Elastīgs bezvadu implants sniedz cerību hronisku sāpju slimniekiem

Elastīgs bezvadu implants sniedz cerību hronisku sāpju slimniekiem

Hroniskas sāpes ir novājinošs stāvoklis, kas lielā mērā ietekmē dzīves kvalitāti un bieži noved pie opioīdu medikamentu lietošanas ar nopietnām blakusparādībām un atkarības risku. Saskaņā ar ASV sāpju fonda datiem 51,6 miljoni amerikāņu dzīvo ar hroniskām sāpēm. Vairāk nekā 17 miljoniem slimnieku hroniskās sāpes ir ļoti ietekmīgas un bieži vien ierobežo viņu dzīvi vai darba aktivitātes.

Pašreizējie implantējamie elektriskie stimulatori piedāvā alternatīvu, stimulējot muguras smadzenes, lai bloķētu sāpju signālu nokļūšanu smadzenēs. Tomēr šīm ierīcēm ir trūkumi, piemēram, augstās izmaksas, invazīvas operācijas un nepieciešamība bieži nomainīt akumulatoru. Tagad pētnieki no Džou laboratorijas USC Viterbi Alfrēda E. Manna Biomedicīnas inženierijas katedrā sadarbībā ar Jun Chen grupu UCLA ir izstrādājuši revolucionāru risinājumu: elastīgu ultraskaņas izraisītu bezvadu implantējamu stimulatoru (UIWI), kas piestiprināts pie muguras personalizētai, pašpārvaldei, hronisku sāpju ārstēšanai.

Šī revolucionārā ierīce, kas detalizēti aprakstītaDabas elektronikair ievērojams solis uz priekšu sāpju ārstēšanā. Lai gan pašreizējie muguras smadzeņu stimulatori var būt apjomīgi un ir savienoti ar baterijām, jaunā ierīce ir izstrādāta tā, lai kustībā varētu saliekties un griezties, un to darbina pārnēsājams ultraskaņas raidītājs, neizmantojot akumulatoru. Tas izmanto arī mašīnmācīšanās algoritmus, lai pielāgotu ārstēšanu katram pacientam. Darbu vadīja Zohrab A. Kaprielian stipendiāts inženierzinātnēs Qifa Zhou, kurš ir arī oftalmoloģijas profesors USC Keck Medicīnas skolā.

Sāpju mazināšana, ja nepieciešams: kā darbojas implantējamais stimulators

Šīs inovācijas pamatā ir bezvadu jauda, ​​kas novērš nepieciešamību pēc lielgabarīta akumulatoriem un sarežģītām kabeļu virsmām, kas bieži vien prasa atkārtotas darbības. UIWI stimulators saņem enerģiju no ārēja, pārnēsājama ultraskaņas raidītāja (WUT). Ultraskaņa piedāvā drošu, efektīvu neinvazīvu metodi dziļai iekļūšanai audos. Ierīce pārveido mehāniskos viļņus elektriskos signālos, izmantojot fenomenu, ko sauc par pjezoelektrisko efektu. UIWI stimulatora kodols ir miniaturizēts pjezoelektrisks elements, kas izgatavots no svina cirkonāta titanāta (PZT), kas ir ļoti efektīvs materiāls stimulēšanai nepieciešamās elektriskās enerģijas pārvēršanai elektroenerģijā.

Tas, kas patiešām atšķir šo ierīci, ir tās bezvadu, inteliģentās un pašatbalstošās sāpju pārvaldības iespējas. Mēs uzskatām, ka tam ir liels potenciāls aizstāt farmakoloģiskās sistēmas un parastās elektriskās stimulācijas pieejas un risināt klīnisko vajadzību pēc sāpju mazināšanas. "

Qifa Zhou, oftalmoloģijas profesors, USC Keck Medicīnas skola

PhD Zhou laboratorijas kandidāts un vadošais autors Yushun (Sean) Zeng teica, ka bezvadu viedais miniaturizētais stimulators spēj radīt pietiekamu elektriskās stimulācijas intensitāti, izmantojot ultraskaņas enerģiju, kā rezultātā tiek veikta personalizēta, mērķtiecīga un lokalizēta ārstēšana.

