar helt enkelt signalen som sänds av en enhet utanför kroppen, utan att behöva ett batteri eller någon annan extern energikälla.

En viktig utmaning för att använda trådlösa signaler på detta sätt är de många konkurrerande reflektionerna som studsar bort en persons kropp. Faktiskt, signalerna som reflekterar från en persons hud är faktiskt 100 miljoner gånger kraftfullare än signalerna från själva metallmarkören.

För att övervinna detta, laget utformade ett tillvägagångssätt som i huvudsak skiljer de störande hudsignalerna från dem de försöker mäta. De gjorde detta med hjälp av en liten halvledarenhet som kallas en "diod" som kan blanda signaler tillsammans så att laget sedan kan filtrera bort de hudrelaterade signalerna. Till exempel, om huden reflekteras vid frekvenserna F1 och F2, dioden skapar nya kombinationer av dessa frekvenser som F1-F2 och F1+F2. När alla signaler reflekterar tillbaka till systemet, systemet tar bara upp de kombinerade frekvenserna, därigenom filtreras bort de ursprungliga frekvenserna som kom från patientens hud.

"Förmågan att kontinuerligt känna inuti människokroppen har i stort sett varit en avlägsen dröm, "säger Romit Roy Choudhury, professor i elektroteknik och datavetenskap vid University of Illinois, som inte var inblandad i forskningen. "En av vägspärrarna har varit trådlös kommunikation till en enhet och dess kontinuerliga lokalisering. ReMix gör ett steg i denna riktning genom att visa att den trådlösa komponenten i implanterbara enheter kanske inte längre är flaskhalsen."

En potentiell applikation för ReMix är protonterapi, en typ av cancerbehandling som innebär att bombardera tumörer med strålar av magnetstyrda protoner. Tillvägagångssättet tillåter läkare att förskriva högre doser av strålning, men kräver en mycket hög grad av precision, vilket innebär att det vanligtvis är begränsat till endast vissa cancerformer.

Dess framgång beror på något som faktiskt är ganska opålitligt:​​en tumör som stannar exakt där den är under strålningsprocessen. Om en tumör rör sig, då kan friska områden utsättas för strålning. Men med en liten markör som ReMix, läkare kunde bättre bestämma platsen för en tumör i realtid, och kunna antingen pausa behandlingen eller styra strålen till rätt läge för att hantera rörelsen. (För att vara tydlig, ReMix är ännu inte tillräckligt noggrann för att kunna användas i kliniska miljöer - Katabi säger att en felmarginal närmare ett par millimeter skulle vara nödvändig för faktisk implementering.)

Blickar framåt

Det finns fortfarande många utmaningar framför oss för att förbättra ReMix. Teamet hoppas sedan kunna kombinera trådlösa data med medicinsk information som MR -skanningar för att ytterligare förbättra systemets noggrannhet. Dessutom, laget kommer att fortsätta att omvärdera algoritmen och de olika avvägningar som behövs för att ta hänsyn till komplexiteten i olika människors kroppar.

"Vi vill ha en modell som är tekniskt genomförbar, även om det fortfarande är tillräckligt komplext för att exakt representera människokroppen, "säger doktoranden Deepak Vasisht, huvudförfattare på det nya papperet. "Om vi ​​vill använda denna teknik på verkliga cancerpatienter en dag, det måste komma från bättre modellering av en persons fysiska struktur. "

ReMix utvecklades i samarbete med forskare från Massachusetts General Hospital (MGH). Teamet säger att sådana system kan hjälpa till att möjliggöra en mer utbredd användning av protonterapicenter, varav det bara finns cirka 100 globalt.

"En anledning till att [protonterapi] är så dyr är på grund av kostnaden för att installera hårdvaran, "säger Vasisht." Om dessa system kan uppmuntra fler tillämpningar av tekniken, det blir mer efterfrågan, vilket kommer att innebära fler terapicenter, och lägre priser för patienter. "