Mevcut implante edilebilir elektriksel stimülatörler, ağrı sinyallerinin beyne ulaşmasını engellemek için omuriliği uyararak bir alternatif sunar. Ancak bu cihazlar yüksek maliyet, invaziv cerrahi ve sık akü değiştirme ihtiyacı gibi dezavantajlarla birlikte gelir. Şimdi, USC Viterbi’nin Alfred E. Mann Biyomedikal Mühendisliği Bölümü’ndeki Zhou Labından araştırmacılar, UCLA’daki Jun Chen Group ile işbirliği içinde, esnek ultrason kaynaklı kablosuz implantable (UIWI) uyarıcı, omurgaya güvende ve kişiselleştirilmiş, öz-kronik ağrı yönetimi için tasarlandı.

Bu çığır açan cihaz, detaylandırılmış Doğa Elektroniğiağrı tedavisinde önemli bir sıçrama temsil eder. Mevcut omurilik stimülatörleri hantal olabilir ve pillere sert kablolu olsa da, yeni cihaz hareketle bükülüp bükülmek için tasarlanmıştır ve bataryaya ihtiyaç duymadan giyilebilir bir ultrason vericisi ile güçlendirilir. Ayrıca, her hasta için tedaviyi özelleştirmek için makine öğrenme algoritmalarını kullanır. Çalışma, USC Keck Tıp Fakültesi’nde aynı zamanda oftalmoloji profesörü olan Mühendislik Qifa Zhou’daki Zohrab A. Kaprielian Üyesi tarafından yönetildi.

Talep üzerine ağrı kesici: implante edilebilir stimülatör nasıl çalışır

Bu inovasyonun merkezinde kablosuz güç kaynağı vardır, bu da genellikle tekrarlanan ameliyatlar gerektiren hacimli pillere ve karmaşık kablolu arayüzlere olan ihtiyacı ortadan kaldırır. UIWI Stimülatörü enerjisini harici, giyilebilir bir ultrason vericisinden (WUT) alır. Ultrason, derin doku penetrasyonu için güvenli ve etkili bir invaziv olmayan yöntem sunar. Cihaz, piezoelektrik etki adı verilen bir fenomen aracılığıyla mekanik dalgaları elektrik sinyallerine dönüştürür. UIWI stimülatörünün çekirdeği, gelen ultrason enerjisini stimülasyon için gereken elektrik gücüne dönüştürmek için yüksek verimli bir malzeme olan kurşun zirkonat titanattan (PZT) yapılan minyatürize bir piezoelektrik elemandır.

Zhou, “Bu cihazı gerçekten ayıran şey, ağrı yönetimi için kablosuz, akıllı ve kendi kendine uyarlanabilir yeteneğidir.” Dedi. “Farmakolojik şemaları ve geleneksel elektrik stimülasyon yaklaşımlarını değiştirmek için büyük bir potansiyel sunduğuna inanıyoruz, ağrı azaltma için klinik ihtiyaçlarla uyumlu.”

Doktora Zhou laboratuvarında ve baş yazar Yushun (Sean) Zeng, kablosuz akıllı minyatürleştirilmiş stimülatörün ultrason enerjisi kullanarak yeterli elektrik stimülasyon yoğunluğu üretme yeteneğine sahip olduğunu ve daha kişiselleştirilmiş, hedeflenmiş ve lokalize bir tedaviye neden olduğunu söyledi.

Zeng, “Bu enerji dönüştürücü tip, ultrason klinik ve tıbbi alanlarda invaziv olmayan ve son derece nüfuz eden bir enerji olduğundan derin stimülasyon için kritiktir.” Dedi. “Kablosuz ultrasonik enerji transferi ve kapalı döngü geri besleme sisteminden yararlanarak, bu UIWI stimülatörü hacimli implante edilmiş pillerin gerekliliğini ortadan kaldırır ve gerçek zamanlı, tam olarak ayarlanabilir ağrı modülasyonuna izin verir.”

“Klinik açıdan, derin öğrenme temelli ağrı değerlendirmesinin dahil edilmesi, hastaya özgü değişkenliği karşılamak için gerekli olan dalgalanan ağrı durumlarına dinamik yorum ve yanıt sağlar.” Zhou Lab Ph.D. Aday Chen Gong, ayrıca gazetede baş yazar.

Cihaz:

Ağrıyı tespit etmek: Sistem, bir hastanın ağrı seviyelerini yansıtan, özellikle elektroensefalogram (EEG) sinyallerini, beyin kayıtlarını sürekli olarak izler. Ağrı seviyelerini değerlendirmek için AI’dan yararlanmak: ResNet-18 adı verilen bir sinir ağına dayanan sofistike bir makine öğrenme modeli, bu beyin sinyallerini analiz eder ve ağrıyı üç farklı seviyeye ayırır: hafif ağrı, orta ağrı ve aşırı ağrı. Bu AI modeli, bu ağrı durumlarını ayırt etmede% 94.8’lik bir genel doğruluğa sahiptir. Tedavinin gerektiği gibi uyarlanması: Bir ağrı seviyesi belirlendikten sonra, giyilebilir ultrason vericisi ilettiği akustik enerjiyi otomatik olarak ayarlar. UIWI stimülatörü daha sonra yayılan enerjiyi algılayabilir ve omuriliği uyararak elektrik yoğunluğuna dönüştürebilir. Bu, gerçek zamanlı, kişiselleştirilmiş ağrı yönetimi sağlayan kapalı bir döngü sistemi oluşturur. UIWI stimülatörünün kendisi esnek, bükülebilir ve bükülebilir, omuriliğe optimal yerleştirme sağlar. Omuriliğe sağladığı elektrik stimülasyonu, ağrıyı ileten ve engelleyen sinyalleri yeniden dengeleyerek, ağrı hissini etkili bir şekilde baskılayarak çalışır.

Laboratuarda başarılı olan Zhou laboratuvar ekibi, UIWI stimülatörünü kemirgen modellerinde test etti ve sonuçlar ağrı yönetimi için etkinliğini gösterdi.

Araştırmacılar, hem mekanik uyaranların (bir pin diken gibi) hem de akut termal uyaranların (kızılötesi ısı) neden olduğu kronik nöropatik ağrıyı başarıyla hafifletti.

Laboratuvar testleri, UIWI stimülatöründen gelen tedavinin ağrı göstergelerinde önemli azalmaya yol açtığını gösterdi. Bir hayvanın bir çevreyi ağrı kesici ile ilişkilendirip ilişkilendirmediğini değerlendirmek için bir deneyde, kemirgenler ağrı yönetim sisteminin aktive edildiği oda için açık bir tercih gösterdi ve cihazın etkinliğini daha da doğruladı.

Kişiselleştirilmiş ağrı kesici geleceği

UIWI Stimülatörünün başarılı gelişimi ve testi, ileri ağrı yönetimi arayışında çok önemli bir anı işaret ediyor. İmplantın esnek tasarımı ve sofistike AI algoritmaları ile entegrasyonu, kronik ağrının dalgalanan ve son derece bireysel doğasına uyum sağlayabilen dinamik ve kişiselleştirilmiş bir tedavi yaklaşımı sunar.

İleriye baktığımızda, Zhou ve işbirlikçileri cihazın daha gelişmiş uygulamalarını umuyorlar. Zhou, gelecekteki tasarımların bileşenleri daha da minyatürleştirebileceğini ve örneğin bir şırınga ile daha az invaziv cihaz implantasyonu sağlayabileceğini söyledi. Giyilebilir ultrason vericisi, gerçek zamanlı izleme ve hedeflenmiş stimülasyon için potansiyel olarak görüntüleme özelliklerini enerji dağıtımıyla birleştiren, aşılamayan, minyatür bir cihaza veya hatta giyilebilir bir ultrason dizi yamasına dönüşebilir. Gelecekteki yinelemeler, daha sağlam kişiselleştirilmiş ağrı yönetimi sunan akıllı telefon yazılımı tarafından da kontrol edilebilir.

Zhou, cihazın amacının kronik ağrı yönetimini dönüştürmek olduğunu ve ağrı kesici gerçekten kişiselleştirilmiş, akıllı ve etkili bir yol sunmak için mevcut çözümlerin sınırlamalarının ötesine geçmek olduğunu söyledi.

Zeng, “Bulgularımız klinik ve translasyonel kronik ağrı yönetiminde ultrasonik implante edilebilir elektronik potansiyelini vurgulamaktadır.” Dedi.