"Šis enerģiju konvertējošais veids ir ļoti svarīgs dziļai stimulācijai, jo ultraskaņa ir neinvazīva un ļoti iekļūstoša enerģija klīniskajā un medicīnas jomā," sacīja Zengs. "Izmantojot bezvadu ultraskaņas enerģijas raidītāju un slēgtās cilpas atgriezeniskās saites sistēmu, šis UIWI stimulators novērš nepieciešamību pēc lielgabarīta implantētām baterijām un nodrošina reāllaika, precīzi regulējamu sāpju modulāciju."

"No klīniskā viedokļa dziļas mācīšanās sāpju novērtēšanas iekļaušana ļauj dinamiski interpretēt un reaģēt uz mainīgiem sāpju stāvokļiem, kas ir būtiski, lai pielāgotu pacientam raksturīgo mainīgumu." Džou laboratorija, Ph.D. Kandidāts Chen Gong, arī vecākais rakstnieks uz papīra.

Ierīce darbojas no:

• 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 stimulators ir elastīgs, saliekams un griežams, un tas ļauj optimāli novietot uz muguras smadzenēm. Elektriskā stimulācija, ko tas piegādā muguras smadzenēm, liek līdzsvarot signālus, kas pārraida un kavē sāpes, efektīvi nomācot sāpju sajūtu.

Laboratorijas panākumu apliecinājums

Zhou Lab komanda pārbaudīja UIWI stimulatoru grauzēju modeļos, un rezultāti liecina par sāpju ārstēšanas efektivitāti.

Pētnieki veiksmīgi atrisināja hroniskas neiropātiskas sāpes, izmantojot mehāniskus stimulus (piemēram, pildspalvas dūrienu) un akūtus termiskus stimulus (infrasarkano siltumu).

Laboratorijas testi parādīja, ka ārstēšana ar UIWI stimulatoru ievērojami samazināja sāpju indikatorus. Eksperimentā, lai novērtētu, vai dzīvnieks saista vidi ar sāpju mazināšanu, grauzēji nepārprotami deva priekšroku kamerai, kurā tika aktivizēta sāpju vadības sistēma, vēl vairāk apstiprinot ierīces efektivitāti.

Personalizētas sāpju mazināšanas nākotne

UIWI stimulatora veiksmīgā izstrāde un testēšana iezīmē galveno brīdi progresīvas sāpju pārvaldības meklējumos. Implanta elastīgais dizains un tā integrācija ar izsmalcinātiem mākslīgā intelekta algoritmiem nodrošina dinamisku un personalizētu ārstēšanas pieeju, kas var pielāgoties hronisku sāpju mainīgajam un ļoti individuālajam raksturam.

Raugoties nākotnē, Džou un viņa kolēģi cer ieraudzīt pat paplašinātas ierīces pielietojuma iespējas. Džou teica, ka nākotnes dizainparaugi varētu vēl vairāk miniaturizēt komponentus un ļautu implantēt mazāk invazīvas ierīces - piemēram, ar šļirci. Valkājams ultraskaņas raidītājs varētu arī kļūt par nebremzētu, miniaturizētu ierīci vai pat valkājamu ultraskaņas bloka ielāpu, potenciāli apvienojot attēlveidošanas iespējas ar enerģijas piegādi reāllaika uzraudzībai un mērķtiecīgai stimulācijai. Nākotnes iterācijas varētu kontrolēt arī ar viedtālruņa programmatūru, kas piedāvā vēl spēcīgāku personalizētu sāpju pārvaldību.

Džou teica, ka ierīces mērķis ir pārveidot hronisku sāpju pārvaldību un pārsniegt pašreizējo risinājumu ierobežojumus, lai nodrošinātu patiesi personalizētu, inteliģentu un efektīvu veidu, kā mazināt sāpes.

"Mūsu rezultāti izceļ ultraskaņas implantējamās elektronikas potenciālu klīnisko un translatīvo hronisku sāpju ārstēšanā," sacīja Zengs.

Avoti: