A rugalmas vezeték nélküli implantátum reményt ad a krónikus fájdalomban szenvedőknek

A rugalmas vezeték nélküli implantátum reményt ad a krónikus fájdalomban szenvedőknek

A krónikus fájdalom egy legyengítő állapot, amely nagymértékben befolyásolja az életminőséget, és gyakran opioid gyógyszerekhez vezet súlyos mellékhatásaikkal és a függőség kockázatával. Az US Pain Foundation szerint 51,6 millió amerikai él krónikus fájdalommal. Több mint 17 millió szenvedő számára a krónikus fájdalma rendkívül hatásos – és gyakran korlátozza életét vagy munkatevékenységét.

A jelenlegi beültethető elektromos stimulátorok alternatívát kínálnak a gerincvelő stimulálásával, hogy megakadályozzák a fájdalomjelek agyba jutását. Ezeknek az eszközöknek azonban vannak olyan hátrányai, mint a magas költségek, az invazív műtétek és a gyakori akkumulátorcsere szükségessége. Az USC Viterbi Alfred E. Mann Biomedical Engineering Tanszékének Zhou Laboratóriumának kutatói az UCLA Jun Chen csoportjával együttműködve forradalmi megoldást fejlesztettek ki: egy rugalmas ultrahang-indukált vezeték nélküli beültethető stimulátort (UIWI), amely a hátul van rögzítve a személyre szabott, önbeadású, krónikus fájdalom kezelésére.

Ez az úttörő eszköz, részletezveTermészet elektronikajelentős előrelépést jelent a fájdalom kezelésében. Míg a jelenlegi gerincvelő-stimulátorok terjedelmesek lehetnek, és az elemekhez vezetékesek, az új eszközt úgy tervezték, hogy mozgás közben hajlítsa meg és csavarja el, és egy hordozható ultrahang-adó táplálja, akkumulátor nélkül. Gépi tanulási algoritmusokat is használ az egyes betegek kezelésének testreszabásához. A munkát Zohrab A. Kaprielian Qifa Zhou mérnöki munkatárs vezette, aki egyben a USC Keck School of Medicine oftalmology professzora is.

Fájdalomcsillapítás, ha szükséges: Hogyan működik a beültethető stimulátor

Ennek az innovációnak a középpontjában a vezeték nélküli energia áll, így nincs szükség nagyméretű akkumulátorokra és bonyolult kábelfelületekre, amelyek gyakran ismétlődő műveleteket igényelnek. Az UIWI stimulátor energiáját egy külső, hordozható ultrahang-adótól (WUT) kapja. Az ultrahang biztonságos, hatékony, nem invazív módszert kínál a mély szövetek behatolására. A készülék a mechanikai hullámokat elektromos jelekké alakítja a piezoelektromos hatásnak nevezett jelenségen keresztül. Az UIWI stimulátor magja egy miniatürizált piezoelektromos elem, amely ólom-cirkonát-titanátból (PZT) készül, amely egy rendkívül hatékony anyag a stimulációhoz szükséges elektromos energia elektromos energiává alakításához.

Ami igazán megkülönbözteti ezt az eszközt, az a vezeték nélküli, intelligens és önmagát támogató fájdalomkezelési képessége. Meggyőződésünk, hogy nagy lehetőségeket rejt magában a farmakológiai rendszerek és a hagyományos elektromos stimulációs megközelítések helyettesítésére, valamint a fájdalomcsillapítás klinikai szükségleteinek kielégítésére. "

Qifa Zhou, az USC Keck Orvostudományi Karának szemészeti professzora

Yushun (Sean) Zeng PhD Zhou laborjelöltje és vezető szerzője elmondta, hogy a vezeték nélküli, intelligens miniatürizált stimulátor képes elegendő elektromos stimulációs intenzitást generálni ultrahangenergia felhasználásával, ami személyre szabott, célzott és lokalizált kezelést eredményez.

"Ez az energiaátalakító típus kulcsfontosságú a mély stimulációhoz, mivel az ultrahang nem invazív és nagymértékben átható energia a klinikai és orvosi területeken" - mondta Zeng. "A vezeték nélküli ultrahangos energiatranszmitter és a zárt hurkú visszacsatoló rendszer kihasználásával ez az UIWI-stimulátor szükségtelenné teszi a terjedelmes beültetett elemeket, és lehetővé teszi a valós idejű, pontosan beállítható fájdalommodulációt."

"Klinikai szempontból a mély tanulási fájdalomértékelés beépítése lehetővé teszi a dinamikus értelmezést és az ingadozó fájdalomállapotokra való reagálást, ami elengedhetetlen a beteg-specifikus variabilitás beállításához." Zhou Lab, Ph.D. Chen Gong jelölt, a lap vezető írója is.

A készülék innen működik:

• 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.

Maga az UIWI stimulátor rugalmas, hajlítható és csavarható, és lehetővé teszi az optimális elhelyezést a gerincvelőn. Az elektromos stimuláció, amelyet a gerincvelőnek juttat, a fájdalmat továbbító és gátló jelek egyensúlyba hozását idézi elő, hatékonyan elnyomva a fájdalomérzetet.

A siker bizonyítéka a laboratóriumban

A Zhou Lab csapata rágcsálómodelleken tesztelte az UIWI-stimulátort, és az eredmények bizonyítják a fájdalomcsillapítás hatékonyságát.

A kutatók sikeresen oldották meg a krónikus neuropátiás fájdalmat mechanikus ingerek (például tollszúrás) és akut termikus ingerek (infravörös hő) segítségével.

A laboratóriumi vizsgálatok azt mutatták, hogy az UIWI stimulátorral végzett kezelés a fájdalommutatók jelentős csökkenéséhez vezetett. Egy kísérletben annak értékelésére, hogy egy állat társítja-e a környezetet a fájdalomcsillapításhoz, a rágcsálók egyértelműen azt a kamrát részesítették előnyben, amelyben a fájdalomcsillapító rendszer aktiválódott, ami tovább erősítette az eszköz hatékonyságát.

A személyre szabott fájdalomcsillapítás jövője

Az UIWI stimulátor sikeres fejlesztése és tesztelése sarkalatos pillanatot jelent a fejlett fájdalomkezelésre való törekvésben. Az implantátum rugalmas kialakítása és a kifinomult mesterséges intelligencia algoritmusokkal való integrációja dinamikus és személyre szabott kezelési megközelítést biztosít, amely képes alkalmazkodni a krónikus fájdalom ingadozó és erősen egyéni természetéhez.

A jövőt tekintve Zhou és kollégái azt remélik, hogy még kibővített alkalmazásokat is láthatnak majd az eszközön. Zhou elmondta, hogy a jövőbeli tervek tovább kicsinyíthetik az alkatrészeket, és lehetővé teszik a kevésbé invazív eszközbeültetést – például fecskendővel. A hordható ultrahang-adó fékezetlen, miniatürizált eszközzé vagy akár hordható ultrahang-tömb folttá is fejlődhet, amely potenciálisan kombinálja a képalkotási képességeket az energiaszállítással a valós idejű monitorozás és a célzott stimuláció érdekében. A jövőbeli iterációk okostelefonos szoftverrel is vezérelhetők, még robusztusabb, személyre szabott fájdalomkezelést kínálva.

Zhou elmondta, hogy az eszköz célja, hogy átalakítsa a krónikus fájdalom kezelését, és túllépjen a jelenlegi megoldások korlátain, hogy valóban személyre szabott, intelligens és hatékony módszert nyújtson a fájdalom enyhítésére.

„Eredményeink rávilágítanak az ultrahanggal beültethető elektronikában rejlő lehetőségekre a krónikus fájdalom klinikai és transzlációs kezelésében” – mondta Zeng.

Források: