MIT的科學家正在開發用於人體內的「GPS」

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在醫療成像過程中，通常需要將組織切開或吞下帶有攝像頭的管子，這讓患者不僅承受高昂的醫療成本，還得要忍受痛苦的就醫體驗。那我們有沒有可能找到更廉價的、非侵入性和更省時間的方法來達到同樣的效果呢？

麻省理工（MIT）計算機科學與人工智慧實驗室(CSAIL)的研究人員們正在研究一個名為ReMix的系統，他們將ReMix稱為「人體內的GPS」。該團隊由2013年獲得麥克阿瑟天才獎的Dina Katabi教授領導。ReMix能利用低功率的無線信號精確定位體內可攝取植入物的位置。該團隊通過動物試驗證明，ReMix可以以厘米級別的精度追蹤植入物。研究人員們稱，在未來，可以利用類似的植入物來向體內特定位置投遞藥物。

Dina Katabi 圖片來源：Simon Simard

為了測試ReMix，Katabi的團隊首先向動物組織中植入了一個小標記物。為了追蹤這個標記物的移動，他們使用了一個能夠反射無線電信號的無線設備以及一種特殊的演算法來準確定位標記物的確切位置。該團隊曾經在過去的研究中展示了這種無線技術能夠檢測心率、呼吸和運動。

有趣的是，體內的標記物並不需要發送任何無線信號，它只需要反射體外設備發送的信號就可以了，且無需電池或其他的外部能量。

以這種方式使用的無線信號所面臨的一個重要挑戰在於，存在很多從人體反射的互相衝突的信號。事實上，從人體皮膚反射的信號比從金屬標記物上反射的信號強度高1億倍。

為了克服這一問題，該團隊設計了一種方法，基本上將產生干擾的皮膚反射信號與他們想要追蹤的信號區分開。他們利用二極體將信號混合起來，然後將皮膚反射的信號過濾掉。比如，如果皮膚反射的信號頻率為F1和F2，二極體會將這些信號混合形成頻率為F1-F2 和F1+F2的信號。當所有的信號返回測試系統後，該系統只拾取混合的頻率，從而過濾掉來自患者皮膚的最初的信號。

伊利諾伊大學電子工程和計算機科學教授Romit Roy Choudhury說：「持續探測人體內部的能力一直是一個遙遠的夢想。主要困難在於與植入裝置之間的無線通信以及該設備的持續定位。ReMix表明，植入設備的無線通信組件不再是瓶頸了，這是一個巨大的進步。」

ReMix的一個潛在應用是質子治療，這是一種癌症療法。它使用磁控質子束攻擊腫瘤。這種方法使醫生可以使用更高的放療劑量，但是這要求非常高的精確度，這意味著它只適用於特定的癌症。這種療法的成功卻依賴於某些不可靠的東西：腫瘤在放療過程中保持位置不變。如果腫瘤移動了，那麼健康組織就會暴露於射線之下。但是使用ReMix這樣的小型標記物，醫生能更好地實時確定腫瘤的準確位置，可以選擇是暫停治療或者調整質子束到正確的方向。需要指出的是，ReMix目前的精確度還不足以用於臨床，Katabi說，為了投入實際應用，還需要修正幾毫米的誤差。

展望未來

在改善ReMix方面仍然存在很多挑戰。該團隊希望將無線數據與醫學信息（比如核磁共振掃描）相結合以進一步提高ReMix的精確度。此外，該團隊將繼續重新評估演算法，以及為了應對不同人體的複雜度所需要採取的各種權衡。

博士生Deepak Vasisht說：「我們想要一種在技術上可行的模型，同時它的複雜程度足以精確地模擬人體。如果我們想將該技術應用於真實的癌症患者，那麼我們需要建立更好的人類生理結構模型。」

ReMix的開發合作者還有來自麻省綜合醫院(MGH)的研究人員。該團隊稱，這種系統能夠使質子療法被更廣泛地採用，目前全球只有100個能夠進行質子療法的醫療中心。

Vasisht說：「質子療法非常昂貴的原因之一在於硬體的安裝費用。如果此類系統能夠更好地鼓勵人們應用質子療法，那麼需求就會增多，也就意味著會有更多的醫療中心，患者需要的花費也更低了。」

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