Lankstus belaidis implantas suteikia vilties kenčiantiems nuo lėtinio skausmo

Lankstus belaidis implantas suteikia vilties kenčiantiems nuo lėtinio skausmo

Lėtinis skausmas yra sekinanti būklė, kuri labai paveikia gyvenimo kokybę ir dažnai sukelia opioidinius vaistus su rimtu šalutiniu poveikiu ir priklausomybės rizika. JAV skausmo fondo duomenimis, 51,6 milijono amerikiečių kenčia nuo lėtinio skausmo. Daugiau nei 17 milijonų sergančiųjų lėtinis skausmas yra labai stiprus ir dažnai riboja jų gyvenimą ar veiklą.

Dabartiniai implantuojami elektriniai stimuliatoriai siūlo alternatyvą, stimuliuodami nugaros smegenis, kad blokuotų skausmo signalus, kad jie pasiektų smegenis. Tačiau šie įrenginiai turi trūkumų, tokių kaip didelė kaina, invazinės operacijos ir poreikis dažnai keisti bateriją. Dabar mokslininkai iš Zhou laboratorijos USC Viterbi Alfredo E. Manno Biomedicininės inžinerijos katedroje, bendradarbiaudami su Jun Chen grupe UCLA, sukūrė revoliucinį sprendimą: lankstų ultragarso sukeltą belaidį implantuojamą stimuliatorių (UIWI), pritvirtintą prie nugaros, kad būtų galima individualizuoti, savarankiškai valdyti lėtinį skausmą.

Šis novatoriškas įrenginys, išsamiai aprašytasGamtos elektronikareiškia didelį skausmo valdymo šuolį į priekį. Nors dabartiniai stuburo smegenų stimuliatoriai gali būti didelių gabaritų ir yra prijungti prie baterijų, naujasis prietaisas yra sukurtas taip, kad sulenktų ir pasisuktų judant, o jį maitina nešiojamas ultragarso siųstuvas, kuriam nereikia baterijos. Jis taip pat naudoja mašininio mokymosi algoritmus, kad pritaikytų gydymą kiekvienam pacientui. Darbui vadovavo Zohrab A. Kaprielian inžinieriaus kolega Qifa Zhou, kuris taip pat yra USC Keck medicinos mokyklos oftalmologijos profesorius.

Skausmo malšinimas, kai reikia: kaip veikia implantuojamas stimuliatorius

Šios naujovės esmė yra belaidė energija, todėl nebereikia didelių baterijų ir sudėtingų kabelių paviršių, kuriuos dažnai reikia kartoti. UIWI stimuliatorius energiją gauna iš išorinio nešiojamo ultragarso siųstuvo (WUT). Ultragarsas yra saugus ir efektyvus neinvazinis giluminio audinio įsiskverbimo metodas. Prietaisas mechanines bangas paverčia elektriniais signalais per reiškinį, vadinamą pjezoelektriniu efektu. UIWI stimuliatoriaus šerdis yra miniatiūrinis pjezoelektrinis elementas, pagamintas iš švino cirkonato titanato (PZT), labai efektyvios medžiagos, paverčiančios stimuliacijai reikalingą elektros energiją į elektros energiją.

Tai, kas iš tikrųjų išskiria šį įrenginį, yra jo bevielis, protingas ir savigarbos skausmo valdymo galimybės. Manome, kad jis turi didelį potencialą pakeisti farmakologines sistemas ir įprastinius elektrinės stimuliacijos metodus ir patenkinti klinikinį skausmo mažinimo poreikį. “

Qifa Zhou, USC Keck medicinos mokyklos oftalmologijos profesorius

PhD Zhou laboratorijos kandidatas ir pagrindinis autorius Yushunas (Seanas) Zengas teigė, kad belaidis išmanusis miniatiūrinis stimuliatorius gali generuoti pakankamą elektrinės stimuliacijos intensyvumą naudojant ultragarso energiją, todėl gydymas yra individualizuotas, tikslingas ir lokalizuotas.

"Šis energiją konvertuojantis tipas yra labai svarbus giliai stimuliacijai, nes ultragarsas yra neinvazinė ir labai skvarbi energija klinikinėje ir medicinos srityse", - sakė Zeng. „Naudodamas belaidį ultragarsinį energijos siųstuvą ir uždarojo ciklo grįžtamojo ryšio sistemą, šis UIWI stimuliatorius pašalina didelių implantuotų baterijų poreikį ir leidžia realiuoju laiku tiksliai reguliuojamą skausmo moduliavimą.

"Žvelgiant iš klinikinės perspektyvos, įtraukus gilų mokymosi skausmo įvertinimą, galima dinamiškai interpretuoti ir reaguoti į svyruojančias skausmo būsenas, o tai yra būtina koreguojant paciento specifinį kintamumą." Zhou Lab, Ph.D. Kandidatas Chen Gong, taip pat vyresnysis rašytojas.

Prietaisas veikia nuo:

• 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.

Pats UIWI stimuliatorius yra lankstus, lankstomas ir pasukamas ir leidžia optimaliai padėti ant nugaros smegenų. Dėl elektrinės stimuliacijos, kurią jis teikia nugaros smegenims, subalansuojami skausmą perduodantys ir slopinantys signalai, veiksmingai slopinant skausmo jausmą.

Sėkmės laboratorijoje įrodymas

Zhou Lab komanda išbandė UIWI stimuliatorių su graužikų modeliais, o rezultatai parodė skausmo gydymo veiksmingumą.

Mokslininkai sėkmingai išsprendė lėtinį neuropatinį skausmą naudodami mechaninius dirgiklius (pvz., Rašiklio dūrius) ir ūmius terminius dirgiklius (infraraudonųjų spindulių šilumą).

Laboratoriniai tyrimai parodė, kad gydymas UIWI stimuliatoriumi žymiai sumažino skausmo rodiklius. Eksperimente, skirtame įvertinti, ar gyvūnas susieja aplinką su skausmo malšinimu, graužikai aiškiai renkasi kamerą, kurioje buvo suaktyvinta skausmo valdymo sistema, ir tai dar labiau patvirtino prietaiso veiksmingumą.

Asmeninio skausmo malšinimo ateitis

Sėkmingas UIWI stimuliatoriaus sukūrimas ir išbandymas yra esminis momentas ieškant pažangaus skausmo valdymo. Lankstus implanto dizainas ir jo integracija su sudėtingais AI algoritmais suteikia dinamišką ir individualizuotą gydymo metodą, kuris gali prisitaikyti prie svyruojančio ir labai individualaus lėtinio skausmo pobūdžio.

Žvelgdami į ateitį, Zhou ir jo kolegos tikisi išvysti net išplėstas įrenginio pritaikymo galimybes. Zhou teigė, kad būsimi dizainai galėtų dar labiau sumažinti komponentus ir leisti implantuoti mažiau invazinį įrenginį, pavyzdžiui, naudojant švirkštą. Nešiojamasis ultragarso siųstuvas taip pat gali tapti nestabdomu, miniatiūriniu prietaisu ar net nešiojamu ultragarso matricos pleistru, galinčiu derinti vaizdo gavimo galimybes su energijos tiekimu, kad būtų galima stebėti realiuoju laiku ir tikslingai stimuliuoti. Ateities iteracijos taip pat gali būti valdomos naudojant išmaniųjų telefonų programinę įrangą, kuri siūlo dar patikimesnį individualizuotą skausmo valdymą.

Zhou teigė, kad prietaiso tikslas yra pakeisti lėtinio skausmo valdymą ir peržengti dabartinių sprendimų apribojimus, kad būtų sukurtas tikrai individualizuotas, protingas ir veiksmingas skausmo malšinimo būdas.

"Mūsų rezultatai pabrėžia ultragarsu implantuojamos elektronikos potencialą gydant klinikinį ir transliacinį lėtinio skausmo gydymą", - sakė Zeng.

Šaltiniai: