Flexibilní implantát detekuje úroveň bolesti a poskytuje cílenou elektrickou stimulaci bezdrátově

Stavy chronické bolesti, charakterizované přetrvávající nebo opakující se bolestí ve specifických částech těla, mohou být vysoce oslabující a často výrazně snižují kvalitu života jednotlivců, kteří je zažívají. Statistiky naznačují, že přibližně 20,9% dospělých žijících ve Spojených státech zažilo v určitém okamžiku jejich života chronickou bolest, zatímco 6,9% došlo k závažné chronické bolesti, která významně ovlivnila jejich každodenní fungování a pohodu.

V současné době je chronická bolest primárně léčena pomocí léků na reliéfy bolesti, z nichž mnohé jsou založeny na opioidech. Přesto mnoho z nich Farmaceutická léčiva jsou vysoce návykové a mají závažné vedlejší účinky, takže často způsobují více škody než užitku.

V posledních letech se někteří vědci a inženýři pokoušejí vymyslet alternativu management bolesti Strategie, které se nespoléhají na opioidy a mohou zmírnit bolest pacientů, aniž by nepříznivě ovlivnily jejich zdraví. Jedno navrhované řešení zahrnuje použití implantovatelných elektrických stimulátorů, zařízení, která mohou být chirurgicky vložena do těla pacienta a dodávají se a dodávají se Elektrické signály na jejich nervy nebo mícha ke snížení bolesti, kterou zažívají.

Navzdory jejich potenciálu pro léčbu Podmínky chronické bolestiVětšina existujících implantovatelných elektrických stimulátorů má významná omezení. Ve skutečnosti mohou tato zařízení poškodit tělo pacienta během operací potřebných k jejich implantaci. Navíc jsou často drahé a baterie je musí být pravidelně měněna.

Vědci z University of Southern California a dalších institutech nedávno vyvinuli nový flexibilní, bezdrátový a bez baterií implantovatelný stimulátor, který by mohl překonat některá omezení dříve zavedených řešení pro správu bolesti. Toto zařízení, představené v papíru Publikováno v Přírodní elektronikaje napájen prostřednictvím externího nositelného ultrazvukového vysílače a také zahrnuje algoritmy strojového učení, které mohou klasifikovat úroveň bolesti pacienta a upravit intenzitu elektrické stimulace, kterou odpovídajícím způsobem poskytuje.

„Chronická léčba bolesti obvykle zahrnuje opioidy, které jsou spojeny s závažné vedlejší účinky jako je závislost, „Yushun Zeng, Chen Gong a jejich kolegové psali ve svém příspěvku.

„Implantovatelné perkutánní elektrické stimulátory jsou slibným alternativním přístupem k léčbě bolesti. Jsou však drahé, mohou během chirurgického zákroku způsobit poškození a často se spoléhají na zdroj energie baterie, které musí být pravidelně vyměňováno.“

Klíčovým cílem této nedávné studie bylo vymyslet méně invazivní implantovatelný elektrický stimulátor, který může snížit bolest pacientů, a který nemusí být pravidelně odstraňován ke změně svých baterií. Ultrazvukový bezdrátový implantát vyvinutý vědci se skládá z kompozitního piezoelektrického přijímače, mikroelektronických komponent a stimulačních elektrod integrovaných do flexibilní desky s obvodem.

„Uvádíme integrovaný, flexibilní ultrazvukový bezdrátový implantovatelný stimulátor kombinovaný s systémem detekce bolesti a řízením pro personalizovanou chronickou léčbu bolesti,“ napsal Zeng, Gong a jejich kolegové.

„Stimulátoru je dodávána do síly nositelným ultrazvukovým vysílačem. Klasifikujeme stimuly bolesti z mozkových záznamů vyvinutím modelu strojového učení a programováním akustické energie z ultrazvukového vysílače, a proto intenzitou elektrické stimulace.“

Vědci testovali svůj navrhovaný systém léčby bolesti v řadě testů zahrnujících hlodavce, kteří zažívali různé úrovně bolesti. Zjistili, že jejich zařízení přesně předpovídalo hladiny stresu, které zvíře zažívá, a přizpůsobila elektrické stimulace, které odpovídajícím způsobem poskytlo, a nakonec zmírnilo většinu bolesti zvířete.

„Ukazujeme, že implantát může generovat cílené, adaptivní a kvantitativní elektrické stimulace na míchu podle klasifikované úrovně bolesti pro chronickou léčbu bolesti u volně se pohybujících zvířecích modelů,“ napsal Zeng, Gong a jejich kolegové.

V budoucnu mohl být ultrazvukový bezdrátový implantát vyvinutý tímto týmem vědců brzy vylepšen a testován v experimentech zahrnujících jiná zvířata, poté nakonec v klinických studiích člověka. Navíc by jeho základní design mohl inspirovat vývoj dalších zařízení, která se spoléhají na ultrazvukovou technologii pro zmírnění chronické bolesti.

© 2025 Science X Network