麻省理工学院和加州理工学院合作开发可识别胃肠道问题的可摄入传感器

有了手术机器人、可穿戴设备和起搏器等植入式技术，电子设备有助于患者比以往任何时候都更健康，寿命更长。现在，麻省理工学院和加州理工学院的一个联合研究小组在医疗技术中提出了一个新概念：可摄入传感器。具体来说，该团队开发了一种通过可摄入磁性传感器跟踪胃肠道问题的新方法。

 

可摄入的传感器。图片由麻省理工学院提供

 

在本文中，我们将了解跟踪GI问题的传统方法，以及如何设计新的传感器来改进这些方法。

 

当前GI跟踪方法

胃肠道运动障碍是一组影响消化系统正常功能的疾病。这些疾病会影响消化道的任何部分，并可能导致食物在消化道中的流动减慢或停止，导致恶心、腹痛和一系列其他症状，这些症状会严重影响一个人的生活质量。据估计，大约有3500万美国人受到胃肠道运动障碍的影响，这是一个非常常见的健康问题。

尽管胃肠道运动障碍很突出，但诊断这个问题仍然特别具有挑战性。目前，标准惯例是通过核成像研究、X射线甚至含有压力传感器的导管等测试来诊断这些疾病。这些测试可能有助于确定运动障碍的位置和严重程度，但它们都有自己独特的缺点。

 

核成像和X射线成像是用于诊断胃肠道问题的一些主要工具。图片由MDPI提供

 

核成像研究和X射线的缺点之一是，它们涉及电离辐射的暴露，重复暴露可能不安全。此外，这些测试可能无法提供患者消化系统的完整情况。例如，X光只能显示消化道的结构，可能无法显示它们的功能。核成像研究可以显示食物在消化道中的移动情况，但对识别消化系统特定区域的问题用处不大。

插入含有压力传感器的导管是不受欢迎的，因为这是一种相对侵入性的手术，可能会让患者感到不舒服。

 

可食性研究

为了寻找更好的方法来诊断这些普遍存在的胃肠道运动问题，麻省理工学院和加州理工学院的研究人员合作开发了一种新的可摄入传感器。

由此产生的设备是一个可摄入的胶囊，其中包含一个磁性传感器和一个无线发射器。一旦患者吞下胶囊，传感器就会穿过胃肠道。在病人的身体外面，有一个电磁线圈，它产生已知强度的磁场。

 

可摄入传感器的一些基本组件。自然提供的图像

 

当胶囊穿过患者的胃肠道时，系统检测从外部线圈接收的磁场的强度，从中可以确定其在胃肠道内的位置。无线发射机将这些信息发送到中央信标，在那里可以对其进行收集和分析。

正如研究人员的论文所述，磁场梯度决定了传感器的空间位置，以及传感器在胃肠道每个部位的停留时间。通过了解传感器在每个部位花费的时间，研究人员可以确定胃肠道的哪些部位比平时慢（或快），以确定如何治疗患者的病情。

在一个大型动物模型中，研究人员发现他们的可摄入传感器系统的精度在传统X射线方法的5到10毫米以内。此外，他们发现他们的测量通常精确到大约两毫米的分辨率，这个数字被认为比以前开发的基于磁场的传感器高得多。