Des chercheurs créent une pilule basée sur l'IA pour diagnostiquer avec précision les cancers gastro-intestinaux

Une équipe dirigée par le chercheur de l'Université de la Saskatchewan (USask), Khan Wahid, a reçu 250 000 $ du Fonds fédéral New Frontiers in Research Fund pour créer une nouvelle capsule de la taille d'une pilule qui utilise la détection activée par l'intelligence artificielle (IA) pour diagnostiquer les cancers gastro-intestinaux et les saignements plus tôt et plus précisément que ce qui est actuellement possible.

Désormais en développement de prototype, SmartCap est un outil de diagnostic de nouvelle génération qui corrige les lacunes de la technologie d'endoscopie par capsule sans fil vieille de 20 ans actuellement utilisée pour détecter les tumeurs malignes gastro-intestinales et les hémorragies.

SmartCap est capable de générer des données spécifiques à l'emplacement sur les tumeurs et les saignements qui se traduisent par une plus grande précision de diagnostic.

Grâce à un système de suivi unique développé par l'équipe de Wahid, les médecins seront en mesure de suivre avec précision tout le voyage intestinal de la capsule intelligente grâce à de minuscules biocapteurs sans fil « intelligents » qui détectent et analysent des biomarqueurs ciblés (indicateurs de maladie) et communiquent avec des appareils externes tels que un ordinateur.

« Ce nouvel outil pourrait doubler les taux de survie au cancer gastro-intestinal dans le monde entier », a déclaré Wahid, professeur de génie électrique et informatique au USask College of Engineering. « Il s'agit de la première pilule » intelligente « entièrement traçable pour l'endoscopie ciblée (une façon non chirurgicale de regarder à l'intérieur du corps) qui peut être personnalisée pour le patient. »

L'Organisation mondiale de la santé estime qu'il y a eu 4,6 millions de nouveaux cas de cancers gastro-intestinaux et 3,3 millions de décès liés en 2018. Environ les deux tiers de ces cancers sont détectés à un stade avancé, mais avec des diagnostics et des traitements antérieurs, le taux de survie des patients double presque à 83 pour cent.

Le programme Nouvelles frontières de la recherche rassemble des disciplines de manière non traditionnelle pour explorer de nouvelles directions qui repoussent les limites de la recherche et ont un potentiel d'impact significatif. « 

Sous la direction du professeur Wahid, ce projet d'ingénierie biomédicale passionnant pour un meilleur diagnostic du cancer puise dans l'expertise innovante et étendue de nos talentueux chercheurs, améliorant la contribution que nous apportons pour relever les principaux défis de santé dans le monde. « 

Karen Chad, vice-présidente à la recherche, USask College of Engineering.

Également au sein de l'équipe, le chercheur principal Kiven Lukong, professeur agrégé de biochimie, microbiologie et immunologie, et Paul Babyn, professeur d'imagerie médicale, tous deux au Collège de médecine, ainsi que Francis Bui, professeur agrégé en électricité et en informatique ingénierie. La professeure Svetlana Yanushkevich de l'Université de Calgary, experte en IA, collabore au projet.

Alors que la technologie de capsule sans fil utilisant de minuscules caméras est actuellement la seule option pour capturer des images à l'intérieur de l'intestin grêle de trois à 10 mètres de long, les appareils actuels ne peuvent pas être suivis avec précision dans l'intestin, ce qui rend impossible pour les médecins de localiser le site d'un cancer , polype ou hémorragie.

Les mouvements involontaires de l'intestin grêle rendent encore plus difficile la détermination de la progression de la capsule.

« C'est comme essayer de suivre quelque chose dans l'obscurité sans point de référence, ou où les points de référence eux-mêmes se déplacent constamment », a déclaré Wahid. « C'est pourquoi il n'y a eu aucun changement dans le matériel et la localisation de la technologie des capsules sans fil en 20 ans, même si la qualité d'image, la transmission sans fil, les outils de diagnostic et les logiciels se sont tous améliorés. »

Lors de la conception de SmartCap, l'équipe de Wahid adopte une approche de « laboratoire sur puce » – intégrant plusieurs fonctions de laboratoire, y compris l'analyse d'échantillons de sang sur une seule puce.

Avec plus de deux fois plus de puissance de batterie que les capsules sans fil conventionnelles, la puissance de batterie de 24 heures de SmartCap rend la détection possible jusqu'à la fin du voyage intestinal, avec de meilleurs résultats grâce aux capteurs de fluorescence de faible puissance, aux capteurs de lumière multispectraux et à la technologie de localisation – -tout étant développé dans le laboratoire de Wahid.

Les capteurs de fluorescence embarqués détectent la lueur des colorants spéciaux injectés à un patient pour se lier à des cellules cancéreuses spécifiques, identifiant le cancer et sa localisation en temps réel. Le réseau de capteurs multispectraux détermine la concentration d'hémoglobine et la saturation en oxygène du sang passant par une encoche sur la capsule en analysant la couleur du sang, indiquant si le saignement est actif, chronique ou un caillot. Des techniques d'IA d'apprentissage en profondeur sont utilisées pour améliorer la précision.

De minuscules capteurs d'image attachés aux parois latérales de la capsule et la «technologie de corrélation d'image numérique» – empruntée à la technique utilisée dans une souris d'ordinateur optique pour corréler son mouvement avec le curseur – suivent la capsule en temps réel. Une minuscule unité de mesure de la vitesse et de l'orientation de la capsule fournit des données pour aider à la localisation d'une tumeur.

Pour éliminer les éventuels faux positifs, une minuscule caméra standard est intégrée, mais restera principalement en mode veille, activée uniquement si la puce AI soupçonne une malignité.

L'équipe a déposé une demande de brevet pour la matrice multispectrale et prévoit de suivre les technologies de détection et de localisation par fluorescence, ainsi que le SmartCap lui-même.

« Si cela réussit, vous pouvez utiliser cette technologie dans de nombreux autres capteurs et implants ingérables, voire même l'adapter pour une utilisation dans les mines et le forage souterrains, ou dans l'industrie pétrolière pour détecter et localiser les fuites de pipelines », a déclaré Wahid, qui s'attend à avoir un prototype SmartCap prêt en deux ans.

La prochaine étape consistera à trouver un partenaire industriel pour investir dans la commercialisation du nouveau produit sur un marché de l'endoscopie par capsule sans fil qui devrait atteindre 650 millions de dollars cette année et croître rapidement avec le vieillissement de la population mondiale.

La source:

L'Université de la Saskatchewan

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