Το ευέλικτο ασύρματο εμφύτευμα προσφέρει ελπίδα στους πάσχοντες από χρόνιο πόνο

Το ευέλικτο ασύρματο εμφύτευμα προσφέρει ελπίδα στους πάσχοντες από χρόνιο πόνο

Ο χρόνιος πόνος είναι μια εξουθενωτική κατάσταση που επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την ποιότητα ζωής και συχνά οδηγεί σε οπιοειδή φάρμακα με τις σοβαρές παρενέργειές τους και τους κινδύνους εθισμού. Σύμφωνα με το Ίδρυμα Πόνου των ΗΠΑ, 51,6 εκατομμύρια Αμερικανοί ζουν με χρόνιο πόνο. Για περισσότερους από 17 εκατομμύρια πάσχοντες, ο χρόνιος πόνος τους έχει μεγάλη επίδραση - και συχνά περιορίζει τη ζωή ή τις εργασιακές τους δραστηριότητες.

Οι σημερινοί εμφυτεύσιμοι ηλεκτρικοί διεγέρτες προσφέρουν μια εναλλακτική λύση διεγείροντας τον νωτιαίο μυελό για να εμποδίσουν τα σήματα πόνου να φτάσουν στον εγκέφαλο. Ωστόσο, αυτές οι συσκευές έχουν μειονεκτήματα όπως το υψηλό κόστος, οι επεμβατικές επεμβάσεις και η ανάγκη για συχνή αντικατάσταση της μπαταρίας. Τώρα, ερευνητές από το Εργαστήριο Zhou στο Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής του USC Viterbi Alfred E. Mann, σε συνεργασία με την ομάδα Jun Chen στο UCLA, ανέπτυξαν μια επαναστατική λύση: έναν ευέλικτο ασύρματο εμφυτεύσιμο διεγέρτη που προκαλείται από υπερήχους (UIWI) που ασφαλίζεται στην πλάτη για εξατομικευμένη, αυτο-χορηγούμενη διαχείριση του πόνου.

Αυτή η πρωτοποριακή συσκευή, αναλυτικά στοΗλεκτρονικά της φύσηςαντιπροσωπεύει ένα σημαντικό άλμα προς τα εμπρός στη διαχείριση του πόνου. Ενώ οι τωρινοί διεγέρτες νωτιαίου μυελού μπορεί να είναι ογκώδεις και είναι καλωδιωμένοι για μπαταρίες, η νέα συσκευή έχει σχεδιαστεί για να λυγίζει και να στρίβει με κίνηση και τροφοδοτείται από φορητό πομπό υπερήχων χωρίς να χρειάζεται μπαταρία. Χρησιμοποιεί επίσης αλγόριθμους μηχανικής μάθησης για την προσαρμογή της θεραπείας για κάθε ασθενή. Επικεφαλής της εργασίας ήταν ο Zohrab A. Kaprielian Fellow in Engineering Qifa Zhou, ο οποίος είναι επίσης καθηγητής οφθαλμολογίας στο Keck School of Medicine του USC.

Ανακούφιση από τον πόνο όταν χρειάζεται: Πώς λειτουργεί ο εμφυτεύσιμος διεγέρτης

Στο επίκεντρο αυτής της καινοτομίας βρίσκεται η ασύρματη τροφοδοσία, εξαλείφοντας την ανάγκη για ογκώδεις μπαταρίες και περίπλοκες επιφάνειες καλωδίων που συχνά απαιτούν επαναλαμβανόμενες λειτουργίες. Ο διεγέρτης UIWI λαμβάνει την ενέργειά του από έναν εξωτερικό, φορητό πομπό υπερήχων (WUT). Ο υπέρηχος προσφέρει μια ασφαλή, αποτελεσματική μη επεμβατική μέθοδο για βαθιά διείσδυση στους ιστούς. Η συσκευή μετατρέπει τα μηχανικά κύματα σε ηλεκτρικά σήματα μέσω ενός φαινομένου που ονομάζεται πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο. Ο πυρήνας του διεγέρτη UIWI είναι ένα μικροσκοπικό πιεζοηλεκτρικό στοιχείο κατασκευασμένο από τιτανικό ζιρκονικό μόλυβδο (PZT), ένα εξαιρετικά αποδοτικό υλικό για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτείται για τη διέγερση σε ηλεκτρική ενέργεια.

Αυτό που πραγματικά ξεχωρίζει αυτή τη συσκευή είναι οι ασύρματες, έξυπνες και αυτο-υποστηρικτικές της δυνατότητες διαχείρισης του πόνου. Πιστεύουμε ότι έχει μεγάλες δυνατότητες να αντικαταστήσει τα φαρμακολογικά συστήματα και τις συμβατικές προσεγγίσεις ηλεκτρικής διέγερσης και να αντιμετωπίσει την κλινική ανάγκη για μείωση του πόνου. "

Qifa Zhou, Καθηγήτρια Οφθαλμολογίας, Keck School of Medicine του USC

Ο υποψήφιος PhD Zhou εργαστηρίου και επικεφαλής συγγραφέας Yushun (Sean) Zeng είπε ότι ο ασύρματος έξυπνος μικροσκοπικός διεγέρτης έχει την ικανότητα να παράγει επαρκή ένταση ηλεκτρικής διέγερσης χρησιμοποιώντας ενέργεια υπερήχων, με αποτέλεσμα εξατομικευμένη, στοχευμένη και τοπική θεραπεία.

"Αυτός ο τύπος μετατροπής ενέργειας είναι ζωτικής σημασίας για τη βαθιά διέγερση, επειδή ο υπέρηχος είναι μια μη επεμβατική και εξαιρετικά διεισδυτική ενέργεια σε κλινικούς και ιατρικούς τομείς", δήλωσε ο Zeng. «Με τη μόχλευση του ασύρματου πομπού ενέργειας υπερήχων και του συστήματος ανάδρασης κλειστού βρόχου, αυτός ο διεγέρτης UIWI εξαλείφει την ανάγκη για ογκώδεις εμφυτευμένες μπαταρίες και επιτρέπει σε πραγματικό χρόνο, με ακρίβεια ρυθμιζόμενη διαμόρφωση πόνου».

«Από κλινική άποψη, η ενσωμάτωση της αξιολόγησης του πόνου σε βάθος μάθησης επιτρέπει τη δυναμική ερμηνεία και την απόκριση στις κυμαινόμενες καταστάσεις πόνου, κάτι που είναι απαραίτητο για την προσαρμογή της μεταβλητότητας του συγκεκριμένου ασθενούς». Zhou Lab, Ph.D. Υποψήφιος Chen Gong, επίσης ανώτερος συγγραφέας στο χαρτί.

Η συσκευή λειτουργεί από:

• 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.

Ο ίδιος ο διεγέρτης UIWI είναι εύκαμπτος, εύκαμπτος και περιστρεφόμενος και επιτρέπει τη βέλτιστη τοποθέτηση στον νωτιαίο μυελό. Η ηλεκτρική διέγερση που παρέχει στον νωτιαίο μυελό προκαλεί την εξισορρόπηση των σημάτων που μεταδίδουν και αναστέλλουν τον πόνο, καταστέλλοντας αποτελεσματικά το αίσθημα του πόνου.

Απόδειξη επιτυχίας στο εργαστήριο

Η ομάδα του εργαστηρίου Zhou δοκίμασε τον διεγέρτη UIWI σε μοντέλα τρωκτικών, με αποτελέσματα που δείχνουν αποτελεσματικότητα για τη θεραπεία του πόνου.

Οι ερευνητές επέλυσαν με επιτυχία τον χρόνιο νευροπαθητικό πόνο χρησιμοποιώντας μηχανικά ερεθίσματα (όπως τρύπημα στυλό) και οξέα θερμικά ερεθίσματα (υπέρυθρη θερμότητα).

Οι εργαστηριακές εξετάσεις έδειξαν ότι η θεραπεία με τον διεγέρτη UIWI οδήγησε σε σημαντικές μειώσεις στους δείκτες πόνου. Σε ένα πείραμα για να αξιολογηθεί εάν ένα ζώο συσχετίζει ένα περιβάλλον με ανακούφιση από τον πόνο, τα τρωκτικά έδειξαν σαφή προτίμηση για τον θάλαμο στον οποίο ενεργοποιήθηκε το σύστημα διαχείρισης του πόνου, επιβεβαιώνοντας περαιτέρω την αποτελεσματικότητα της συσκευής.

Το μέλλον της εξατομικευμένης ανακούφισης από τον πόνο

Η επιτυχημένη ανάπτυξη και δοκιμή του διεγέρτη UIWI σηματοδοτεί μια κομβική στιγμή στην αναζήτηση για προηγμένη διαχείριση του πόνου. Ο ευέλικτος σχεδιασμός του εμφυτεύματος και η ενσωμάτωσή του με εξελιγμένους αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης παρέχει μια δυναμική και εξατομικευμένη θεραπευτική προσέγγιση που μπορεί να προσαρμοστεί στην κυμαινόμενη και εξαιρετικά ατομική φύση του χρόνιου πόνου.

Κοιτάζοντας στο μέλλον, ο Zhou και οι συνεργάτες του ελπίζουν να δουν ακόμη και διευρυμένες εφαρμογές της συσκευής. Ο Zhou είπε ότι τα μελλοντικά σχέδια θα μπορούσαν να μικρύνουν περαιτέρω τα εξαρτήματα και να επιτρέψουν την εμφύτευση λιγότερο επεμβατικής συσκευής - για παράδειγμα, με μια σύριγγα. Ο φορητός πομπός υπερήχων θα μπορούσε επίσης να εξελιχθεί σε μια συσκευή χωρίς φρένο, μικρογραφία ή ακόμα και μια φορητή διάταξη διάταξης υπερήχων, συνδυάζοντας πιθανώς τις δυνατότητες απεικόνισης με την παροχή ενέργειας για παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο και στοχευμένη διέγερση. Οι μελλοντικές επαναλήψεις θα μπορούσαν επίσης να ελέγχονται από λογισμικό smartphone, προσφέροντας ακόμη πιο ισχυρή εξατομικευμένη διαχείριση του πόνου.

Ο Zhou είπε ότι στόχος της συσκευής είναι να μεταμορφώσει τη διαχείριση του χρόνιου πόνου και να υπερβεί τους περιορισμούς των τρεχουσών λύσεων για να παρέχει έναν πραγματικά εξατομικευμένο, έξυπνο και αποτελεσματικό τρόπο ανακούφισης από τον πόνο.

«Τα αποτελέσματά μας υπογραμμίζουν τις δυνατότητες των εμφυτεύσιμων ηλεκτρονικών με υπερήχους στην κλινική και μεταφραστική θεραπεία χρόνιου πόνου», δήλωσε ο Zeng.

Πηγές: