人工智能系统追踪可食用设备的肠道运动

人工智能系统可追踪这颗“药丸”的肠道运动。

本报讯 科学家开发了一种人工智能系统，可用于跟踪监测肠道疾病标志物的微型设备。配备该新系统的设备可以帮助有风险的个体在家中监测胃肠道健康，而不需要在医院进行侵入性检查。相关研究近日发表于《细胞报告-物理学》。

“Fitbits等可食用设备一旦被吞下，追踪它们就成了一项重大挑战。”美国南加州大学电子与计算机工程助理教授Yasser Khan说。

当细菌分解食物时，可以通过肠道内形成的气体洞察一个人的健康状况。目前，为了测量胃肠道气体，医生要么使用直接方法，如收集肠胃气，要么使用间接方法，如呼气测试和粪便分析。可食用的胶囊设备则提供了一个很有前途的替代方案，但目前还没有开发出用于精确测定气体传感性的技术。

为了解决这个问题，Khan和同事开发了一个系统，其中包括一个可穿戴线圈，用户可以把它置于衣服中。这种线圈会产生磁场，在药丸被吞下后，磁场会与嵌入药丸中的传感器相互作用。人工智能则通过分析药丸接收到的信号，在不到几毫米的范围内精确定位设备在肠道中的位置。此外，该系统还能通过设备的光学气敏膜监测氨的三维实时浓度，而氨是一种与溃疡和胃癌有关的细菌的代表。

Khan说，之前主要依靠笨重的台式线圈追踪设备在肠道中的运动，这种可穿戴线圈的使用更灵活。除了测量胃肠道气体外，这项技术还可能有其他应用，比如识别由克罗恩病引起的肠道炎症，并精确地将药物输送到病灶。

研究人员在各种模拟胃肠道的介质中测试了该系统的性能，包括模拟牛肠和人工胃肠液等。Khan说：“在这些测试中，该设备展示了其精确定位，以及测量氧气和氨气水平的能力。我们开发的技术可用于任何可食用的设备。”

研究人员也表示，该设备仍有需要改进的地方，比如可以设计得更小、能耗更低。接下来，在继续完善该设备的同时，Khan和同事计划在猪身上进行测试，以研究其在具有类似人类生物学特征的生物体中的安全性和有效性。（冯维维）

相关论文信息：

http://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.101990