Fleksibilni bežični implantat nudi nadu osobama koje pate od kronične boli

Fleksibilni bežični implantat nudi nadu osobama koje pate od kronične boli

Kronična bol je iscrpljujuće stanje koje uvelike utječe na kvalitetu života i često dovodi do uzimanja opioidnih lijekova sa svojim ozbiljnim nuspojavama i rizicima od ovisnosti. Prema US Pain Foundation, 51,6 milijuna Amerikanaca živi s kroničnom boli. Za više od 17 milijuna oboljelih njihova kronična bol ima veliki utjecaj - i često ograničava njihov život ili radne aktivnosti.

Trenutačni implantabilni električni stimulatori nude alternativu stimulacijom leđne moždine da blokira signale boli da dođu do mozga. Međutim, ovi uređaji imaju nedostatke kao što su visoka cijena, invazivne operacije i potreba za čestom zamjenom baterija. Sada su istraživači iz laboratorija Zhou u Odsjeku za biomedicinsko inženjerstvo Alfred E. Mann USC Viterbi, u suradnji s grupom Jun Chen na UCLA, razvili revolucionarno rješenje: fleksibilni bežični implantabilni stimulator induciran ultrazvukom (UIWI) pričvršćen za leđa za personalizirano, samoupravljajuće, upravljanje kroničnom boli.

Ovaj revolucionarni uređaj, detaljno opisan uElektronika prirodepredstavlja značajan korak naprijed u liječenju boli. Dok trenutni stimulatori leđne moždine mogu biti glomazni i ožičeni za baterije, novi uređaj je dizajniran za savijanje i uvijanje uz kretanje i napaja ga prijenosni ultrazvučni odašiljač bez potrebe za baterijom. Također koristi algoritme strojnog učenja za prilagodbu liječenja za svakog pacijenta. Rad je vodio Zohrab A. Kaprielian, suradnik inženjera Qifa Zhou, koji je također profesor oftalmologije na Medicinskom fakultetu Keck u USC-u.

Ublažavanje boli kada je potrebno: Kako radi implantabilni stimulator

U središtu ove inovacije je bežično napajanje, čime se eliminira potreba za glomaznim baterijama i složenim površinama kabela koji često zahtijevaju ponovljene operacije. UIWI stimulator dobiva energiju iz vanjskog, prijenosnog ultrazvučnog odašiljača (WUT). Ultrazvuk nudi sigurnu, učinkovitu neinvazivnu metodu za duboko prodiranje u tkivo. Uređaj pretvara mehaničke valove u električne signale kroz fenomen koji se naziva piezoelektrični efekt. Jezgra UIWI stimulatora je minijaturizirani piezoelektrični element izrađen od olovo cirkonat titanata (PZT), visoko učinkovitog materijala za pretvaranje električne energije potrebne za stimulaciju u električnu energiju.

Ono što doista izdvaja ovaj uređaj je njegova bežična, inteligentna i samozagovarajuća sposobnost upravljanja bolovima. Vjerujemo da ima veliki potencijal da zamijeni farmakološke sustave i konvencionalne pristupe električnoj stimulaciji i odgovori na kliničku potrebu za smanjenjem boli. “

Qifa Zhou, profesorica oftalmologije, Keck School of Medicine, USC

PhD Zhou kandidat za laboratorij i glavni autor Yushun (Sean) Zeng rekao je da bežični pametni minijaturizirani stimulator ima sposobnost generiranja dovoljnog intenziteta električne stimulacije korištenjem ultrazvučne energije, što rezultira personaliziranim, ciljanim i lokaliziranim tretmanom.

"Ova vrsta pretvaranja energije ključna je za duboku stimulaciju jer je ultrazvuk neinvazivna i vrlo prodorna energija u kliničkim i medicinskim poljima", rekao je Zeng. "Upotrebom bežičnog ultrazvučnog odašiljača energije i zatvorenog povratnog sustava, ovaj UIWI stimulator uklanja potrebu za glomaznim implantiranim baterijama i omogućuje precizno podesivu modulaciju boli u stvarnom vremenu."

"Iz kliničke perspektive, uključivanje dubokog učenja procjene boli omogućuje dinamičko tumačenje i odgovor na fluktuirajuća stanja boli, što je bitno za prilagođavanje varijabilnosti specifičnih za pacijenta." Zhou Lab, dr.sc. Kandidat Chen Gong, također stariji pisac na novinama.

Uređaj radi od:

• 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.

Sam UIWI stimulator je fleksibilan, savitljiv i okretljiv te omogućuje optimalno postavljanje na leđnu moždinu. Električna stimulacija koju isporučuje leđnoj moždini uzrokuje ponovnu uravnoteženost signala koji prenose i inhibiraju bol, učinkovito potiskujući osjećaj boli.

Dokaz uspjeha u laboratoriju

Tim laboratorija Zhou testirao je UIWI stimulator na modelima glodavaca, s rezultatima koji pokazuju učinkovitost u liječenju boli.

Istraživači su uspješno riješili kroničnu neuropatsku bol koristeći mehaničke podražaje (kao što je ubod olovke) i akutne toplinske podražaje (infracrvena toplina).

Laboratorijski testovi su pokazali da je tretman UIWI stimulatorom doveo do značajnog smanjenja pokazatelja boli. U eksperimentu kojim se procjenjivalo povezuje li životinja okolinu s ublažavanjem boli, glodavci su pokazali jasnu sklonost komori u kojoj je aktiviran sustav za ublažavanje boli, što dodatno potvrđuje učinkovitost uređaja.

Budućnost personaliziranog ublažavanja boli

Uspješan razvoj i testiranje UIWI stimulatora označava ključni trenutak u potrazi za naprednim upravljanjem boli. Fleksibilni dizajn implantata i njegova integracija sa sofisticiranim algoritmima umjetne inteligencije osiguravaju dinamičan i personaliziran pristup liječenju koji se može prilagoditi promjenjivoj i izrazito individualnoj prirodi kronične boli.

Gledajući u budućnost, Zhou i njegovi kolege nadaju se da će vidjeti čak i proširenu primjenu uređaja. Zhou je rekao da bi budući dizajni mogli dodatno minijaturizirati komponente i omogućiti manje invazivnu implantaciju uređaja - na primjer, sa štrcaljkom. Nosivi ultrazvučni odašiljač također bi se mogao razviti u nesputani, minijaturizirani uređaj ili čak nosivi ultrazvučni niz, potencijalno kombinirajući mogućnosti snimanja s isporukom energije za praćenje u stvarnom vremenu i ciljanu stimulaciju. Buduće iteracije također bi se mogle kontrolirati softverom pametnog telefona, nudeći još robusnije personalizirano upravljanje bolovima.

Zhou je rekao da je cilj uređaja transformirati upravljanje kroničnom boli i nadići ograničenja trenutnih rješenja kako bi pružio istinski personaliziran, inteligentan i učinkovit način za ublažavanje boli.

"Naši rezultati naglašavaju potencijal ultrazvučne implantabilne elektronike u kliničkom i translatornom liječenju kronične boli", rekao je Zeng.

Izvori: