Paindlik juhtmeta implantaat pakub lootust kroonilise valu all kannatavatele inimestele

Paindlik juhtmeta implantaat pakub lootust kroonilise valu all kannatavatele inimestele

Krooniline valu on kurnav seisund, mis mõjutab oluliselt elukvaliteeti ja põhjustab sageli opioidravimeid koos nende tõsiste kõrvalmõjude ja sõltuvusriskidega. USA valufondi andmetel elab 51,6 miljonit ameeriklast kroonilise valu all. Enam kui 17 miljonile patsiendile on nende krooniline valu väga mõjuv ja sageli piirab nende elu- või töötegevust.

Praegused siirdatavad elektrilised stimulaatorid pakuvad alternatiivi, stimuleerides seljaaju, et blokeerida valusignaalide jõudmine ajju. Nendel seadmetel on aga puudusi, nagu kõrge hind, invasiivsed operatsioonid ja vajadus sagedase aku vahetamise järele. Nüüd on USC Viterbi Alfred E. Manni biomeditsiinitehnika osakonna Zhou laboratooriumi teadlased koostöös UCLA Jun Cheni rühmaga välja töötanud revolutsioonilise lahenduse: painduva ultraheliga indutseeritud juhtmevaba siirdatava stimulaatori (UIWI), mis on kinnitatud seljale isikupärastatud, isemanustatava ja kroonilise valu leevendamiseks.

See murranguline seade, mis on üksikasjalikult kirjeldatudLooduselektroonikakujutab endast olulist edasiminekut valu juhtimises. Kuigi praegused seljaaju stimulaatorid võivad olla mahukad ja on akude jaoks ühendatud, on uus seade ette nähtud liikumisega paindumiseks ja keerdumiseks ning selle toiteallikaks on kaasaskantav ultrahelisaatja, ilma et oleks vaja akut. Samuti kasutab see masinõppe algoritme, et kohandada ravi iga patsiendi jaoks. Tööd juhtis Zohrab A. Kaprielian inseneriteaduse stipendiaat Qifa Zhou, kes on ka USC Kecki meditsiinikooli oftalmoloogiaprofessor.

Vajadusel valu leevendamine: kuidas implanteeritav stimulaator töötab

Selle uuenduse keskmes on juhtmevaba toide, mis välistab vajaduse mahukate akude ja keerukate kaablipindade järele, mis sageli nõuavad korduvaid toiminguid. UIWI stimulaator saab oma energia väliselt kaasaskantavalt ultrahelisaatjalt (WUT). Ultraheli on ohutu ja tõhus mitteinvasiivne meetod sügavale kudedesse tungimiseks. Seade muudab mehaanilised lained elektrilisteks signaalideks läbi nähtuse, mida nimetatakse piesoelektriliseks efektiks. UIWI stimulaatori südamik on miniatuurne piesoelektriline element, mis on valmistatud pliitsirkonaattitanaadist (PZT), mis on ülitõhus materjal stimulatsiooniks vajaliku elektrienergia muundamiseks elektrienergiaks.

See, mis seda seadet tõeliselt eristab, on selle juhtmevaba, intelligentne ja ennast propageeriv valujuhtimise võimalus. Usume, et sellel on suur potentsiaal asendada farmakoloogilisi süsteeme ja tavapäraseid elektrilise stimulatsiooni lähenemisviise ning tegeleda valu vähendamise kliinilise vajadusega. “

Qifa Zhou, USC Kecki meditsiinikooli oftalmoloogiaprofessor

PhD Zhou laborikandidaat ja juhtivautor Yushun (Sean) Zeng ütles, et juhtmevaba nutikas miniatuurne stimulaator on võimeline tekitama ultrahelienergia abil piisava elektrilise stimulatsiooni intensiivsuse, mille tulemuseks on isikupärastatud, sihipärane ja lokaalne ravi.

"See energiat muundav tüüp on sügava stimulatsiooni jaoks ülioluline, kuna ultraheli on kliinilistes ja meditsiinivaldkondades mitteinvasiivne ja väga läbitungiv energia," ütles Zeng. "Kasutades juhtmevaba ultraheli energiasaatjat ja suletud ahelaga tagasisidesüsteemi, eemaldab see UIWI stimulaator vajaduse mahukate implanteeritud patareide järele ja võimaldab reaalajas täpselt reguleeritavat valu modulatsiooni."

"Kliinilisest vaatenurgast võimaldab sügava õppimise valu hindamine dünaamiliselt tõlgendada ja reageerida kõikuvatele valuseisunditele, mis on patsiendipõhise varieeruvuse kohandamiseks hädavajalik." Zhou Lab, Ph.D. Kandidaat Chen Gong, samuti paberi vanemkirjanik.

Seade töötab alates:

• 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.

UIWI stimulaator ise on painduv, painutatav ja keeratav ning võimaldab optimaalset paigutust seljaajule. Elektriline stimulatsioon, mida see seljaaju edastab, tasakaalustab valu edastavad ja pärssivad signaalid uuesti, pärssides valutunnet tõhusalt.

Edukuse tõend laboris

Zhou Labi meeskond katsetas UIWI stimulaatorit näriliste mudelitel, mille tulemused näitasid valuravi tõhusust.

Teadlased lahendasid edukalt kroonilise neuropaatilise valu, kasutades mehaanilisi stiimuleid (nt pliiatsi torkimist) ja ägedaid termilisi stiimuleid (infrapunasoojus).

Laboratoorsed testid näitasid, et ravi UIWI stimulaatoriga vähendas oluliselt valunäitajaid. Katses, mille eesmärk oli hinnata, kas loom seostab keskkonda valu vaigistusega, näitasid närilised selgelt eelistatud kambrit, milles valujuhtimissüsteem aktiveeriti, kinnitades veelgi seadme tõhusust.

Isikupärastatud valu leevendamise tulevik

UIWI stimulaatori edukas väljatöötamine ja testimine tähistab pöördelist hetke valu täiustatud juhtimise otsingul. Implantaadi paindlik disain ja selle integreerimine keerukate AI-algoritmidega pakuvad dünaamilist ja isikupärastatud raviviisi, mis suudab kohaneda kroonilise valu kõikuva ja väga individuaalse olemusega.

Tulevikku vaadates loodavad Zhou ja tema kolleegid näha seadme isegi laiendatud rakendusi. Zhou ütles, et tulevased disainilahendused võivad komponente veelgi miniatuurselt muuta ja võimaldada vähem invasiivset seadme implanteerimist - näiteks süstlaga. Kantav ultrahelisaatja võib areneda ka pidurdamata miniatuurseks seadmeks või isegi kantavaks ultrahelimassiiviks, mis võib kombineerida pildistamisvõimalusi energia edastamisega reaalajas jälgimiseks ja sihipäraseks stimulatsiooniks. Tulevasi iteratsioone saab juhtida ka nutitelefoni tarkvaraga, pakkudes veelgi tugevamat isikupärastatud valujuhtimist.

Zhou ütles, et seadme eesmärk on muuta kroonilise valu juhtimist ja ületada praeguste lahenduste piirangud, et pakkuda tõeliselt isikupärastatud, intelligentset ja tõhusat viisi valu leevendamiseks.

"Meie tulemused rõhutavad ultraheliga siirdatava elektroonika potentsiaali kroonilise valu kliinilises ja translatiivses ravis, " ütles Zeng.

Allikad: