כאשר פצע נרפא, הוא עובר מספר שלבים: קרישה להפסקת דימום, תגובת מערכת חיסונית, נבחרת וצלקות.
מכשיר לביש בשם "A-Heal", שתוכנן על ידי מהנדסים מאוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז, נועד לייעל את כל שלב בתהליך. המערכת משתמשת במצלמה זעירה ו- AI כדי לאתר את שלב הריפוי ולהעביר טיפול בצורה של תרופות או שדה חשמלי. המערכת מגיבה לתהליך הריפוי הייחודי של המטופל ומציעה טיפול בהתאמה אישית.
המכשיר האלחוטי הנייד יכול להנגיש את הטיפול בפצעים לחולים באזורים מרוחקים או עם ניידות מוגבלת. תוצאות פרה -קליניות ראשוניות, שפורסמו בכתב העת NPJ חידושים ביו -רפואייםהצג את המכשיר מזרז בהצלחה את תהליך הריפוי.
עיצוב A-Heal
צוות של חוקרי UC סנטה קרוז וחוקרי UC דייויס, בחסות תוכנית DARPA-BETR והובל על ידי UC Santa Cruz Baskin Engineering כיסא ופרופסור להנדסת חשמל ומחשבים (ECE) מרקו רולנדי, תכנן מכשיר המשלב מצלמה, ביו-אלקטרוניקה ו- AI לריפוי פצעים מהיר יותר. האינטגרציה במכשיר אחד הופכת אותו ל"מערכת לולאה סגורה "-אחת מהראשונות מסוגה לריפוי פצעים ככל שהחוקרים מודעים.
המערכת שלנו לוקחת את כל הרמזים מהגוף, ועם התערבויות חיצוניות היא מייעלת את התקדמות הריפוי. "
מרקו רולנדי, UC סנטה קרוז בסקין הנדסת כיסא ופרופסור להנדסת חשמל ומחשבים (ECE)
המכשיר משתמש במצלמה משולבת, שפותחה על ידי פרופסור חבר עמיתים ל- ECE Mircea Teodorscu ותואר במחקר ביולוגי תקשורת, כדי לצלם את הפצע כל שעתיים. התמונות מוזנות למודל של Machine Learning (ML), שפותח על ידי פרופסור חבר למתמטיקה יישומית מרסלה גומז, אותו מכנים החוקרים "רופא AI" הפועל על מחשב סמוך.
"זה בעצם מיקרוסקופ בתחבושת," אמר טודורסקו. "תמונות אינדיבידואליות אומרות מעט, אך עם הזמן, הדמיה רציפה מאפשרת למגמות לאתר של AI, שלבי ריפוי פצעים, בעיות דגל ומציעות טיפולים."
רופא ה- AI משתמש בתמונה כדי לאבחן את שלב הפצע ומשווה את זה למקום בו צריך להיות הפצע לאורך ציר זמן של ריפוי פצעים אופטימלי. אם התמונה חושפת פיגור, מודל ה- ML מיישם טיפול: או רפואה, המועברת באמצעות ביו -אלקטרוניקה; או שדה חשמלי, שיכול לשפר את נדידת התאים לעבר סגירת פצעים.
הטיפול המועבר באופן אקטואלי דרך המכשיר הוא פלואוקסטין, מעכב ספיגה חוזרת של סרוטונין הסלקטיבי השולט ברמות הסרוטונין בפצע ומשפר את הריפוי על ידי ירידה בדלקת והגברת סגירת רקמות הפצע. המינון, שנקבע על ידי מחקרים פרה -קליניים על ידי קבוצת Isseroff בקבוצת UC דייויס כדי לייעל את הריפוי, מנוהל על ידי מפעילים ביו -אלקטרוניים במכשיר, שפותח על ידי רולנדי. שדה חשמלי, המותאם לשיפור הריפוי ופותח על ידי עבודה קודמת של ה- UC Davis 'Min Zhao ו- Roslyn Rivkah Isseroff, מועבר גם דרך המכשיר.
רופא ה- AI קובע את המינון האופטימלי של התרופות כדי לספק ואת גודל השדה החשמלי המופעל. לאחר הטיפול הוחל במשך פרק זמן מסוים, המצלמה לוקחת תמונה אחרת, והתהליך מתחיל שוב.
בזמן השימוש, המכשיר מעביר תמונות ונתונים כמו קצב ריפוי לממשק אינטרנט מאובטח, כך שרופא אנושי יכול להתערב באופן ידני וכוונון כוונון לפי הצורך. המכשיר מתחבר ישירות לתחבושת זמינה מסחרית לשימוש נוח ומאובטח.
כדי להעריך את הפוטנציאל לשימוש קליני, צוות UC דייוויס בדק את המכשיר במודלים של פצעים פרה -קליניים. במחקרים אלה, פצעים שטופלו ב- A-Heal עקבו אחר מסלול ריפוי מהיר יותר מ- 25% מסטנדרט הטיפול. ממצאים אלה מדגישים את ההבטחה של הטכנולוגיה לא רק להאצת סגירת פצעים חריפים, אלא גם לצורך הפעלת ריפוי של קפיצה בפצעים כרוניים.
חיזוק AI
מודל ה- AI ששימש למערכת זו, שהובל על ידי עוזר פרופסור למתמטיקה יישומית מרסלה גומז, משתמש בגישה של למידה חיזוק, המתוארת במחקר בכתב העת Bioingering, כדי לחקות את הגישה האבחנתית המשמשת את הרופאים.
למידת חיזוק היא טכניקה בה מודל נועד למלא יעד סיום ספציפי, למידה באמצעות ניסוי וטעייה כיצד להשיג בצורה הטובה ביותר את המטרה הזו. בהקשר זה, המודל מקבל מטרה למזער את הזמן לסגירת הפצועים, ומתוגמל על כך שהוא מתקדם לקראת אותה מטרה. היא לומדת ללא הרף מהמטופל ומתאימה את גישת הטיפול שלו.
מודל למידת החיזוק מונחה על ידי אלגוריתם שגומז ותלמידיה יצרו בשם Deep Mapper, המתואר במחקר הדפס מראש, המעבד תמונות פצע כדי לכמת את שלב הריפוי בהשוואה להתקדמות רגילה, ומיפוי אותו לאורך מסלול הריפוי. ככל שעובר הזמן עם המכשיר על פצע, הוא לומד מודל דינאמי ליניארי של ריפוי בעבר ומשתמש בזה כדי לחזות כיצד הריפוי ימשיך להתקדם.
"זה לא מספיק כדי לקבל רק את התמונה, אתה צריך לעבד את זה ולהכניס אותה להקשר. ואז אתה יכול להחיל את בקרת המשוב," אמר גומז.
טכניקה זו מאפשרת לאלגוריתם ללמוד בזמן אמת את ההשפעה של התרופה או השדה החשמלי על הריפוי, ומנחה את קבלת ההחלטות האיטרטיביות של מודל הלמידה לחיזוק כיצד להתאים את ריכוז התרופות או חוזק השדה החשמלי.
כעת, צוות המחקר בוחן את הפוטנציאל של מכשיר זה לשפר את הריפוי של פצעים כרוניים ונגועים.
פרסומים נוספים הקשורים לעבודה זו ניתן למצוא כאן מקושרים.
מחקר זה נתמך על ידי סוכנות פרויקטים של מחקרים מתקדמים והגנה על סוכנות הפרויקטים המתקדמים למחקר לבריאות.
מי שמעוניין בשימוש מסחרי בטכנולוגיה זו יכול ליצור קשר עם עוזר מנהל העברת חדשנות מארק אוטינגר: (מוגן בדוא"ל) או 831-502-0253.
