توفر الغرسة اللاسلكية المرنة الأمل لمن يعانون من الألم المزمن

توفر الغرسة اللاسلكية المرنة الأمل لمن يعانون من الألم المزمن

الألم المزمن هو حالة منهكة تؤثر بشكل كبير على نوعية الحياة وغالباً ما تؤدي إلى تناول الأدوية الأفيونية مع آثارها الجانبية الخطيرة ومخاطر الإدمان. وفقا لمؤسسة الألم الأمريكية، يعاني 51.6 مليون أمريكي من آلام مزمنة. بالنسبة لأكثر من 17 مليون مريض، فإن آلامهم المزمنة لها تأثير كبير - وغالبًا ما تحد من حياتهم أو أنشطتهم العملية.

توفر المحفزات الكهربائية القابلة للزرع حاليًا بديلاً عن طريق تحفيز الحبل الشوكي لمنع إشارات الألم من الوصول إلى الدماغ. ومع ذلك، فإن هذه الأجهزة لها عيوب مثل التكلفة العالية والعمليات الجراحية والحاجة إلى استبدال البطارية بشكل متكرر. الآن، قام باحثون من مختبر تشو في جامعة جنوب كاليفورنيا فيتربي، قسم ألفريد إي. مان للهندسة الطبية الحيوية، بالتعاون مع مجموعة جون تشن في جامعة كاليفورنيا، بتطوير حل ثوري: جهاز تحفيز لاسلكي قابل للزرع مرن مستحث بالموجات فوق الصوتية (UIWI) مثبت في الخلف لإدارة الألم المزمن بشكل شخصي وذاتي الإدارة.

هذا الجهاز المبتكر، بالتفصيل فيالكترونيات الطبيعةيمثل قفزة كبيرة إلى الأمام في إدارة الألم. في حين أن محفزات النخاع الشوكي الحالية يمكن أن تكون ضخمة وموصولة بالبطاريات، فإن الجهاز الجديد مصمم للانحناء والالتواء مع الحركة ويتم تشغيله بواسطة جهاز إرسال محمول بالموجات فوق الصوتية دون الحاجة إلى بطارية. كما يستخدم خوارزميات التعلم الآلي لتخصيص العلاج لكل مريض. قاد هذا العمل زميل زوهراب كابريليان في الهندسة قيفا تشو، وهو أيضًا أستاذ طب العيون في كلية كيك للطب بجامعة جنوب كاليفورنيا.

تخفيف الألم عند الحاجة: كيف يعمل المحفز القابل للزرع

وفي قلب هذا الابتكار توجد الطاقة اللاسلكية، مما يلغي الحاجة إلى بطاريات كبيرة الحجم وأسطح الكابلات المعقدة التي غالبًا ما تتطلب عمليات متكررة. يتلقى محفز UIWI طاقته من جهاز إرسال خارجي محمول بالموجات فوق الصوتية (WUT). توفر الموجات فوق الصوتية طريقة آمنة وفعالة وغير جراحية لاختراق الأنسجة العميقة. يقوم الجهاز بتحويل الموجات الميكانيكية إلى إشارات كهربائية من خلال ظاهرة تسمى التأثير الكهرضغطي. جوهر محفز UIWI هو عنصر كهرضغطية مصغر مصنوع من تيتانات زركونات الرصاص (PZT)، وهي مادة عالية الكفاءة لتحويل الطاقة الكهربائية اللازمة للتحفيز إلى طاقة كهربائية.

إن ما يميز هذا الجهاز حقًا هو قدراته اللاسلكية والذكية والمخصصة لإدارة الألم. نعتقد أن لديها إمكانات كبيرة لاستبدال الأنظمة الدوائية وأساليب التحفيز الكهربائي التقليدية وتلبية الحاجة السريرية لتقليل الألم. "

قيفا تشو، أستاذ طب العيون، كلية كيك للطب في جامعة جنوب كاليفورنيا

قال مرشح مختبر دكتوراه Zhou والمؤلف الرئيسي Yushun (Sean) Zeng إن المحفز اللاسلكي الذكي المصغر لديه القدرة على توليد كثافة تحفيز كهربائي كافية باستخدام طاقة الموجات فوق الصوتية، مما يؤدي إلى علاج شخصي ومستهدف وموضعي.

وقال تسنغ: "هذا النوع من تحويل الطاقة أمر بالغ الأهمية للتحفيز العميق لأن الموجات فوق الصوتية هي طاقة غير جراحية وعالية الاختراق في المجالات السريرية والطبية". "من خلال الاستفادة من جهاز إرسال الطاقة بالموجات فوق الصوتية اللاسلكية ونظام ردود الفعل ذات الحلقة المغلقة، يلغي محفز UIWI هذا الحاجة إلى بطاريات مزروعة ضخمة الحجم ويتيح تعديل الألم في الوقت الفعلي وقابل للتعديل بدقة."

"من منظور سريري، يتيح دمج تقييم الألم بالتعلم العميق التفسير الديناميكي والاستجابة لحالات الألم المتقلبة، وهو أمر ضروري لضبط التباين الخاص بالمريض." تشو لاب، دكتوراه المرشح تشين قونغ، وهو أيضًا كاتب كبير في الصحيفة.

الجهاز يعمل من :

• Schmerzen nachweisen: Das System überwacht die Gehirnaufzeichnungen kontinuierlich, insbesondere Elektroenzephalogramm -Signale (EEG), die die Schmerzniveaus eines Patienten widerspiegeln.
• Nutzung von KI zur Beurteilung von Schmerzniveaus: Ein ausgefeiltes maschinelles Lernmodell, das auf einem neuronalen Netzwerk namens Resnet-18 basiert, analysiert diese Gehirnsignale und klassifiziert Schmerzen in drei unterschiedliche Ebenen: leichte Schmerzen, mäßige Schmerzen und extreme Schmerzen. Dieses KI -Modell hat eine Gesamtgenauigkeit von 94,8% bei der Unterscheidung zwischen diesen Schmerzzuständen.
• Anpassungsbehandlung nach Bedarf: Sobald ein Schmerzniveau identifiziert ist, passt der tragbare Ultraschall -Sender automatisch die überträgende akustische Energie ein. Der UIWI -Stimulator kann dann die vermehrte Energie erfassen und sie in elektrische Intensität umwandeln und das Rückenmark stimulieren. Dies schafft ein System mit geschlossenem Kreislauf, das eine echtzeit personalisierte Schmerzbehandlung bietet.

يتميز محفز UIWI نفسه بالمرونة والانحناء والالتواء ويسمح بوضع مثالي على الحبل الشوكي. يؤدي التحفيز الكهربائي الذي يوصله إلى الحبل الشوكي إلى إعادة توازن الإشارات التي تنقل الألم وتمنعه، مما يؤدي إلى قمع الشعور بالألم بشكل فعال.

إثبات النجاح في المختبر

اختبر فريق Zhou Lab محفز UIWI في نماذج القوارض، وأظهرت النتائج فعاليته في علاج الألم.

نجح الباحثون في حل آلام الأعصاب المزمنة باستخدام المحفزات الميكانيكية (مثل وخز القلم) والمحفزات الحرارية الحادة (حرارة الأشعة تحت الحمراء).

أظهرت الاختبارات المعملية أن العلاج بمحفز UIWI أدى إلى انخفاض كبير في مؤشرات الألم. في تجربة لتقييم ما إذا كان الحيوان يربط البيئة بتخفيف الألم، أظهرت القوارض تفضيلًا واضحًا للغرفة التي تم تنشيط نظام إدارة الألم فيها، مما يؤكد بشكل أكبر فعالية الجهاز.

مستقبل تخفيف الآلام الشخصية

يمثل التطوير والاختبار الناجح لمحفز UIWI لحظة محورية في السعي إلى إدارة متقدمة للألم. يوفر التصميم المرن للزرعة وتكاملها مع خوارزميات الذكاء الاصطناعي المتطورة نهجًا علاجيًا ديناميكيًا وشخصيًا يمكنه التكيف مع الطبيعة المتقلبة والفردية للغاية للألم المزمن.

وبالنظر إلى المستقبل، يأمل تشو وزملاؤه في رؤية تطبيقات موسعة للجهاز. وقال تشو إن التصميمات المستقبلية يمكن أن تزيد من تصغير المكونات وتسمح بزراعة جهاز أقل تدخلاً - على سبيل المثال، باستخدام حقنة. يمكن أيضًا أن يتطور جهاز إرسال الموجات فوق الصوتية القابل للارتداء إلى جهاز مصغر غير مكابح أو حتى رقعة مصفوفة الموجات فوق الصوتية القابلة للارتداء، مما قد يجمع بين إمكانات التصوير وتوصيل الطاقة للمراقبة في الوقت الفعلي والتحفيز المستهدف. ويمكن أيضًا التحكم في التكرارات المستقبلية بواسطة برامج الهاتف الذكي، مما يوفر إدارة أكثر قوة للألم.

وقال تشو إن هدف الجهاز هو إحداث تحول في إدارة الألم المزمن وتجاوز حدود الحلول الحالية لتوفير طريقة شخصية وذكية وفعالة لتخفيف الألم.

وقال تسنغ: "تسلط نتائجنا الضوء على إمكانات الإلكترونيات القابلة للزرع بالموجات فوق الصوتية في علاج الألم المزمن السريري والانتقالي".

مصادر: