该传感器在通过胃肠道时发出它的位置，揭示出消化速度可能发生减缓的地方。
麻省理工学院和加州理工学院的工程师们展示了一种可摄取的传感器，其位置可以在消化道中移动时被监测，这一进展可以帮助医生更容易地诊断胃肠道运动障碍，如便秘、胃食管反流病和胃痉挛。 这个微小的传感器通过检测位于身体外的一个电磁线圈产生的磁场而工作。磁场的强度随着与线圈的距离而变化，因此传感器的位置可以根据其对磁场的测量来计算。在这项新的研究中，研究人员表明，他们可以利用这项技术跟踪传感器在大型动物的消化道中移动。这种设备可以为目前用于诊断运动障碍的更多侵入性程序（如内窥镜）提供一个替代方案。 "麻省理工学院机械工程副教授、布莱根妇女医院的胃肠病专家乔瓦尼-特拉弗罗说："全世界有许多人患有消化道运动障碍或运动能力差，有能力监测消化道运动能力而不必进入医院，对真正了解病人的情况非常重要。 Traverso是这项新研究的资深作者之一，他与加州理工学院电气工程和医学工程教授Azita Emami，以及加州理工学院化学工程教授、霍华德-休斯医学研究所调查员Mikhail Shapiro一起。加州理工学院的研究生Saransh Sharma和Khalil Ramadi SM '16, PhD '19，他是机械工程系和哈佛-麻省理工学院健康科学与技术项目的毕业生，现在是纽约大学的生物工程助理教授，他们是该论文的主要作者，该论文今天刊登在《自然电子学》上。 一个磁传感器 影响约3500万美国人的消化道运动障碍可能发生在消化道的任何部分，导致食物无法在消化道内移动。它们通常通过核成像研究或X射线来诊断，或者通过插入含有压力传感器的导管来感知消化道的收缩。 麻省理工学院和加州理工学院的研究人员希望提出一种替代方案，这种方案的创伤性较小，而且可以在病人家里进行。他们的想法是开发一种可以吞下的胶囊，然后发出信号，显示它在消化道中的位置，让医生确定消化道的哪一部分导致速度减慢，并更好地确定如何治疗病人的病情。 为了实现这一目标，研究人员利用了这样一个事实：随着与线圈的距离增加，电磁线圈产生的磁场会以一种可预测的方式变弱。他们开发的磁传感器足够小，可以装在一个可食用的胶囊里，测量周围的磁场，并利用这些信息来计算它与位于体外的线圈的距离。 "由于磁场梯度对空间位置进行了唯一的编码，这些小型设备可以被设计成能够感知各自位置的磁场，"Sharma说。"在设备测量磁场后，我们可以反算出设备的位置是什么。" 为了准确地确定设备在体内的位置，该系统还包括一个留在体外的第二个传感器，作为一个参考点。这个传感器可以绑在皮肤上，通过比较这个传感器的位置和体内传感器的位置，研究人员可以准确计算出可摄入的传感器在消化道的位置。 该可摄取的传感器还包括一个无线发射器，可将磁场测量发送到附近的电脑或智能手机上。该系统的当前版本被设计为在收到来自智能手机的无线触发器时随时进行测量，但它也可以被编程为在特定时间段进行测量。 "我们的系统可以支持同时对多个设备进行定位而不影响精度。它还有一个大视野，这对人类和大型动物研究至关重要，"Emami说。 当前版本的传感器可以在60厘米或更短的距离内检测来自电磁线圈的磁场。研究人员设想，这些线圈可以放在病人的背包或夹克里，甚至放在马桶的后面，只要在线圈的范围内，可食用的传感器就能进行测量。 位置追踪 研究人员在一个大型动物模型中测试了他们的新系统，将可摄取的胶囊放入胃中，然后在几天内监测其在消化道中的移动位置。 在他们的第一个实验中，研究人员提供了两个由一个小杆子相互连接的磁传感器，因此他们知道它们之间的确切距离。然后，他们将他们的磁场测量值与这个已知的距离进行比较，发现测量值精确到大约2毫米的分辨率--比以前开发的基于磁场的传感器的分辨率高得多。 接下来，研究人员使用一个单一的可摄入的传感器和一个连接在皮肤上的外部传感器进行了测试。通过测量每个传感器到线圈的距离，研究人员表明，他们可以跟踪摄入的传感器从胃部到结肠，然后被排出体外。研究人员将他们的策略的准确性与X射线测量进行了比较，发现他们的准确性在5到10毫米之内。 "使用外部参考传感器有助于说明这样一个问题，即每次动物或人在线圈旁边时，它们的位置有可能与前一次不完全相同。拉马迪说："在没有X射线作为你的地面实况的情况下，除非你有一个始终在同一位置的一致参考，否则很难准确地绘制出这个药丸的位置。 研究人员说，这种监测可以使医生更容易弄清消化道的哪一部分导致消化速度减慢。"Traverso说："在不需要辐射或更多侵入性装置的情况下，描述运动能力的能力，我认为将降低人们接受评估的障碍。 研究人员现在希望与合作者一起开发该系统的制造工艺，并进一步确定其在动物身上的性能，希望最终能在人体临床试验中测试它。 这项研究得到了美国国家科学基金会、罗滕伯格创新计划和传统医学研究所的资助。 |
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